KR20160102621A

KR20160102621A - 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법

Info

Publication number: KR20160102621A
Application number: KR1020150024907A
Authority: KR
Inventors: 최태오
Original assignee: 주식회사 클로랜드
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-08-31
Also published as: KR101657490B1

Abstract

본 발명은 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 주입관를 통해 제 1 헤더관의 배양액에 부족한 이산화탄소를 공급하고, 미세조류의 성장에서 발생하는 공기를 제 2 헤더관의 배출관을 통해 원활하게 배출함으로써, 미세조류의 성장률과 배양성능이 높아져 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있고, 자연환경에 맞춰 제어부를 통해 배양장치가 작동되고, 별도의 조명기구 등의 부속품이 필요 없이도 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있기에 설치가 간편하고, 소요되는 에너지를 최대한 절약할 수 있으며, 별도의 펌프 없이 가압 공기를 통해 배양액을 순환시킬 수 있고, 이산화탄소를 강제로 주입하여 배양액 내에 고농축시킨 뒤, 이산화탄소의 기포를 이용해 배양액을 외부로 손쉽게 배출할 수 있어 실용적이면서 편리하게 사용할 수 있는 특징이 있다.

Description

공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법{Operation method of circulation-type high-density culturing apparatus of microalgae using air}

본 발명은 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 주입관를 통해 제 1 헤더관의 배양액에 부족한 이산화탄소를 공급하고, 미세조류의 성장에서 발생하는 공기를 제 2 헤더관의 배출관을 통해 원활하게 배출함으로써, 미세조류의 성장률과 배양성능이 높아져 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법에 관한 것이다.

일반적으로 클로렐라나 아이오크라이시스, 키토세로스 등의 미세조류는 패류와 같은 수산생물의 인공종묘 생산 과정에서 먹이생물로 이용될 뿐만 아니라, 미세조류 자체에 함유되어 있는 각종 유용인자로 인하여 건강식품개발, 하수처리, CO2제거, 바이오 연료 등으로도 활용될 수 있으며, 이러한 미세조류의 활용 및 연구를 위하여 전세계적으로 미세조류가 대량으로 배양되고 있다.

현재 국내에서 수산생물의 종묘생산에 필요한 먹이생물로서의 미세조류 배양규모는 연간 약 20만톤 내외로 추정되지만, 미세조류의 다양한 활용성과 각종 연구 등의 추세를 감안한다면 향후 배양규모가 지속적으로 증가할 것으로 판단되며, 지금까지 수산종묘의 먹이생물로 사용되는 미세조류는 대부분 실내의 배양장에 설치된 콘크리트 탱크나 투명 또는 반투명 수조에 자연채광이나 형광등 또는 메탈하이라이트 조명 등을 이용하여 배양되고 있다.

그러나, 상기와 같은 기존의 배양방식은 배양탱크나 배양수조의 세척 및 유지관리에 많은 비용과 노동력이 소요되고, 계절변화에 따른 적정 수온의 유지에도 많은 에너지 소모가 발생하며, 이러한 비용적인 부담에도 불구하고 배양해수가 오염 등의 요인에 쉽게 노출됨으로서, 배양 도중에 미세조류가 일시에 사멸되는 현상이 자주 발생하여 안정적인 배양이 어려운 문제점이 있었으며, 미세조류의 배양밀도 또한 매우 낮기 때문에 양식장 등의 현장에 적용할 시 경제성과 효율성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.

