KR101444210B1 - 실내용 해양생물 검정시스템 - Google Patents

실내용 해양생물 검정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양환경이 각종 해양생물에게 미치는 영향을 실내에서 실험 및 검정할 수 있도록 한 실내용 해양생물 검정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정상대조군이 되는 저수조와, pH센서 및 기포분산기가 장착된 실험조와, DO센서 및 기포분산기가 장착된 또 다른 실험조를 수조테이블상에 배치하고, 상기 저수조와 실험조를 통하여 일정량의 해수가 지속적으로 공급 및 배출되는 유수식(流水式) 환경을 조성하는 한편, 각각의 실험조에 설치된 기포분산기로 CO2가스 또는 N2가스나 O2가스를 MFC와 컨트롤러에 의한 센서 피드백 방식으로 직접 공급하여 각각의 실험조에 저장된 해수의 pH값과 용존산소 농도를 요구하는 수준으로 일정하게 유지시킴으로서, 해양산성화 즉, 해수의 pH값이 해양생물에게 미치는 영향과 더불어, 용존산소의 농도가 해양생물에게 미치는 영향을 동시에 검정하여 보다 구체적이고 체계적인 환경생물학적 데이터를 확보할 수 있도록 하며, 해수의 유수식 공급과 실험조를 통한 가스의 직투입 방식을 적용하여 시스템을 보다 간단하게 구성하면서도 한층 더 효율적이고 합리적인 실험과 검정이 가능토록 하며, 각각의 실험조를 통한 해수와 가스의 공급경로를 개별적인 단일라인으로 구축하여 시스템의 가동에 따른 혼선을 방지함은 물론, 시스템의 오작동이나 고장시 이에 대한 신속한 대처가 가능토록 한 실내용 해양생물 검정시스템에 관한 것이다.

Description

실내용 해양생물 검정시스템{A system for indoor inspection of ocean organism}
본 발명은 정상대조군이 되는 저수조와, pH센서 및 기포분산기가 장착된 실험조와, DO센서 및 기포분산기가 장착된 또 다른 실험조를 수조테이블상에 배치하고, 상기 저수조와 실험조를 통하여 일정량의 해수가 지속적으로 공급 및 배출되는 유수식(流水式) 환경을 조성하는 한편, 각각의 실험조에 설치된 기포분산기로 CO2가스 또는 N2가스나 O2가스를 MFC와 컨트롤러에 의한 센서 피드백 방식으로 직접 공급하여 각각의 실험조에 저장된 해수의 pH값과 용존산소 농도를 요구하는 수준으로 일정하게 유지시킴으로서, 해양산성화 즉, 해수의 pH값이 해양생물에게 미치는 영향과 더불어, 용존산소의 농도가 해양생물에게 미치는 영향을 동시에 검정하여 보다 구체적이고 체계적인 환경생물학적 데이터를 확보할 수 있도록 한 실내용 해양생물 검정시스템에 관한 것이다.
인간의 산업활동으로 배출되어 지구온난화의 주범이 되는 이산화탄소(CO2)는 전체 배출량의 1/3이 대기중에 남게 되고, 다른 1/3은 육지의 숲이나 토양 등에 흡수되며, 나머지 1/3은 해양에 흡수된다고 알려져 있는 바, 지구의 많은 부분을 차지하는 해양 덕택에 전체 이산화탄소의 33%가 줄어 들어 지구온난화가 지연되는 것으로 해석할 수 있다.
그러나, 최근에 들어 이산화탄소가 해양으로 과다하게 흡수됨으로서 해양의 pH값이 감소하는 해양산성화가 급속도로 진행되고 있으며, 1751년에서 1994년 사이에 해양 표면의 pH는 약 8.179에서 8.104로 감소된 것으로 평가되는 한편, 2050년까지 해양의 산성도가 150%나 증가할 것이라는 예측이 나오고 있다.
이러한 해양산성화가 심각한 환경문제로 부각되는 이유는, 먹이사슬의 기초를 이루는 생물인 식물 및 동물 플랑크톤과 산호류를 포함하여, 몸의 일부가 석회질로 구성된 조개류 또는 물고기 등과 같은 해양생물의 건강과 성장을 크게 저해함은 물론이고, 해양생태계의 먹이사슬 전체에 영향을 미쳐 궁극적으로는 인간의 생존과 경제활동에 심각한 타격을 주기 때문이다.
전세계적으로도 해양산성화의 심각성을 깨닫고 태양광이나 풍력 등의 대체에너지를 개발하여 석유나 석탄 등의 화석연료 사용량을 줄임으로서 이산화탄소의 배출을 감소시키는 한편, 해양산성화가 각종 해양생물에 미치는 영향을 실험하는 연구에 착수하였으며, 해양산성화에 강한 생물학적 유전형질을 찾아내어 미래의 수산자원 확보에 유리한 고지를 점령하기 위한 경쟁이 진행되고 있다.
그러나, 해양산성화가 각종 해양생물에 미치는 영향에 대한 연구나 실험을 수행함에 있어 가장 큰 문제점으로 대두되는 것은, 전문인력과 맞춤형 실험장치의 보급이 제대로 이루어지지 못하였다는 것이며, 선박을 타고 해양으로 직접 나가서 장기간의 실험을 수행하는 것은 시시각각으로 변화하는 바다 상황으로 말미암아 그 경제성과 실효성이 매우 떨어짐은 물론이고, 실험을 통하여 확보할 수 있는 데이터의 다양성이나 신뢰도 역시 매우 낮은 수준이 되는 실정이다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 것으로서, 산성화 폭기조와 염기화 폭기조로부터 배출되는 해수를 각기 다른 비율로 혼합하여 pH 농도별로 저장조에 분리 저장시킨 다음, 저장조의 해수를 배양조로 보내어 실험생물과 함께 배양시킬 수 있도록 함으로서, 해양산성화가 각종 해양생물에게 미치는 영향을 pH 농도별로 실험 및 분석할 수 있도록 한 실내용 해양산성화 실험장치가 본 출원인에 의하여 2011년 특허출원 제 130782호로 선출원 및 특허등록(제 10-1174487호)되어 알려져 있다.
그러나, 본 출원인에 의하여 선출원된 실내용 해양산성화 실험장치는, 각각의 저장조마다 pH값을 달리하여 이를 해당 배양조로 공급시킴으로서 해양산성화가 해양생물에 미치는 영향을 분석할 수는 있었으나, 해양산성화 이외에도 해양환경을 위협하는 또 다른 요인으로서의 용존산소 결핍이 각종 해양생물에게 미치는 영향을 동시에 실험 및 분석하지 못하는 문제점이 있었다.
다시 말해서, 하절기(여름철) 조류의 흐름이 원활하지 못한 내만에 육상으로부터 과도한 유기물(질소나 인 성분이 포함된 영양물질)이 유입되어 수온약층이 강하게 형성될 경우, 저층의 용존산소가 고갈되어 발생하는 빈산소수괴(貧酸素水塊: 용존산소 농도가 3㎎/L 이하인 물덩어리)에 의하여 이동성이 없는 패류 등의 양식생물이 대량으로 폐사하고 있는 바, 이에 대한 실험과 분석 및 대책마련이 요구됨에도 불구하고, 선출원의 경우는 해양산성화에만 초점을 맞추어 시스템을 운영토록 하였다는 것이다.
이와 더불어, 선출원된 시스템의 경우는 폭기조와 저장조 및 배양조의 배치와 이를 연결하는 배관라인이 복잡하게 얽혀 있고, 가스와 해수의 유량제어를 위하여 MFC(Mass flow controller: 질량유량계)와 유량조절기와 전자밸브 등이 해당 배관라인마다 설치되어야 함으로서, 해수의 공급 및 분배를 위한 배관라인과 컨트롤러용 제어루트를 포함하는 전체적인 시스템의 구성이 매우 복잡하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 산성 해수와 염기성 해수의 균일한 혼합을 위하여 각각의 저장조마다 교반기가 설치되어야 하고, 배양조에 일정 기간동안 해수를 저장하는 지수식(止水式) 실험 환경으로 말미암아, 해양생물의 배양에 필요한 용존산소의 공급을 위하여 각각의 배양조마다 산소공급기가 추가로 설치되어야 함으로서, 시스템의 설비와 운용 및 유지관리에 따른 비용부담 역시 다소 크게 되는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 산성화 폭기조에 저장된 해수의 pH와 염기화 폭기조에 저장된 해수의 pH 및 각각의 저장조에 저장된 해수의 pH를 모두 개별적으로 관리하여야 함은 물론이고, 폭기조로부터 배출되는 해수를 각기 다른 비율로 혼합하여 요구하는 pH 농도별로 저장조에 분리 저장시키기 위한 시스템의 조작 역시 다소 까다롭게 되며, 이로 인하여 실험과정에서 시스템의 오조작에 따른 실수나 혼선을 초래할 수도 있고, 요구하는 실험결과를 도출하기까지 소요되는 시간이 불필요하게 지연될 수도 있었다.
대한민국 등록특허 제 10-1174487호
본 발명은 상기와 같은 선출원의 문제점을 보완하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 실내용 해양생물 검정시스템은 정상대조군이 되는 저수조와, pH센서 및 기포분산기가 장착된 실험조와, DO센서 및 기포분산기가 장착된 또 다른 실험조를 수조테이블상에 배치하고, 상기 저수조와 실험조를 통하여 일정량의 해수가 지속적으로 공급 및 배출되는 유수식(流水式) 환경을 조성하는 한편, 각각의 실험조에 설치된 기포분산기로 CO2가스 또는 N2가스나 O2가스를 MFC와 컨트롤러에 의한 센서 피드백 방식으로 직접 공급하여 각각의 실험조에 저장된 해수의 pH값과 용존산소 농도를 요구하는 수준으로 일정하게 유지시킴으로서, 해양산성화 즉, 해수의 pH값이 해양생물에게 미치는 영향과 더불어, 용존산소의 농도가 해양생물에게 미치는 영향을 동시에 검정하여 보다 구체적이고 체계적인 환경생물학적 데이터를 확보할 수 있도록 하며, 해수의 유수식 공급과 실험조를 통한 가스의 직투입 방식을 적용하여 시스템을 보다 간단하게 구성하면서도 한층 더 효율적이고 합리적인 실험과 검정이 가능토록 하며, 각각의 실험조를 통한 해수와 가스의 공급경로를 개별적인 단일라인으로 구축하여 시스템의 가동에 따른 혼선을 방지함은 물론, 시스템의 오작동이나 고장시 이에 대한 신속한 대처가 가능토록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 실내용 해양생물 검정시스템은, pH센서가 장착되는 실험조와 DO센서가 장착되는 또 다른 실험조와 정상대조군이 되는 저수조가 수조테이블상에 설치되고, 상기 각각의 실험조 내부에 기포분산기가 설치되며, 상기 저수조와 실험조의 상단측에는 해수공급관으로부터 분배밸브를 거쳐 연장되는 해수공급라인이 각각 연결 설치되고, 상기 저수조와 실험조의 하단측에는 해수공급라인으로 유입되는 해수의 량만큼이 수조의 외부로 자동 배출되도록 하는 유수식 환경의 조성을 위한 드레인밸브가 배수라인과 연결 설치되며, 상기 pH센서가 장착된 실험조의 기포분산기에는 CO2탱크로부터 가스주입라인과 MFC를 거쳐 연장되는 가스분배라인이 연결 설치되고, 상기 DO센서가 장착된 실험조의 기포분산기에는 N2/O2탱크로부터 가스주입라인과 MFC를 거쳐 연장되는 가스분배라인이 연결 설치되며, 상기 pH센서와 DO센서는 센서케이블에 의하여 컨트롤러와 접속 설치되고, 상기 컨트롤러는 pH센서와 DO센서로부터 입력된 데이터를 기초로 하여 MFC를 제어토록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적인 적용례로서, 상기 저수조는 수조테이블상에 1대 또는 2대가 설치되고, 상기 pH센서가 장착되는 실험조와 DO센서가 장착되는 실험조는 수조테이블상에 2대 내지 4대가 각각 설치되며, 상기 분배밸브는 저수조와 실험조의 설치개수에 맞추어 수조테이블과 인접한 해수공급관의 출구측에 배치되고, 상기 MFC는 실험조의 설치개수에 맞추어 CO2용 가스분배기 및 N2/O2용 가스분배기와 함께 가스분배유닛을 이루도록 설치되며, 상기 각각의 가스분배기에는 1개의 메인밸브와 2개 내지 4개의 분배밸브가 설치되고, 상기 CO2용 가스분배기의 메인밸브는 가스주입라인에 의하여 CO2탱크와 연결 설치되는 한편, 상기 N2/O2용 가스분배기의 메인밸브는 가스주입라인에 의하여 N2/O2탱크와 연결 설치되며, 상기 각각의 MFC는 가스중계라인에 의하여 CO2용 가스분배기의 분배밸브와 N2/O2용 가스분배기의 분배밸브마다 하나씩 연결 설치되고, 상기 가스분배라인은 각각의 MFC로부터 하나씩 개별적으로 연장되어 해당 실험조의 기포분산기와 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.
추가적인 사항으로서, 상기 pH센서와 DO센서는 방수팩킹을 개재시킨 상태로 실험조의 수조덮개를 수직 방향으로 관통하도록 설치되고, 상기 수조덮개에는 pH센서 또는 DO센서를 지지하는 센서장착대가 설치되며, 상기 센서장착대는, 수조덮개의 상부면에 수직 방향으로 고정 설치되는 센서브라켓과, 상기 센서브라켓측으로 pH센서 또는 DO센서를 밀착시키기 위한 장착판과, 상기 장착판을 센서브라켓과 조립시키기 위한 조립볼트를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 저수조와 실험조의 외주연부에는 다수 개의 덮개장착기가 일정한 간격을 두고 설치되며, 상기 덮개장착기는, 수조탱크의 상단측에 힌지식으로 연결 설치되는 힌지볼트와, 상기 힌지볼트에 너트식으로 조립되는 장착노브로 이루어지고, 상기 수조덮개의 주연부에는 힌지볼트가 삽입되는 절개홈이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 실험조의 수조덮개에는 과압배출구가 설치되고, 상기 공급펌프는 2대 또는 3대로 하여 해수공급관상에 병렬식으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 해양산성화 즉, 해수의 pH값이 해양생물에게 미치는 영향과 더불어, 용존산소의 농도가 해양생물에게 미치는 영향을 실내에서 동시에 실험 및 검정할 수 있는 효과를 제공하며, 이에 따라 해양산성화에만 초점을 맞추었던 선출원의 경우와 비교하여 한층 더 구체적이고 체계적인 환경생물학적 데이터를 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
이와 더불어, 저수조 및 실험조를 통한 해수의 유수식 공급과 실험조를 통한 가스의 직투입 방식을 적용함으로서, 해수공급용 배관라인과 컨트롤러용 제어루트를 포함하는 시스템의 전체적인 구성을 보다 간단하게 할 수 있는 동시에, 센서와 컨트롤러에 의한 MFC의 피드백 제어만을 통하여 보다 효율적이고 합리적인 실험이 가능한 효과를 제공한다.
또한, 각각의 실험조마다 센서기구와 기포분산기만을 적용시켜 보다 저렴하고 경제적인 시스템을 제공하는 효과가 있으며, 각각의 실험조를 통한 해수와 가스의 공급경로를 개별적인 단일라인으로 구축함으로서, 실험과정에서 발생할 수 있는 작업자의 실수나 혼선을 최소화시키고, 시스템의 오작동이나 고장시 이에 대한 신속한 대처가 가능토록 하는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실내용 해양생물 검정시스템의 설치상태를 나타내는 정면도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 본 발명에 사용되는 실험조의 요부 발췌 단면도.
도 4는 도 3의 평면도.
도 5는 본 발명에 사용되는 가스분배유닛의 내부구조도.
도 6은 본 발명에 적용되는 해수 공급 및 배출경로를 나타내는 배관도.
도 7은 본 발명에 적용되는 CO2가스 공급 및 제어경로를 나타내는 배관도.
도 8은 본 발명에 적용되는 N2/O2가스 공급 및 제어경로를 나타내는 배관도.
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 실내용 해양생물 검정시스템(1)은 도 1 및 도 2에 각각 도시된 바와 같이, pH센서(5)가 장착되는 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착되는 또 다른 실험조(4)와 정상대조군이 되는 저수조(3)가 수조테이블(2)상에 배치되고, 상기 수조테이블(2)의 일측에는 CO2탱크(10)와 N2/O2탱크(11)가 배치된다.
도 2를 기준으로 하면, 상기 수조테이블(2)은 앵글프레임 등을 이용한 3단 골조구조물로 설치되어 있으나, 저수조(3)와 실험조(4)의 적용개수 및 실내공간의 조건 등을 고려하여 수조테이블(2)의 형상은 임의대로 변경이 가능하며, 실내의 바닥측에 배수로(18)를 형성시켜 저수조(3)와 실험조(4)로부터 배출된 해수를 실외로 배수시키도록 하였으나, 배수로(18) 이외에도 배수관 등이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 실내의 벽체에는 시스템의 제어를 위한 컨트롤러(13)와 가스분배유닛(12)이 각각 설치되고, 실외측으로부터 실내측으로 도입되는 해수공급관(17)이 수조테이블(2)의 전방측 하부까지 연장되어 있으며, 상기 가스분배유닛(12)은 MFC(Mass flow controller: 질량유량계)를 기본요소로 포함하는 상태에서 케이블라인(13a)에 의하여 컨트롤러(13)와 접속 설치되고, 상기 해수공급관(17)의 끝단부는 막힌 상태가 된다.
그리고, 상기 저수조(3)와 실험조(4)의 상단측에는 해수공급관(17)으로부터 분배밸브(17b)를 거쳐 연장되는 해수공급라인(7)이 각각 연결 설치되고, 상기 저수조(3)와 실험조(4)의 하단측에는 해수공급라인(7)으로 유입되는 해수의 량만큼이 수조의 외부로 자동 배출되도록 하는 유수식 환경의 조성을 위한 드레인밸브(9)가 배수라인(9a)과 연결 설치된다.
상기 실험조(4)는 도 3 및 도 4에 각각 도시된 바와 같이, 수조탱크(4a)의 상단측에 방수팩킹(4c)을 개재시킨 상태로 수조덮개(4b)가 조립 설치된 밀폐용기가 되며, 상기 수조덮개(4b)에는 방수팩킹(4c)을 개재시킨 상태로 pH센서(5) 또는 DO센서(6)가 수직 방향으로 관통 설치되고, 상기 수조탱크(4a)의 내부에는 기포분산기(8)가 배치된다.
상기 해수공급라인(7)은 수조탱크(4a)의 상단측에 제공된 해수유입구(7a)와 연결 설치되고, 상기 기포분산기(8)는 수조덮개(4b)에 설치된 장착포트(20)를 거쳐 수조탱크(4a)의 내부로 삽입되는 가스분배라인(12a)(12b)과 연결 설치되며, 해수공급라인(7)과 가스분배라인(12a)(12b)의 관통부위 및 장착포트(20)와 드레인밸브(9)의 설치부위에는 기밀처리가 이루어져야 함은 물론이다.
추가적인 사항으로서, 상기 수조덮개(4b)에는 pH센서(5) 또는 DO센서(6)를 지지하는 센서장착대(19)가 설치되는 바, 상기 센서장착대(19)는, 수조덮개(4b)의 상부면에 수직 방향으로 고정 설치되는 센서브라켓(19a)과, 상기 센서브라켓(19a)측으로 pH센서(5) 또는 DO센서(6)를 밀착시키기 위한 장착판(19b)과, 상기 장착판(19b)을 센서브라켓(19a)과 견고히 조립시키기 위한 조립볼트(19c)를 포함하여서 이루어진다.
상기와 같은 센서장착대(19)를 사용하게 되면, pH센서(5) 또는 DO센서(6)를 수조덮개(4b)상에 안정적으로 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 센서장착대(19)의 장착판(19b)을 분리하여 pH센서(5) 또는 DO센서(6)의 하단 센서팁 위치를 요구하는 수심에 맞추어 손쉽게 조정할 수 있는 잇점을 제공하며, 상기 장착판(19b)은 센서의 손상을 방지할 수 있도록 도 4에서와 같이 "＜" 자형으로 굴곡 형성되어 있고, 상기 조립볼트(19c)의 후단부에는 결착너트가 체결된다.
이와 더불어, 상기 실험조(4)의 외주연부에는 다수 개의 덮개장착기(21)가 일정한 간격을 두고 방사상으로 설치되는 바, 상기 덮개장착기(21)는, 수조탱크(4a)의 상단측에 힌지식으로 연결 설치되는 힌지볼트(21a)와, 상기 힌지볼트(21a)에 너트식으로 조립되는 장착노브(21b)로 이루어지며, 수조덮개(4b)의 주연부에는 힌지볼트(21a)가 삽입되는 절개홈(21c)이 형성되어 있다.
상기와 같은 덮개장착기(21)를 실험조(4)에 적용시키게 되면, 각각의 덮개장착기(21)가 수조탱크(4a)에 항상 매달려 있는 상태가 되므로, 수조탱크(4a)에 수조덮개(4b)를 장착시키는 작업을 보다 신속하게 수행할 수 있고, 수조탱크(4a)로부터 수조덮개(4b)를 분리하는 작업시에도 장착노브(21b)를 풀어내어 힌지볼트(21a)를 하방으로 젖히기만 하면 되므로, 수조덮개(4b)의 분리작업 또한 한층 용이하게 수행할 수 있다.
상기 실험조(4)의 수조덮개(4b)에 추가로 설치된 것은 과압배출구(16)로서, 기포분산기(8)를 통하여 공급되는 가스성분이 실험조(4)의 내부에 누적되어 실험조(4)의 내압이 상승하는 것을 방지하는 안전밸브 또는 릴리프밸브의 기능을 수행하며, 이는 해수공급라인(7)을 통한 해수의 펌핑력이 실험조(4)의 내압에 의하여 지장을 받지 않도록 함으로서, 해수의 원활한 유수식 흐름을 조성한다는 측면에서도 유리한 잇점을 제공한다.
상기 저장조(3)는 도 3 및 도 4에 도시된 실험조(4)에서 pH센서(5)나 DO센서(6) 및 이들의 설치를 위한 센서장착대(19)와, 기포분산기(8) 및 이와 연결되는 가스분배라인(12a)(12b)의 설치를 위한 장착포트(20)와, 과압배출구(16)가 생략된 상태로 실험조(4)와 동일한 구조를 가지는 것으로 보면 무방하며, 저수조(3)와 실험조(4)를 이루는 수조탱크(4a)와 수조덮개(4b)는 투명 아크릴 소재를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다.
한편, 도 1 및 도 2에서와 같이, pH센서(5)가 장착된 실험조(4)의 기포분산기(8)에는 CO2탱크(10)로부터 가스주입라인(10a)과 MFC를 포함하는 가스분배유닛(12)을 거쳐 연장되는 가스분배라인(12a)이 연결 설치되고, DO센서(6)가 장착된 실험조(4)의 기포분산기(8)에는 N2/O2탱크(11)로부터 가스주입라인(11a)과 MFC를 포함하는 가스분배유닛(12)을 거쳐 연장되는 또 다른 가스분배라인(12b)이 연결 설치된다.
상기 pH센서(5)와 DO센서(6)는 센서케이블(5a)(6a)에 의하여 컨트롤러(13)와 접속 설치되고, 상기 컨트롤러(13)는 pH센서(5)와 DO센서(6)로부터 입력된 데이터를 기초로 하여 MFC를 포함하는 가스분배유닛(12)을 제어토록 이루어지며, 컨트롤러(13)의 전방 외측면에는 pH센서(5)와 DO센서(6)로부터 입력된 값을 수치화하여 외부로 표시하는 인디케이터(14)와 시스템의 작동램프(15) 및 비상스위치(15a)가 각각 제공되고, 상기 비상스위치(15a)는 시스템의 오작동이나 고장시 해수공급관(17)의 공급펌프를 포함하여 시스템의 전반적인 가동을 중지시키는 기능을 수행한다.
도 1 및 도 2를 기준으로 하면, 상기 저수조(3)는 수조테이블(2)상에 2대가 설치되고, pH센서(5)가 장착된 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착된 실험조(4)는 수조테이블(2)상에 4대가 각각 설치되어 있는 바, 정상대조군이 되는 저수조(3)의 경우는 1대만 설치하더라도 무방하고, pH센서(5)가 장착되는 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착되는 실험조(4)는 최소 2대로부터 5대 이상으로 설치하는 것도 가능하다.
그러나, 각각의 실험조(4)를 5대 이상으로 설치하는 것은 좁은 실내공간의 여건과 실험의 경제성을 고려할 경우 바람직하지 못하므로, 도 1 및 도 2에서와 같이 최대 4대 정도로 하여 설치하는 것이 바람직하고, 이러한 저수조(3) 및 실험조(4)의 설치상태에 맞추어 해수공급관(17)을 통한 해수의 공급경로 및 CO2탱크(10)와 N2/O2탱크(11)로부터 가스분배유닛(12)을 통한 가스의 공급경로를 개별적인 단일라인으로 구축하게 된다.
도 6에서는 2대의 저수조(3)와 총 8대의 실험조(4)가 설치된 경우에 적용되는 해수의 공급경로를 도시하였는 바, 상기 분배밸브(17b)는 저수조(3)와 실험조(4)의 설치개수에 맞추어 수조테이블(2)과 인접한 해수공급관(17)의 출구측에 총 10개로 배치되고, 각각의 분배밸브(17b)로부터 연장되는 총 10개의 해수공급라인(7)이 저수조(3)와 실험조(4)측으로 분산된 다음, 해당 수조의 해수유입구(7a)와 연결 설치된다.
이와 더불어, 각각의 저수조(3)와 실험조(4) 하단측의 드레인밸브(9)와 연결된 배수라인(9a)은 실내의 배수로(18)측으로 연장되며, 도면의 복잡성을 피하기 위하여 일부 몇 개의 배수라인(9a)을 하나의 라인으로 통합하여 나타내었으나, 각각의 배수라인(9a) 역시 해수공급라인(7)과 마찬가지로 개별적인 단일라인이 되며, 필요시에 한하여 인접하는 배수라인(9a)끼리 하나의 라인으로 통합하는 것도 가능하다.
또한, 각각의 저수조(3)와 실험조(4)를 기준으로 할 경우, 분당 0.5L(리터) 내외의 비교적 적은 유량으로 해수를 흘려 보내지만, 유수식 실험 환경의 조성을 위하여 상기 공급펌프(26)는 지속적으로 가동되므로, 2대 또는 3대의 공급펌프(26)를 해수공급관(17)상에 병렬식으로 설치하여 교대로 가동시키는 측면이 유리하며, 해수공급관(17)의 도입부측에는 이물질의 제거를 위한 해수필터(17C)를 설치하는 것이 바람직하다.
도 5와 도 7 및 도 8에서는 pH센서(5)가 장착되는 4대의 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착되는 4대의 실험조(4)를 포함하는 총 8대의 실험조(4)가 설치된 경우에 적용되는 가스분배유닛(12) 및 가스 종류별 공급경로를 각각 도시하였는 바, 상기 가스분배유닛(12)에는 실험조(4)의 설치개수에 해당하는 8개의 MFC(24)가 CO2용 가스분배기(22) 및 N2/O2용 가스분배기(22)와 함께 내장되어 있다.
상기 각각의 MFC(24)는 전압과 전류의 조정기능 및 신호의 전송기능을 겸비하는 릴레이보드(25)와 접속케이블(25a)로 접속되어 있고, 상기 릴레이보드(25)가 케이블라인(13a)에 의하여 컨트롤러(13)와 접속 설치되며, 각각의 가스분배기(22)는 원통 형상을 가지는 소형의 가스저장탱크로 하여, 그 하단에 1개의 메인밸브(22a)가 설치되고, 그 측면부에 4개의 분배밸브(22b)가 설치되어 있다.
상기 CO2용 가스분배기(22)의 메인밸브(22a)는 가스주입라인(10a)에 의하여 CO2탱크(10)와 연결 설치되는 한편, 상기 N2/O2용 가스분배기(22)의 메인밸브(22a)는 가스주입라인(11a)에 의하여 N2/O2탱크(11)와 연결 설치되며, 각각의 MFC(24)는 가스중계라인(23)에 의하여 CO2용 가스분배기(22)의 분배밸브(22b)와 N2/O2용 가스분배기(22)의 분배밸브(22b)마다 하나씩 연결 설치된다.
따라서, 상기 가스분배라인(12a)(12b)은 각각의 MFC(24)로부터 하나씩 개별적으로 연장되어 해당 실험조(4)의 기포분산기(8)와 연결 설치되는 바, CO2공급용 가스분배라인(12a)과 N2/O2공급용 가스분배라인(12b)을 보다 손쉽게 구분할 수 있도록, 도 5에서와 같이 상부측 4개의 라인과 하부측 4개의 라인을 동일한 가스분배라인(12a)(12b)으로 하여 가스분배유닛(12)의 출구측으로 빠져 나오게 하는 것이 바람직하다.
상기 가스주입라인(10a)(11a)과 가스중계라인(23)과 가스분배라인(12a)(12b)은 1~2mm 정도의 얇은 직경을 가지는 고압호스를 사용하는 것이 바람직하고, 필요시 가스의 종류별로 서로 다른 색상을 가지는 호스를 사용할 수도 있으며, 상기 해수공급관(17)은 2~5cm 정도의 직경을 가지는 내부식성 금속이나 플라스틱 배관으로 하고, 상기 해수공급라인(7)과 배수라인(9a)은 5mm 내외의 직경을 가지는 유연한 호스 재질로 하는 것이 바람직하며, 상기 CO2탱크(10) 및 N2/O2탱크(11)는 액화가스 또는 압축가스가 저장된 고압탱크가 된다.
또한, 각각의 실험조(4)에 저장되는 해수의 pH농도는 pH센서(5)와 컨트롤러(13) 및 MFC(24)에 의한 CO2가스 공급량의 피드백 제어를 통하여 7.2, 7.4, 7.8, 8.0 등의 수준으로 달리하여 유지시키는 것이 바람직하고, 각각의 실험조(4)에 저장되는 해수의 용존산소 농도는 DO센서(6)와 컨트롤러(13) 및 MFC(24)에 의한 N2가스 공급량의 피드백 제어를 통하여 3.5, 4.5, 5.5, 6.5 ppm 정도의 수준으로 달리하여 유지시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 CO2탱크(10)와 함께 N2탱크를 이용하여 산성화 조건 및 용존산소의 결핍 조건하에서 해양생물을 유수식으로 배양하는 실험을 우선으로 하되, pH를 상승시킨 염기성 해수의 조건이나 용존산소의 과밀조건하에서 실험이 요구되는 경우 N2탱크를 O2탱크와 교체시켜 사용토록 하며, 실험조(4)에 투입되는 배양생물은 어류나 패류 또는 멍게나 해삼 등의 양식종이 대표적이지만, 실험이 요구되는 어떠한 해양생물이라도 배양생물로 하여 각각의 실험조(4)에 투입이 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 해양산성화 즉, 해수의 pH값이 해양생물에게 미치는 영향과 더불어, 용존산소의 농도가 해양생물에게 미치는 영향을 실내에서 동시에 실험 및 검정할 수 있으며, 이에 따라 해양산성화에만 초점을 맞추었던 선출원의 경우와 비교하여 한층 더 구체적이고 체계적인 환경생물학적 데이터를 확보할 수 있다.
이와 더불어, 저수조(3) 및 실험조(4)를 통한 해수의 유수식 공급과 실험조(4)를 통한 가스의 직투입 방식을 적용함으로서, 해수공급용 배관라인과 컨트롤러(13)용 제어루트를 포함하는 시스템의 전체적인 구성을 보다 간단하게 할 수 있는 동시에, pH센서(5)와 DO센서(6) 및 컨트롤러(13)에 의한 MFC(24)의 피드백 제어만을 통하여 보다 효율적이고 합리적인 실험이 가능하게 된다.
또한, 각각의 실험조(4)마다 센서기구와 기포분산기(8)만을 적용시켜 보다 저렴하고 경제적인 시스템을 제공할 수 있으며, 각각의 실험조(4)를 통한 해수와 가스의 공급경로를 개별적인 단일라인으로 구축함으로서, 실험과정에서 발생할 수 있는 작업자의 실수나 혼선을 최소화시키고, 시스템의 오작동이나 고장시 이에 대한 신속한 대처가 가능토록 할 수 있는 것이다.
1 : 해양생물 검정시스템 2 : 수조테이블
3 : 저수조 4 : 실험조 4a : 수조탱크
4b : 수조덮개 4c : 방수팩킹 5 : pH센서
6 : DO센서 5a,6a : 센서케이블 7 : 해수공급라인
7a : 해수유입구 8 : 기포분산기 9 : 드레인밸브
9a : 배수라인 10 : CO2탱크 11 : N2/O2탱크
10a,11a : 가스주입라인 12 : 가스분배유닛 12a,12b : 가스분배라인
13 : 컨트롤러 13a : 케이블라인 14 : 인디케이터
15 : 작동램프 15a : 비상스위치 16 : 과압배출구
17 : 해수공급관 17a,22a : 메인밸브 17b,22b : 분배밸브
17c : 해수필터 18 : 배수로 19 : 센서장착대
19a : 센서브라켓 19b : 장착판 19c : 조립볼트
20 : 장착포트 21 : 덮개장착기 21a : 힌지볼트
21b : 장착노브 21c : 절개홈 22 : 가스분배기
23 : 가스중계라인 24 : MFC 25 : 릴레이보드
25a : 접속케이블 26 : 공급펌프

Claims (6)

  1. 밀폐용기가 되는 다수 개의 수조를 수조테이블(2)상에 분산 배치하고, 상기 각각의 수조에는 공급펌프(26)와 메인밸브(17a)를 구비하는 해수공급관(17)을 연결시키는 한편, 각각의 수조 내부에 생태환경의 조성을 위한 가스주입용 기포분산기(8)를 설치함으로서, 해양환경이 각종 해양생물에게 미치는 영향을 실내에서 실험 및 검정할 수 있도록 한 실내용 해양생물 검정시스템(1)에 있어서,
