KR20110098622A - Photobioreactor with spiral light source - Google Patents

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KR20110098622A
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KR
South Korea
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reaction vessel
microalgae
light source
light
photobioreactor
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KR1020110013423A
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Inventor
최병진
김경일
장성원
에이치. 최 찰스
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(주)이노비드
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Abstract

본 발명은 나선형 광원을 갖는 광생물반응기에 관한 것으로, 미세조류를 배양하기 위한 반응용기, 반응용기 중심부에 수직하게 설치되는 축, 및 축 상에 설치되는 광원을 포함하며 구성되어, 미세조류 배양시 미세조류의 광합성에 필요한 빛을 효과적으로 제공하고, 반응용기 내 미세조류에 균일한 광도를 제공하며 회전축이 회전함으로써 이산화탄소와 배양액이 더욱 잘 혼합되게 함으로써 더욱 효율적으로 미세조류를 대량 배양할 수 있는 효과를 제공한다.The present invention relates to a photobioreactor having a spiral light source, comprising a reaction vessel for culturing microalgae, an axis installed perpendicularly to the center of the reaction vessel, and a light source installed on the axis. It provides the light necessary for photosynthesis of microalgae effectively, provides uniform brightness to microalgae in the reaction vessel, and rotates the rotation axis so that carbon dioxide and culture medium can be mixed more efficiently. to provide.

Description

나선형 광원을 갖는 광생물반응기{PHOTOBIOREACTOR WITH SPIRAL LIGHT SOURCE}Photobioreactor with spiral light source {PHOTOBIOREACTOR WITH SPIRAL LIGHT SOURCE}

본 발명은 나선형 광원을 갖는 광생물반응기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 반응용기 내부에 회전가능한 회전축에 나선형 경로로 광원을 구비시킴으로써 미세조류에 효과적으로 빛을 전달하여 미세조류를 대량 배양함에 있어 최대의 생산효율을 제공할 수 있는 나선형 광원을 갖는 광생물반응기에 관한 것이다.
The present invention relates to a photobioreactor having a spiral light source. More specifically, the optical bioreactor having a spiral light source capable of providing maximum production efficiency in mass culturing microalgae by effectively providing light to the microalgae by providing a light source in a spiral path on a rotatable rotating shaft inside the reaction vessel. It is about.

최근 산업체 배출 CO2가 지구 온난화의 주범으로 지목됨에 따라 CO2를 고정화하기 위해 미세조류를 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, as industrial emission CO 2 is pointed out as the main culprit of global warming, research is being actively conducted to utilize microalgae to fix CO 2 .

미세조류는 폐수의 처리, 이산화탄소의 고정화 등의 역할을 수행할 수 있으며 연료물질, 화장품, 사료, 식용 색소와 의약용 원료 물질 등의 유용 물질을 생산하는 목적으로 사용되어 왔고, 유용한 고부가가치 제품 및 바이오 연료들이 지속적으로 개발되어 그 활용범위를 넓혀 가고 있다.Microalgae can play a role in the treatment of wastewater, immobilization of carbon dioxide, etc., and have been used for the production of useful substances such as fuels, cosmetics, feed, food coloring and pharmaceutical raw materials. Biofuels are constantly being developed and expanding their applications.

미세조류의 생체 중량 및 유용생산물 증가에 영향을 미치는 것으로서 영양분, 온도, pH, 광량, 이산화탄소 등의 많은 요인들이 존재하지만, 그 중에서도 광합성을 하는 미세조류의 특성상 빛이 차지하는 비중이 가장 크다.There are many factors such as nutrients, temperature, pH, quantity of light, carbon dioxide, etc., which affect the biomass and useful products of microalgae, but among them, light occupies the largest portion due to the characteristics of photosynthetic microalgae.

일반적으로 이산화탄소 고정화를 목적으로 광합성 미세조류를 배양하는 방법으로는 크게 실외에서 대량 배양하는 실외형 배양장치(open system)과 광생물반응기를 이용하는 실내형 배양장치(closed system)으로 나눌 수 있다.In general, as a method of culturing photosynthetic microalgae for the purpose of immobilizing carbon dioxide, it can be largely divided into an outdoor system for mass culturing outdoors and a closed system for using a photobioreactor.

실외형 배양장치의 경우 일반적으로 얕고 큰 연못형(shallow big ponds), 원통 수조 연못형(tanks circular ponds), 레이스 웨이 연못형(race way ponds)을 사용하여 오고 있으며 일부 국가에서 상용화되어 있다.Outdoor cultivators have generally used shallow and large ponds, tanks circular ponds, and race way ponds and are commercially available in some countries.

