WO2022164137A1 - 미세조류를 이용한 공기정화 장치 - Google Patents

미세조류를 이용한 공기정화 장치 Download PDF

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WO2022164137A1
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air
microalgae
purification device
air purification
present
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손제구
박선영
김영석
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LG Electronics Inc
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LG Electronics Inc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/175—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering using biological materials, plants or microorganisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/06—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser

Definitions

  • the present invention relates to an air purification device capable of generating oxygen without toxic by-products by using the high photosynthetic efficiency of microalgae.
  • Fine dust refers to particulate matter that floats or is blown down in the atmosphere, and is generated a lot when burning fossil fuels such as coal or oil, or from exhaust gas from factories or automobiles. Therefore, as the development of urban areas progresses, the problem of fine dust caused by air pollution is getting worse.
  • Microalgae can be mass-produced through large-scale biological processes because they capture carbon dioxide and grow cells faster than other photosynthetic organisms, and artificial culture is easy. Microalgae are considered to be a bio-factory that can produce not only biofuel resources but also other useful substances, so it is likely to be applied in various fields.
  • Republic of Korea Patent Registration No. 10-2191454 (published on December 9, 2020) relates to a culture medium circulation system of an air purifier using microalgae, and a culture medium filtration unit for filtering the culture medium contained in the culture water tank of the air purifier; Disclosed is a culture solution filling section for filling the culture solution in the culture tank, and purifying the air by contacting the outside air with the culture solution in which the microalgae are cultured.
  • the aforementioned prior literature has a problem in that a filter is provided, the filter must be replaced or washed periodically, and a by-product is generated due to the filtering process, and it is difficult for the user to manage the circulation system.
  • an object of the present invention is to provide an air purification device using microalgae that can improve photosynthetic efficiency of microalgae without generating consumables and by-products such as filters.
  • the present invention is provided with a reactor provided with microalgae and an LED device for photosynthesis of microalgae, and the shape of the reactor is formed in a spiral shape so that the contact between the air introduced from the outside and the microalgae To provide an air purification device using microalgae that can produce oxygen with high efficiency compared to the area by making the time as long as possible.
  • the present invention provides an air inlet to which air is supplied; a diffuser connected to the air inlet and dispersing the introduced air; a reservoir connected to the diffuser and purifying the introduced air; and an air outlet connected to the reservoir and discharging purified air to the outside of the device, wherein the reservoir includes a plurality of spiral reactors having microalgae and a plurality of LED devices.
  • the plurality of reactors may be alternately disposed with the plurality of LED devices or may be disposed to surround the LED devices.
  • air is supplied from the lower portion of the spiral reactor, and the purified air is discharged from the upper portion of the spiral reactor.
  • the microalgae consist of Spirulina, Schizochytrium, Chlorella sp., Dunaliella, Nanochloropsis sp. and Isocrysis galbana). It may be at least one selected from the group.
  • the wavelength of the light of the LED device may be 430 ⁇ 640 nm to maximize the photosynthetic action of microalgae.
  • the air inlet may further include an air pump for facilitating the introduction of ambient air.
  • the air outlet may further include a one-way valve for preventing the reverse flow of the air purified in the reservoir.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention uses microalgae having a similar action to a plant to generate oxygen naturally in the device, and can prevent toxic by-products such as ozone from being generated when oxygen is generated.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention can increase photosynthetic efficiency by using a spiral reactor and an LED device, thereby removing harmful substances in the air, removing carbon dioxide, and generating oxygen.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention is provided in a method of fixing microalgae in the form of beads or fixing them to fibers, so it can generate oxygen with high efficiency and process carbon dioxide at high density, and it is easy to manage. There is this.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an air purification device using microalgae according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a reactor and an LED device including a reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment of the reactor and the LED device included in the reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a flat reactor.
  • FIG. 5 is a photograph showing the immobilization form of the microalgae provided in the reactor in the air purification apparatus using the microalgae according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of the reactor and the LED device included in the reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from other components, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
  • the present invention is an air inlet to which air is supplied;
  • a diffuser connected to the air inlet and dispersing the introduced air
  • the reservoir provides an air purification device using microalgae, characterized in that it comprises a plurality of spiral reactors and LED devices provided with microalgae.
