KR101736964B1 - Bioreactor of an air flotation type - Google Patents

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Abstract

당해 발명은 기체부양식 미생물 반응기에 관한 것으로 반응챔버, 순환관, 기체분사장치, 스크린을 포함하여 구성되어 있고, 기체분사구를 순환관의 상단 면 개구부보다 높게 배치하기 때문에 분사된 기체가 순환관의 내부로 직접 유입되지 않아 순환되는 유체의 유량과 유속이 증가하고, 상부와 하부 스크린의 이격된 공간에 미생물을 밀집시켜, 반응물질의 접촉빈도가 상승하는 효과를 가진다. The present invention relates to a germicidal microorganism reactor, which comprises a reaction chamber, a circulation tube, a gas injection device, and a screen, and the gaseous injection port is disposed higher than the upper surface opening of the circulation tube, The flow rate and the flow rate of the circulating fluid are increased and the microorganisms are concentrated in the spaces separated from the upper and lower screens to increase the contact frequency of the reactant.

Description

기체부양식 미생물 반응기{Bioreactor of an air flotation type} {Bioreactor of an air flotation type reactor}

본 발명은 기체부양식 미생물 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체 분사구의 위치를 조절하여 미생물의 유동을 증가시키고, 스크린을 이용하여 미생물과 반응물의 접촉빈도를 증가시켜 반응을 촉진 시키는 기체부양식 미생물 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a gaseous microorganism reactor, and more particularly, to a gaseous microorganism reactor for increasing the flow of microorganisms by regulating the position of a gas injection port and increasing the contact frequency between microorganisms and reactants using a screen, To a microbial reactor.

미생물반응은 미생물이 일으키는 신진대사 반응을 통해 유용한 물질(아미노산, 효소, 수소 등)을 생산하거나 오염물질 등을 제거하는 반응이다. 미생물이 다양한 기질을 가지고 있고, 증식이 빠르다는 장점을 가지고 있기 때문이다. 미생물반응을 이용한 대사물질의 대량생산을 위해서는 미생물 반응기가 필요하며, 종래부터 미생물 반응기 내의 물리, 화학, 생물학적 특성을 이용하여 목적 대사물질의 생산수율을 증가시키는 연구가 활발히 진행되어 왔다.The microbial reaction is a reaction that produces useful substances (amino acids, enzymes, hydrogen, etc.) through microbial metabolism and removes contaminants. This is because microorganisms have a variety of substrates and have the advantage of rapid proliferation. BACKGROUND ART [0002] Microbial reactors are required for mass production of metabolites using microbial reactions, and studies have been actively conducted to increase production yields of desired metabolites using physical, chemical, and biological properties in microbial reactors.

미생물을 이용한 반응도 여타 화학반응과 마찬가지로 반응물질의 접촉빈도에 영향을 받게 된다. 또, 특정한 목적을 달성하기 위해 미생물을 일정 수준 이상 유동시키는 것이 필요한 경우도 있다. 따라서 유체에 미생물을 부유시켜 유동시키는 것이 중요하다. 기체공급에 의한 유체의 흐름을 이용하여 미생물을 부유시키는 반응기를 기체부양식 미생물 반응기라 한다.Microbial response is affected by the contact frequency of the reactants as well as other chemical reactions. In addition, in order to achieve a specific purpose, it may be necessary to flow microorganisms over a certain level. It is therefore important to suspend and flow the microorganisms in the fluid. A reactor that suspends microorganisms using the flow of fluid by gas supply is called a germicidal microbial reactor.

종래의 기체부양식 미생물 반응기는 특허문헌 1과 같이 원통형의 반응기(1) 내부에 순환관(13)을 설치하고, 하단부의 공기 주입구(4)에서 기체를 분사하였다. 분사된 기체에 의해 반응기(1)와 순환관(13) 사이의 유체는 순환관(13)의 상단부 개구부를 통해 순환관(13)의 내부를 연통하여 순환관(13)의 하부 개구부로 배출되는 순환을 한다. 이러한 유체의 순환에 의해 미생물이 부유된 상태에서 유동하게 되는 것이다. In the conventional germ-acting microbial reactor, a circulation tube 13 is installed inside a cylindrical reactor 1 as in Patent Document 1, and gas is injected from the air inlet 4 at the lower end. The fluid between the reactor 1 and the circulation pipe 13 is discharged by the injected gas to the lower opening of the circulation pipe 13 through the inside of the circulation pipe 13 through the upper end opening of the circulation pipe 13 Circulation. This circulation of the fluid causes the microorganisms to flow in a floating state.

