KR101408800B1 - Photobioreactor including multilayered structure - Google Patents
Photobioreactor including multilayered structure Download PDFInfo
- Publication number
- KR101408800B1 KR101408800B1 KR1020120049582A KR20120049582A KR101408800B1 KR 101408800 B1 KR101408800 B1 KR 101408800B1 KR 1020120049582 A KR1020120049582 A KR 1020120049582A KR 20120049582 A KR20120049582 A KR 20120049582A KR 101408800 B1 KR101408800 B1 KR 101408800B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inner cylinder
- microalgae
- light
- impeller
- photobioreactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims abstract description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 1
- 239000013028 medium composition Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/22—Transparent or translucent parts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
- C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/06—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of illumination
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
배양챔버에서 미세조류를 배양하기 위한 광생물반응기는, 미세조류를 포함하는 배양액을 수용하기 위한 배양챔버를 형성하는 케이싱, 배양챔버 내에 제공되는 중공형 내부 실린더, 및 중공형 실린더 내부에 위치하여 배양액을 순환시키는 임펠러를 포함한다.A photobioreactor for culturing microalgae in a culture chamber comprises a casing forming a culture chamber for accommodating a culture medium containing microalgae, a hollow inner cylinder provided in the culture chamber, and a culture medium And an impeller for circulating the air.
Description
본 발명은 광생물반응기(photobioreactor)에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 미세조류를 배양함에 있어서 명반응에 적합한 다중 격벽 구조를 갖는 광생물반응기에 관한 것이다. The present invention relates to a photobioreactor, and more particularly, to a photobioreactor having a multi-barrier structure suitable for light propagation in culturing microalgae.
미세조류는 그 다양한 능력에 기인하여, 폐수의 처리, 이산화탄소의 고정화, 연료물질의 생산, 의약품 생산, 화장품 생산 등과 같이 그 사용 범위가 계속 확대되고 있다. 이렇게 생체 중량 및 유용생산물을 대량으로 생산하기 위해서는 미세조류를 안전하게 배양하면서 균일한 환경을 제공할 수 있는 효율적인 배양기의 개발이 필요하다.Due to its diverse abilities, microalgae continue to expand their use, such as wastewater treatment, carbon dioxide immobilization, fuel material production, pharmaceutical production, and cosmetics production. Thus, in order to mass produce biomass and useful products, it is necessary to develop an efficient incubator capable of providing a uniform environment while safely culturing microalgae.
미세조류의 생체 중량 및 유용생산물 증가에 영향을 미치는 요소들은 배지의 조성, 온도, pH, 광도, 광량 등의 많은 요인들이 존재하지만, 그 중에서도 광합성 미세조류의 특성상 빛이 차지하는 비중은 가장 크게 존재한다.There are many factors influencing the biomass weight and useful product growth of microalgae such as medium composition, temperature, pH, luminous intensity, and light intensity. However, light has the largest proportion of the microalgae .
미세조류를 배양하는 장치로서 밀폐된 시스템을 유지하는 광생물반응기가 있으며, 일반적으로 광생물반응기를 이용한 미세조류 배양 환경은 명반응과 암반응으로 분류된다. 명반응을 위한 광생물반응기를 통한 미세조류의 배양시간 및 추출량을 최대화하기 위해서는 다양한 조건을 만족해야 하는데, 그 중에서 조사되는 광량 및 이산화탄소의 주입량(밀도)가 가장 큰 영향을 주고 있다.Micro-algae are cultivated by a photobioreactor that maintains a closed system. Micro-algae cultivation environments using photobioreactors are generally classified into active and dark reactions. In order to maximize the incubation time and extracting amount of microalgae through photobioreactor for photochemical reaction, various conditions must be satisfied. Among them, the amount of light to be irradiated and the injection amount (density) of carbon dioxide have the greatest influence.
하지만, 종래의 광생물반응기는 내부로 효과적인 빛의 전달이 이루어지지 않아 미세조류의 성장속도가 더디며, 미세조류의 성장 수율이 낮고, 그 효율에 비해 넓은 설치 공간을 필요로 한다는 단점이 있다. However, the conventional photobioreactor has a disadvantage in that it does not transmit effective light internally, slows the growth rate of microalgae, requires low growth rate of microalgae, and requires a wider installation space than its efficiency.