  • microalgae which are microorganisms of a very small size, such as bacteria that have a similar action to plants, to realize a high-efficiency air purification rate compared to the space occupied.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention can generate oxygen naturally in the device using microalgae, and prevent toxic by-products such as ozone from being generated when oxygen is generated.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention can increase photosynthetic efficiency by using a spiral reactor and an LED device, thereby removing harmful substances in the air, removing carbon dioxide, and generating oxygen.
  • the air purification apparatus using microalgae according to the present invention has the advantage of being able to generate oxygen with high efficiency and process carbon dioxide at high density by fixing microalgae in the form of beads or fixing them to fibers, and has the advantage of easy management.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an air purification device using microalgae according to the present invention.
  • the air purification apparatus 100 using microalgae includes an air inlet 110 , a diffuser 120 , a reservoir 130 , and an air exhaust 140 .
  • the air purifying device using microalgae according to the present invention mimics the air purifying principle of plants, and has the advantage of efficiently purifying air in a narrow space and in an environment-friendly way like plants.
  • the air inlet 110 is included to supply ambient air, that is, indoor air, and the diffuser 120 is connected to the air inlet 110 and disperses the air introduced into the air inlet 110 .
  • the diffuser 120 is provided to evenly disperse the air introduced into the plurality of reactors included in the reservoir 130 to increase the efficiency of removing harmful substances and carbon dioxide and generating oxygen.
  • the air outlet 140 is connected to the reservoir 130 and is provided to discharge purified air to the outside.
  • the air inlet 110 may further include an air pump 112 for facilitating the introduction of ambient air
  • the air outlet 140 may further include a one-way valve 142 for preventing the reverse flow of the air purified in the reservoir 130 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a reactor and an LED device including a reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • the reservoir 130 includes a reactor 132 and an LED device 134 , and the reactor 130 is spiral and is located in the reactor.
  • An LED device 134 is provided for the photosynthetic action of the provided microalgae.
  • microalgae are organisms that are responsible for half of the major photosynthetic production process on Earth, and are compared to biological factories that produce various potential useful substances using sunlight.
  • Microalgae mass production technology started with chlorella culture in Japan in the 1960s, and culture and recovery of spirulina started in Mexico in the 1970s. Afterwards, full-scale commercialization proceeded by producing ⁇ -carotene from Dunaliella in Australia. Subsequently, microalgae production plants such as Dunaliella were built in the United States and Israel, and a Haemalococcus fluviaris culture plant was built in India for the production of astaxanthin useful as a food colorant and antioxidant.
  • Chlorella Spirulina, Dunaliella
  • Chlorella Spirulina, Dunaliella
  • Dunaliella grows in a highly selective environment, and therefore have the characteristic that they are not contaminated by other species (algae, protozoa) even in open culture.
  • Chlorella grows in a nutrient-rich medium
  • Spirulina grows in an environment with high pH and bicarbonate concentration
  • Dunaliella grows at very high salinity.
  • most other microalgal species which do not have a selective advantage for their growing environment, must be produced in closed cultures.
  • the spiral reactor is provided with a culture medium in which microalgae are cultured, and the microalgae used are Spirulina, Schizochytrium, Chlorella sp., Dunali. Ella (Dunaliella), nano chloropsis (Nannochloropsis sp.), and may be at least one selected from the group consisting of isocrysis galbana (Isocrysis galbana).
  • the reactor 132 is provided in a spiral shape, so that the supplied air naturally exits upward at an angle in the reactor, and thereby the supplied air and the microalgae The contact time between the two is as long as possible.
  • the microalgae With the light of the LED device 134 around the reactor 132, the microalgae perform photosynthesis to remove carbon dioxide and release oxygen.
  • the light wavelength of the LED device is preferably in the range of 430 to 640 nm so that the photosynthesis of microalgae proceeds very actively.
  • a plurality of the spiral reactor 132 may be provided to improve the photosynthetic efficiency of microalgae, and as the spiral reactor 132 is provided in plurality, the LED device 134 may also be provided in plurality, The spiral reactor 132 and the LED device 134 may be alternately provided.