하지만, 반응기(1)의 하단부에서 기체가 분사되기 때문에 기체 중 일부가 순환관(13)으로 직접 유입되어 순환되는 유체의 유량과 유속이 감소하는 문제점이 있고, 반응기(1)의 내부공간에 미생물을 밀집시킬 수 있는 별도의 장치가 없어, 반응물질의 접촉빈도가 낮아지는 문제점이 있다. However, since the gas is injected at the lower end of the reactor 1, there is a problem that a part of the gas flows directly into the circulation pipe 13 and the flow rate and the flow rate of the circulating fluid are reduced. There is no separate device capable of densifying the material, and the contact frequency of the reactant is lowered.

특허문헌 1 : 공개특허 특1998-025294호 공개공보(1998. 07. 06. 공개)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 1998-025294 (published on June 07, 1998)

본 발명은 종래기술의 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분사된 기체가 순환관 내부로 직접 유입되지 않아 순환되는 유체의 유량과 유속을 증가시킬 수 있고, 미생물을 밀집시킬 수 있는 별도의 유동공간을 구비하는 기체부양식 미생물 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for controlling the flow rate and flow rate of a circulating fluid, The present invention is directed to a microbial bioreactor having a microbial cell.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기체부양식 미생물 반응기는 지면과 수직한 방향으로 배치되고, 관 형태이며, 내부에 미생물과 미생물이 부유하기 위한 유체와 반응물의 수용공간을 구비한 반응챔버, 반응챔버의 중심축과 동일한 축 상에 위치하고, 외경이 반응챔버의 내경보다 작으며, 상단 면과 하부 측벽에는 반응챔버 내의 유체가 순환할 수 있는 개구부가 형성되어 있는 순환관, 및 반응챔버와 순환관 사이의 하부 측에 배치되고, 기체분사구가 순환관의 하단 측벽 개구부보다 높은 위치에서 기체를 분사하여 유체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 2개 이상의 기체 분사장치를 포함하고, 반응챔버 내부의 유체는 기체에 의해서 공간에서 순환관의 상단 면의 개구부를 통해 순환관의 내부로 순환하여 미생물이 부유된 상태에서 반응물과 반응하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a microbial bioreactor, comprising: a reaction chamber in which a microbial and microorganisms are suspended in a fluid, The circulation tube being located on the same axis as the central axis of the reaction chamber and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the reaction chamber and having an opening through which the fluid in the reaction chamber can circulate in the upper and lower side walls, And two or more gas ejection apparatuses disposed on the lower side between the circulation pipes and injecting gas at a position higher than the lower side wall opening of the circulation tube so as to circulate the fluid, Is circulated through the opening of the top surface of the circulation tube in the space by the gas to the inside of the circulation tube and the microorganisms are floating And reacts with the reactants.

또, 상기 기체 분사장치의 높이를 조절할 수 있는 조절장치를 더 포함한다.The apparatus may further include a control device for controlling the height of the gas injector.

또, 순환관의 상단 면 개구부의 높이보다 낮은 위치에 설치된 상부 스크린과 분사장치의 높이보다 높은 위치에 설치된 하부 스크린을 더 포함하고, 상부스크린과 하부스크린에 의해 미생물이 유동하는 유동공간이 제공되는 것을 특징으로 한다. Further, the apparatus further includes an upper screen provided at a position lower than a height of the upper surface opening of the circulation tube and a lower screen provided at a position higher than the height of the jetting apparatus, and a flow space through which the microorganism flows by the upper screen and the lower screen is provided .