이와 더불어, 기존의 배양방식으로 미세조류를 대량으로 배양하기 위해서는 배양시설에 따른 공간 확보가 필수적이며, 이 과정에서 막대한 시설비와 부지확보 비용이 발생하기 때문에, 수산생물의 종묘생산 과정에서 종묘의 생산단가를 상승시키는 요인이 될 뿐만 아니라, 건강식품의 개발이나 하수처리 또는 CO2제거나 바이오 연료 등의 활용 및 연구에 있어서도, 배양시설에 따른 공간 확보에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 최근에 들어 다양한 미세조류 배양장치가 개발되고는 있지만, 여전히 기존의 배양방식에서 크게 탈피하지 못하고 있는 상황이며, 이로 인하여 종묘생산 등의 양식시설에 실질적으로 적용하는 측면에서 한계점이 노출되었고, 배양장치의 사용 및 유지 관리에 소요되는 비용부담에도 불구하고 미세조류의 배양효율은 상대적으로 저하되는 고질적인 문제점을 해결하지 못하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1270648호 대한민국 등록특허공보 제10-0609736호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0095826호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

이산화탄소 주입관를 통해 제 1 헤더관의 배양액에 부족한 이산화탄소를 공급하고, 미세조류의 성장에서 발생하는 공기를 제 2 헤더관의 배출관을 통해 원활하게 배출함으로써, 미세조류의 성장률과 배양성능이 높아져 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 자연환경에 맞춰 제어부를 통해 배양장치가 작동되고, 별도의 조명기구 등의 부속품이 필요 없이도 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있기에 설치가 간편하고, 소요되는 에너지를 최대한 절약할 수 있는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 별도의 펌프 없이 가압 공기를 통해 배양액을 순환시킬 수 있고, 이산화탄소를 강제로 주입하여 배양액 내에 고농축시킨 뒤, 이산화탄소의 기포를 이용해 배양액을 외부로 손쉽게 배출할 수 있어 실용적이면서 편리하게 사용할 수 있는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 제어부의 제어를 통해 미세조류가 공기에 의해 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법에 있어서,

배양액 주입관을 통해 제 1 헤더관, 수직관 및 순환관에 미세조류가 내포된 배양액을 채우는 단계(S100);

이산화탄소 주입관와 공기 주입관을 통해 유입된 이산화탄소 및 공기가 투입관에서 혼합된 뒤, 상기 투입관의 배출홀을 통해 혼합된 이산화탄소 및 공기가 배출되어 배양액을 일측으로 순환시키는 단계(S200);

상기 배양액을 순환하면서 미세조류를 배양하는데, 상기 배양액 내에 미세조류가 고밀도로 배양되면 제 2 헤더관의 배출관을 통해 배양액이 배출되어 미세조류를 수확하는 단계(S300);

상기 미세조류 수확후, 배출된 배양액만큼 배양액 주입관을 통해 배양액을 보충하는 단계(S400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기의 압력에 의해 미세조류가 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 미세조류를 수확하는 단계(S300)에서,

상기 배양액 내에 미세조류의 밀도를 측정하는 단계(S310);

상기 미세조류가 고밀도로 확인되면 이산화탄소 주입관을 통해 이산화탄소를 배양액 내에 과부하로 공급하는 단계(S320);

상기 이산화탄소가 배양액 내에 농축된 상태에서 제 2 헤더관의 배출관을 급격히 오픈하는 단계(S330);

상기 제 2 헤더관의 배출관을 급격히 오픈하면 배양액 내에 농축된 이산화탄소의 기포에 의해 배양액이 부상하여 제 2 헤더관의 배출관을 통해 배양액을 배출하는 단계(S340);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법은 이산화탄소 주입관를 통해 제 1 헤더관의 배양액에 부족한 이산화탄소를 공급하고, 미세조류의 성장에서 발생하는 공기를 제 2 헤더관의 배출관을 통해 원활하게 배출함으로써, 미세조류의 성장률과 배양성능이 높아져 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자연환경에 맞춰 제어부를 통해 배양장치가 작동되고, 별도의 조명기구 등의 부속품이 필요 없이도 고밀도의 미세조류를 수확할 수 있기에 설치가 간편하고, 소요되는 에너지를 최대한 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 펌프 없이 가압 공기를 통해 배양액을 순환시킬 수 있고, 이산화탄소를 강제로 주입하여 배양액 내에 고농축시킨 뒤, 이산화탄소의 기포를 이용해 배양액을 외부로 손쉽게 배출할 수 있어 실용적이면서 편리하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치를 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 나타낸 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류를 수확을 나타낸 순서도이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치를 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치(10)는 공기의 압력에 의해 미세조류가 순환되면서 태양광에 의해 배양되는 미세조류 배양장치에 관한 것으로, 제 1 헤더관(30)과, 수직관(40)과, 순환관(20)과, 제 2 헤더관(50)과, 제어부(60)로 구성된다.