  • the photosynthetic efficiency of microalgae can be improved.
  • the air introduced through the diffuser 120 is supplied into a reactor equipped with liquid and microalgae, and as the air passes through the liquid, carbon dioxide contained in the air is removed by photosynthesis of the microalgae and oxygen is generated.
  • FIG 3 is a schematic diagram showing another embodiment of a reactor and an LED device including a reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • the plurality of spiral reactors 132 may be disposed to surround the LED device 134 .
  • the photosynthetic efficiency of microalgae provided in the reactor can be improved.
  • the above-described embodiment is a form suitable for a small air purification device such as on a desk, requires a small number of LED devices, and is a form that is easy to clean and manage the reactor.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention includes a spiral reactor, and power for removing air as the supplied air naturally rises from the bottom of the spiral reactor to the top of the reactor This is not necessary, and the supplied air can naturally escape to the top of the reactor.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a flat reactor.
  • the liquid containing microalgae is supplied to the flat reactor of FIG. 4, and air is supplied in the direction of the arrow.
  • the air 10 is attached to the upper wall of the flat type reactor and does not proceed in the moving direction, so there is a problem that the air 10 is trapped, even when washing the inside of the reactor
  • the liquid containing microalgae does not flow out properly, so there is a problem with cleaning and management.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention maximizes the photosynthetic action of microalgae, a very small entity close to bacteria, in a different way from conventional reactors, thereby removing carbon dioxide at a high density and generating oxygen with high efficiency.
  • the air introduced from the outside has sufficient contact time with the microalgae in the reactor, so that photosynthesis can be performed with high efficiency.
  • FIG. 5 is a photograph showing the immobilization form of the microalgae provided in the reactor in the air purification apparatus using the microalgae according to the present invention.
  • Figure 5 shows the general floating form of microalgae, (b) shows the microalgae fixed bead form, (c) shows the microalgae fixed fiber.
  • the cell immobilization may be in the form of a matrix carrier or microcarrier, or dissolved in a support or bound on a support.
  • the microalgae provided in the reactor are immobilized by a cell immobilization method, so that stable air purification efficiency can be secured, and an efficient module for optimizing culture conditions Structural design is possible.
  • the air purification device using microalgae according to the present invention can generate oxygen by fixing the microalgae in the form of beads or fixing them to fibers, can process carbon dioxide at a high density, and has the advantage of easy management.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of the reactor and the LED device included in the reservoir in the air purification device using microalgae according to the present invention.
  • air is introduced into the lower portion of the reactor 132, and a culture solution 136 in which microalgae is cultured is provided in the reactor 132, and an LED device ( 134) is provided.
  • the microalgae contained in the culture solution 136 is fixed, and the air introduced from the lower part of the reactor 132 naturally rises to the upper part of the reactor 132, so there is no need for power to discharge the air.
  • the contact time of the carbon dioxide in the air with the microalgae included in the culture solution 136 is as long as possible, so that the photosynthetic efficiency can be increased.
  • the microalgae provided in the reactor 132 are immobilized by a cell immobilization method, so that stable air purification efficiency can be ensured, and it is efficient to optimize the culture conditions Modular structure design is possible.

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Abstract

본 발명은 미세조류를 이용한 공기정화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 공기가 공급되는 공기 유입구, 상기 공기 유입구와 연결되고 유입된 공기를 분산시키는 디퓨저, 상기 디퓨저와 연결되고 유입된 공기를 정화하는 리저버, 및 상기 리저버와 연결되고 정화된 공기를 장치 외부로 배출하는 공기 배출구를 포함하고, 상기 리저버는 미세조류가 구비되는 복수개의 나선형 반응기와 LED 장치를 포함하여, 이산화탄소를 고밀도로 처리하고 고효율로 산소로 생성시킬 수 있다.

Description

미세조류를 이용한 공기정화 장치
본 발명은 미세조류의 높은 광합성 효율을 이용하여 독성 부산물 없이 산소를 발생시킬 수 있는 공기정화 장치에 관한 것이다.
