KR101336610B1 - 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치 - Google Patents

혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개구가 형성되는 본체; 개구를 통해서 본체 내에 착탈 가능하게 다수로 결합되고, 수소 생산 혐기성 미생물을 함유하는 배양액과 일산화탄소가 통과하기 위한 튜브가 내측에 각각 설치되되, 튜브가 다른 튜브와의 연결을 위하여 양단이 외부로 노출되는 튜브카세트; 및 튜브카세트간의 튜브를 서로 연결시킴으로써 튜브들이 공급구와 배출구를 가짐과 아울러, 배양액에 일산화탄소가 용해되도록 시간을 지연시키기 위한 지연경로를 제공하도록 하는 피팅부재를 포함하도록 한 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 수소 생산 혐기성 미생물을 함유한 배양액에 일산화탄소가 용해되기 위한 시간을 증가시키기 위한 지연경로를 집적도 높게 제공함으로써 배양액에 대한 일산화탄소의 용해도를 증대시키도록 하고, 이로 인해 수소 생산 혐기성 미생물이 수소 생산시 일산화탄소 가스를 효과적으로 이용할 수 있도록 하여 수소 생산의 효율을 높일 수 있으며, 지연경로를 제공하는 튜브의 유지 및 보수가 용이하도록 한다.

Description

혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치{Carbon monoxide dissolution inducement apparatus for producing hydrogen using anaerobic microorganism}
본 발명은 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소를 효율적으로 생산해 낼 수 있도록 하는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 혐기성 미생물을 이용하여 일산화탄소와 물로부터 수소에너지를 생산하는 방법은 미래의 수소 에너지 생산에 있어 중요한 역할이 기대되고 있다.
일산화탄소와 물로부터 수소에너지를 생산할 수 있는 혐기성 미생물은 예를 들어, 파푸아뉴기니 근처 공해상 심해 열수구로부터 분리, 동정한 써모코커스속 균(Thermococcus spp.)을 들 수 있다(Journal of Microbiology Biotechnology 2006 vol. 16. No. 11. 1826-1831, Nature 2010 vol. 467 No. 7313).
수소에너지를 생산하기 위한 주원료인 일산화탄소는 제철소, 석탄을 이용하는 발전소, 쓰레기 소각로 등의 부생가스, 또는 화학적 방법에 의한 합성가스 등을 이용하여 용이하게 확보할 수 있으나, 수소생산 혐기성 미생물이 효과적으로 이용하는 것은 용이하지 않다. 이는 수소생산 혐기성 미생물이 가스상의 일산화탄소와 액상의 물로부터 가스상의 수소를 생산할 경우, 일산화탄소와 물의 상이 서로 달라 일산화탄소와 물을 미생물이 효과적으로 이용하기 어렵기 때문이다.
그러므로, 수소생산 혐기성 미생물이 수소 생산시 이용하는 일산화탄소 가스를 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 장치의 개발이 필요하게 되었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수소 생산 혐기성 미생물이 수소 생산시 이용하는 일산화탄소 가스를 효과적으로 이용할 수 있도록 하여 수소 생산의 효율을 높이도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 개구가 형성되는 본체; 상기 개구를 통해서 상기 본체 내에 착탈 가능하게 다수로 결합되고, 수소 생산 혐기성 미생물을 함유하는 배양액과 일산화탄소가 통과하기 위한 튜브가 내측에 각각 설치되되, 상기 튜브가 다른 튜브와의 연결을 위하여 양단이 외부로 노출되는 튜브카세트; 및 상기 튜브카세트간의 튜브를 서로 연결시킴으로써 상기 튜브들이 공급구와 배출구를 가짐과 아울러, 상기 배양액에 상기 일산화탄소가 용해되도록 시간을 지연시키기 위한 지연경로를 제공하도록 하는 피팅부재를 포함하는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치가 제공된다.
상기 본체는, 상기 튜브카세트가 슬라이딩 결합되기 위한 슬릿이 나란하게 다수로 마련될 수 있다.
상기 튜브카세트는, 상기 튜브의 양단이 상기 슬릿의 입구측에 위치하도록 마련됨으로써 상기 피팅부재가 상기 본체의 개구측에 다수로 배열되도록 할 수 있다.
상기 튜브카세트는, 상기 튜브가 케이스의 내측에 지그재그를 이루도록 설치될 수 있다.