한국등록특허 제10-897019호를 보면, 원통형 반응기, 중앙의 회전축을 중심으로 방사상으로 제공되는 복수의 도광판, 이산화탄소 공급장치를 포함하며, 복수의 도광판을 사용하여 광원조사효율을 높이는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 원통형 반응기 내에서 미세조류의 밀도가 균일하지 못하고, 도광판이 일종의 평판 임펠러 역할을 하면서 미세조류와 계속적으로 부딪힐 수 있기 때문에 미세조류에게 치명적인 자극을 줄 수가 있으며, 수율에 막대한 영향을 미칠 수가 있다. Korean Patent No. 10-897019 discloses a technique for increasing the light source irradiation efficiency by using a plurality of light guide plates, including a cylindrical reactor, a plurality of light guide plates provided in a radial direction around the central rotation axis, and a carbon dioxide supply device have. However, since the density of microalgae is not uniform in the cylindrical reactor and the light guide plate can act as a kind of flat impeller and continuously strike with microalgae, it can give lethal stimulation to microalgae, have.
한국등록특허 제10-0945153호를 보면, 반응실 내부에 원통형의 광원이 삽입되며, 주변의 기체 주입구에서 들어온 이산화탄소는 중앙 상부에 있는 기체 배출구를 통해 외부로 배출된다. 다수의 원통형 광원 사이로 미세조류는 대량 배양된다고 하지만, 반응실 내부에서 미세조류의 밀도가 균일하지 못하며, 위아래로 미세조류를 이동시키는 것이 용이하지 않다는 문제점도 있다.Korean Patent No. 10-0945153 discloses that a cylindrical light source is inserted into a reaction chamber, and carbon dioxide introduced from the gas injection port in the vicinity is discharged to the outside through a gas exhaust port in the upper center. Although microalgae are cultured in large quantities among a plurality of cylindrical light sources, the density of microalgae in the reaction chamber is not uniform and it is not easy to move the microalgae up and down.
본 발명은 광생물반응기의 배양챔버에서 미세조류의 밀도를 균일하게 유지하고, 지속적인 순환을 통해서 미세조류가 균일하게 광에 노출될 수 있는 광생물반응기를 제공한다. The present invention provides a photobioreactor capable of uniformly maintaining the density of microalgae in a culture chamber of a photobioreactor and uniformly exposing microalgae to light through continuous circulation.
본 발명은 임펠러를 이용하여 강제 순환을 형성하되, 임펠러에 의해서 미세조류가 손상되거나 파괴되는 것을 최소화할 수 있는 광생물반응기를 제공한다.The present invention provides a photobioreactor capable of minimizing damages or destruction of microalgae by means of an impeller while forming forced circulation by using an impeller.
본 발명은 광이 제공되는 표면적비(Surface-to-Volume ratio or S/V ratio)의 효과를 극대화할 수 있으며, 이산화탄소의 수중 밀도를 균일하게 할 수 있는 광생물반응기를 제공한다. The present invention provides a photobioreactor capable of maximizing the effect of surface-to-volume ratio or S / V ratio provided with light and uniformizing the density of carbon dioxide in water.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 배양챔버에서 미세조류를 배양하기 위한 광생물반응기는, 미세조류를 포함하는 배양액을 수용하기 위한 배양챔버를 형성하는 케이싱, 배양챔버 내에 제공되는 중공형 내부 실린더, 및 중공형 실린더 내부에 위치하여 배양액을 순환시키는 임펠러를 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, a photobioreactor for culturing microalgae in a culture chamber includes a casing forming a culture chamber for accommodating a culture liquid containing microalgae, a hollow interior A cylinder, and an impeller which is located inside the hollow cylinder and circulates the culture liquid.
광생물반응기는 외부로부터 공급되는 자연광(natural light) 또는 내부에서 공급되는 인위광(artificial light)을 이용할 수 있으며, 케이싱은 일시적으로 밀폐되는 배양챔버를 형성하여 일정 수준까지 배양액의 미세조류를 배양할 수 있다. The photobioreactor can use natural light supplied from the outside or artificial light supplied from the inside, and the casing forms a culture chamber which is temporarily closed to cultivate the microalgae of the culture liquid to a certain level .