본 발명에 따르면, 기체분사구가 순환관의 상단 면 개구부보다 높게 배치되기 때문에 분사된 기체가 순환관의 내부로 직접 유입되지 않아 순환유체의 유량과 유속이 증가하고, 상부와 하부 스크린의 이격된 공간에 미생물을 밀집시켜, 반응물질의 접촉빈도가 상승한 기체부양식 미생물 반응기를 제공한다. According to the present invention, since the gas injection port is arranged higher than the upper surface opening of the circulation pipe, the injected gas does not directly flow into the circulation pipe, the flow rate and the flow rate of the circulation fluid increase, And the contact frequency of the reactant is increased, thereby providing a germ-acting microorganism reactor.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 기체부양식 미생물 반응기를 전체적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 기체분사구가 반응챔버(110)의 하단부에 있는 경우, 유체와 기체의 흐름을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에서 유체와 기체의 흐름을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에서 디퓨저를 도시한 부분단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a germ-forming microbial reactor according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the flow of fluid and gas when the gas injection port is at the lower end of the reaction chamber 110. Fig.
3 is a cross-sectional view showing the flow of fluid and gas in a preferred embodiment of the present invention.
4 is a partial cross-sectional view showing a diffuser in a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 기체부양식 미생물 반응기를 전체적으로 도시한 단면도이다. 미생물 반응기에는 여러 종류가 있지만, 본 발명의 실시형태에서는 미생물과 일산화탄소를 반응시켜 수소를 생산하는 반응기를 상정하였다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a germ-forming microbial reactor according to a preferred embodiment of the present invention. Although there are many kinds of microbial reactors, in the embodiment of the present invention, a reactor for producing hydrogen by reacting microbes with carbon monoxide is assumed.

도 1을 참조하면, 기체부양식 미생물 반응기(100)는 반응챔버(110), 순환관(120), 하우징부(130), 리테이닝부재(132), 제 1, 2 기체분사장치(140, 150), 기체공급기(160), 상부스크린(170), 및 하부스크린(172)을 포함한다.1, a gaseous eukaryotic microbial reactor 100 includes a reaction chamber 110, a circulation tube 120, a housing part 130, a retaining member 132, first and second gas injectors 140, 150, a gas feeder 160, an upper screen 170, and a lower screen 172.

반응챔버(110)는 측벽(112), 분산판(114), 상단 덮개(116)에 의하여 내부 반응공간이 구획되는 원통형의 관이다. 또, 반응챔버(110)는 유체와 반응물을 내부에 수용한다. 유체는 수소를 생산하는 미생물을 함유한 배양액이며, 수소를 생산하는 미생물은 일산화탄소를 탄소원으로 하여 수소를 생산할 수 있는 미생물이다. 예를 들어, 써머코커스속 균속 균인 써모코커스 온뉴리뉴스{한국해양연구원에서 입수, 공지의 방법에 의해 분리, 동정함(Journal of Microbiology Biotechnology 2006 vol. 16. No. 11 1826-1831) }미생물이다. 반응물은 일산화탄소이며, 후술하는 제 1, 2 기체분사장치에 의해 기체형태로 공급된다. The reaction chamber 110 is a cylindrical tube in which an inner reaction space is defined by a side wall 112, a dispersion plate 114, and a top cover 116. Further, the reaction chamber 110 accommodates the fluid and the reactant therein. Fluid is a culture fluid containing microorganisms that produce hydrogen, and microorganisms that produce hydrogen are microorganisms that can produce hydrogen by using carbon monoxide as a carbon source. For example, the microorganism is a microorganism obtained from Thermococcus onnuri News (Korean K Marine Research Institute, Separation and identification by a known method (Journal of Microbiology Biotechnology 2006 vol. 16. No. 11 1826-1831) . The reactant is carbon monoxide and is supplied in gaseous form by the first and second gas injectors described later.

분산판(114)은 반응챔버(110)의 하단부에 위치하고, 기체공급장치(160)에서 기체를 공급받아 제 1, 2기체분사장치(140, 150)의 에어라인(144, 154)에 균등하게 공급하는 역할을 한다.The dispersion plate 114 is positioned at the lower end of the reaction chamber 110 and is supplied uniformly to the air lines 144 and 154 of the first and second gas injectors 140 and 150 by receiving gas from the gas supply device 160 It serves as a supplier.

상단 덮개(116)는 반응챔버(110)의 상단부에 위치하고, 중앙에는 상단 덮개 개구부(118)가 형성되어 있다. 발생된 수소기체는 상단 덮개 개구부(118)를 통해 배출되므로 별도의 포집장치(도면 미도시)가 설치될 수 있다.The top cover 116 is located at the upper end of the reaction chamber 110 and the top cover opening 118 is formed at the center. The generated hydrogen gas is discharged through the top cover opening 118, so that a separate collecting device (not shown) may be installed.