상기 피팅부재는, "ㄷ"의 형태를 가지는 중공관; 및 상기 중공관의 양단에 회전 가능하게 각각 설치되고, 상기 튜브의 일단이 각각 나사 결합됨으로써 상기 튜브의 일단을 상기 중공관에 분리 가능하게 연결시키는 너트부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산 장치에 의하면, 수소 생산 혐기성 미생물을 함유한 배양액에 일산화탄소가 용해되기 위한 시간을 증가시키기 위한 지연경로를 집적도 높게 제공함으로써 배양액에 대한 일산화탄소의 용해도를 증대시키도록 하고, 이로 인해 수소 생산 혐기성 미생물이 수소 생산시 일산화탄소 가스를 효과적으로 이용할 수 있도록 하여 수소 생산의 효율을 높일 수 있으며, 지연경로를 제공하는 튜브의 유지 및 보수가 용이하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치의 튜브카세트를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치의 요부를 도시한 정면도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, "및/또는"은 언급된 구성요소의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 또는 소자에 대한 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치(100)는 본체(110)와, 튜브카세트(120)와, 피팅부재(130)를 포함할 수 있다.
본체(110)는 개구(111)가 일측, 예컨대 정면에 형성될 수 있고, 본 실시예에서처럼 육면체 형상을 가짐으로써 내측에 튜브카세트(120)가 다수로 적층되기 위한 공간을 제공하며, 이에 한하지 않고, 다양한 형상 및 구조를 가질 수 있다.
튜브카세트(120)는 개구(111)를 통해서 본체(110) 내에 착탈 가능하게 다수로 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 튜브카세트(120)는 수소 생산 혐기성 미생물을 함유하는 배양액과 일산화탄소가 통과하기 위한 튜브(121)가 내측에 각각 설치되되, 튜브(121)가 다른 튜브(121)와의 연결을 위하여 양단이 외부로 노출되고, 집적도를 높이기 위하여 튜브(121)가 케이스(122)의 내측에 지그재그를 이루도록 설치될 수 있다. 여기서, 튜브(121)는 실리콘이나 합성수지 또는 스테인레스스틸 또는 배양액과 일산화탄소의 압력에 견디기 위한 다양한 재질로 이루어질 수 있고, 휨이 가능한 플렉시블한 재질로 이루어지는 경우 케이스(122) 내에 설치된 고정편에 의해 그 형태를 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 튜브카세트(120)의 튜브(121)에 공급되기 위한 배양액은 수소 생산 혐기성 미생물을 배양할 수 있는 공지의 배양액일 수 있고, 물을 포함할 수 있으며, 배양액에 함유되는 수소 생산 혐기성 미생물은 일산화탄소와 물로부터 수소를 생산하는 혐기성 미생물을 의미하고, 예컨대, 써모코커스속 균일 수 있다. 써모코커스속 균은 써모코커스속에 속하는 미생물로, 써모코커스속 균주(cellline)를 포함하는 의미이나, 이에 제한되는 것은 아니며, 일례로서 써모코커스 온뉴리뉴스(Thermococcus onnurineus)일 수 있다.
피팅부재(130)는 튜브카세트(120)간의 튜브(121)를 서로 연결시킴으로써 튜브(121)들이 공급구(123)와 배출구(124)를 가짐과 아울러, 배양액에 일산화탄소가 용해되도록 시간을 지연시키기 위한 지연경로를 제공하도록 한다.
피팅부재(130)는 튜브(121)의 일단을 서로 연결시키도록 다양한 형상 및 결합구조를 가질 수 있는데, 일례로 본 실시예에서처럼 중공관(131)과, 한 쌍의 너트부재(132)를 가질 수 있다. 여기서, 중공관(131)은 일례로 "ㄷ"의 형태를 가지도록 밴딩 형성될 수 있고, 양단에 너트부재(132)가 회전 가능하게 각각 설치된다. 또한, 너트부재(132)는 튜브(121)의 일단이 각각 나사 결합됨으로써 튜브(121)의 일단을 중공관(131)에 분리 가능하게 연결시키도록 한다. 따라서, 너트부재(132)는 중공관(131)의 끝단에 회전 가능하게 결합됨으로써 튜브(121)의 일단에 나사 결합되기 위한 회전이 가능해지고, 튜브(121)의 일단에 나사 결합됨으로써 튜브(121)의 일단이 중공관(131)에 밀착 내지 끼워지도록 연결시키는데, 이 때, 튜브(121)와의 기밀 유지를 위하여 중공관(131)의 끝단이나 너트부재(132) 내측에 오링이나 패킹부재 등이 설치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본체(110)는 튜브카세트(120)가 내측으로 슬라이딩 결합되기 위한 슬릿(112)이 나란하게 다수로 마련될 수 있는데, 본 실시예에서는 슬릿(112)이 나란하게 상하로 배열될 수 있으며, 슬릿(112)간의 경계에 튜브카세트(120)의 양측을 지지함으로써 튜브카세트(120)의 슬라이딩을 가이드하기 위한 지지편(113)이 내부의 양측면에 상하로 간격을 두고서 다수로 마련될 수 있다.