이를 위해서, 케이싱 내부에는 상단 및 하단이 개방된 중공형의 내부 실린더가 제공되며, 내부 실린더 내부로는 다시 임펠러가 위치하여 배양액을 순환시킬 수 있다. 이산화탄소가 배양챔버의 하부에서 공급된다고 가정할 때, 임펠러는 내부 실린더의 내부에서 배양액이 위로 흐르도록 강제할 수 있으며, 내부 실린더 상단에서 벗어난 배양액은 내부 실린더 외벽과 케이싱 내벽 사이의 공간을 통해 내부 실린더 하단로 이동하고, 다시 내부 실린더 하단에서 배양액이 내부 실린더 내부로 진입하면서 전체적으로 순환하게 할 수 있다. To this end, a hollow inner cylinder having an open upper end and a lower end is provided in the casing, and the impeller is located inside the inner cylinder to circulate the culture liquid. The impeller can be forced to flow the culture liquid upward in the interior of the inner cylinder, assuming that the carbon dioxide is supplied from the lower portion of the culture chamber, and the culture liquid deviating from the upper end of the inner cylinder can pass through the space between the inner cylinder outer wall and the casing inner wall, And the culture liquid can be circulated as a whole while entering the inner cylinder at the lower end of the inner cylinder again.
배양액이 순환하면서 미세조류가 지속적으로 자연광 또는 인위광에 노출되도록 할 수 있으며, 전체적으로 이산화탄소 등의 기체 밀도를 균일하게 유지할 수 있다.The microalgae can be continuously exposed to natural light or artificial light while the culture liquid circulates and the gas density such as carbon dioxide can be uniformly maintained as a whole.
여기서, 임펠러는 내부 실린더를 따라 나란하게 제공되는 회전축 및 회전축을 따라 연속적으로 연결되는 헬리컬 블레이드를 포함할 수 있다. 즉, 스크류형 또는 헬리컬 리본형의 임펠러를 사용할 수 있으며, 배양액이 내부 실린더 내부에서 한 방향으로 흐르도록 하여 미세조류를 강제로 움직이게 할 수 있다. Here, the impeller may include a rotating shaft provided parallel to the inner cylinder and a helical blade continuously connected along the rotating shaft. That is, a screw type or helical ribbon type impeller can be used, and the culture liquid can flow in one direction inside the inner cylinder, so that the microalga can be forcibly moved.
다만, 임펠러의 블레이드에 의해서 미세조류가 손상되거나 파괴될 수 있기 때문에, 임펠러 하부에서 이산화탄소를 공급하여 블레이드 저면에 에어베드(air bed)를 형성하게 할 수 있으며, 에어베드에 의해서 미세조류가 블레이드와 직접적으로 접촉하는 것을 최소화할 수 있다.However, since the micro-algae may be damaged or destroyed by the impeller blades, carbon dioxide may be supplied from the lower portion of the impeller to form an air bed at the bottom of the blades, and the micro- Direct contact can be minimized.
내부 실린더에는 내부 또는 외부를 향해 전체적으로 인위광을 조사하는 광원이 제공될 수 있다. 외부 자연광이 그림자 효과에 의해 차단되어도 상기 내부 광원부에 의해 내부의 미세조류는 광에 노출될 수 있으며, 광표면적비를 극대화할 수 있다. The inner cylinder may be provided with a light source that irradiates the inside or the outside entirely with artificial light. Even if the external natural light is blocked by the shadow effect, the internal micro-algae can be exposed to the light by the internal light source part, and the light area ratio can be maximized.
내부 광원부는 내부 실린더 내부를 향해 빛을 조사할 수 있지만, 외부를 향해서도 빛을 조사할 수 있다. 상술한 광표면적비를 증가시키는 것은 물론, 외부로부터의 자연광이 부족한 경우에도 밖으로 향하는 내부 광원부의 빛을 이용할 수가 있다. The internal light source unit can irradiate light toward the inside of the inner cylinder, but can also irradiate light toward the outside. It is possible to use the light of the internal light source portion directed to the outside, in addition to increasing the above-described light spot area ratio, even when natural light from outside is insufficient.