순환관(120)은 반응챔버(110)의 중심축과 동일한 축 상에 위치하고, 외경이 상기 챔버의 내경보다 작으며, 상단 면에는 제 1, 2 상승유체(180, 182)가 순환관(120)으로 유입되는 상단 면 개구부(126)가 형성되어 있으며, 하부 측벽에는 하강유체(183)가 배출되는 하부 측벽 개구부(124)가 형성되어 있는 원통형 관이다.The circulation pipe 120 is located on the same axis as the center axis of the reaction chamber 110 and has an outer diameter smaller than the inner diameter of the chamber and the first and second rising fluids 180 and 182 are connected to the circulation pipe 120 And a lower sidewall opening 124 through which the lowering fluid 183 is discharged is formed in the lower sidewall.

하우징부(130)는 분산판(114)의 하부에 배치되어 있으며, 후술하는 제 1, 2 기체분사장치(140, 150)의 높이 조절장치가 내장되어 있다. 리테이닝 부재(132)는 하우징부(130)의 표면을 둘러 싼 형태로 배치되어 있으며, 반응챔버(110)를 지지하는 역할을 한다.The housing part 130 is disposed below the dispersion plate 114 and includes a height adjusting device for the first and second gas injectors 140 and 150 to be described later. The retaining member 132 is disposed to surround the surface of the housing part 130 and supports the reaction chamber 110.

제 1, 2 기체분사장치(140, 150)는 반응챔버(110)와 순환관(120) 사이의 하부 측에 위치한다. 기체분사장치의 개수는 2 이상 설치될 수 있으며, 유체의 원활한 순환을 위해 반응챔버(110)의 원주방향으로는 각각의 기체분사장치가 일정한 간격으로 배치되고, 경방향으로는 중심축에서 동일한 간격으로 떨어져 배치된다. 바람직한 실시형태에서는 기체분사장치가 2개 이므로 서로 마주보며 위치하고, 분산판(114)과 연결되어 기체를 공급받는다. The first and second gas injectors 140 and 150 are positioned on the lower side between the reaction chamber 110 and the circulation pipe 120. The number of the gas injectors may be two or more. In order to smoothly circulate the fluid, the gas injectors are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the reaction chamber 110, . In the preferred embodiment, two gas injectors are disposed facing each other, and are connected to the dispersion plate 114 to receive gas.

도 4에서 도시하는 것처럼 제 1 기체분사장치(140)는 제 1 기체분사구(142);와 기체공급장치(160)로부터 기체를 공급받아 제 1 기체분사구(142)에 공급하는 제 1 에어라인(144);과 일측면에 기어이가 형성되어 피니언(148)과 맞물리고, 제 1 기체분사구(142)와 제 1 에어라인(144)을 지지하는 플런저(146);와 원주방향으로 기어이가 형성되어 플런저(146)의 기어이와 맞물리는 원형의 피니언(148);과 플런저(146)와 피니언(148)이 정해진 위치를 이탈하지 않도록 감싸는 기어박스(149);로 구성되어 있다. 피니언(148)이 정방향 또는 역방향으로 회전하면 기어 결합된 플런저(146)가 전진 또는 후퇴하게 된다. 그 결과, 제 1 기체분사구(142)의 분사 높이를 조절할 수 있다.4, the first gas injection device 140 includes a first gas injection port 142 and a first air line 142 that receives gas from the gas supply device 160 and supplies the gas to the first gas injection port 142 A plunger 146 having a gear formed on one side thereof and meshing with the pinion 148 and supporting the first gas jet opening 142 and the first air line 144; A circular pinion 148 which engages with the gear of the plunger 146 and a gear box 149 which encloses the plunger 146 and the pinion 148 so as not to deviate from the predetermined position. When the pinion 148 rotates in the forward or reverse direction, the gear-coupled plunger 146 is advanced or retracted. As a result, the jet height of the first gas jet opening 142 can be adjusted.