튜브카세트(120)는 튜브(121)의 양단이 슬릿(112)의 입구측에 위치하도록 마련됨으로써 피팅부재(130)가 본체(110)의 개구(111)측에 다수로 배열되도록 할 수 있다. 따라서, 피팅부재(130)는 튜브카세트(120)간의 튜브(121) 끝단을 각각 연결시킴으로써, 튜브(121)들에 의해서 공급구(123)와 배출구(124)를 가지는 배양액의 단일 이동 경로를 제공하도록 하며, 본 실시예에서처럼 본체(110) 내에 상하로 적층된 튜브카세트(120)의 튜브(121)를 서로 연결시킴으로써 본체(110)의 정면에서 상하방향으로 지그재그로 위치하도록 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치(100)를 이용한 수소 생산 장치는 배양기(210)와, 순환라인(220)과, 일산화탄소공급부(230) 및 수소포집부(240)를 포함할 수 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
배양기(210)는 수소 생산 혐기성 미생물을 함유하는 배양액이 내측에 저장되는데, 하단에 드레인을 위하여 드레인라인(211)이 연결될 수 있고, 드레인라인(211)에 개폐를 위한 밸브(212)가 설치될 수 있으며, 내측의 배양액을 균일하게 혼합되도록 하기 위하여 임펠러(213)가 설치될 수 있고, 이러한 임펠러(213)가 모터의 구동에 의해 회전하도록 한다.
배양기(210)는 내부를 혐기성으로 유지해 줄 수 있는 밀폐된 구조를 가지고, 관측창, 온도제어센서, pH제어센서, 거품제어센서, 전열선 등의 가열수단, pH조절제 공급관 등의 pH조절제 공급수단 및 거품제거제 공급관 등의 거품제거제 공급수단 등이 장착된 구조의 것으로 상용화된 것이 사용될 수 있으며, 온도제어센서 및 가열수단 등에 의해 그 온도가 25 ~ 90도씨가 되도록 조절될 수 있고, 배양액공급부(260)로부터 배양액라인(261)을 통해서 배양액을 공급받을 수 있다. 여기서, 배양액공급부(260)는 별도의 펌프를 이용한 펌핑력과 밸브(262)의 개방에 의해 배양액라인(261)을 통해서 배양기(210)로 배양액을 공급한다.
순환라인(220)은 배양기(210)로부터 배양액을 배출시켜서 배양기(210)에 다시 공급하도록 연결되고, 배양액의 순환 공급을 위한 펌프(221)가 설치된다.
일산화탄소공급부(230)는 순환라인(220)을 따라 순환되는 배양액에 일산화탄소를 공급하도록 하고, 일례로 일산화탄소 배출원에 말단이 연결된 관이거나 일산화탄소가 충진된 봄베 등일 수 있고, 밸브(232)의 개방에 의해 일산화탄소라인(231)을 통해서 순환라인(220)으로 일산화탄소를 공급하도록 한다. 여기서, 밸브(232)는 유량 조절 밸브일 수 있고, 공급되는 일산화탄소의 유량을 확인하기 위하여 유량계를 가질 수 있다.