상기 제 1 헤더관(30)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다수개가 병렬로 배치되어 내부에 미세조류가 포함된 배양액이 이송되는 관으로써, 상기 제 1 헤더관(30)은 원통형 관 형태로 형성되어 상부측에 수직관(40) 및 순환관(20)이 연결되도록 다수개의 연결구(31)가 형성되고, 상기 연결구(31)에 수직관(40) 및 순환관(20)이 연결된 상태에서 상호 간에 틈새는 실리콘 등에 의해 밀봉된다. 즉, 상기 제 1 헤더관(30)과 수직관(40) 또는 순환관(20)은 정면상 "ㅗ" 형태로 형성되고, 다수개의 연결구(31)에 각각 수직관(40) 및 순환관(20)이 연결되는 것이다.

여기서, 상기 제 1 헤더관(30)은 다수개가 병렬로 배치되는데, 본 발명에서는 두 개의 제 1 헤더관(30)이 병렬로 구비되고, 각각의 제 1 헤더관(30) 일측에는 내부에 배양액을 채우기 위한 배양액 주입관(32)이 형성되고, 배양액 내에 이산화탄소를 주입하기 위한 이산화탄소 주입관(33)이 형성되며, 배양액에 공기를 주입하기 위한 공기 주입관(34)이 형성된다. 이때, 상기 이산화탄소 주입관(33)과 공기 주입관(34)은 하나로 연결된 상태에서 제 1 헤더관(30)과 연결된다.

그리고, 상기 배양액 주입관(32), 이산화탄소 주입관(33) 및 공기 주입관(34)에는 관 내부를 제어부(60)의 제어에 의해 개폐되는 솔레노이드 밸브(90)가 각각 설치되고, 관을 통해 유입된 유체가 역방향으로 이송되는 것을 방지하는 체크밸브(35)도 각각 설치된다.

또한, 상기 배양액 주입관(32)은 초기에 제 1 헤더관(30) 및 수직관(40) 등에 배양액을 채우기 위해 사용되고, 중 후반기에는 고밀도로 배양된 미세조류를 수확시, 배양액과 함께 미세조류가 수확되며, 이때, 외부로 배출된 배양액만큼 배양액을 보충해주는 역할을 한다.

그리고, 상기 이산화탄소 주입관(33)은 이산화탄소 저장부(80)와 연결되어 이산화탄소가 공급되되, 중단부가 제어부(60)에 연결되어 제어부(60)의 개폐제어에 의해 제어된다. 즉, 상기 이산화탄소 주입관(33)은 이산화탄소 저장부(80)와 연결되는데, 상기 이산화탄소 저장부(80)에 연결된 상태에서 제어부(60)에 연결된 후, 투입관(36)에 연결됨으로써, 제어부(60)에서 이산화탄소의 이송을 제어할 수 있다. 이때, 상기 이산화탄소 저장부(80)는 이산화탄소가 저장된 용기 또는 밀폐탱크 등으로써, 내부 압력에 의해 이산화탄소가 이송되는 것이다.

또한, 상기 공기 주입관(34)은 송풍기(70)와 직접적으로 연결되어 송풍기(70)에 의해 외부의 공기가 배양액에 공급되고, 상기 송풍기(70)는 제어부(60)에 의해 제어된다.