제 1 기체분사구(142)는 순환관(120)의 하단 측벽 개구부(124)보다 높은 위치에서 기체를 분사하여 유체를 순환시키는 것을 특징으로 한다. 제 1 기체분사구(142)의 단면적은 제 1 에어라인(144)의 단면적보다 작아, 노즐목에서 기체의 확산현상에 의해 기체의 압력은 떨어지고, 속도는 증가한다. 따라서 제 1 기체분사구(142)의 단부에서 기체가 분사되게 된다. 분사되는 기체는 일산화탄소이며, 유체 내에 기포를 형성한다. 바람직하게는 마이크로 기포일 수 있으며, 보다 바람직하게는 20㎛일 수 있다. 미생물은 일산화탄소와 반응하여 수소를 생산한다.The first gas ejection opening 142 is characterized in that the gas is injected at a position higher than the lower side wall opening 124 of the circulation pipe 120 to circulate the fluid. The cross sectional area of the first gas ejection port 142 is smaller than the cross sectional area of the first air line 144, the gas pressure is lowered by the diffusion phenomenon of the gas at the nozzle neck, and the speed is increased. Accordingly, the gas is jetted from the end of the first gas ejection port 142. The gas to be injected is carbon monoxide and forms bubbles in the fluid. Preferably micro-bubbles, and more preferably 20 mu m. Microorganisms react with carbon monoxide to produce hydrogen.

기체공급장치(160)는 일산화탄소를 공급하는 역할을 한다. 바람직하게는 MFC(Mass Flow Controller)와 같은 유량조절장치를 포함하여 일산화탄소의 공급유량을 조절할 수 있다.The gas supply device 160 serves to supply carbon monoxide. Preferably, a flow rate regulator such as an MFC (Mass Flow Controller) may be included to control the supply flow rate of carbon monoxide.

상부 스크린(170)은 순환관(120)의 상단 면 개구부(126)의 높이보다 낮은 위치에 설치되고, 일산화탄소와 유체의 이동은 가능하지만, 미생물의 이동은 차단하는 분리막(멘브레인 형태)이다. 미생물이 담체에 장입되는 경우에는 그물망 형태의 스크린을 설치할 수 있다. 하부 스크린(172)은 제 1, 2 기체분사장치(140, 150)보다 높은 위치에 설치되며 상부 스크린(170)과 동일한 특징을 가진다. 상부 스크린(170)과 하부 스크린(172)의 이격된 공간에서 미생물이 유동한다.The upper screen 170 is installed at a position lower than the height of the upper surface opening 126 of the circulation pipe 120 and is a separator (in the form of a membrane) that blocks movement of carbon monoxide and fluid but inhibits the movement of microorganisms. When the microorganisms are loaded into the carrier, a screen in the form of a net can be installed. The lower screen 172 is installed at a higher position than the first and second gas injectors 140 and 150 and has the same characteristics as the upper screen 170. The microorganisms flow in a spaced-apart space between the upper screen 170 and the lower screen 172.

이하, 도 2, 3을 참조하여 기체부양식 미생물 반응기(100)의 작용효과를 설명한다. 도 2는 기체분사구가 반응챔버(110)의 하단부에 있는 경우에 유체와 기체의 흐름을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에서 유체와 기체의 흐름을 도시한 단면도이다.Hereinafter, the effect of the gas-germ-acting microbial reactor 100 will be described with reference to Figs. Fig. 2 is a cross-sectional view showing the flow of fluid and gas when the gas injection port is at the lower end of the reaction chamber 110, and Fig. 3 is a cross-sectional view showing the flow of fluid and gas in the preferred embodiment of the present invention.

제 1, 2 기체분사장치(140, 150)에 의해서 반응챔버(110)와 순환관(120) 사이의 하부에서 일산화탄소가스가 분사되면, 유체의 밀도가 낮아지게 된다. 밀도가 낮아진 유체는 상승하게 되므로 제 1, 2 상승유체(180, 182)가 생성된다. 상승유체는 반응챔버(110)와 순환관(120) 사이의 하부에서 상부로 상승하고 순환관(120)의 상단 면 개구부(126)에서 수렴하여 밀도가 높아지게 된다. 밀도가 높아진 유체는 하강유체(183)로 전환되어 상단 면 개구부(126)를 통해 순환관(120)의 내부로 유입된다. 하강유체(183)는 순환관(120)을 연통하여 순환관(120)의 하부 측벽 개구부(124)로 유출된다. 즉, 유체는 일산화탄소가스에 의해 상기 공간에서 순환관(120)을 연통하는 내부순환을 하게 된다.When the carbon monoxide gas is injected from the lower part between the reaction chamber 110 and the circulation pipe 120 by the first and second gas injectors 140 and 150, the density of the fluid is lowered. The fluid having the lowered density is raised, so that the first and second rising fluids 180 and 182 are generated. The rising fluid rises upward from the lower portion between the reaction chamber 110 and the circulation pipe 120 and converges at the upper surface opening 126 of the circulation pipe 120 to increase the density. The fluid having a higher density is converted into the lowering fluid 183 and flows into the interior of the circulation pipe 120 through the upper surface opening 126. The descending fluid 183 flows through the circulation pipe 120 to the lower side wall opening 124 of the circulation pipe 120. That is, the fluid circulates through the circulation pipe 120 in the space by the carbon monoxide gas.

