KR20090049443A - System for supplying power using microbial fuel cell and method therefor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 미생물에 의해 폐수의 유기물이 분해되는 과정에서 나오는 에너지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply system using a microbial fuel cell and a method thereof, and to a power supply system using the energy from the process of decomposing organic matter of waste water by microorganisms and a method thereof.

미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템에 있어서, 폐수 내에 존재하는 미생물의 유기물 분해 중 발생하는 전자를 포집하여 별도의 외부 회로로 전달시키는 음극층과, 별도의 외부 회로를 거쳐 전달된 전자를 물로 환원시키는 양극층을 포함하여 폐수를 정화 처리하고 전기를 생산하는 미생물 연료 전지부; 미생물 연료 전지부를 통해 생산된 전기를 공급받아 승압시키는 DC-DC 컨버터부; 및 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 공급받아 충전시키는 축전지부; 를 포함한다.In a power supply system using a microbial fuel cell, a cathode layer which collects electrons generated during decomposition of organic matter of microorganisms present in waste water and delivers them to a separate external circuit, and reduces electrons transferred through a separate external circuit to water. A microbial fuel cell unit including an anode layer to purify wastewater and generate electricity; A DC-DC converter unit receiving and boosting electricity generated through the microbial fuel cell unit; And a battery unit configured to receive and charge electricity boosted by the DC-DC converter unit. It includes.

상기와 같은 본 발명은 미생물 연료 전지에서 생산된 전기를 승압시켜 실생활에 사용할 수 있는 전력으로 변환하여 직접 LED를 점등하거나 2차전지를 충전하고, 충전된 전지를 효과적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention boosts the electricity produced by the microbial fuel cell and converts it into electric power that can be used in real life so as to directly turn on the LED or charge the secondary battery, and effectively use the charged battery.

미생물 연료 전지, 전원공급, 슬러지 Microbial Fuel Cells, Power Supplies, Sludge

Description

미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법{System for supplying power using microbial fuel cell and method therefor}System for supplying power using microbial fuel cell and method therefor}

본 발명은 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기화학적 활성 미생물에 의해 폐수의 유기물이 분해되는 과정에서 나오는 에너지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply system using a microbial fuel cell and a method thereof, and more particularly, to a power supply system using energy from the process of decomposing organic matter of waste water by electrochemically active microorganisms and a method thereof.

전 세계적으로 유가공, 축산폐수, 하수 슬러지, 식품가공, 제지공정 폐수 등 유기성 함량이 높은 유기성 폐수가 배출되고 있으며, 이러한 유기성 폐수 내에 많은 양의 에너지가 함유되어 있다. 이러한 에너지는 효율적으로 재이용되지 못하고 있으며 유기성 폐기물들을 처리하는데 많은 비용이 소비되고 있다. 따라서 유기성 폐수로부터 에너지를 회수하기 위한 방안 및 유기성 폐수를 처리하기 위한 다양한 경제적 생물학적 공법이 연구되고 있다. Organic wastewater with high organic content such as dairy processing, livestock wastewater, sewage sludge, food processing, and papermaking wastewater is being discharged worldwide, and a large amount of energy is contained in such organic wastewater. This energy is not being reused efficiently and is expensive to dispose of organic waste. Therefore, various economic and biological methods for recovering energy from organic wastewater and treating organic wastewater have been studied.

종래, 미생물 연료 전지에 대한 기술은 대한민국 등록특허 제0483580호 '미생물연료전지를 이용한 수질 내 독극물 감지 장치' 이외에 다수 출원 및 등록된 상태이다.Conventionally, a technology for a microbial fuel cell has been applied for and registered in addition to Korean Patent No. 0483580, 'Poisonous material detection apparatus using water for microbial fuel cells'.

상기 미생물연료전지를 이용한 수질 내 독극물 감지 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 시료를 채취하는 펌프(1), 시료를 처리하는 전처리조(2), 독성물질의 유입으로부터 전류량의 변화를 감지해낼 수 있도록 음극부와 양극부로 이루어지면서 이중 음극부에는 전기화학적 활성미생물이 촉매로서 포함되는 미생물 연료전지(6) 및 신호값을 제어하고 자동측정해주는 연산ㆍ제어부(11)로 이루어짐을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, the apparatus for detecting poisons in water using the microbial fuel cell may detect a change in the amount of current from inflow of a toxic substance, a pump 1 for collecting a sample, a pretreatment tank 2 for processing a sample, and a toxic substance. It consists of a cathode portion and an anode portion so that the double cathode portion is characterized by consisting of a microbial fuel cell (6) containing an electrochemically active microorganism as a catalyst and a calculation and control unit (11) for controlling and automatically measuring signal values.