한편, 상기 이산화탄소 주입관(33)과 공기 주입관(34)을 하나로 연결하는 투입관(36)이 형성되는데, 상기 제 1 헤더관(30)의 내부에는 투입관(36)이 제 1 헤더관(30)의 표면을 관통하여 형성되고, 상기 투입관(36)이 관통된 제 1 헤더관(30)의 표면은 실리콘 등에 의해 틈새를 밀폐한다.

여기서, 상기 제 1 헤더관(30)의 내부에 구비된 투입관(36)에는 이송되는 공기와 이산화탄소가 배출되도록 배출홀(38)이 형성되는데, 상기 배출홀(38)은 도 1에서처럼, 제 1 헤더관(30)의 바닥면 측인 투입관(36)의 아래쪽에 형성되어 공기와 이산화탄소가 혼합된 가스가 아래방향으로 분사되면서 제 1 헤더관(30)의 바닥면을 치고 상측으로 이송된다.

또한, 상기 배출홀(38)은 수직관(40) 및 순환관(20)의 위치에 맞춰 다수개가 형성되는데, 상기 수직관(40) 및 순환관(20)의 하측에 각각 형성되어 제 1 헤더관(30)의 바닥면을 치고 상측으로 이송되는 공기와 이산화탄소가 수직관(40) 및 순환관(20) 내에 이송되면서 수직관(40) 및 순환관(20) 내의 배양액에 공급된다. 이때, 상기 공기는 배양액의 이송 즉, 순환시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 배출홀(38)은 순환관(20) 중 일부의 순환관(20) 측에만 형성되고, 나머지 순환관(20)에는 배출홀(38)이 형성되지 않음으로써, 공기와 이산화탄소에 의해 배양액이 배출홀(38)이 형성되지 않은 순환관(20) 측으로 이송되어 배양액이 순환되는 것이다.

상기 수직관(40)은 도 1에서처럼, 제 1 헤더관(30)의 연결구(31)와 제 2 헤더관(50)의 연결구(51)에 각각 연결되는데, 원통형 관 형태로 형성되고, 내부가 투영되는 투명관으로 형성되어 내부에 순환되는 배양액의 미세조류에 태양광이 비춰져서 광합성 작용을 하는 것이다.

여기서, 상기 수직관(40) 내에는 배양액이 소정 높이까지 채워지는데, 상측부에 설치되는 제 2 헤더관(50)까지는 내부 압력에 의해 채워지지 않는다. 그렇기에 상기 수직관(40) 내부에 순환되는 배양액에 공기와 이산화탄소가 공급되면서 일부 공기가 배양액에서 배출되어 수직관(40)의 상부로 이송되는 것이다.

그리고, 상기 수직관(40)은 제 1 헤더관(30)과 제 2 헤더관(50)의 길이방향으로 다수개가 형성되되, 상호 소정간격으로 이격되어 수직으로 형성된다.

또한, 상기 수직관(40)은 제 1 헤더관(30)과 제 2 헤더관(50) 사이에 수직으로 다수개가 형성되는데, 도 1에서처럼, 다른 제 1 헤더관(30)과 제 2 헤더관(50) 사이에 형성되는 수직관(40)과 상호 엊갈리게 배치되어 일조량이 다수개의 수직관(40) 전체에 전달된다. 즉, 상기 수직관(40)과 수직관(40) 사이에 병렬로 배치된 측면의 수직관(40)이 위치되는 구조인 것이다.

상기 순환관(20)은 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 헤더관(30)의 양 끝단부에 수직으로 형성되되, 병렬로 배치된 다른 제 1 헤더관(30)에 형성된 순환관(20)과 상측부가 연결되도록 형성되어 제 1 헤더관(30)에서 이송되는 배양액이 투입관(36)의 배출홀(38)에서 배출된 공기의 압력에 의해 다른 제 1 헤더관(30)으로 이송되어 순환된다.

여기서, 상기 순환관(20)은 도 1에서처럼, 정면상 "┏┓" 형태로 형성되어 일측의 제 1 헤더관(30)의 배양액이 타측의 제 1 헤더관(30)으로 이송되는 것이다. 이때 모서리부는 곡선지게 형성되어 배양액의 이송이 용이하다.