본 발명의 광생물반응기는 배양챔버에서 미세조류의 밀도를 균일하게 유지할 수 있고, 지속적인 순환을 통해서 미세조류가 균일하게 광에 노출되게 할 수 있다. The photobioreactor of the present invention can uniformly maintain the density of the microalgae in the culture chamber and allow the microalgae to be uniformly exposed to light through continuous circulation.
본 발명의 광생물반응기는 임펠러를 이용하여 강제 순환을 형성하되, 임펠러에 의해서 미세조류가 손상되거나 파괴되는 것을 최소화할 수 있다.The photobioreactor of the present invention is capable of minimizing damages or destruction of microalgae by means of an impeller to form a forced circulation by using an impeller.
본 발명의 광생물반응기는 광표면적비(S/V ratio)의 효과를 극대화할 수 있으며, 이산화탄소의 수중 밀도를 균일하게 할 수 있다.The photobioreactor of the present invention can maximize the effect of the S / V ratio and can uniformize the density of carbon dioxide in water.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광생물반응기의 사시도이며, 도 2는 도 1의 광생물반응기의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 광생물반응기의 내부를 설명하기 위한 부분 절개도이고, 도 4는 도 1의 광생물반응기 내부의 배양액 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 1의 임펠러의 작용을 설명하기 위한 부분 확대도이며, 도 6은 도 1의 유동성을 가지는 입자의 분포를 유한요소해석의 관점에서 가시화한 도면이다. FIG. 1 is a perspective view of a photobioreactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the photobioreactor of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial cutaway view And FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the flow of the culture liquid inside the photobioreactor of FIG.
FIG. 5 is a partial enlarged view for explaining the action of the impeller of FIG. 1, and FIG. 6 is a view showing the distribution of particles having fluidity in FIG. 1 in view of the finite element analysis.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements and can be described with reference to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광생물반응기의 사시도이며, 도 2는 도 1의 광생물반응기의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 광생물반응기의 내부를 설명하기 위한 부분 절개도이고, 도 4는 도 1의 광생물반응기 내부의 배양액 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a photobioreactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the photobioreactor of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial cutaway view And FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the flow of the culture liquid inside the photobioreactor of FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 광생물반응기(100)는 케이싱(110), 내부 실린더(120), 임펠러(130), 임펠러 구동부(140) 및 기체공급부(160)를 포함한다. 케이싱(110)은 미세조류를 포함하는 배양액을 수용할 수 있으며, 배양액은 내부 실린더(120)에 의해서 정의되는 경로를 따라 강제로 순환할 수 있다. 1 to 4, the
본 실시예어서 내부 실린더(120)는 중앙에 하나로 제공되지만, 경우에 따라서는 내부 실린더가 2개 이상 제공될 수 있고, 2개 이상의 내부 실린더는 서로 병렬로 배치되어 각각 임펠러를 포함할 수도 있고, 하나의 임펠러를 중심으로 실질적인 동심 구조로 제공될 수 있다. 물론, 임펠러를 수용하지 않는 내부 실린더도 존재할 수도 있다.In the present embodiment, the
본 실시예에서는 내부 실린더(120)에 내부 광원부(150)가 장착되어 빛을 안쪽 및 바깥쪽을 향해 조사한다. 상술한 바와 같이, 복수개의 내부 실린더가 제공되는 경우, 각 내부 실린더의 내부 광원부는 내부, 외부 또는 내/외부로 빛을 발생하여 광표면적비를 극대화할 수가 있다. In the present embodiment, the inner
케이싱(110)은 외부의 자연광을 이용하기 위해 투광성 또는 투명한 측벽으로 제공될 수 있다. 이를 위해 ABS 수지 또는 PET 수지를 이용하여 제공될 수 있으며, 글래스로도 제공될 수가 있다. The
내부 실린더(120) 역시 유사한 재질을 이용하여 케이싱(110) 내부에 제공된다. 내부 실린더(120)는 원통형의 케이싱(110)에 대응하여 원통형으로 제공될 수 있지만, 다르게는 케이싱 형상에 대응하여 각 기둥, 원추형 또는 뿔대 기둥, 비정형 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 실린더(cylinder)라는 용어는 내부 실린더의 형상을 제한하지 아니한다.The