도심지역의 무분별한 개발은 극심한 대기오염과 도심내부의 온도가 상승하는 열섬 현상 등 많은 문제를 발생시켰다. 특히, 최근에는 문제가 되고 있는 미세먼지가 포함된　공기질에 관한 이슈와 더욱 부각되고 있다.
미세먼지는 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는 것으로 석탄 또는 석유등의 화석연료를 태울 때나 공장 또는 자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다. 때문에 도심지역의 개발이 진행될수록 대기오염으로 인한 미세먼지 문제가 점점 더 악화되고 있다.
따라서, 미세먼지가 포함된　공기질과 관련한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 기술이 제안되고 있고, 특히, 바이오를 이용한 친환경 기술에 대한 관심이 고조되고 있으며, 바이오 기술 중 미세조류의 광합성을 이용하여　공기를　정화하는 기술이 제안되었다.
미세조류는 다른 광합성 생물에 비하여 이산화탄소를 포집하는 속도와 세포가 성장하는 속도가 빠르며 인공적인 배양이 손쉽기 때문에 대규모 생물공정을 통하여 대량으로 생산될 수 있다. 미세조류는 바이오 연료의 자원뿐만 아니라 다른 유용한 물질들을 생산할 수 있는 바이오 공장으로 여겨지기 때문에 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.
관련하여, 대한민국 등록특허 제10-2191454호(공고일: 2020.12.09)는 미세조류를 이용한 공기청정기의 배양액 순환시스템에 관한 것으로, 공기 청정기의 배양수조에 수용된 배양액을 여과시키는 배양액여과부와, 상기 배양수조에 배양액을 충전하는 배양액충진부를 구비하며, 외기를 미세조류가 배양된 배양액에 접촉시켜 공기를 정화하는 것에 대해 개시하고 있다.
그러나, 전술한 선행문헌은 필터가 구비되어 필터가 주기적으로 교체되거나 세척되어야 하며 필터링 공정으로 인해 부산물이 생성되고 사용자가 순환시스템을 관리하기가 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 필터와 같은 소모품 및 부산물이 발생하지 않고 미세조류의 광합성 효율을 향상시킬 수 있는 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 미세조류가 구비되는 반응기 및 미세조류의 광합성을 위한 LED 장치를 구비하고, 상기 반응기의 형상을 나선형으로 형성시켜 외부로부터 유입된 공기와 미세조류 간의 접촉시간을 최대한 길게 할 수 있어, 면적 대비 고효율로 산소를 생성할 수 있는 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 공기가 공급되는 공기 유입구; 상기 공기 유입구와 연결되고 유입된 공기를 분산시키는 디퓨저; 상기 디퓨저와 연결되고 유입된 공기를 정화하는 리저버; 및 상기 리저버와 연결되고 정화된 공기를 장치 외부로 배출하는 공기 배출구;를 포함하고, 상기 리저버는 미세조류가 구비되는 복수개의 나선형 반응기와 복수개의 LED 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수개의 반응기는 복수개의 LED 장치와 교대로 배치되거나 상기 LED 장치를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 공기는 상기 나선형 반응기의 하부에서 공급되고, 정화된 공기는 나선형 반응기의 상부에서 배출되는 것이 바람직하다.
상기 미세조류는 스피룰리나(Spirulina), 스키조키트리움(Schizochytrium), 클로렐라(Chlorella sp.), 두날리엘라(Dunaliella), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 LED 장치의 광의 파장은 미세조류의 광합성 작용을 최대로 발휘하도록 430 ~ 640 nm일 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 상기 공기 유입구는 주변 공기의 유입을 용이하게 하기 위한 공기 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 상기 공기 배출구는 상기 리저버에서 정화된 공기의 역류를 방지하기 위한 원웨이 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 식물과 유사한 작용을 하는 미세조류를 활용하여 장치 내에서 자연 친화적으로 산소를 생성하며, 산소 생성시 오존 등과 같은 독성 부산물이 발생하지 않게 할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 나선형의 반응기와 LED 장치를 이용하여 광합성 효율을 증대시킬 수 있어 공기 중의 유해물질을 제거하고 이산화탄소를 제거하며 산소를 생성할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 미세조류를 비드 형태로 고정화하거나 섬유에 고정하는 방법으로 구비되어, 산소를 고효율로 생성시키고 고밀도로 이산화탄소를 처리할 수 있으며, 관리가 쉬운 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버를 포함되는 반응기 및 LED 장치의 일 실시예를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버에 포함되는 반응기 및 LED 장치의 다른 실시예를 나타낸 모식도이다.