그러나 이러한 실외형 배양장치는 실내형 배양장치보다 초기 투자비가 적고 유지관리가 용이한 장점은 있으나, 미세조류의 오염, 미세조류의 낮은 빛 이용, 이산화탄소의 증발 및 지표면으로의 확산에 의한 손실, 낮은 생산성 등의 문제들이 있다. 또한, 실외형 배양장치의 환경을 완전히 제어할 수 없고, 배양장치 내부로 불균등하게 빛이 전달되는 단점이 있다. However, these outdoor culture apparatuses have the advantages of lower initial investment and easier maintenance than indoor culture apparatuses. However, microalgae contamination, low algae light utilization, carbon dioxide evaporation and diffusion to the ground, There are problems such as productivity. In addition, there is a disadvantage in that the environment of the outdoor culture apparatus cannot be completely controlled, and light is unevenly transferred into the culture apparatus.

이러한 실외형 배양장치의 문제점들을 해결하기 위해, 작은 크기의 광생물반응기를 통해 미세조류를 고농도 배양함으로써 실외형 배양장치에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고, 유용한 부가가치가 높은 제품을 생산하고자 하였다.In order to solve the problems of the outdoor culture apparatus, by culturing the microalgae in a high concentration through a small size photobioreactor to produce the same or more than the output of the outdoor culture apparatus, and to produce a useful high value-added product To produce.

이에 따라, 1980년대부터 크기가 작고 고농도의 배양을 할 수 있는 소형의 각종 광생물반응기가 연구 개발되고 있는데, 광생물반응기는 실외형 배양장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점이 있으나, 미세조류의 연중 배양이 가능하고 높은 미세조류 성장속도를 기대할 수 있으며 운전조건 조절이 용이하다는 장점이 있다.Accordingly, since the 1980s, various small photobioreactors, which are small in size and capable of high concentration of cultivation, have been researched and developed. The photobioreactors have a relatively high initial investment and maintenance and maintenance costs compared to the outdoor culture apparatus. In addition, the microalgae can be cultured year-round, high microalgal growth rate can be expected, and operating conditions can be easily adjusted.

현재 개발되어 있는 형태로는 판형 반응기, 원통형 반응기, 백(bag)형 반응기 등이 있고, 이러한 반응기는 일반적으로 반응기 외부에서 빛을 공급하는데 이에 의해 미세조류의 밀도가 증가함에 따라 반응기 중심에 있는 미세조류는 빛을 충분히 이용할 수 없는 문제가 있다.Currently developed forms include plate reactors, cylindrical reactors, bag reactors, etc. These reactors generally supply light from the outside of the reactor, whereby the microalgae at the center of the reactor increases as the density of the microalgae increases. Algae has a problem that it cannot use enough light.

즉, 미세조류의 성장에 따라 반응기 내부의 탁도가 높아져 빛의 투과성이 낮아짐에 따라 반응기 표면에 있는 미세조류는 빛을 계속 공급받을 수 있으나 반응기 내부에 있는 미세조류는 성장하는데 필요한 빛의 양을 충분히 공급받을 수 없게 되어 생산효율이 떨어지는 문제점이 있다.
That is, as the microalgae grow, the turbidity inside the reactor increases and the permeability of light decreases, so that the microalgae on the surface of the reactor can continue to receive light, but the microalgae inside the reactor have sufficient amount of light to grow. There is a problem that the production efficiency is reduced because it can not be supplied.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 미세조류를 생산함에 있어 반응용기 내부에 나선형 광원이 설치된 회전축을 사용해 미세조류에 빛을 효과적으로 전달하여 미세조류가 최적의 광합성을 할 수 있도록 함으로써 미세조류의 대량배양에 있어 높은 생산성을 갖는 나선형 광원을 갖는 광생물반응기를 제공하는데 목적이 있다.
The present invention, in order to solve the problems of the prior art, by producing a microalgae, the microalgae by using a rotating shaft provided with a spiral light source inside the reaction vessel to effectively transmit light to the microalgae to make the microalgae optimal photosynthesis It is an object of the present invention to provide a photobioreactor having a spiral light source having a high productivity in mass culturing.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미세조류를 배양하기 위한 반응용기; 상기 반응용기 중심부에 수직하게 설치되는 축; 및 상기 축 상에 설치되는 광원을 포함하는 광생물반응기에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is a reaction vessel for culturing microalgae; A shaft installed perpendicularly to the center of the reaction vessel; And it relates to a photobioreactor comprising a light source installed on the axis.