내부 실린더(120) 내부로는 스크류형 또는 헬리컬형 임펠러(130)가 제공될 수 있다. 임펠러(130)는 축류를 형성하며, 내부 실린더(120)의 전체 길이에 대응하도록 연속적으로 형성되어 낮은 rpm의 흐름에서도 균일한 이산화탄소 분포가 형성되도록 할 수가 있다. A screw-type or helical-
배양챔버 하부의 기체공급부(160)로부터 이산화탄소(20)가 연속적으로 공급될 수 있으며, 미세조류, 배양액 및 이산화탄소의 혼합(mixture)은 임펠러(130)에 의해서 내부 실린더(120)의 내부에서 위로 강제로 이동하며, 내부 실린더(120)의 상단에서 벗어난 혼합은 내부 실린더(120) 외벽과 케이싱(110) 내벽 사이의 공간을 통해 아래로 이동하고, 내부 실린더(120)의 하단로 이동한 혼합은 다시 내부 실린더(120) 내부로 진입할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 미세조류, 배양액 및 이산화탄소의 혼합은 지속적으로 순환하면서, 미세조류가 균일하게 외부 자연광에 노출되게 할 수 있다. 본 실시예에서는 이산화탄소가 약 0.0001kg/s의 유속으로 공급될 수 있다. The mixture of microalgae, culture liquid and carbon dioxide can be continuously supplied from the gas supply unit 160 in the lower part of the culture chamber to the inside of the
도 5는 도 1의 임펠러의 작용을 설명하기 위한 부분 확대도이며, 도 6은 도 1의 광생물반응기에서 유동성을 가지는 입자의 분포를 유한요소해석의 관점에서 가시화한 도면이다. FIG. 5 is a partially enlarged view for explaining the operation of the impeller of FIG. 1, and FIG. 6 is a view showing a distribution of particles having fluidity in the photobioreactor of FIG. 1 in view of finite element analysis.
도 5를 참조하면, 임펠러(130) 하부에서 공급된 이산화탄소(20)는 배양액에 녹거나 미세조류와 반응을 하여 유효물질 생산에 사용되기도 하지만, 임펠러(130)의 헬리컬 블레이드(134)의 표면에서 에어베드를 형성할 수가 있다.5, the carbon dioxide 20 supplied from the lower portion of the
임펠러(130)의 블레이드가 미세조류와 직접 접촉하게 되면, 미세조류는 손상되거나 파괴될 수 있으며, 이는 부유물로서 다른 미세조류로 빛이 전달되는 것을 방해하고 전체적인 수율을 낮추는 원인이 될 수 있다. If the blades of the
하지만, 도시된 바와 같이, 헬리컬 블레이드(134)에 의해서 이산화탄소가 잘게 부서지고, 또한 헬리컬 블레이드(134) 주변으로 이산화탄소가 에어베드를 형성하면, 에어베드에 의해서 미세조류가 블레이드(134)와 직접적으로 접촉하는 것을 최소화할 수 있다.However, as shown, when the carbon dioxide is finely broken by the
도 6을 참조하여도, 헬리컬 블레이드(134)가 내부 실린더(120) 내부에서 전체 길이를 따라 나선형으로 형성되어 있는데, 그 헬리컬 블레이드(134) 주변으로 유동성을 가지는 입자, 예를 들어 미세조류, 균주 또는 이산화탄소가 상대적으로 고밀도로 제공되고, 이에 따라 에어베드의 중요성이 더욱 명확하게 설명될 수 있다.6, a
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 내부 실린더(120) 내부로 내부 광원부(150)가 제공된다. 내부 광원부(150)는 플렉시블 기판(152) 및 플렉시블 기판(152)에 장착되는 복수의 발광소자(154)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자(154)는 휘어짐이 가능한 기판에 형성될 수 있으며, 내부 및 외부를 향하도록 제공될 수 있다. Referring again to FIGS. 2 to 4, an internal
내부 광원부(150)는 종이처럼 휘어져 내부 실린더(120)에 삽입될 수 있으며, 내부 실린더(120)에서 내부 또는 외부를 향해 전체적으로 인위광을 조사하는 광원이 될 수 있다. 따라서 내부 실린더(120) 내부의 미세조류가 그림자 효과에 의해 자연광으로부터 차단되어도, 내부 광원부(150)에 의해 내부의 미세조류도 광에 노출될 수 있다. 이러한 과정을 통해서 광표면적비를 극대화할 수 있다. The inner
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기 내부의 유속을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기 내부의 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the flow rate in the reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing the density of the interior of the reactor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 광생물반응기 내부의 유속이 아래에서 위에 걸쳐 약 95mm/s로 유지되는 것을 확인할 수 있으며, 도 8을 참조하면, 광생물반응기 내부의 밀도가 약 1mg/m3으로 고르게 분포되는 것을 알 수 있다. 7, when the flow speed of the internal photobioreactor to check to be kept at about 95mm / s across over, under, with reference to Figure 8, the density inside the photobioreactor evenly with about 1mg / m 3 Distribution .