기존의 미생물 연료 전지를 이용한 전기 생산에 있어서, 전력량 미달과 그 사용예의 부족으로 인하여 전력 생산보다는 독극물 감지나 폐수 처리에 이용될 뿐이다.In the production of electricity using existing microbial fuel cells, due to the insufficient amount of electricity and its lack of use, it is only used for poison detection or wastewater treatment rather than power generation.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미생물 연료 전지에서 생산된 전기를 승압시켜 실생활에 사용할 수 있는 전력으로 변환하여 조명수단을 점등하거나 2차전지를 충전하고, 충전된 전지를 효과적으로 사용하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, by boosting the electricity produced in the microbial fuel cell to convert it into electric power that can be used in real life to turn on the lighting means or to charge the secondary battery, The present invention provides a power supply system and method using the microbial fuel cell effectively used.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 미생물 연료 전지를 이용하여 전기를 생산하는 과정에서 미생물 대사를 통한 호수 바닥이나 정화조의 퇴적물 또는 슬러지를 분해하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a power supply system and method using a microbial fuel cell for decomposing sediment or sludge in a lake bottom or septic tank through microbial metabolism in the process of producing electricity using a microbial fuel cell. have.

미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템은 유기폐수 내에 존재하는 미생물의 유기물 분해 중 발생하는 전자를 포집하여 별도의 외부 회로로 전달시키는 음극층과 별도의 외부 회로를 거쳐 전달된 전자를 물로 환원시키는 양극층을 포함하여 유기폐수를 정화 처리하고 전기를 생산하는 미생물 연료 전지부와, 미생물 연료 전지부를 통해 생산된 전기를 공급받아 승압시키는 DC-DC 컨버터부, 및 상기 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 공급받아 충전시키는 축전지부를 포함한다.A power supply system using a microbial fuel cell is a cathode layer which collects electrons generated during decomposition of organic matter of microorganisms present in organic wastewater and delivers them to a separate external circuit and an anode layer which reduces electrons transferred through a separate external circuit to water. A microbial fuel cell unit for purifying organic wastewater and generating electricity, a DC-DC converter unit receiving and boosting the electricity generated through the microbial fuel cell unit, and boosted electricity through the DC-DC converter unit. It includes a battery unit for receiving and charging.

한편, 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템의 전원 공급 방법은, 미생물 연료 전지부가 외부로부터 유기폐수를 투입받는 단계와, 상기 미생물 연료 전지부가 외부로부터 투입받은 유기폐수 내에 존재하는 미생물을 통해 전기를 생성하는 단계와, 상기 미생물 연료 전지부가 상기 미생물로부터 생성되는 전기를 DC-DC 컨버터부를 통해 승압시키는 단계와, 상기 미생물 연료 전지부가 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 축전지부로 충전시키는 단계를 포함한다.On the other hand, the power supply method of the power supply system using a microbial fuel cell, the microbial fuel cell unit receives the organic wastewater from the outside, the microbial fuel cell unit generates electricity through the microorganisms present in the organic wastewater introduced from the outside And boosting, by the microbial fuel cell unit, the electricity generated from the microorganism through the DC-DC converter unit, and charging the boosted electricity through the DC-DC converter unit to the storage unit. do.

상기와 같은 본 발명은 미생물 연료 전지에서 생산된 전기를 승압시켜 실생활에 사용할 수 있는 전력으로 변환하여 LED와 같은 조명수단을 점등하거나 2차전지를 충전하고, 충전된 전지를 효과적으로 사용할 수 있다.As described above, the present invention boosts the electricity produced by the microbial fuel cell to convert it into electric power that can be used in real life to turn on lighting means such as an LED or charge a secondary battery, and effectively use a charged battery.