종래에는 도 2에서 도시한 것처럼, 제 1, 2 기체분사구(142, 152)의 위치가 반응챔버(110)의 하단에 위치하였기 때문에 분사된 일산화탄소가스의 일부가 순환관(120)의 하부 측벽 개구부(124)를 통해 직접 유입되어 내부순환을 방해하였다. 미생물과 일산화탄소의 반응효율을 높이려면, 미생물이 유체에 부유된 상태에서 유동하여야 한다. 미생물과 일산화탄소의 접촉빈도와 면적이 증가하기 때문이다. 그러나 종래기술처럼, 유체의 순환이 원활히 이루어 지지 않으면, 침전되는 미생물의 양이 증가하게 되기 때문에 미생물과 일산화탄소의 접촉빈도와 면적이 감소하여 반응효율이 낮아진다.2, since the positions of the first and second gas ejection openings 142 and 152 are located at the lower end of the reaction chamber 110, a part of the carbon monoxide gas injected from the lower side wall opening (124) to interfere with the internal circulation. To increase the efficiency of the reaction between microorganisms and carbon monoxide, the microorganisms must flow in a state suspended in the fluid. This is because the frequency and area of contact between microorganisms and carbon monoxide increase. However, if the circulation of the fluid is not performed smoothly as in the prior art, the amount of precipitated microorganisms increases, so that the frequency and area of contact between the microorganisms and carbon monoxide are reduced and the reaction efficiency is lowered.

이와 달리 도 3에서 도시한 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 제 1, 2 기체분사구(142, 152)가 순환관(120)의 하단 측벽 개구부(124)보다 높게 위치하므로, 분사된 일산화탄소가스가 순환관(120)의 하부 측벽 개구부(124)를 통해 직접 유입되지 않는다. 따라서 유체는 아무런 저항 없이 내부순환을 하게 되고, 순환되는 유체의 유량과 유압이 증가하게 된다. 그 결과 미생물은 순환하는 유체에 부유하여 유동하게 되고, 미생물과 일산화탄소의 접촉빈도와 면적이 증가하여 반응효율이 높아진다. 나아가 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 순환관(120)의 하단 측벽 개구부(124)의 높이가 변경되는 경우 변경된 높이에 맞추어 제 1, 2 분사구(142, 152)의 높이를 조절할 수 있다.3, since the first and second gas ejection openings 142 and 152 are positioned higher than the lower side wall opening 124 of the circulation pipe 120, Does not flow directly through the lower sidewall opening (124) of the sidewall (120). Therefore, the fluid is subjected to internal circulation without any resistance, and the flow rate and the hydraulic pressure of the circulating fluid are increased. As a result, the microorganisms float on the circulating fluid, and the contact frequency and area of the microorganisms and the carbon monoxide increase, thereby increasing the reaction efficiency. Further, in the preferred embodiment of the present invention, when the height of the lower side wall opening 124 of the circulation pipe 120 is changed, the height of the first and second jetting openings 142 and 152 can be adjusted according to the changed height.