상기 반응용기는 상기 반응용기에 미세조류, 배양액 및 용수를 공급하기 위한 제1공급관; 및 상기 반응용기에 이산화탄소를 공급하기 위한 제2공급관을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 반응용기는 상기 반응용기에서 배양된 미세조류를 배출하기 위한 제1배출관; 및 상기 반응용기 내부의 산소 및 이산화탄소를 배출하기 위한 제2배출관을 더 포함하여 구성될 수 있다.The reaction vessel may include a first supply pipe for supplying microalgae, culture medium and water to the reaction vessel; And a second supply tube for supplying carbon dioxide to the reaction vessel, wherein the reaction vessel includes a first discharge tube for discharging the microalgae cultured in the reaction vessel; And a second discharge pipe for discharging oxygen and carbon dioxide inside the reaction vessel.

또한, 상기 반응용기는 상기 반응용기 내부 수용액의 pH값을 측정하기 위한 센서부를 더 포함할 수 있고, 상기 제2공급관은 상기 센서부에서 측정한 pH값이 관리자가 설정한 값 보다 높은 경우 동작할 수 있다.The reaction vessel may further include a sensor unit for measuring a pH value of the aqueous solution inside the reaction vessel, and the second supply pipe may operate when the pH value measured by the sensor unit is higher than a value set by an administrator. Can be.

또한, 상기 축은 회전 가능하고, 상기 축은 투명 튜브형태로 구성될 수 있다.In addition, the shaft is rotatable, the shaft may be configured in the form of a transparent tube.

또한, 상기 투명 튜브형태의 축 내에 광원이 설치될 수 있다.In addition, the light source may be installed in the shaft of the transparent tube form.

상기 광원은 상기 축에 수직하며 나선형 경로를 따라 복수로 설치될 수 있고, 상기 나선형 경로는 다중 나선형 경로일 수 있다.The light source may be installed in plural along a spiral path perpendicular to the axis, and the spiral path may be a multiple spiral path.

또한, 상기 축에 수직하며 나선형 경로를 따라 복수로 설치되는 광원은 상기 광원들 사이의 간격을 조절 가능하다.In addition, a plurality of light sources perpendicular to the axis and installed along a helical path may adjust an interval between the light sources.

상기 광원은 발광다이오드(LED)로 구성될 수 있고, 상기 광원은 커버로 보호될 수 있다.The light source may be composed of a light emitting diode (LED), and the light source may be protected by a cover.

본 발명에 의하면, 광생물반응기의 반응용기 내부에 축을 설치하고 이에 나선형 광원을 구비시켜 빛을 조사함으로써 미세조류 배양시 미세조류의 광합성에 필요한 빛을 효과적으로 제공하고, 반응용기 내 미세조류에 균일한 광도를 제공하며 축이 회전함으로써 이산화탄소와 배양액이 더욱 잘 혼합되게 함으로써 더욱 효율적으로 미세조류를 대량 배양할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, by installing a shaft inside the reaction vessel of the photobioreactor and having a spiral light source to irradiate light to effectively provide light necessary for photosynthesis of the microalgae during microalgae cultivation, uniform in the microalgae in the reaction vessel By providing the brightness and rotating the shaft, the carbon dioxide and the culture medium are better mixed, so that the microalgae can be cultured more efficiently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 광원을 갖는 광생물반응기를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축을 개략적으로 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 감싸는 커버를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 돌출부와 커버의 결합관계를 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a photobioreactor having a spiral light source according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a side view schematically showing a rotating shaft according to an embodiment of the present invention,
3 is a cross-sectional view schematically showing a cover surrounding a light source according to an embodiment of the present invention;
4 is a perspective view schematically illustrating a coupling relationship between a protrusion and a cover of a rotating shaft according to an exemplary embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. The objects, features, and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.The following specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments in accordance with the concepts of the present invention, and embodiments in accordance with the concepts of the present invention may be embodied in various forms and may not be described in It should not be construed as limited to the embodiments.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can be variously modified and have a variety of forms specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification or the application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, and For example, the second component may also be referred to as a first component.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "～사이에"와 "바로 ～사이에" 또는 "～에 인접하는"과 "～에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions to describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 광원을 갖는 광생물반응기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a photobioreactor having a spiral light source according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광생물 반응기(10)는 미세조류를 배양하기 위한 반응용기(100), 반응용기 중심부에 수직하게 설치되는 축(200), 및 축 상에 설치되는 광원(300)을 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, the photobioreactor 10 according to an embodiment of the present invention includes a reaction vessel 100 for culturing microalgae, a shaft 200 installed perpendicular to the center of the reaction vessel, and an axis. It may be made including a light source 300 is installed.

