KR20160064740A - 이산화탄소와 배양액을 이용하여 발생시킨 선회류에 의해 수직 광생물 반응수조에 부착된 미세조류를 제거할 수 있는 미세조류 생성장치 - Google Patents

이산화탄소와 배양액을 이용하여 발생시킨 선회류에 의해 수직 광생물 반응수조에 부착된 미세조류를 제거할 수 있는 미세조류 생성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 일 실시예는 미세조류가 배양될 수 있는 배양공간이 구비된 광생물 반응수조, 상기 광생물 반응수조의 하단에 연결되고, 일 단부가 개구된 제 1 원통 공간부 및 상기 제 1 원통 공간부의 내주면으로 배양액이 유입될 수 있는 배양액 도입로가 구비된 메인 원통체, 상기 제 1 원통 공간부 내에 배치되고, 상기 제 1 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향으로 일 단부가 개구되어, 상기 배양액이 상기 제 1 원통 공간부에서 제 2 원통 공간부로 이동할 수 있도록 개구된 하나 이상의 홀을 구비하는 서브 원통체 및 상기 메인 원통체의 타 단부를 관통하여 상기 제 2 원통 공간부와 연결되고, 상기 제 2 원통 공간부에 이산화탄소 기체를 유입시키는 기체 도입로를 포함하되, 상기 배양액 도입로에서 유입되는 상기 배양액이 상기 홀을 통과하여 상기 제 2 원통 공간부에서 원운동을 할 때, 상기 기체 도입로에서 유입되는 이산화탄소 기체가 상기 제 2 원통 공간부에 상승 기류를 형성하여, 상기 배양액이 상기 제 2 원통 공간부에서 상기 이산화탄소 기체와 혼합되어 선회류를 발생시키는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 제공할 수 있다.

Description

이산화탄소와 배양액을 이용하여 발생시킨 선회류에 의해 수직 광생물 반응수조에 부착된 미세조류를 제거할 수 있는 미세조류 생성장치{VERTICAL MICROALGAE CULTURING APPARATUS WHICH IS ABLE TO REMOVE MICROALGAE ATTACHED TO PHOTOBIOREACTOR BY SPIRAL FLOW GENERATED BY CARBON DIOXIDE AND CULTURING MEDIUM}
본 발명은 미세조류 생성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 발생시킨 선회류에 의해 수직 광생물 반응수조에 부착된 미세조류를 제거하는 미세조류 생성장치에 관한 것이다.
산업발달로 인한 대량의 화석연료 소비는 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시켜 지구온난화에 원인이 되고 있으며, 전 세계적인 환경문제의 하나로 대두되고 있다. 지구 온난화에 의한 기후 변화는 대기 중의 이산화 탄소량이 탄소순환을 통해 일정하게 유지되지 못하는 생태계의 불균형에서 기인하였고, 앞으로도 가속될 전망이다.
한센(Hansen)과 레베데프(Lebedeff)등이 지구 평균온도의 상승을 보고하였고, General Circulation Model(GCM)에 의한 예측 또한 지구 표면 온도가 상승할 것이라 한다. 국내에서도 온실가스의 배출저감을 주 내용으로 하는 기후변화에 관한 국제협약이 체결된 이후 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있는 다양한 기술의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 이산화탄소의 배출억제는 화석연료의 사용을 절감하는 방법과 이산화탄소를 분리, 회수하여 고정화하는 방법이 있는데, 후자의 방법으로는 물리화학적 제어 방법, 생물학적 고정화 방법, 해양 저장법등이 사용되고 있으며, 생물학적 고정화 방법은 자연계의 탄소 순환을 이용하는 것으로 가장 환경 친화적인 방법으로 알려져 있고 1980년대 중반 이후로 미국, 일본, 유럽 등에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.
특히 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 생물학적으로 고정하는 방법은 광합성효율이 식물에 비해 우수하고 물에서 반응이 진행되는 장점을 가지고 있다. 이러한 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고정하기 위해서는 광 활용 효율의 저하를 방지하여 장기간 지속적으로 이산화탄소를 고정화할 수 있는 공정의 개발이 필수적이다.
최근에는 고농도 및 대량 배양이 가능한 이산화탄소를 고정화 시스템이 개발 되었으나. 미세조류가 광합성을 통해 광생물 반응수조에서 생장하면서 광생물 반응수조의 내부 벽면에 부착되어 이산화탄소를 고정화하는 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다.