또한, 상기 순환관(20)은 원통형의 관 형태로 형성되고, 내부가 투영되는 투명관으로 형성되어 내부에 순환되는 배양액의 미세조류에 태양광이 비춰져서 광합성 작용을 하는 것이다.

이렇듯, 상기 순환관(20)은 제 1 헤더관(30)의 양측에 형성됨으로써, 하나의 순환관(20)을 통해 다른 제 1 헤더관(30)으로 배양액이 넘어가고, 다른 하나의 순환관(20)을 통해 원래의 제 1 헤더관(30)으로 배양액이 넘어오는 방식으로 배양액이 순환되는 것이다.

상기 제 2 헤더관(50)은 도 1에서처럼, 제 1 헤더관(30)과 동일하게 형태로 형성되기에 수직관(40)과 연결되는 연결구(51)가 하측부에 형성되고, 상기 연결구(51)를 통해 수직관(40)이 연결되며, 상호 사이를 실리콘 등에 의해 밀봉한다. 이때, 상기 제 2 헤더관(50)과 수직관(40)은 정면상 "ㅜ" 형태로 형성된다.

여기서, 상기 제 2 헤더관(50)은 수직관(40)의 최상측부에 형성되는데, 다수개의 수직관(40)을 하나로 연결하며, 상기 수직관(40)에서 이송된 공기를 일측으로 이송시킨다.

그리고, 상기 제 2 헤더관(50)에는 내부에 채워진 공기 또는 배양액을 외부로 배출하도록 배출관(52)이 연통 형성되고, 상기 배출관(52)에는 제어부에 의해 개폐 제어되는 솔레노이드 밸브(90)가 더 형성된다.

또한, 상기 배출관(52)은 제 2 헤더관(50)에 각각 형성되되, 제 2 헤더관(50) 내의 압력에 의해 공기 또는 배양액이 배출되도록 하측 방향으로 구비된다.

그리고, 상기 제 2 헤더관(50)의 일단부에는 수직관(40) 내부에 채워진 배양액의 농도(pH)를 측정하여 측정된 값을 제어부(60)에 전달하는 pH 센서(53)가 설치된다.

즉, 상기 pH 센서(53)는 제 2 헤더관(50)의 상측에 일부가 돌출 형성된 상태에서 하측으로 길게 형성되어 하측부가 수직관(40) 내에 잠기도록 형성되고, 상기 수직관(40) 내에 80cm 이상 잠기도록 형성되어 배양액 내의 pH를 측정한다.

여기서, 상기 pH 센서(53)는 배양액 내의 알카리성, 중성, 산성 등을 농도로 측정하여 제어부(60)에 전달하고, 그 값에 따라 제어부(60)에서는 이산화탄소를 조절하면서 공급한다.

상기 제어부(60)는 도 1에 도시한 바와 같이, 배양장치(10)를 설정된 조건에 따라 제어하는데, 상기 제어부(60)는 pH 센서(53)에서 측정된 배양액의 pH에 따라 송풍기(70)와 이산화탄소 저장부(80)를 작동한다. 그리고, 그에 맞춰 각각의 솔레노이드 밸브(90)도 제어한다.

여기서, 상기 제어부(60)는 타이머가 설치되어 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 시간 단위 즉, 주간, 야간 및 날씨(맑음, 흐름 등)에 맞춰 송풍기(70)와 이산화탄소 저장부(80)을 작동시킨다. 즉, 타이머를 설정해 놓으면 그 시간에 맞춰 자동으로 송풍기(70)와 이산화탄소 저장부(80)를 작동시키고, 정지시킬 수 있는 것이다.

한편, 이하에서는 상기에서 기술한 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치에 대한 운용방법을 도면을 참고하여 상세하게 기술한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류를 수확을 나타낸 순서도이다.