이를 통해서, 케이싱(110) 내부의 배양챔버가 내부 실린더(120)에 의해서 분리되고, 그 내부 실린더(120)의 임펠러(130)가 배양액을 강제 순환시키면서 유속 및 밀도가 균일하게 유지되는 것을 알 수 있다.This shows that the culture chamber inside the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that
100:광생물반응기 110:케이싱
120:내부 실린더 130:임펠러
150:내부 광원부 160:기체공급부 100: photobioreactor 110: casing
120: inner cylinder 130: impeller
150: internal light source unit 160: gas supply unit
Claims (9)
상기 미세조류를 포함하는 배양액을 수용하기 위한 배양챔버를 형성하는 케이싱;
상기 배양챔버 내에 제공되는 중공형 내부 실린더; 및
상기 중공형 실린더 내부에 위치하여 상기 미세조류가 있는 상기 배양액을 순환시키는 임펠러;를 구비하며,
상기 임펠러는 상기 내부 실린더를 따라 나란하게 제공되는 회전축 및 상기 회전축을 따라 연속적으로 연결되는 헬리컬 블레이드를 포함하고,
상기 내부 실린더 하부에서 이산화탄소를 공급하는 기체공급부를 포함하며,
상기 기체공급부로부터 공급된 이산화탄소는 상기 헬리컬 블레이드를 따라 에어베드를 형성하는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.In a photobioreactor for culturing microalgae,
A casing forming a culture chamber for accommodating a culture liquid containing the microalgae;
A hollow inner cylinder provided in the culture chamber; And
And an impeller which is located inside the hollow cylinder and circulates the culture liquid containing the microalgae,
Wherein the impeller includes a rotating shaft provided parallel to the inner cylinder and a helical blade continuously connected along the rotating shaft,
And a gas supply unit for supplying carbon dioxide at a lower portion of the inner cylinder,
And the carbon dioxide supplied from the gas supply unit forms an air bed along the helical blade.
상기 내부 실린더의 내벽으로 빛을 조사하는 내부 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.The method according to claim 1,
Further comprising an internal light source part for irradiating light to the inner wall of the inner cylinder.
상기 내부 광원부는 상기 내부실린더 내부 외에도 외부를 향해 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.5. The method of claim 4,
Wherein the inner light source unit emits light toward the outside in addition to the inside of the inner cylinder.
상기 내부 광원부는 플렉시블 기판 및 상기 플렉시블 기판에 장착되는 복수의 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.5. The method of claim 4,
Wherein the internal light source portion includes a flexible substrate and a plurality of light emitting elements mounted on the flexible substrate.
상기 케이싱은 투광성 측벽을 포함하여 외부로부터의 빛을 이용하는 것을 특징으로 하는 광생물반응기. The method according to claim 1,
Wherein the casing includes light-transmissive sidewalls and utilizes light from the outside.
상기 케이싱 내부에는 복수개의 상기 내부 실린더가 제공되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.The method according to claim 1,
Wherein a plurality of the inner cylinders are provided in the casing.