바람직하게는, 순환관(120)의 상단 면 개구부(126)의 높이보다 낮은 위치에 상부 스크린(170)을 설치하고, 제 1, 2 분사장치(140, 150)의 높이보다 높은 위치에 하부 스크린(172)을 설치하여 상부스크린(170)과 하부스크린(172)에 의해 구획된 공간에서만 미생물이 유동하게 할 수 있다. 스크린은 미생물을 차단하고, 유체와 일산화탄소는 통과시키기 때문에 상기 구획된 공간에서 미생물은 밀집하게 된다. 따라서 미생물은 상기 구획된 공간 내에서 일산화탄소와 집약적으로 반응하여 수소를 생산한다. 상부 스크린(170)을 순환관(120)의 상단 면 개구부(126)의 높이보다 높게 설치하면, 제 1, 2 상승유체(180, 182)에 의해 부유한 미생물이 순환관(120)내부로 유입하는 과정에서 상부 스크린(170) 위에 쌓여 순환관(120)의 상단 면 개구부(126)를 막게 되어 바람직하지 않다. 또, 하부 스크린(172)을 제 1, 2 분사장치(140, 150)보다 낮은 위치에 설치하면, 제 1, 2 기체분사장치(142, 152)의 높이 조절이 불가능해지기 때문에 바람직하지 않다.Preferably, the upper screen 170 is installed at a position lower than the height of the upper surface opening 126 of the circulation pipe 120, and the upper screen 170 is installed at a position higher than the height of the first and second injectors 140, The microbes can be made to flow only in the space partitioned by the upper screen 170 and the lower screen 172 by installing the microspheres 172. The screen blocks the microorganisms, and the fluid and the carbon monoxide pass through them, so that the microorganisms are concentrated in the compartmented space. Therefore, the microorganism intensively reacts with carbon monoxide in the compartmented space to produce hydrogen. If the upper screen 170 is installed higher than the height of the upper surface opening 126 of the circulation pipe 120, the microorganisms floated by the first and second rising fluids 180 and 182 flow into the circulation pipe 120 It may accumulate on the upper screen 170 and block the upper surface opening 126 of the circulation pipe 120, which is undesirable. If the lower screen 172 is disposed at a lower position than the first and second injectors 140 and 150, the height of the first and second gas injectors 142 and 152 can not be adjusted.

더 바람직하게는, 미생물을 상기 구획된 공간 중 반응챔버(110)와 순환관(120) 사이에 장입된다. 즉, 미생물은 상부스크린(170)과 반응챔버(110)의 측벽(112)과 하부스크린(172)과 순환관 측벽(122)에 의해 구획되는 공간에서만 유동하게 된다. 이 공간은 유체가 상승하는 공간이므로 미생물이 제 1, 2 상승유체(180, 182)에 의해 부유하여 유동하게 된다. 또, 미생물은 순환관(122)내부로 유입되지 않으므로 하강유체(183)에 의해 침전되지 않는다. 따라서 상기 공간에서 미생물이 밀집되어 유동하므로 미생물과 일산화탄소의 접촉빈도와 면적이 더욱 상승하게 된다. 그 결과 반응효율이 높아지고, 반응에 의한 수소생산량이 더욱 증가한다. More preferably, the microorganisms are charged between the reaction chamber 110 and the circulation pipe 120 in the partitioned space. That is, the microorganisms flow only in the space partitioned by the upper screen 170, the side wall 112 of the reaction chamber 110, the lower screen 172, and the circulation pipe wall 122. Since this space is a space in which the fluid rises, the microorganisms float by the first and second rising fluids 180 and 182. In addition, since the microorganisms do not flow into the circulation pipe 122, they are not precipitated by the descending fluid 183. Therefore, since the microorganisms are densely flowed in the space, the frequency and area of contact between microorganisms and carbon monoxide are further increased. As a result, the reaction efficiency is increased and the amount of hydrogen produced by the reaction is further increased.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시형태에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as equivalents thereof.

100 : 기체부양식 미생물 반응기 110 : 반응챔버
112 : 측벽 114 : 분산판
116 : 상단 덮개 118 : 상단 덮개 개구부
120 : 순환관 122 : 순환관 측벽
124 : 하부 측벽 개구부 126 : 상단 면 개구부
130 : 하우징부 132 : 리테이닝 부재
140 : 제 1 기체분사장치 142 : 제 1 기체분사구
144 : 제 1 에어라인 146 : 플런저
148 : 피니언 149 : 기어박스
150 : 제 2 기체분사장치 152 : 제 2 기체분사구
154 : 제 2 에어라인 160 : 기체공급장치
170 : 상부 스크린 172 : 하부 스크린
180 : 제 1 상승유체 182 : 제 2 상승유체
183 : 하강유체 100: Gas culture microorganism reactor 110: Reaction chamber
112: side wall 114:
116: top cover 118: top cover opening
120: Circulation tube 122: Circulation tube side wall
124: bottom side wall opening 126: top side opening
130: housing part 132: retaining member
140: first gas injector 142: first gas injector
144: first air line 146: plunger
148: Pinion 149: Gear box
150: second gas injector 152: second gas injector
154: second air line 160: gas supply device
170: upper screen 172: lower screen
180: first rising fluid 182: second rising fluid
183: descending fluid