도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법은 배양액 주입관을 통해 제 1 헤더관(30), 수직관(40) 및 순환관(20)에 미세조류가 내포된 배양액을 채우는 단계(S100)와, 이산화탄소 주입관(33)와 공기 주입관(34)을 통해 유입된 이산화탄소 및 공기가 투입관(36)에서 혼합된 뒤, 상기 투입관(36)의 배출홀(38)을 통해 혼합된 이산화탄소 및 공기가 배출되어 배양액을 일측으로 순환시키는 단계(S200)와, 상기 배양액을 순환하면서 미세조류를 배양하는데, 상기 배양액 내에 미세조류가 고밀도로 배양되면 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 통해 배양액이 배출되어 미세조류를 수확하는 단계(S300)와, 상기 미세조류 수확후, 배출된 배양액만큼 배양액 주입관(32)을 통해 배양액을 보충하는 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 이산화탄소 및 공기를 통해 배양액을 일측으로 순환시키는 단계(S200)에서, 상기 제 1 헤더관(30)의 내부에 형성된 투입관(36)에는 공기와 이산화탄소가 배출되도록 배출홀(38)이 형성되는데, 이때, 상기 배출홀(38)은 수직관(40) 및 순환관(20)의 위치에 맞춰 다수개가 형성되어 배출된 공기와 이산화탄소가 수직관(40) 및 순환관(20) 내의 배양액에 공급되고, 상기 순환관(20) 중 일부의 순환관(20) 측에는 배출홀(38)이 형성되지 않아 공기와 이산화탄소을 통해 이송되는 배양액이 배출홀(38)이 형성되지 않은 순환관(20) 측으로 순환한다.

그리고, 상기 배양액은 초기에는 천천히 순환되면서 태양광의 광합성과 배양액 내에 포함된 이산화탄소를 이용하여 미세조류가 배양되고, 중, 후반기에는 미세조류가 배양되면서 발생하는 공기가 배양액 내에 많이 발생한다.

그렇기에 pH 센서(53)에서 측정된 데이터 값이 제어부(60)에 전달되고, 상기 제어부(60)에서 설정된 조건과 배양액 내의 pH 농도를 비교하여 이산화탄소를 이산화탄소 주입관(33)을 통해 배양액 내에 공급한다.

이렇게 부족한 이산화탄소를 공급하면서 배양액을 순환시키는데, 일측의 제 1 헤더관(30)에서 타측의 제 1 헤더관(30)으로 배양액을 이송시키는 방법은 순환관(20)의 하측에 형성된 투입관(36) 중 어느 하나의 투입관(36)에는 배출홀(38)이 형성되고, 다른 투입관(36)에는 배출홀(38)이 형성되어 있지 않는데, 즉, 하나의 순환관(20)의 양끝단부 중 한 곳에는 배출홀(38)이 형성되며, 다른 곳에는 배출홀(38)이 형성되지 않음으로써, 순환관(20)의 하측에 형성된 배출홀(38)에서 공기가 배출되면 공기의 압력에 의해 배양액이 순환관(20)을 넘어서 다른 제 1 헤더관(30)으로 이송되는 것이다.

이때, 다른 쪽에는 배출홀(38)이 형성되어 있지 않아 배양액이 용이하게 이송될 수 있는 것이고, 반대측 순환관(20)의 하측에는 일측의 순환관(20)과는 반대로 배출홀(38)이 형성됨으로써, 타측 제 1 헤더관(30)에서 일측의 제 1 헤더관(30)으로 배양액이 순환할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 수직관(40)은 제 1 헤더관(30)과 제 2 헤더관(50) 사이에 수직으로 다수개가 형성되되, 다른 제 1 헤더관(30)과 제 2 헤더관(50) 사이에 형성되는 수직관(40)과 상호 엊갈리게 배치되어 일조량이 다수개의 수직관(40) 전체에 전달되고, 상기 수직관(40) 내에서는 배양액이 자체 순환되는 방식이다. 즉, 상기 수직관(40) 내에서 순환되는 배양액은 일부가 옆의 수직관(40)으로 하단부를 통해 이송되는 방식으로 이송되다 끝단부의 순환관(20)을 통해 다른 제 1 헤더관(30)으로 이송되는 방식이다.