수소포집부(240)는 일산화탄소 용해 유도 장치(100)의 통과를 마친 배양액에서 분리되는 기체로부터 수소를 포집하는데, 일례로 배양기(210)로 공급된 배양액으로부터 분리되는 기체로부터 수소를 포집할 수 있고, 다른 예로서 본 실시예에서처럼 포집라인(241)을 통해서 순환라인(220)에 연결되고, 포집라인(241)에 설치된 개폐 또는 유량조절을 위한 밸브(242)의 개방에 의해 공급되는 기체로부터 수소를 포집할 수 있는데, 수소 이외에 배양과정에서 발생하는 가스를 함께 포집할 수 있다. 한편, 수소포집부(240)에서 포집된 가스는 정제과정을 거쳐 수소의 순도를 높이는 것이 가능하다. 여기서, 정제과정을 수행하기 위한 장치는 수소포집부(240)에서 일체로 이루어질 수 있다. 또한 수소포집부(240)의 전단에는 필터 등이 설치되어 원하지 않는 물질이 유입되는 것을 막아줄 수 있다.
수소포집부(240)의 전단에는 냉각부(250)가 설치될 수 있다. 여기서, 냉각부(250)는 수소포집부(240)에 공급되기 위한 기체를 냉각시키도록 한다. 따라서, 냉각부(250)에 의해 포집라인(241)을 통해 배출되는 기체의 온도를 낮춰 줌으로써 부피를 감소시켜서 수소포집부(240)의 수용능력을 증가시키거나, 고온으로 인한 손상 등을 차단하도록 한다. 이러한 냉각부(240)는 냉각사이클을 이용하여 냉매를 순환 공급하는 쿨링 장치가 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치에 따르면, 펌프(221)의 펌핑에 의해 배양기(210) 내의 배양액이 순환라인(220)과 일산화탄소 용해 유도 장치(100)의 튜브(121)들을 통해서 순환되도록 하는데, 이때 또는 이전에 일산화탄소공급부(230)로부터 일산화탄소를 순환라인(220)으로 공급하게 된다. 따라서, 배양액과 일산화탄소가 튜브카세트(120)의 튜브(121)가 피팅부재(130)에 의해 서로 연결됨으로써 제공되는 지연경로를 통과하면서 이동시간이 지연되어 배양액에 용해되는 일산화탄소의 양을 증가시킴으로써 수소 발생의 효율을 높이도록 한다.
또한, 튜브카세트(120) 각각이 케이스(110)로부터 분리됨으로써 튜브카세트(120) 각각에 대한 튜브(121)의 유지 및 보수가 용이하도록 한다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 본체 111 : 개구
112 : 슬릿 113 : 지지편
120 : 튜브카세트 121 : 튜브
122 : 케이스 123 : 공급구
124 : 배출구 130 : 피팅부재
131 : 중공관 132 : 너트부재
210 : 배양기 211 : 드레인라인
212 : 밸브 213 : 임펠러
220 : 순환라인 221 : 펌프
230 : 일산화탄소공급부 231 : 일산화탄소라인
232 : 밸브 240 : 수소포집부
241 : 포집라인 242 : 밸브
250 : 냉각부 260 : 배양액공급부
261 : 배양액라인 262 : 밸브

Claims (5)

  1. 개구가 형성되는 본체;
    상기 개구를 통해서 상기 본체 내에 착탈 가능하게 다수로 결합되고, 수소 생산 혐기성 미생물을 함유하는 배양액과 일산화탄소가 통과하기 위한 튜브가 내측에 각각 설치되되, 상기 튜브가 다른 튜브와의 연결을 위하여 양단이 외부로 노출되는 튜브카세트; 및
    상기 튜브카세트간의 튜브를 서로 연결시킴으로써 상기 튜브들이 공급구와 배출구를 가짐과 아울러, 상기 배양액에 상기 일산화탄소가 용해되도록 시간을 지연시키기 위한 지연경로를 제공하도록 하는 피팅부재를 포함하는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체는,
    상기 튜브카세트가 슬라이딩 결합되기 위한 슬릿이 나란하게 다수로 마련되는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 튜브카세트는,
    상기 튜브의 양단이 상기 슬릿의 입구측에 위치하도록 마련됨으로써 상기 피팅부재가 상기 본체의 개구측에 다수로 배열되도록 하는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브카세트는,
    상기 튜브가 케이스의 내측에 지그재그를 이루도록 설치되는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피팅부재는,
    "ㄷ"의 형태를 가지는 중공관; 및
    상기 중공관의 양단에 회전 가능하게 각각 설치되고, 상기 튜브의 일단이 각각 나사 결합됨으로써 상기 튜브의 일단을 상기 중공관에 분리 가능하게 연결시키는 너트부재를 포함하는 혐기성 미생물을 이용한 수소 생산을 위한 일산화탄소 용해 유도 장치.
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