대한민국 공개특허 : 제1020120022718호
본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는 산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 고정함으로써 지구온난화에 원인이 되는 이산화탄소를 저감할 수 있는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 다른 과제는 광생물 반응수조의 내부 벽면에 미세조류가 부착되는 것을 방지하여, 미세조류의 회수 효율을 증가시킬 수 있는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 일 실시예는 미세조류가 배양될 수 있는 배양공간이 구비된 광생물 반응수조, 상기 광생물 반응수조의 하단에 연결되고, 일 단부가 개구된 제 1 원통 공간부 및 상기 제 1 원통 공간부의 내주면으로 배양액이 유입될 수 있는 배양액 도입로가 구비된 메인 원통체, 상기 제 1 원통 공간부 내에 배치되고, 상기 제 1 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향으로 일 단부가 개구되어, 상기 배양액이 상기 제 1 원통 공간부에서 제 2 원통 공간부로 이동할 수 있도록 개구된 하나 이상의 홀을 구비하는 서브 원통체 및 상기 메인 원통체의 타 단부를 관통하여 상기 제 2 원통 공간부와 연결되고, 상기 제 2 원통 공간부에 이산화탄소 기체를 유입시키는 기체 도입로를 포함하되, 상기 배양액 도입로에서 유입되는 상기 배양액이 상기 홀을 통과하여 상기 제 2 원통 공간부에서 원운동을 할 때, 상기 기체 도입로에서 유입되는 이산화탄소 기체가 상기 제 2 원통 공간부에 상승 기류를 형성하여, 상기 배양액이 상기 제 2 원통 공간부에서 상기 이산화탄소 기체와 혼합되어 선회류를 발생시키는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 서브 원통체에 구비된 하나 이상의 홀은 상기 배양액이 유입되는 홀 입구와 상기 배양액이 유출되는 홀 출구를 포함하고, 상기 제 2 원통 공간부의 중심에서 상기 홀 입구까지 연장한 제 1 직선과 상기 제 2 원통 공간부의 중심에서 상기 홀 출구까지 연장한 제 2 직선이 미리 정해진 각도를 형성하여, 상기 배양액이 상기 홀을 지나갈 때, 상기 제 2 원통 공간부에서 원운동을 할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 각도는 15°내지 30°일 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 홀은 상기 서브 원통체의 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 구비될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 홀은 상기 배양액이 유입되는 홀 입구 및 배양액이 유출되는 홀 출구를 포함하되, 상기 홀 입구의 단면적은 상기 홀 출구의 단면적 보다 클 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 선회류는 상기 제 2 원통 공간부에서 형성되어, 상기 광생물 반응수조로 진입할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 선회류는 상기 광생물 반응수조의 내부 벽면에 부착된 미세조류를 탈락시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 선회류는 회오리 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치는 산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 고정함으로써 지구온난화에 원인이 되는 이산화탄소를 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치는 광생물 반응 수조의 내부 벽면에 미세조류가 부착되는 것을 방지하여, 미세조류의 회수 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러를 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 원통체 및 서브 원통체의 단면을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 원통체와 서브 원통체의 단면을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 원통 공간부에서 선회류가 발생하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광생물 반응수조에서 선회류가 벽면에 부착된 미세조류를 제거하는 것을 나타낸 모식도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
최근 산업체에서 배출되는 이산화탄소가 지구 온난화의 주범으로 지목됨에 따라 이산화탄소 고정화와 바이오 에너지원으로 미세조류를 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
미세조류는 다양한 능력에 기인하여, 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 물질들이 지속적으로 발견되어 그 활용범위를 넓혀 가고 있다.
미세조류와 같은 미생물의 연속배양 방법은 크게 키모스텟(chemostat)과 터비도스텟(turbidostat)으로 구분된다. 키모스텟은 기질 농도, 생산물 농도, 산도(pH) 등 배양액 중의 모든 환경인자를 일정하게 유지하는 방법이고, 터비도스텟은 배양액 중 균체 농도(biomass concentration)가 일정하게 유지되도록 배지공급 및 배양된 배양액 배출속도를 제어하는 방법이다.
그러나, 키모스텟과 터비도스텟 모두 미세조류가 성장하면서, 광생물 반응수조의 벽면에 달라 붙는 문제점이 있다. 미세조류가 광생물 반응수조의 벽면에 달라 붙게되면, 벽면에 달라붙은 미세조류는 과도한 성장을 하고, 그 이외의 미세조류는 광합성을 하지못하여, 성장이 어렵게 된다. 위와 같은 문제점을 해결하고자, 미세조류 성장 시스템의 효율을 높이고, 미세조류의 회수를 자동화할 수 있는 본 발명이 완성되었다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치는 광생물 반응수조(100) 및 광생물 반응수조(100)의 내부에 배치된 프로펠러(150)를 포함할 수 있다.