반응용기(100) 내부 축(200) 상에 광원(300)을 설치함으로써 광생물반응기(10)를 통한 미세조류 배양시 미세조류에 빛을 효과적으로 전달하여 미세조류가 최적의 광합성을 할 수 있도록 함으로써 미세조류의 대량배양에 있어 높은 생산성을 가질 수 있다.By installing the light source 300 on the inner shaft 200 of the reaction vessel 100, by effectively transmitting light to the microalgae when culturing the microalgae through the photobioreactor 10 by allowing the microalgae to achieve optimal photosynthesis It can have high productivity in mass culture of microalgae.

반응용기(100)는 원통형인 것이 바람직할 것이나, 이외의 형상도 가능하다. 또한, 반응용기(100)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 내부 광원(300)에 의한 빛뿐만 아니라 광생물반응기 외부의 태양광을 수용하여 내부의 미세조류가 잘 배양되도록 하기 위해서는 반응용기(100)가 투명하고 빛이 잘 투과되어야 하므로, 이러한 조건을 만족한다면 다른 재질도 반응용기(100)의 제조물질로 사용될 수 있다.It is preferable that the reaction vessel 100 be cylindrical, but other shapes are possible. In addition, the reaction vessel 100 may be made of tempered glass, polycarbonate, or acrylic material having excellent light transmittance and mechanical strength. In order to accommodate not only the light by the internal light source 300 but also the solar light outside the photobioreactor, the microalgae inside the well should be incubated so that the reaction vessel 100 should be transparent and well transmitted. Other materials may also be used as the material for producing the reaction vessel 100.

또한, 반응용기(100)는 반응용기(100)에 미세조류, 배양액 및 용수를 공급하기 위한 제1공급관(110), 및 반응용기(100)에 이산화탄소를 공급하기 위한 제2공급관(120)을 포함하여 구성될 수 있으며, 반응용기에서 배양된 미세조류를 배출하기 위한 제1배출관(130), 및 반응용기 내부의 산소 및 이산화탄소를 배출하기 위한 제2배출관(140)을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the reaction vessel 100 includes a first supply pipe 110 for supplying microalgae, a culture medium and water to the reaction container 100, and a second supply pipe 120 for supplying carbon dioxide to the reaction container 100. It may be configured to include, and further comprises a first discharge pipe 130 for discharging the microalgae cultured in the reaction vessel, and a second discharge pipe 140 for discharging oxygen and carbon dioxide inside the reaction vessel. have.

제1공급관(110)은 미세조류와 미세조류 배양에 필요한 배양액 및 용수를 반응용기(100) 내부로 공급한다. 이때 용수는 필터 등에 의해 정제된 해수나 담수 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 미세조류 배양에 적합하도록 이산화탄소를 용해시킨 이산화탄소수용액일 수 있다.The first supply pipe 110 supplies the culture solution and water necessary for culturing the microalgae and microalgae into the reaction vessel 100. In this case, the water may be seawater or fresh water purified by a filter or the like, and more preferably, a carbon dioxide aqueous solution in which carbon dioxide is dissolved to suit microalgae culture.

제2공급관(120)은 반응용기(100)로 이산화탄소를 공급한다. 이산화탄소를 반응용기 내 용수에 보다 잘 용해시키기 위해서 제2공급관(120)은 반응용기의 하부 면에 구비하는 것이 바람직할 것이다. 제2공급관(120)은 후술할 센서부(150)에서 측정한 반응용기(100) 내부 수용액의 pH값이 관리자가 설정한 값 보다 높은 경우 반응용기(100)로 이산화탄소를 공급하고, 이산화탄소의 공급으로 반응용기(100) 내부 수용액의 pH가 관리자가 설정한 값까지 내려가는 경우 제2공급관(120)은 이산화탄소의 공급을 중단한다.The second supply pipe 120 supplies carbon dioxide to the reaction vessel 100. In order to better dissolve the carbon dioxide in the water in the reaction vessel, the second supply pipe 120 may be provided on the lower surface of the reaction vessel. The second supply pipe 120 supplies carbon dioxide to the reaction vessel 100 when the pH value of the aqueous solution inside the reaction vessel 100 measured by the sensor unit 150 to be described later is higher than the value set by the manager, supplying carbon dioxide As such, when the pH of the aqueous solution inside the reaction vessel 100 is lowered to a value set by the manager, the second supply pipe 120 stops supply of carbon dioxide.