한편, 상기 미세조류를 수확하는 단계(S300)에서, 도 3에서처럼, 상기 배양액 내에 미세조류의 밀도를 측정하는 단계(S310)와, 상기 미세조류가 고밀도로 확인되면 이산화탄소 주입관(33)을 통해 이산화탄소를 배양액 내에 과부하로 공급하는 단계(S320)와, 상기 이산화탄소가 배양액 내에 농축된 상태에서 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 급격히 오픈하는 단계(S330)와, 상기 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 급격히 오픈하면 배양액 내에 농축된 이산화탄소의 기포에 의해 배양액이 부상하여 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 통해 배양액을 배출하는 단계(S340)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 배양액 내에 미세조류의 밀도를 측정하는 단계(S310)에서, 상기 배양액의 색깔을 설정된 밀도색깔과 비교하여 고밀도를 측정하거나, pH 센서(53)를 통해 배양액 내의 미세조류 농도를 측정하거나, 배양액의 일부를 채취하여 미세조류를 측정함으로써 고밀도의 미세조류를 체크한다.

이때, 상기 채취한 미세조류를 현미경, 헤모사이토미터(hemocytomter) 등을 이용하여 측정시 배양액 ml당 1억개 이상의 세포가 존재시에 고밀도로 판단한다.

그리고, 상기 미세조류가 고밀도로 확인되면 이산화탄소 주입관(33)을 통해 이산화탄소를 배양액 내에 과부하로 공급하는 단계(S320)에서, 상기 공기 주입관(34)과 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)에 형성된 솔레노이드 밸브(90)를 닫은 상태에서 이산화탄소를 강제로 주입하여 배양액 내에 이산화탄소를 농축시킨다.

또한, 상기 이산화탄소가 배양액 내에 농축된 상태에서 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 급격히 오픈하는 단계(S330)에서, 상기 제 2 헤더관(50)의 배출관(52)을 오픈하기 전에 이산화탄소 주입관(33)의 솔레노이드 밸브(90)를 닫은 상태에서 배출관(52)의 솔레노이드 밸브(90)를 오픈한다.

10 : 미세조류 고밀도 배양장치 20 : 순환관
30 : 제 1 헤더관 31,51 : 연결구
32 : 배양액 주입관 33 : 이산화탄소 주입관
34 : 공기 주입관 35 : 체크밸브
36 : 투입관 38 : 배출홀
40 : 수직관
50 : 제 2 헤더관 52 : 배출관
53 : pH 센서
60 : 제어부 70 : 송풍기
80 : 이산화탄소 저장부 90 : 솔레노이드 밸브