광생물 반응수조(100)에는 미세조류(140) 및 부유물(141)이 포함될 수 있다. 미세조류(140)는 광생물 반응수조(100)에서 광합성을 통해 성장할 수 있다. 부유물(141)은 광생물 반응수조(100)에서 미세조류(140)가 성장하면서 발생하는 노폐물등을 포함할 수 있다.
광생물 반응수조(100) 내부에 있는 미세조류(140) 및 부유물(141)은 광생물 반응수조(100) 내부 벽면(120)에 부착될 수 있다. 미세조류(140) 및 부유물(141)등이 광생물 반응수조(100) 내부 벽면(120)에 부착되면 미세조류(140)가 광합성할 때 요구되는 가시광선의 일부가 차단되어, 미세조류(140)의 성장에 방해가 될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 광생물 반응수조(100)의 내부 하단에 프로펠러(150)를 설치할 수 있다.
프로펠러(150)는 광생물 반응수조(100)의 내부에서 선회류를 생성하여, 광생물 반응수조(100) 내부 벽면(120)에 부착된 미세조류(140) 및 부유물(141)을 이탈 시킬 수 있다. 여기서, 프로펠러(150)에 의해 생성되는 선회류는 회오리 형상을 가질 수 있으며, 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면을 스치듯이 지나치는 방법으로 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면에 부착된 미세조류(140) 및 부유물(141)을 이탈시킬 수 있다. 사용자는 프로펠러(150)가 회전하는 속도를 조절하는 방법으로 선회류의 세기를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치(10)는 광생물 반응수조(100), 메인 원통체(200), 서브 원통체(300) 및 기체 도입로(400)를 포함할 수 있다.
광생물 반응수조(100)는 미세조류가 배양될 수 있는 배양공간(120)을 구비할 수 있다. 광생물 반응수조(100)는 튜브형 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 광생물 반응수조(100)는 비닐 튜브형 구조로 형성될 수도 있다.
광생물 반응수조(100)는 이산화탄소와 배양액이 균일하게 혼합되어 광생물 반응수조(100)의 내부에서 유동할 수 있다. 미세조류는 광생물 반응수조(100) 안의 이산화탄소와 배양액을 이용하여 광합성을 할 수 있다.
예를 들어, 광생물 반응수조(100)의 길이는 150cm, 반지름은 5cm, 체적은 11ℓ로 할 수 있다. 또한, 복수의 광생물 반응수조(100)를 하나의 세트로 구성할 수도 있다. 광생물 반응수조(100)의 재질은 비닐 재질이 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광생물 반응수조(100)의 비닐 재질은 LDPE(저밀도 폴리에틸렌)이 사용될 수 있다. 비닐 재질의 광생물 반응수조(100)는 내부를 유동하는 배양액의 중량을 견딜 수 있도록 일정한 두께 및 강도를 갖고, 잘 찢겨지거나 손상되지 않는 특성을 가지는 것이 바람직하다.
메인 원통체(200)는 광생물 반응수조(100)의 하단에 연결될 수 있다. 광생물 반응수조(100)의 하단에는 메인 원통체(200)와 결합할 수 있도록 연결부(110)를 더 포함할 수 있다. 연결부(110)는 메인 원통체(200)의 내부로 함입되도록 수직 방향으로 일정한 길이를 가질 수 있고, 연결부(110)의 길이만큼 메인 원통체(200)의 내부로 함입되면, 광생물 반응수조(100)의 하단부는 메인 원통체(200)의 상단부와 접할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 광생물 반응수조(100)는 메인 원통체(200)와 일체형으로 제작될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참고하여 설명하면, 메인 원통체(200)에는 일 단부가 개구된 제 1 원통 공간부(230)가 형성될 수 있다. 또한, 메인 원통체(200)에는 제 1 원통 공간부(230)의 내주면으로 배양액이 유입될 수 있는 배양액 도입로(240)가 형성될 수 있다. 메인 원통체(200)는 배양액 도입로(240)를 통해서 배양액을 제공받을 수 있다. 배양액 도입로(240)를 통해서 제공된 배양액은 메인 원통체(200)를 거쳐 광생물 반응수조(100)까지 전달될 수 있다.
서브 원통체(300)는 제 1 원통 공간부(230) 내에 배치될 수 있다. 서브 원통체(300)는 제 1 원통 공간부(230)의 개구방향과 일치하는 방향으로 일 단부가 개구될 수 있다. 또한, 배양액 도입로(240)에서 유입되는 배양액이 홀(hole)(330)을 통과하여 제 2 원통 공간부(250)에서 원운동을 할 수 있다. 이 때, 기체 도입로(400)에서 유입되는 이산화탄소 기체가 제 2 원통 공간부(250)에 상승 기류를 형성하면, 제 2 원통 공간부(250)에서 원운동을 하고 있는 배양액과 상승운동을 하는 이산화탄소 기체와 혼합되어 선회류를 발생시킬 수 있다.
기체 도입로(400)는 메인 원통체(200)의 타 단부에 배치된 받침부(220)를 관통하여 제 2 원통 공간부(250)와 연결될 수 있다. 또한, 기체공급 장치(미도시)는 기체 도입로(400)를 통해 제 2 원통 공간부(250)에 이산화탄소 기체를 유입시킬 수 있다. 예를 들어, 기체 도입로(400)는 이산화탄소 공급장치(미도시)와 연결될 수 있다. 이산화탄소 공급장치(미도시)가 일정한 압력으로 이산화탄소를 기체 도입로(400)를 통해 제 2 원통 공간부(250)로 밀어 넣으면, 제 2 원통 공간부(250) 및 광생물 반응수조(100)에는 상승기류가 생성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치는 광생물 반응 수조의 내부 벽면에 미세조류가 부착되는 것을 방지하여, 미세조류의 회수 효율을 증가시킬 수 있고, 더 나아가 산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 고정함으로써 지구온난화에 원인이 되는 이산화탄소를 저감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 원통체 및 서브 원통체의 단면을 나타낸 것이다.
도 3를 참조하면, 메인 원통체(200)는 상단에 덮개부(210)를 구비할 수 있고, 하단에는 받침부(220)가 구비될 수 있다. 광생물 반응수조(100)의 연결부(110)와 메인 원통체(200)가 연결되면, 광생물 반응수조(100)의 하단면은 메인 원통체(200)의 덮개부(210)의 상단면에 접할 수 있다.
메인 원통체(200)는 메인 원통체(200)의 일 단부가 개구된 제 1 원통 공간부(230)를 형성할 수 있다. 메인 원통체(200)의 내주면은 제 1 원통 공간부(230)에 접할 수 있다. 메인 원통체(200)의 내주면이 연장되어 외부에 개방될 수 있으며, 개방된 통로 즉, 배양액 도입로(240)는 배양액이 유입될 수 있는 통로가 될 수 있다. 배양액 도입로(240)를 통해 유입된 배양액은 제 1 원통 공간부(230)의 일부를 채우고, 제 2 원통 공간부(250)로 흘러 들어갈 수 있다.
제 1 원통 공간부(230)로 유입되는 배양액이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 제 1 원통 공간부(230)의 상부는 덮개부(210)에 의해 밀폐되고, 제 1 원통 공간부(230)의 하부는 받침부(220)로 밀폐될 수 있다.
서브 원통체(300)는 제 1 원통 공간부(230) 내에 배치될 수 있다. 서브 원통체(300)의 상부는 덮개부(210)와 접하도록 형성될 수 있다. 제 1 원통 공간부(230)에 있는 배양액은 서브 원통체(300)에 있는 홀(330)을 통해서만 제 2 원통 공간부(250)로 이동할 수 있다. 따라서, 제 1 원통 공간부(230) 및 제 2 원통 공간부(250)는 물리적으로 분리된 공간부이며, 홀(330)을 통해서 연결될 수 있다.
서브 원통체(300)는 메인 원통체(200)와 함께 받침부(220)를 공유할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 원통 공간부(230)는 메인 원통체(200)의 내주면, 서브 원통체(300)의 외주면 및 받침부(220)의 상단면에 의해 구획될 수 있고, 제 2 원통 공간부(250)는 서브 원통체(300)의 내주면과 받침부(220)의 상단면에 의해 구획 될 수 있다.
서브 원통체(300)는 제 1 원통 공간부(230)의 개구방향과 일치하는 방향으로 일 단부가 개구될 수 있다. 배양액은 서브 원통체(300)의 홀(330)을 통해서, 제 2 원통 공간부(250)로 유입되고, 제 2 원통 공간부(250)가 개구된 방향으로 광생물 반응수조(100)까지 상승할 수 있다. 서브 원통체(300)는 배양액이 제 1 원통 공간부(230)에서 제 2 원통 공간부(250)로 이동할 수 있도록 개구된 하나 이상의 홀(330)을 구비할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 원통체와 서브 원통체의 단면을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 배양액 도입로(240)를 통해서 배양액이 유입되면, 배양액은 메인 원통체(200)의 내주면을 따라 흐르면서, 제 1 원통 공간부(230)를 채운다. 제 1 원통 공간부(230)에 배양액이 어느 정도 차오르면, 배양액은 서브 원통체(300)의 홀(330)을 통해 제 2 원통 공간부(250)로 이동할 수 있다. 제 2 원통 공간부(250)로 이동한 배양액은 제 2 원통 공간부(250)에서 원운동을 할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 서브 원통체(300)에 구비된 홀(330)은 배양액이 유입되는 홀 입구(310)와 배양액이 유출되는 홀 출구(320)를 포함할 수 있다. 제 2 원통 공간부(250)의 중심에서 홀 입구(310)까지 연장한 제 1 직선(701)과 제 2 원통 공간부(250)의 중심에서 홀 출구(320)까지 연장한 제 2 직선(702)은 0보다 큰 각도로 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 직선(701)은 서브 원통체(300)의 중심점에서 홀 입구(310)의 중심점까지 이은 직선이고, 제 2 직선(702)은 서브 원통체(300)의 중심점에서 홀 출구(320)의 중심점까지 이은 직선이다.
일 실시예에 있어서, 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도는 10° 내지 30°가 되는 것이 바람직하다. 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도가 10°보다 작으면, 배양액이 제 2 원통 공간부(250)에서 충분한 속도로 원운동을 할 수가 없어 선회류의 생성이 어렵다. 또한, 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도가 30°보다 크면 배양액이 원운동 하는 속력 때문에 선회류의 상승기류가 약해진다.
다른 실시예에 있어서, 서브 원통체(300)에 구비된 홀(330)의 홀 입구(310) 단면적은 배양액이 유출되는 홀 출구(320)의 단면적 보다 크게 형성될 수 있다. 홀 입구(310)의 단면적이 홀 출구(320)의 단면적 보다 큰 경우, 배양액이 홀 입구(310)로 유입되는 속도보다 더 큰 속도로 홀 출구(320)로 유출 될 수 있다. 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도를 30°로 유지하면서, 홀 입구(310)의 단면적을 홀 출구(320)의 단면적 보다 크게하면, 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도를 30°이상으로 제작하는 비용을 절약할 수 있다. 또한, 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도를 30°이상으로 제작했을 때 서브 원통체(300)의 강성이 약해지는 단점을 극복할 수 있다.
도 5에서는 배양액이 반시계 방향으로 원운동으로 하는 것을 나타냈으나, 홀 입구(310)와 홀 출구(320)가 이루는 각을 변경하는 방법으로 배양액이 시계 방향으로 원운동 하도록 할 수도 있다. 또한, 배양액이 일정한 속도로 원운동 하도록 홀(330)은 서브 원통체(300)의 중심을 기준으로 대칭이 되도록 구비될 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 기체 도입로(400)는 받침부(220)를 관통하여 제 2 원통 공간부(250)와 연결될 수 있다. 여기서, 기체 도입로(400)는 제 2 원통 공간부(250)에 이산화탄소 기체를 유입시키는 통로가 될 수 있다. 이산화탄소 기체는 일정한 속력과 압력으로 기체 도입로(400)를 통해 제 2 원통 공간부(250)로 유입될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 원통 공간부에서 선회류가 발생하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 제 2 원통 공간부(250)에 유입된 이산화탄소 기체는 상승기류(도 5에서 화살표 방향(410))를 가질 수 있다. 이산화탄소 기체의 상승기류(420)는 제 2 원통 공간부(250)에서 원운동하는 배양액과 만나게 되고, 이산화탄소 기체의 상승기류(420)와 제 2 원통 공간부(250)의 배양액의 원운동이 벡터 합을 형성하면, 선회류(430)가 생성될 수 있다. 즉 선회류(430)는 회오리 형상의 유체 흐름이 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광생물 반응수조에서 선회류가 벽면에 부착된 미세조류를 제거하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 7에 나타낸 것처럼, 배양액과 이산화탄소 기체가 혼합된 액체의 선회류(430)는 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면(130)을 스치듯이 지나가게 되고, 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면(130)에 부착된 미세조류(601)를 탈락시키는 효과가 있다. 탈락한 미세조류는 603에 나타낸 것 처럼, 광생물 반응수조(100)의 상단으로 부유할 수 있다. 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면(130)에 부착된 미세조류(601)를 제거하면, 미세조류의 성장을 균일하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 생성장치(10)는 미세조류의 성질과 광생물 반응수조(100)의 내부 벽면(130)에 밀착하는 정도를 고려하여, 선회류(430)의 속도를 조절할 수 있다. 선회류(430)의 속도를 조정하기 위해, 홀의 입구(310)와 출구(320)의 단면적 차이를 증가시킬 수 있고, 제 1 직선(701)과 제 2 직선(702)이 이루는 각도를 30°에 가깝게 구현할 수도 있다. 또한, 이산화탄소 기체의 압력과 속도를 증가시키는 방법으로 선회류(420)의 강도를 증가 시킬 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 미세조류 생성장치
100 : 광생물 반응수조
110 : 연결부
120 : 배양공간
130 : 광생물 반응수조의 내부 벽면
140 : 미세조류
141 : 부유물
150 : 프로펠러
200 : 메인 원통체
210 : 덮개부
220 : 받침부
230 : 제 1 원통 공간부
240 : 배양액 도입로
250 : 제 2 원통 공간부
300 : 서브 원통체
310 : 홀 입구
320 : 홀 출구
330 : 홀
400 : 기체 도입로
410 : 이산화탄소 기체의 상승기류 방향
420 : 이산화탄소 기체의 상승기류
601 : 내부 벽면에 부착된 미세조류
603 : 광생물 반응수조에서 부유하는 미세조류
701 : 제 1 직선
702 : 제 2 직선

Claims (8)

  1. 미세조류가 배양될 수 있는 배양공간이 구비된 광생물 반응수조;
    상기 광생물 반응수조의 하단에 연결되고, 일 단부가 개구된 제 1 원통 공간부 및 상기 제 1 원통 공간부의 내주면으로 배양액이 유입될 수 있는 배양액 도입로가 구비된 메인 원통체;
    상기 제 1 원통 공간부 내에 배치되고, 상기 제 1 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향으로 일 단부가 개구되어, 상기 배양액이 상기 제 1 원통 공간부에서 제 2 원통 공간부로 이동할 수 있도록 개구된 하나 이상의 홀을 구비하는 서브 원통체; 및
    상기 메인 원통체의 타 단부를 관통하여 상기 제 2 원통 공간부와 연결되고, 상기 제 2 원통 공간부에 이산화탄소 기체를 유입시키는 기체 도입로;
    를 포함하되,
    상기 배양액 도입로에서 유입되는 상기 배양액이 상기 홀을 통과하여 상기 제 2 원통 공간부에서 원운동을 할 때, 상기 기체 도입로에서 유입되는 이산화탄소 기체가 상기 제 2 원통 공간부에 상승 기류를 형성하여, 상기 배양액이 상기 제 2 원통 공간부에서 상기 이산화탄소 기체와 혼합되어 선회류를 발생시키는,
    이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 원통체에 구비된 하나 이상의 홀은 상기 배양액이 유입되는 홀 입구와 상기 배양액이 유출되는 홀 출구를 포함하고,
    상기 제 2 원통 공간부의 중심에서 상기 홀 입구까지 연장한 제 1 직선과 상기 제 2 원통 공간부의 중심에서 상기 홀 출구까지 연장한 제 2 직선이 미리 정해진 각도를 형성하여, 상기 배양액이 상기 홀을 지나갈 때, 상기 제 2 원통 공간부에서 원운동을 하는 것을 특징으로 하는,
    이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 각도는 15°내지 30°인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀은 상기 서브 원통체의 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀은 상기 배양액이 유입되는 홀 입구 및 배양액이 유출되는 홀 출구를 포함하되, 상기 홀 입구의 단면적은 상기 홀 출구의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회류는 상기 제 2 원통 공간부에서 형성되어, 상기 광생물 반응수조로 진입하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회류는 상기 광생물 반응수조의 내부 벽면에 부착된 미세조류를 탈락시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회류는 회오리 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 배양액을 이용하여 선회류를 발생시키는 미세조류 생성장치.
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