Claims (3)

지면과 수직한 방향으로 배치되고, 관 형태이며, 내부에 미생물과 상기 미생물이 부유하기 위한 유체와 반응물의 수용공간을 구비한 반응챔버;
상기 반응챔버의 중심축과 동일한 축 상에 위치하고, 외경이 상기 반응챔버의 내경보다 작으며, 상단 면과 하부 측벽에는 상기 반응챔버 내의 유체가 순환할 수 있는 개구부가 형성되어 있는 순환관;
상기 반응챔버와 상기 순환관 사이의 하부 측에 배치되어 상부 측을 향해 기체를 분사하여 유체를 순환시키는 2 이상의 기체 분사장치; 및
상기 기체 분사장치의 기체분사구가 상기 순환관의 하단 측벽 개구부보다 높은 위치에서 기체를 분사시키도록 상기 측벽 개구부의 설치 높이에 연계하여 상기 순환관의 하단 측벽 개구부보다 상기 기체분사구의 높이가 높게 유지되도록 상기 기체분사구의 높이를 상하 방향으로 가변되게 조절하는 높이조절장치를 포함하고 있으며,
상기 반응챔버 내부의 유체는 상기 기체에 의해서 상기 수용공간에서 상기 순환관의 상단 면의 개구부를 통해 순환관의 내부로 순환하여 미생물이 부유된 상태에서 반응물과 반응하는 것을 특징으로 한 미생물 반응기.A reaction chamber disposed in a direction perpendicular to the ground and having a tubular shape and having a space for containing microorganisms, a fluid for floating the microorganisms therein, and reactants;
A circulation tube positioned on the same axis as the central axis of the reaction chamber and having an outer diameter smaller than an inner diameter of the reaction chamber and having an opening through which the fluid in the reaction chamber can circulate;
Two or more gas ejection apparatuses disposed at a lower side between the reaction chamber and the circulation tube and injecting gas toward the upper side to circulate the fluid; And
The height of the gas injection hole is kept higher than the lower end side wall opening of the circulation pipe in association with the installation height of the side wall opening so that the gas injection hole of the gas injection device injects gas at a position higher than the lower side wall opening of the circulation pipe And a height adjusting device for adjusting the height of the gas ejection opening to be vertically variable,
Wherein the fluid in the reaction chamber circulates in the accommodation space through the opening of the upper end surface of the circulation tube to the inside of the circulation tube by the gas so that the microorganism reacts with the reactant in a floating state. 제 1 항에 있어서,
상기 높이조절장치는 기체분사장치의 기체분사구에 기체를 공급하는 에어라인의 일단을 지지하는 플런저와, 그 플런저의 일측면에 형성되는 래크기어와, 그 래크기어에 맞물리는 피니언과, 상기 플런저(146)와 피니언(148)이 정해진 위치를 이탈하지 않도록 감싸는 기어박스로 구성되어 있어, 상기 피니언이 정방향 또는 역방향으로 회전하면 이에 연동하여 플런저가 직선 왕복 운동을 하여 상기 기체 분사장치의 기체분사구의 높이를 조절하게 되는 것을 특징으로 하는 미생물 반응기.The method according to claim 1,
The height adjusting device includes a plunger for supporting one end of an air line for supplying a gas to a gas injection port of a gas injector, a rake-shaped member formed on a side surface of the plunger, a pinion meshing with the raceway, And a gear box that surrounds the pinion 148 and the pinion 148 such that the pinion 148 and the pinion 148 are not separated from the predetermined position. When the pinion is rotated in the forward direction or the reverse direction, the plunger reciprocates linearly, And the height of the microbial reactor is controlled. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 순환관의 상단 면 개구부의 높이보다 낮은 위치에 설치된 상부 스크린과 상기 기체분사장치의 높이보다 높은 위치에 설치된 하부 스크린을 더 포함하고 있으며,
상기 상부스크린과 상기 하부스크린에 의해 미생물이 유동하는 유동공간이 제공되는 것을 특징으로 하는 미생물 반응기.3. The method according to claim 1 or 2,
An upper screen provided at a position lower than the height of the upper surface opening of the circulation pipe and a lower screen provided at a position higher than the height of the gas injection device,
Wherein a flow space through which the microorganism flows is provided by the upper screen and the lower screen.
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