복수개의 상기 내부 실린더는 병렬로 배치되거나 동심 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 광생물반응기.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of inner cylinders are arranged in parallel or concentrically.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120049582A KR101408800B1 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Photobioreactor including multilayered structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120049582A KR101408800B1 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Photobioreactor including multilayered structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130125936A KR20130125936A (en) | 2013-11-20 |
KR101408800B1 true KR101408800B1 (en) | 2014-06-19 |
Family
ID=49854135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120049582A Expired - Fee Related KR101408800B1 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Photobioreactor including multilayered structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101408800B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018116698B4 (en) | 2017-07-20 | 2024-03-21 | Dieter Holzrichter | Bioreactor |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101585638B1 (en) * | 2014-03-12 | 2016-01-15 | 서강대학교산학협력단 | Photobioreactor |
CN118772987B (en) * | 2024-09-11 | 2025-01-24 | 青岛科技大学 | A photobioreactor for culturing microalgae and a control method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4906577A (en) * | 1988-07-19 | 1990-03-06 | Canadian Patents And Development Ltd. | Cell culture bioreactor |
KR20100010060A (en) * | 2010-01-14 | 2010-01-29 | 인하대학교 산학협력단 | Cylinder type multi-layered photobioreactor |
WO2011069372A1 (en) | 2009-12-10 | 2011-06-16 | 中国科学院广州能源研究所 | Photobioreactor system for high-density culture of microalgae |
JP2011254724A (en) | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Photosynthetic microalgae culture apparatus |
-
2012
- 2012-05-10 KR KR1020120049582A patent/KR101408800B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4906577A (en) * | 1988-07-19 | 1990-03-06 | Canadian Patents And Development Ltd. | Cell culture bioreactor |
WO2011069372A1 (en) | 2009-12-10 | 2011-06-16 | 中国科学院广州能源研究所 | Photobioreactor system for high-density culture of microalgae |
KR20100010060A (en) * | 2010-01-14 | 2010-01-29 | 인하대학교 산학협력단 | Cylinder type multi-layered photobioreactor |
JP2011254724A (en) | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Photosynthetic microalgae culture apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018116698B4 (en) | 2017-07-20 | 2024-03-21 | Dieter Holzrichter | Bioreactor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130125936A (en) | 2013-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4952511A (en) | Photobioreactor | |
ES2621335T3 (en) | Reactor with integrated lighting | |
KR101905084B1 (en) | Light cultivating apparatus for culturing microalgae of self-circulating type | |
KR101408800B1 (en) | Photobioreactor including multilayered structure | |
KR101043583B1 (en) | Photobioreactor having a dispersion plate in which the internal light source is integrated for high microalgae culture | |
KR20110098622A (en) | Photobioreactor with Spiral Light Source | |
KR101796534B1 (en) | Photobioreactor with semi-cylinder shape for cultivation of microalgae | |
US20140212954A1 (en) | Photobioreactor | |
US9523069B2 (en) | Photobioreactor for microalgae cultivation having arc-type partition structure for forming vortices | |
JP7412098B2 (en) | Algae culture device | |
JP5661028B2 (en) | Stirrer for photosynthesis, photobioreactor using the same, and underwater biological culture method | |
JP5658938B2 (en) | Algae culture equipment | |
US20140234896A1 (en) | Growing organisms | |
KR101670129B1 (en) | Photoreactive Apparatus and method for culturing microalgae | |
KR200338141Y1 (en) | Multi-functional bio-photoreactor | |
KR100945153B1 (en) | Cylindrical photobioreactor | |
KR100986732B1 (en) | Cylinder type multi-layered photobioreactor | |
KR20120083746A (en) | Photo-bioreactor for culturing micro algae | |
KR100392914B1 (en) | An internally illuminated photobioreactor for biological CO2 fixation | |
KR20250084734A (en) | Photobioreactor with spiral light source | |
KR101585638B1 (en) | Photobioreactor | |
JP2923931B2 (en) | Photosynthetic culture device | |
JPH03191776A (en) | Culture device | |
KR102645884B1 (en) | Inner light source capable of uniform irradiation and wirelessly can supply the power for photoreactor and photoreactor comprising the same | |
SU1704712A1 (en) | Installation for cultivation of microscopic algae |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20120510 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20131121 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20140520 |
|
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20140611 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20140612 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170613 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170613 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180521 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180521 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |