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문제 정의
- 이 연구는 식물조직의 배양공정에서 기계화요구도가 가장 높았던 배지의 분주 및 배양용기의 밀봉작업을 생력화할 수 있는 기계화기술을 개발하기 위하여 수행되었으며, 여기서는배지의 분주장치에 대한 연구결과를 보고한다. 특히, 배지의 분주작업은 배양목적 등에 따라배지의 조성물질에 차이가 있고 가열하여 조제하며 소형의 배양용기에 원하는 만큼을 분주한다.
제안 방법
- 이를 위하여 점도가 다른 4종의 배지, 노즐팁의 구경을 4종(3~6), 배양 용기는 사각 및 원형 배양병, 삼각 플라스크(300) 및 PE용기 등 4종을 공시하여 분주 상태를 조사하였다. 그리고 배지의 분주량은 점도가 다른 배지를 임의로 조제하여 분주시간별 분 주량과 배양용기별 분주량의 차이를 조사하였다. 그리고 배지의 점도와 온도는 점도계 (LVDV-H+, Brookfield), 분주량은 스케일이 부착된 메스실린더로 측정하였다.
- 그리고 배지의 분주량은 점도가 다른 배지를 임의로 조제하여 분주시간별 분 주량과 배양용기별 분주량의 차이를 조사하였다. 그리고 배지의 점도와 온도는 점도계 (LVDV-H+, Brookfield), 분주량은 스케일이 부착된 메스실린더로 측정하였다.
- 그리고 분주장치의 작업성능은 실험실과 식물묘를 대량생산하는 현장에서 실증시험을 통하여 조사하였다. 현장에서의 실증시험은 호접란의 묘를 년간 100만본정도 생산하는 농원에서 기존에 사용되는 배지, 배양용기 및 분주량 등을 기준하여 관행의 분주작업능률과 개발한 분주장치의 분주성능을 비교하였다.
- 1의 형식을 선정하였다. 노즐은 배지의 분주방법을 고려하여 프레임에 부착형과 프레임과의 분리형 등 2종을 제작하였다. 부착형은 노즐의 하단에 배양용기를 하나씩 입 배출시키면서 분주하는 방식이고 분리형은 노즐을 배열된 배양용기로 이동하면서 분주 하는 방식이다.
- 가. 배지의 분주장치는 배지를 송수하는 펌프와 모터, 배지를 구동조건에 따라 분배하는 전자밸브, 전자밸브의 구동조건을 제어하기 위한 분주센서, 타이머 및 릴레이 등이 조합된 제어부, 배지를 분주하는 노즐 등으로 구성하였다.
- 분주장치의 제어부는 배양용기가 없는 경우배지는 배지탱크로 회수되어 배지를 교반시키고 배양용기가 준비되면 분주센서를 on시켜 원하는 만큼의 배지를 분주할 수 있는 시간동안 전자밸브의 노즐즉 토줄구를 열어 배지를 분주하도록 제작하였다.
- 한다. 이를 위하여 점도가 다른 4종의 배지, 노즐팁의 구경을 4종(3~6), 배양 용기는 사각 및 원형 배양병, 삼각 플라스크(300) 및 PE용기 등 4종을 공시하여 분주 상태를 조사하였다. 그리고 배지의 분주량은 점도가 다른 배지를 임의로 조제하여 분주시간별 분 주량과 배양용기별 분주량의 차이를 조사하였다.
- 조사하였다. 현장에서의 실증시험은 호접란의 묘를 년간 100만본정도 생산하는 농원에서 기존에 사용되는 배지, 배양용기 및 분주량 등을 기준하여 관행의 분주작업능률과 개발한 분주장치의 분주성능을 비교하였다.
대상 데이터
- 밸브는 펌프에서 입력되는 하나의 홉인포터와 배지탱크및 노즐로 각각 토출할 수 있는 3포터방식의 전자밸브를공시하였으며, 이 밸브의 오리피스 구경은 배지에 혼합되는 유기물의 크기를 고려하여 02.1의 형식을 선정하였다. 노즐은 배지의 분주방법을 고려하여 프레임에 부착형과 프레임과의 분리형 등 2종을 제작하였다.
- 펌프는 온도가 100℃ 정도의 배지를 송수할 수 있는 정량펌프의 일종인 베인펌프를 선정하였다. 이 펌프는 송수량은 대상유체가 물인 경우 시간당 최대 4002, 쳄버와 베인의 재질은 내마모성과 내식성이 있는 흑연탄소강으로제작된 것이다.
성능/효과
- 노즐팁의 크기가 6mm일때 공시한 모든 배양용기에 정숙하게 배지가 분주되었으며, 5에서는 PE용기를 제외하고 모두 정숙하게 분주되었다. 노즐팁의 크기가 4mm에서는 PE용기의 경우 배지가 외부로 튀어 나왔고 다른 배양용기는 수직또는 경사지게 분주하는 등 분주조건에 따라 분주상태의 차이가 있었으며, 3mm는 공시한 배양용기 모두 배지가 배양용기의 내벽 전체에 붙거나 외부로 튀어 사용이 불가능한 것으로 나타났다.
- 따라 분주상태를 변화시킨다. 노즐팁의 크기가 6mm일때 공시한 모든 배양용기에 정숙하게 배지가 분주되었으며, 5에서는 PE용기를 제외하고 모두 정숙하게 분주되었다. 노즐팁의 크기가 4mm에서는 PE용기의 경우 배지가 외부로 튀어 나왔고 다른 배양용기는 수직또는 경사지게 분주하는 등 분주조건에 따라 분주상태의 차이가 있었으며, 3mm는 공시한 배양용기 모두 배지가 배양용기의 내벽 전체에 붙거나 외부로 튀어 사용이 불가능한 것으로 나타났다.
- 3%의 차이가 있었다. 따라서 배지의 분주장치는 인력에 의한 관행의 분주작업능률에 비하여 4.5배 능률적이고 원하는 만큼 정확한 분주가 가능함을 알 수 있다. 그러나 여기서의분주성능은 시험한 농원에서의 조건에 대한 비교이며, 분주성능은 배지의 점도와 온도, 사용하는 배양용기, 배양용기별 분주량, 작업자의 숙련도 등 배양조건에 따라 변화될 것이다.
- 다. 배지의 분주량은 배지의 점도가 증가할수록 감소하였고 같은 조건에서 배양용기별 분 주량은 변이계수가 0~5.2%정도로 차이가 없었으며 기존의 인력작업시 기준량에 비하여 ±25%정도 차이가 있는 것과 비교할때 적량의 분주가 가능함을 알 수 있다.
- 배지의 점도에 따른 분주시간별 분주량은 그림 4와 같다. 배지의 분주량은 분주시간에 따라 증가하였으며 분주시간이 2초이상에서는 1초시의 분주량을 기준한 것보다 2.5~7.3% 정도 많은 것으로 나타났다. 이는 제어부에서 전자밸브의 노즐측 토출구가 분주센서의 on으로 타이머가 작동됨과 동시에 열리지 않고 순간적으로 지연되기 때문이 라 생각된다.
- 배지의 분주시간 및 점 도에 따른 배 양용기별 분주량의 변이계수은 0~5.2%로 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 인력에 의존하여 분주하는 기존의 분주작업에서 배양용기별 분주량이 기준량의 ±25%정도 차이가 있던 것(강, 2002)에 비하면 상당히 적은 값이다.
- 나. 배지의 분주장치는 노즐팁의 구경에 따라 분주상태가 변화하였으며 노즐팁의 구경이 6mm일때 공시한 모든 배양용기에서 배지가 외부 또는 용기내에 튀지 않고 정숙하게 분주되는 것으로 나타났다.
- 라. 분주방법별 분주장치의 작업성능은 500병의 삼각플라스크에 150를 분주할 경우 부착형 노즐은 33.3분, 분리형은 25분이 각각 소요되어 분리형이 부착형의 경우 배양용기의 준비상태나 작업자의 숙련도 등에 따라 차이가 있겠으나 더 능률적인 것으로 나타났다.
- 호접 란을 대 량배양하는 농원에서의 실증시험결과 302를 배지를 160씩 분주하는데인력 분주시는 50분, 분주장치는 11분이 각각 소요되어 분주장치가 45배정도 능률적인 것으로 나타났다.
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