도 4는 플랫형 반응기를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 반응기에 구비되는 미세조류의 고정화 형태를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버에 포함되는 반응기와 LED 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 모식도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 설명하도록 한다.
본 발명은 공기가 공급되는 공기 유입구;
상기 공기 유입구와 연결되고 유입된 공기를 분산시키는 디퓨저;
상기 디퓨저와 연결되고 유입된 공기를 정화하는 리저버; 및
상기 리저버와 연결되고 정화된 공기를 배출하는 공기 배출구;를 포함하고,
상기 리저버는 미세조류가 구비되는 복수개의 나선형 반응기와 LED 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 식물과 유사한 작용을 하는 박테리아와 같은 매우 작은 크기의 미생물인 미세조류를 활용하여, 차지하는 공간 대비 고효율의 공기 정화 속도를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 미세조류를 활용하여 장치 내에서 자연 친화적으로 산소를 생성하며, 산소 생성시 오존 등과 같은 독성 부산물이 발생하지 않게 할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 나선형의 반응기와 LED 장치를 이용하여 광합성 효율을 증대시킬 수 있어, 공기 중의 유해물질을 제거하고 이산화탄소를 제거하며 산소를 생성할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 미세조류를 비드 형태로 고정화하거나 섬유에 고정하는 방법으로 산소를 고효율로 생성시키고 고밀도로 이산화탄소를 처리할 수 있으며, 관리가 쉬운 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치를 나타낸 모식도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치(100)는 공기 유입구(110), 디퓨저(120), 리저버(130) 및 공기 배출기(140)을 포함한다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 식물의 공기정화 원리를 모사한 것으로, 좁은 공간에서 효율적으로 식물과 같이 친환경적으로 공기를 정화할 수 있는 이점이 있다.
상기 공기 유입구(110)는 주변 공기, 즉 실내 공기가 공급되기 위해 포함되고, 상기 디퓨저(120)는 상기 공기 유입구(110)와 연결되고 상기 공기 유입구(110)로 유입된 공기를 분산시킨다.
또한, 상기 디퓨저(120)는 리저버(130)에 포함되는 복수의 반응기에 유입된 공기를 고르게 분산시켜 유해물질과 이산화탄소 제거 및 산소 생성의 효율을 높이기 위해 구비된다.
상기 공기 배출구(140)는 상기 리저버(130)와 연결되고 정화된 공기를 외부로 배출하기 위해 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치(100)에서 상기 공기 유입구(110)는 주변 공기의 유입을 용이하게 하기 위한 공기 펌프(112)를 더 포함할 수 있고, 상기 공기 배출구(140)는 상기 리저버(130)에서 정화된 공기의 역류를 방지하기 위한 원웨이 밸브(142)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버를 포함되는 반응기 및 LED 장치의 일 실시예를 나타낸 모식도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치(100)에서 리저버(130)는 반응기(132) 및 LED 장치(134)를 포함하고, 상기 반응기(130)는 나선형이며 반응기에 구비되는 미세조류의 광합성 작용을 위해 LED 장치(134)가 구비된다.
상기 미세조류는 지구상의 주요 광합성 생산 과정의 절반을 담당하고 있는 생물이며 태양광을 이용하여 잠재적인 유용물질을 다양하게 생산하는 생물학적 공장으로 비유된다.
미세조류 대량 생산 기술은 1960년대에 일본에서 클로렐라 배양으로부터 시작되었으며 1970년대에 멕시코에서 스피룰리나의 배양 및 회수가 시작되었다. 이후, 호주에서 두날리엘라로부터 β-카로틴을 생산함으로써 본격적인 상업화가 진행되었다. 연이어 미국과 이스라엘에서도 두날리엘라 등의 미세조류 생산 공장이 지어졌으며, 인도에서는 식품 색소와 항산화제로서 유용한 아스타잔틴(astaxanthin)의 생산을 위한 헤마로코쿠스 플루비아리스 배양 공장이 지어졌다.