제1배출관(130)은 광생물반응기(10)에 의해 배양이 끝난 미세조류를 외부로 배출한다.The first discharge pipe 130 discharges the microalgae that have been incubated by the photobioreactor 10 to the outside.

제2배출관(140)은 반응용기(100) 내부의 용수에 용해되지 않은 산소 및 이산화탄소를 배출한다. 반응용기(100) 내부의 산소는 미세조류의 광합성 작용에 의해 생성된 것이고, 이산화탄소는 제2공급관(130)에서 공급받은 이산화탄소 중 수용액에 용해되지 않은 기체이다.The second discharge pipe 140 discharges oxygen and carbon dioxide that are not dissolved in the water inside the reaction vessel 100. Oxygen in the reaction vessel 100 is generated by photosynthesis of microalgae, and carbon dioxide is a gas that is not dissolved in an aqueous solution of carbon dioxide supplied from the second supply pipe 130.

또한, 반응용기(100)는 상기 반응용기 내부 수용액의 pH값을 측정하기 위한 센서부(150)를 더 포함할 수 있다. In addition, the reaction vessel 100 may further include a sensor unit 150 for measuring the pH value of the aqueous solution inside the reaction vessel.

센서부(150)를 통해 반응용기(100) 내부 수용액의 pH가 미세조류의 배양에 적합한지를 검사하여 적합하지 않은 경우 제2공급관(120)을 제어하여 pH를 미세조류 배양에 적합하도록 조절 할 것이다. 또한 센서부(150)는 바람직하게는 pH 뿐만 아니라 수온, 용존 이산화탄소 등 미세조류 배양에 필요한 인자들을 측정할 수 있을 것이다.
If the pH of the aqueous solution inside the reaction vessel 100 is suitable for culturing the microalgae through the sensor unit 150, if it is not suitable, the second supply pipe 120 will be controlled to adjust the pH to be suitable for culturing the microalgae. . In addition, the sensor unit 150 may measure not only pH but also factors necessary for culturing microalgae such as water temperature and dissolved carbon dioxide.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축(200)을 개략적으로 나타내는 정면도이다.2 is a front view schematically showing an axis 200 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 축(200)은 반응용기(100) 중심부에 수직하게 설치된다. 2, the shaft 200 is installed perpendicular to the center of the reaction vessel (100).

축(200)의 외주면에는 광원(300)이 설치될 수 있는 돌출부(320)가 형성될 수 있고, 투명 튜브로 이루어질 수 있다. 투명 튜브는 반응용기(100)의 재료와 마찬가지로 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열을 사용하는 것이 바람직할 것이다.The outer circumferential surface of the shaft 200 may be formed with a protrusion 320 in which the light source 300 may be installed, and may be made of a transparent tube. As for the transparent tube, it may be preferable to use tempered glass, polycarbonate, or acrylic series having excellent translucency and mechanical strength as in the material of the reaction vessel 100.

또한, 투명 튜브로 이루어진 축(200)은 그 내부에 광원을 포함할 수 있다. 축(200)상에 설치된 광원(300) 외에 축(200) 내부에도 광원을 배치함으로써 미세조류에 더욱 많은 빛을 전달하여 미세조류의 생산량을 증대시킬 수 있다.In addition, the shaft 200 made of a transparent tube may include a light source therein. By placing a light source inside the shaft 200 in addition to the light source 300 installed on the shaft 200, it is possible to increase the output of the microalgae by transferring more light to the microalgae.

또한, 축(200)은 회전 가능할 것이다. In addition, the shaft 200 will be rotatable.

축(200)은 반응용기(100)에 설치된 구동부(210)에 의해 회전하게 된다. The shaft 200 is rotated by the drive unit 210 installed in the reaction vessel (100).

축(200)이 회전함에 따라 미세조류가 부양되고 이에 의해 미세조류와 이산화탄소와의 접촉이 활성화되어 미세조류 배양효율을 높일 수 있다. 회전축(200)의 회전 속도는 반응용기(100) 내부의 미세조류 농도 등에 따른 배양조건에 의해 조절할 수 있을 것이다.As the shaft 200 rotates, the microalgae are supported, thereby activating contact between the microalgae and carbon dioxide to increase the microalgal culture efficiency. Rotational speed of the rotary shaft 200 may be adjusted by the culture conditions according to the concentration of microalgae in the reaction vessel (100).

광원(300)은 축 상에 설치되어 미세조류의 광합성에 필요한 빛을 공급한다.The light source 300 is installed on the shaft to supply light necessary for photosynthesis of the microalgae.