    상기 수조는 pH센서(5)가 장착되는 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착되는 또 다른 실험조(4)와 정상대조군이 되는 저수조(3)로 구분하여 수조테이블(2)상에 설치되고, 상기 각각의 실험조(4) 내부에 기포분산기(8)가 설치되며,
    상기 저수조(3)는 수조테이블(2)상에 1대 또는 2대가 설치되고, 상기 pH센서(5)가 장착되는 실험조(4)와 DO센서(6)가 장착되는 실험조(4)는 수조테이블(2)상에 2대 내지 4대가 각각 설치되며,
    상기 저수조(3)와 실험조(4)의 상단측에는 해수공급관(17)으로부터 분배밸브(17b)를 거쳐 연장되는 해수공급라인(7)이 각각 연결 설치되고, 상기 저수조(3)와 실험조(4)의 하단측에는 해수공급라인(7)으로 유입되는 해수의 량만큼이 수조의 외부로 자동 배출되도록 하는 유수식 환경의 조성을 위한 드레인밸브(9)가 배수라인(9a)과 연결 설치되며,
    상기 pH센서(5)가 장착된 실험조(4)의 기포분산기(8)에는 CO2탱크(10)로부터 가스주입라인(10a)과 MFC(24)를 거쳐 연장되는 가스분배라인(12a)이 연결 설치되고, 상기 DO센서(6)가 장착된 실험조(4)의 기포분산기(8)에는 N2/O2탱크(11)로부터 가스주입라인(11a)과 MFC(24)를 거쳐 연장되는 가스분배라인(12b)이 연결 설치되며,
    상기 pH센서(5)와 DO센서(6)는 센서케이블(5a)(6a)에 의하여 컨트롤러(13)와 접속 설치되고, 상기 컨트롤러(13)는 pH센서(5)와 DO센서(6)로부터 입력된 데이터를 기초로 하여 MFC(24)를 제어토록 이루어지는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분배밸브(17b)는 저수조(3)와 실험조(4)의 설치개수에 맞추어 수조테이블(2)과 인접한 해수공급관(17)의 출구측에 배치되고, 상기 MFC(24)는 실험조(4)의 설치개수에 맞추어 CO2용 가스분배기(22) 및 N2/O2용 가스분배기(22)와 함께 가스분배유닛(12)을 이루도록 설치되며,
    상기 각각의 가스분배기(22)에는 1개의 메인밸브(22a)와 2개 내지 4개의 분배밸브(22b)가 설치되고, 상기 CO2용 가스분배기(22)의 메인밸브(22a)는 가스주입라인(10a)에 의하여 CO2탱크(10)와 연결 설치되는 한편, 상기 N2/O2용 가스분배기(22)의 메인밸브(22a)는 가스주입라인(11a)에 의하여 N2/O2탱크(11)와 연결 설치되며,
    상기 각각의 MFC(24)는 가스중계라인(23)에 의하여 CO2용 가스분배기(22)의 분배밸브(22b)와 N2/O2용 가스분배기(22)의 분배밸브(22b)마다 하나씩 연결 설치되고, 상기 가스분배라인(12a)(12b)은 각각의 MFC(24)로부터 하나씩 개별적으로 연장되어 해당 실험조(4)의 기포분산기(8)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 저수조(3)와 실험조(4)는 수조탱크(4a)의 상단에 수조덮개(4b)가 조립 설치된 것이고, 상기 pH센서(5)와 DO센서(6)는 방수팩킹(4c)을 개재시킨 상태로 실험조(4)의 수조덮개(4b)를 수직 방향으로 관통하도록 설치되며,
    상기 수조덮개(4b)에는 pH센서(5) 또는 DO센서(6)를 지지하는 센서장착대(19)가 설치되고, 상기 센서장착대(19)는, 수조덮개(4b)의 상부면에 수직 방향으로 고정 설치되는 센서브라켓(19a)과, 상기 센서브라켓(19a)측으로 pH센서(5) 또는 DO센서(6)를 밀착시키기 위한 장착판(19b)과, 상기 장착판(19b)을 센서브라켓(19a)과 조립시키기 위한 조립볼트(19c)를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 저수조(3)와 실험조(4)의 외주연부에는 2개 내지 8개의 덮개장착기(21)가 일정한 간격을 두고 설치되며,
    상기 덮개장착기(21)는, 수조탱크(4a)의 상단측에 힌지식으로 연결 설치되는 힌지볼트(21a)와, 상기 힌지볼트(21a)에 너트식으로 조립되는 장착노브(21b)로 이루어지며,
    상기 수조덮개(4b)의 주연부에는 힌지볼트(21a)가 삽입되는 절개홈(21c)이 형성되는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 실험조(4)의 수조덮개(4b)에는 과압배출구(16)가 설치되는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급펌프(26)는 2대 또는 3대로 하여 해수공급관(17)상에 병렬식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 실내용 해양생물 검정시스템.
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