현재 상업적으로 생산되고 있는 미세조류(Chlorella, Spirulina, Dunaliella)의 대부분은 매우 선택적인 환경에서 자라며 따라서 개방형 배양에서도 타 생물종(algae, protozoa)에 의해 오염되지 않는다는 특징을 가지고 있다. 즉, 클로렐라는 영양이 풍부한 배지에서 자라며 스피룰리나는 pH와 탄산수소염 농도가 높은 환경에서 자라고 두날리엘라는 매우 높은 염도에서 자란다. 반면에 생육 환경에 대한 선택적 이점이 없는 대부분의 다른 미세조류 종들은 폐쇄형 배양으로 생산해야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 공기정화 장치에서 상기 나선형 반응기에는 미세조류가 배양된 배양액이 구비되며, 사용되는 미세조류는 스피룰리나(Spirulina), 스키조키트리움(Schizochytrium), 클로렐라(Chlorella sp.), 두날리엘라(Dunaliella), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치(100)에서 반응기(132)가 나선형으로 구비됨으로써, 공급된 공기가 반응기 내에서 각도를 가지고 위로 자연스럽게 빠져나가는 형태이고, 이로 인해 공급된 공기와 미세조류 간의 접촉시간이 최대한 길어진다.
상기 반응기(132) 주위의 LED 장치(134)의 빛으로 미세조류는 광합성을 하여 이산화탄소를 제거하고 산소를 방출하게 된다. 미세조류의 광합성을 매우 활발하게 진행하도록 LED 장치의 광 파장은 430 ~ 640 nm 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 나선형 반응기(132)는 미세조류의 광합성 효율을 향상시키기 위해 복수개가 구비될 수 있고, 상기 나선형 반응기(132)가 복수개 구비됨에 따라 상기 LED 장치(134)도 복수개 구비될 수 있으며, 상기 나선형 반응기(132)와 상기 LED 장치(134)는 교대로 구비될 수 있다. 전술한 바와 같은 구조를 가짐으로써 미세조류의 광합성 효율이 향상될 수 있다.
상기 디퓨저(120)를 통해 들어온 공기는 액체와 미세조류가 구비된 반응기 내로 공급되고 공기가 액체를 통과하면서 미세조류의 광합성에 의해 공기에 포함된 이산화탄소가 제거되고 산소를 발생시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버를 포함하는 반응기 및 LED 장치의 다른 실시예를 나타낸 모식도이다.
도 3을 참고하면, 상기 복수개의 나선형 반응기(132)는 상기 LED 장치(134)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 복수개의 나선형 반응기(132)가 상기 LED 장치(134)를 둘러싸도록 배치됨으로써, 반응기에 구비되는 미세조류의 광합성 효율이 향상될 수 있다.
전술한 일 실시예는 책상 위와 같은 소형의 공기정화 장치에 적합한 형태로 적은 개수의 LED 장치를 필요로 하고, 반응기의 청소와 관리가 쉬운 형태이다.
전술한 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 나선형 반응기를 포함하고 공급된 공기가 나선형 반응기 아래쪽에서 자연스럽게 반응기 위쪽으로 올라가게 됨에 따라 공기를 빼기 위한 동력이 필요 없고, 공급된 공기가 반응기의 상부로 자연스럽게 빠져나갈 수 있다.