또한 광원(300)은 축(200)에 수직하고 축(300)의 외주면을 따라 나선형 경로로 복수개 설치될 것이다. 이러한 나선형 경로는 단일 나선형 경로 외에 DNA구조와 같은 이중 나선형 구조 또는 그 이상의 다중 나선형 구조로 이루어질 수 있어 많은 광원(300)을 축(200)에 설치하는 것이 가능하다.In addition, a plurality of light sources 300 may be installed in a helical path perpendicular to the axis 200 and along the outer circumferential surface of the axis 300. The spiral path may be formed of a double spiral structure such as a DNA structure or a multiple spiral structure in addition to the single spiral path, and thus, many light sources 300 may be installed on the shaft 200.

또한, 나선형 경로의 광원(300)간의 간격을 조절하여 광생물반응기(10)가 최대의 광효율을 갖도록 할 수 있다.In addition, the optical bioreactor 10 may have the maximum light efficiency by adjusting the distance between the light sources 300 of the spiral path.

축(200)의 외주면에 나선형 경로로 구비된 복수의 광원(300)은 제2공급관(120)을 통해 공급되는 이산화탄소와 충돌하여 이산화탄소의 용해률을 증가시키며, 더욱이 축의 회전하는 경우는 광원과 이산화탄소의 충돌이 더욱 활발하게 발생하여 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소를 더욱 효과적으로 용해시킬 수 있을 것이다.The plurality of light sources 300 provided in a spiral path on the outer circumferential surface of the shaft 200 collide with the carbon dioxide supplied through the second supply pipe 120 to increase the dissolution rate of the carbon dioxide. The collision of the more occurs will be able to more effectively dissolve the carbon dioxide required for microalgae culture.

또한, 축(200)에 수직하게 나선형 경로를 따라 설치된 복수의 광원이 축(200)의 회전에 의해 회전함으로써 각 광원(300)의 회전에 의한 원판형태의 미세조류 성장층이 형성되고, 이에 의해 반응용기(100) 내의 모든 부분에 균일한 광도의 빛을 제공하여 미세조류가 최적의 광합성을 할 수 있도록 한다. In addition, a plurality of light sources provided along a helical path perpendicular to the axis 200 rotates by the rotation of the shaft 200, thereby forming a disc-shaped algae growth layer formed by the rotation of each light source 300. The light of uniform intensity is provided to all parts in the reaction vessel 100 so that the microalgae may achieve optimal photosynthesis.

광원(300)이 전달하는 빛의 세기는 반응용기(100) 내부 미세조류의 농도 및 기타 다양한 배양 조건에 따라 미세조류가 최적의 광합성을 할 수 있도록 조절함으로써 미세조류 배양 효율을 높일 수 있을 것이다.The intensity of light transmitted from the light source 300 may increase the microalgae cultivation efficiency by controlling the microalgae to achieve optimal photosynthesis according to the concentration of the microalgae inside the reaction vessel 100 and various other culture conditions.

광원(300)은 발광다이오드(LED)일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 광섬유(optical fiber), OLED 및 플렉서블 LED를 이용하는 것도 가능할 것이다.
The light source 300 may be a light emitting diode (LED), but is not limited thereto, and it may be possible to use an optical fiber, an OLED, and a flexible LED.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 감싸는 커버(310)를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축(200)의 돌출부(320)와 커버(310)의 결합관계를 개략적으로 나타낸 사시도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a cover 310 surrounding a light source according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a projection 320 and the cover 310 of the rotating shaft 200 according to an embodiment of the present invention. Is a perspective view schematically showing a coupling relationship between

커버(310)는 회전축(200)의 돌출부(320)와 결합하여 광원(300)이 미세조류 및 수용액 등과 접촉하는 것을 방지하여 광원(300)을 보호한다. The cover 310 is coupled to the protrusion 320 of the rotation shaft 200 to prevent the light source 300 from contacting the microalgae and the aqueous solution, thereby protecting the light source 300.

커버(310)는 광원(300)의 빛이 잘 투과될 수 있도록 투명 소재로 이루어진다.The cover 310 is made of a transparent material so that the light of the light source 300 can be easily transmitted.

또한, 커버(310)는 초승달 모양일 수 있는데 이에 의해 회전축(200)의 회전시 수용액, 이산화탄소 및 미세조류를 더욱 효과적으로 교반할 수 있다. 그러나 투명커버(310)의 모양은 초승달 모양에 국한될 것이 아니라 직사각형, 정사각형, 원통형 모양 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
In addition, the cover 310 may have a crescent shape, whereby the aqueous solution, carbon dioxide, and microalgae may be more effectively stirred during the rotation of the rotating shaft 200. However, the shape of the transparent cover 310 is not limited to the crescent shape may be implemented in various ways such as rectangular, square, cylindrical shape.

이하, 도 1의 구성을 가지는 나선형 광원을 갖는 광생물반응기의 동작을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the photobioreactor having a spiral light source having the configuration of FIG. 1 will be described in detail.

미세조류의 배양을 시작하면 제1공급관(110)은 반응용기(100)에 미세조류, 배양액 및 용수를 공급한다. 이때 용수는 필터 등에 의해 정제된 해수나 담수 일 수 있고, 또는 이에 이산화탄소를 용해시켜 미세조류의 배양에 적합하도록 한 이산화탄소수용액일 수 있다.When the cultivation of the microalgae starts, the first supply pipe 110 supplies the microalgae, the culture solution and the water to the reaction vessel 100. In this case, the water may be seawater or fresh water purified by a filter or the like, or may be a carbon dioxide aqueous solution that is suitable for culturing microalgae by dissolving carbon dioxide therein.

반응용기(100)에 미세조류, 배양액 및 용수가 공급되면 회전축(200)은 회전을 시작하고, 회전축(200)에 설치된 복수의 광원(300)은 빛을 공급하여 미세조류의 배양을 시작한다.When the microalgae, culture medium and water are supplied to the reaction vessel 100, the rotation shaft 200 starts to rotate, and the plurality of light sources 300 installed on the rotation shaft 200 supply light to start culturing the microalgae.

이때 센서부(150)는 반응용기(100) 내부 수용액의 pH를 측정하게 된다. At this time, the sensor unit 150 measures the pH of the aqueous solution inside the reaction vessel 100.

제2공급관(120)은 센서부(150)에서 측정한 pH값이 관리자가 설정한 값 보다 높은 경우 반응용기(100)로 이산화탄소를 공급하며, 적정 pH값을 갖는 경우 이산화탄소의 공급을 중단한다.The second supply pipe 120 supplies carbon dioxide to the reaction vessel 100 when the pH value measured by the sensor unit 150 is higher than the value set by the manager, and stops supply of carbon dioxide when the pH value is appropriate.

또한, 미세조류를 배양하는 동안 미세조류가 광합성을 통해 이산화탄소를 소비하기 때문에 반응용기(100) 내부 수용액의 pH는 높아지게 되는데, 이때도 제2공급관(120)을 통해 반응용기(100)로 이산화탄소를 조절 공급함으로써 수용액의 pH 값을 일정하게 유지할 수 있다.In addition, since the microalgae consume carbon dioxide through photosynthesis while culturing the microalgae, the pH of the aqueous solution inside the reaction vessel 100 is increased, and at this time, the carbon dioxide is transferred to the reaction vessel 100 through the second supply pipe 120. By regulating supply, the pH value of the aqueous solution can be kept constant.

제2 배출관(140)은 광생물반응기(10)의 동작 동안 미세조류의 광합성에 의해 발생하는 산소 및 제2공급관(120)에 의해 공급되었으나 수용액에 용해되지 않은 이산화탄소를 배출한다.The second discharge pipe 140 discharges oxygen generated by photosynthesis of the microalgae during operation of the photobioreactor 10 and carbon dioxide which is supplied by the second supply pipe 120 but is not dissolved in an aqueous solution.

광생물반응기(10)가 동작하는 동안 회전축(200)의 회전속도와 광원(300)에 의한 빛의 세기는 반응용기(100) 내부 미세조류 밀도에 따라 조절된다.While the optical bioreactor 10 is operating, the rotational speed of the rotating shaft 200 and the intensity of light by the light source 300 are controlled according to the density of microalgae inside the reaction vessel 100.

즉, 배양 초기 미세조류의 밀도가 낮을 때에는 회전축(200)의 회전속도와 광원(300)에 의한 광량을 낮추고, 배양이 진행됨에 따라 미세조류의 밀도가 높아질수록 회전속도와 광량을 증가시키도록 조절함으로써 광생물반응기(10)의 효율을 높일 수 있다.That is, when the initial density of the microalgae is low, the rotational speed of the rotating shaft 200 and the light amount by the light source 300 are lowered, and as the density of the microalgae increases as the culture proceeds, the rotational speed and the amount of light are adjusted. As a result, the efficiency of the photobioreactor 10 can be improved.