Claims

제어부의 제어를 통해 미세조류가 공기에 의해 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법에 있어서,
배양액 주입관을 통해 제 1 헤더관, 수직관 및 순환관에 미세조류가 내포된 배양액을 채우는 단계(S100);
이산화탄소 주입관와 공기 주입관을 통해 유입된 이산화탄소 및 공기가 투입관에서 혼합된 뒤, 상기 투입관의 배출홀을 통해 혼합된 이산화탄소 및 공기가 배출되어 배양액을 일측으로 순환시키는 단계(S200);
상기 배양액을 순환하면서 미세조류를 배양하는데, 상기 배양액 내에 미세조류가 고밀도로 배양되면 제 2 헤더관의 배출관을 통해 배양액이 배출되어 미세조류를 수확하는 단계(S300);
상기 미세조류 수확후, 배출된 배양액만큼 배양액 주입관을 통해 배양액을 보충하는 단계(S400);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기의 압력에 의해 미세조류가 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법.
제 1항에 있어서,
상기 이산화탄소 및 공기를 통해 배양액을 일측으로 순환시키는 단계(S200)에서,
상기 제 1 헤더관의 내부에 형성된 투입관에는 공기와 이산화탄소가 배출되도록 배출홀이 형성되되,
상기 배출홀은 수직관 및 순환관의 위치에 맞춰 다수개가 형성되어 배출된 공기와 이산화탄소가 수직관 및 순환관 내의 배양액에 공급되고, 상기 순환관 중 일부의 순환관 측에는 배출홀이 형성되지 않아 공기와 이산화탄소을 통해 이송되는 배양액이 배출홀이 형성되지 않은 순환관 측으로 순환하는 것을 특징으로 하는 공기의 압력에 의해 미세조류가 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법.
제 1항에 있어서,
상기 배양액 내의 미세조류를 고밀도로 배양시, 제 2 헤더관에 설치되어 수직관 내에 구비되는 pH 센서를 통해 수직관 내에 채워진 배양액의 농도(pH)를 측정하여 데이터 값을 제어부에 전달하고, 상기 제어부에서는 설정된 조건과 배양액 내의 pH 농도를 비교하여 부족한 이산화탄소를 이산화탄소 주입관을 통해 배양액 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 공기의 압력에 의해 미세조류가 순환되면서 배양되는 미세조류 배양장치의 운용방법.
제 1항에 있어서,
상기 배양액 내의 미세조류를 고밀도로 배양시, 배양액 내에서 배출된 공기는 제 2 헤더관에 채워지고, 상기 채워진 공기는 제 2 헤더관의 배출관을 통해 외부로 배출되어 배양액 내의 공기를 제거하는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 1항에 있어서,
상기 수직관은 제 1 헤더관과 제 2 헤더관 사이에 수직으로 다수개가 형성되되, 다른 제 1 헤더관과 제 2 헤더관 사이에 형성되는 수직관과 상호 엊갈리게 배치되어 일조량이 다수개의 수직관 전체에 전달되는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 1항에 있어서,
상기 미세조류를 수확하는 단계(S300)에서,
상기 배양액 내에 미세조류의 밀도를 측정하는 단계(S310);
상기 미세조류가 고밀도로 확인되면 이산화탄소 주입관을 통해 이산화탄소를 배양액 내에 과부하로 공급하는 단계(S320);
상기 이산화탄소가 배양액 내에 농축된 상태에서 제 2 헤더관의 배출관을 급격히 오픈하는 단계(S330);
상기 제 2 헤더관의 배출관을 급격히 오픈하면 배양액 내에 농축된 이산화탄소의 기포에 의해 배양액이 부상하여 제 2 헤더관의 배출관을 통해 배양액을 배출하는 단계(S340);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 6항에 있어서,
상기 배양액 내에 미세조류의 밀도를 측정하는 단계(S310)에서,
상기 배양액의 색깔을 설정된 밀도색깔과 비교하여 고밀도를 측정하거나, pH 센서를 통해 배양액 내의 미세조류 농도를 측정하여 고밀도의 미세조류를 체크하는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 6항에 있어서,
상기 미세조류가 고밀도로 확인되면 이산화탄소 주입관을 통해 이산화탄소를 배양액 내에 과부하로 공급하는 단계(S320)에서,
상기 공기 주입관과 제 2 헤더관의 배출관을 닫은 상태에서 이산화탄소를 강제로 주입하여 배양액 내에 이산화탄소를 농축시키는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 6항에 있어서,
상기 이산화탄소가 배양액 내에 농축된 상태에서 제 2 헤더관의 배출관을 급격히 오픈하는 단계(S330)에서,
상기 제 2 헤더관의 배출관을 오픈하기 전에 이산화탄소 주입관을 닫는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 타이머가 설치되어 미세조류 고밀도 배양장치를 시간 단위로 제어할 수 있어 주,야간과 날씨에 맞춰 작동시키는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 순환형 미세조류 고밀도 배양장치의 운용방법.