도 4는 플랫형 반응기를 나타낸 모식도이다. 도 4의 플랫형 반응기에는 미세조류가 포함된 액체가 공급되며, 화살표 방향으로 공기가 공급된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 플랫형 반응기의 곡률관에서는 공기(10)가 플랫형 반응기 상부쪽 벽에 붙어 진행 방향으로 진행이 되지 않아 공기(10)가 갇히는 문제가 있고, 반응기 내부의 세척 시에도 미세조류가 포함된 액체가 제대로 흘러나오지 않아, 청소와 관리에 문제가 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 종래 반응기와는 상이한 방식으로 박테리아에 가까운 매우 작은 개체인 미세조류의 광합성 작용을 최대로 증가시켜 고밀도로 이산화탄소를 제거하고 산소를 고효율로 생성시킬 수 있으며, 외부로부터 유입된 공기가 반응기 내에서 미세조류와 충분한 접촉 시간을 가져 높은 효율로 광합성 작용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 반응기에 구비되는 미세조류의 고정화 형태를 나타낸 사진이다.
도 5의 (a)는 미세조류의 일반 부유 형태를 나타낸 것이고, (b)는 미세조류가 고정된 비드 형태를 나타낸 것이며, (c)는 미세조류가 고정된 섬유를 나타낸 것이다.
관련하여, 상기 세포 고정화는 매트릭스 담체화 또는 마이크로 담체화된 형태이거나, 지지체에서 용해 또는 지지체 상에서 결합된 형태일 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 반응기에 구비되는 미세조류는 세포 고정화 방식으로 고정화되어, 안정적인 공기 정화 효율을 확보할 수 있으며, 배양 조건을 최적화하는 효율적인 모듈 구조 설계가 가능하다.
덧붙여, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치는 미세조류를 비드 형태로 고정화하거나 섬유에 고정하는 방법으로 산소를 생성시킬 수 있고 고밀도로 이산화탄소를 처리할 수 있으며, 관리가 쉬운 이점이 있다.
도 6은 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 리저버에 포함되는 반응기와 LED 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 모식도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 반응기(132)의 하부에는 공기가 유입되고 상기 반응기(132)에는 미세조류가 배양된 배양액(136)이 구비되며, 상기 복수의 반응기(132)의 중앙에는 LED 장치(134)가 구비된다.
상기 배양액(136)에 포함된 미세조류는 고정화되어 있으며, 반응기(132) 하부에서 유입된 공기는 자연스럽게 반응기(132) 상부로 올라가게 되어, 공기를 배출하기 위한 동력이 필요 없다.
또한, 공기가 반응기(132)의 상부에서 하부로 유입되어, 공기 중의 이산화탄소가 배양액(136)에 포함된 미세조류와 접촉시간이 최대한 길어져 광합성 효율이 증대될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 공기정화 장치에서 반응기(132)에 구비되는 미세조류는 세포 고정화 방식으로 고정화되어, 안정적인 공기 정화 효율을 확보할 수 있으며, 배양 조건을 최적화하는 효율적인 모듈 구조 설계가 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
[부호의 설명]
10: 공기
100: 공기정화 장치
110: 공기 유입구
112: 공기 펌프
120: 디퓨저
130: 리저버
132: 반응기
134: LED 장치
136: 배양액
140: 공기 배출구
142: 원웨이 밸브

Claims (8)

  1. 공기가 공급되는 공기 유입구;
    상기 공기 유입구와 연결되고 유입된 공기를 분산시키는 디퓨저;
    상기 디퓨저와 연결되고 유입된 공기를 정화하는 리저버; 및
    상기 리저버와 연결되고 정화된 공기를 외부로 배출하는 공기 배출구;를 포함하고,
    상기 리저버는 미세조류가 구비되는 복수개의 나선형 반응기와 복수개의 LED 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 반응기는 LED 장치와 교대로 배치되거나 상기 LED 장치를 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기는 상기 나선형 반응기의 하부에서 공급되고, 정화된 공기는 상기 나선형 반응기의 상부에서 배출되는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세조류는 스피룰리나(Spirulina), 스키조키트리움(Schizochytrium), 클로렐라(Chlorella sp.), 두날리엘라(Dunaliella), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세조류는 매트릭스 담체화 또는 마이크로 담체화된 형태이거나, 지지체에 용해 또는 지지체 상에서 결합된 형태인 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 장치의 광의 파장은 430 ~ 640 nm인 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유입구는 주변 공기의 유입을 용이하게 하기 위한 공기 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공기 배출구는 상기 리저버에서 정화된 공기의 역류를 방지하기 위한 원웨이 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 공기정화 장치.
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