이후 배양이 끝난 미세조류는 제1 배출관(130)을 통해 외부로 배출되어 동물 또는 치어의 사료로 활용되거나 미세조류의 지질을 분리하여 바이오디젤(biodiesel), 바이오제트(biojet), 그린디젤(green diesel)을 생산하든데 이용될 수 있을 것이다.
After the cultivation of the microalgae is discharged to the outside through the first discharge pipe 130 to be used as feed for animals or fry or to separate the lipids of the microalgae biodiesel, biojet, green diesel (green) It can be used to produce diesel.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of. As described above, with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

10 : 나선형 광원을 갖는 광생물반응기
100 : 반응용기 110 : 제1공급관
120 : 제2공급관 130 : 제1배출관
140 : 제2배출관 150 : 센서부
200 : 축 210 : 구동부
300 : 광원 310 : 커버
320 : 돌출부10: photobioreactor with spiral light source
100: reaction vessel 110: first supply pipe
120: second supply pipe 130: first discharge pipe
140: second discharge pipe 150: sensor
200: axis 210: drive part
300: light source 310: cover
320: protrusion

Claims (13)

미세조류를 배양하기 위한 반응용기;
상기 반응용기 중심부에 수직하게 설치되는 축; 및
상기 축 상에 설치되는 광원을 포함하는 광생물반응기.
A reaction vessel for culturing microalgae;
A shaft installed perpendicularly to the center of the reaction vessel; And
A photobioreactor comprising a light source installed on the shaft.
제1항에 있어서,
상기 반응용기는
상기 반응용기에 미세조류, 배양액 및 용수를 공급하기 위한 제1공급관; 및
상기 반응용기에 이산화탄소를 공급하기 위한 제2공급관을 포함하여 구성되는 광생물반응기.
The method of claim 1,
The reaction vessel
A first supply pipe for supplying microalgae, culture medium and water to the reaction vessel; And
The photobioreactor comprising a second supply pipe for supplying carbon dioxide to the reaction vessel.
제2항에 있어서,
상기 반응용기는
상기 반응용기에서 배양된 미세조류를 배출하기 위한 제1배출관; 및
상기 반응용기 내부의 산소 및 이산화탄소를 배출하기 위한 제2배출관을 더 포함하여 구성되는 광생물반응기.
The method of claim 2,
The reaction vessel
A first discharge pipe for discharging the microalgae cultured in the reaction vessel; And
The photobioreactor further comprises a second discharge pipe for discharging the oxygen and carbon dioxide in the reaction vessel.
제1항에 있어서,
상기 반응용기는
상기 반응용기 내부 수용액의 pH값을 측정하기 위한 센서부를 더 포함하는 광생물반응기.
The method of claim 1,
The reaction vessel
And a sensor unit for measuring the pH value of the aqueous solution inside the reaction vessel.
제2항에 있어서,
상기 제2공급관은 상기 센서부에서 측정한 pH값이 관리자가 설정한 값 보다 높은 경우 동작하는 광생물반응기.
The method of claim 2,
The second supply pipe is operated when the pH value measured by the sensor unit is higher than the value set by the administrator.
제1항에 있어서,
상기 축은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
The method of claim 1,
And the shaft is rotatable.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 축은 투명 튜브형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
The method according to claim 1 or 6,
The shaft is optical photoreactor, characterized in that configured in the form of a transparent tube.
제7항에 있어서,
상기 투명 튜브형태의 축 내에 광원이 설치되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
The method of claim 7, wherein
The light bioreactor characterized in that the light source is installed in the shaft of the transparent tube form.
제1항에 있어서,
상기 광원은 상기 축에 수직하며 나선형 경로를 따라 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
The method of claim 1,
The light source is a photobioreactor, characterized in that a plurality of perpendicular to the axis is installed along the spiral path.
제9항에 있어서,
상기 나선형 경로는 다중 나선형 경로인 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
10. The method of claim 9,
And wherein said helical path is a multiple helical path.
제9항에 있어서,
상기 축에 수직하며 나선형 경로를 따라 복수로 설치되는 광원은 상기 광원들 사이의 간격이 조절 가능한 것을 특징으로 하는 광생물반응기.
10. The method of claim 9,
And a plurality of light sources perpendicular to the axis and installed in a plurality of light sources along a spiral path, wherein a distance between the light sources is adjustable.
제1항에 있어서,
상기 광원은 발광다이오드(LED)로 구성된 것을 특징으로 하느 광생물반응기.
The method of claim 1,
The light source is a light bioreactor comprising a light emitting diode (LED).
제1항에 있어서,
상기 광원은 커버로 보호되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.

The method of claim 1,
And the light source is protected by a cover.

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