그리고, 본 발명은 미생물 연료 전지를 이용하여 전기를 생산하는 과정에서 미생물 대사를 통해 호수 바닥이나 정화조의 퇴적물 또는 슬러지를 분해하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of decomposing sediment or sludge of the lake bottom or septic tank through microbial metabolism in the process of producing electricity using a microbial fuel cell.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims are defined in the technical spirit of the present invention on the basis of the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted to mean meanings and concepts. In addition, when it is determined that the detailed description of the known function and its configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템에 관하여 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A power supply system using a microbial fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 9.

본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부(100), DC-DC 컨버터부(DC-DC converter)(200) 및 축전지부(300)를 포함한다.As shown in FIG. 2, a power supply system using a microbial fuel cell according to a first embodiment of the present invention includes a microbial fuel cell unit 100, a DC-DC converter unit 200, and a power storage. Branch 300 is included.

상기 미생물 연료 전지부(100)는 본 발명의 제1 실시예에 따라 정화조나 호수의 슬러지를 이용한 폐쇄형 미생물 연료 전지로서, 슬러지를 포함한 유기폐수 내에 존재하는 전기화학적 활성 미생물을 통해 유기폐수의 유기물 분해시 생성되는 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전기를 생산하는 기능을 수행한다. The microbial fuel cell unit 100 is a closed microbial fuel cell using sludge of a septic tank or a lake according to the first embodiment of the present invention, and organic matter of organic wastewater through electrochemically active microorganisms present in organic wastewater including sludge. It converts energy generated during decomposition into electrical energy to produce electricity.

이러한 기능을 수행하기 위한 미생물 연료 전지부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 음극층(110), 양극층(120) 및 양이온 교환막층(130)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the microbial fuel cell unit 100 for performing this function includes a cathode layer 110, an anode layer 120, and a cation exchange membrane layer 130.

본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부(100)에 대하여 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 예시도는 도 4에 도시된 바와 같다.The microbial fuel cell unit 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 as follows. An exemplary view of the microbial fuel cell unit according to the first embodiment of the present invention is as shown in FIG.

음극층(110)은 슬러지를 포함한 유기폐수 내에 존재하는 전기화학적 활성 미생물이 전극에 부착하여 농화 배양될 수 있도록 하고, 상기 미생물의 유기물 분해중 발생하는 에너지로부터 생성되는 전자를 포집한다. 이러한 음극층(110)은 미생물 연료 전지부의 하부에 배치되고, 음극(111)이 내부에 마련되며, 상기 음극(111)에서 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 음극단자(112)가 마련된다.The negative electrode layer 110 allows the electrochemically active microorganisms present in the organic wastewater including sludge to be attached to the electrode to be concentrated and cultured, and collects electrons generated from energy generated during organic decomposition of the microorganisms. The negative electrode layer 110 is disposed under the microbial fuel cell unit, the negative electrode 111 is provided therein, and the negative electrode terminal 112 electrically connected to a separate external circuit in the negative electrode 111 is provided. .

또한 양극층(120)은 통풍구를 통해 양극층 내부의 물을 공기로 포화시킴으로써, 일정한 전위차를 유지시켜 원활한 생물전기화학반응을 수행하게 하여, 상기 음극층(110)으로부터 별도의 외부 회로를 통해 전자를 전달받아 물로 환원시키는 기 능을 수행한다. 이러한 양극층(120)은 상부가 개방된 통풍구(121)와, 상기 통풍구 하측에 마련되는 양극(122)과, 상기 양극(122)에서 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 양극단자(123)가 마련된다.In addition, the anode layer 120 saturates the water in the anode layer with air through a vent, thereby maintaining a constant potential difference so as to perform a smooth bioelectrochemical reaction, and through an external circuit separate from the cathode layer 110. It receives the function to reduce the water. The anode layer 120 includes a vent opening 121 having an open top, an anode 122 provided below the vent opening, and an anode terminal 123 electrically connected to a separate external circuit at the anode 122. Prepared.

본 실시예에 따른 음극(111)과 양극(122)은 흑연 부직포, 다공성 탄소(Reticulated Vitreous Carbon), 백금 및 유리상탄소(glass carbon) 중 어느 하나의 소재인 것으로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The negative electrode 111 and the positive electrode 122 according to the present embodiment are made of any one material of graphite nonwoven fabric, reticulated carbon, platinum, and glass carbon, but the present invention is not limited thereto. no.

그리고 양이온 교환막층(130)은 상기 음극층(110)과 양극층(120) 사이에 배치된다. 본 실시예에 따른 양이온 교환막층(130)은 글래스 울(glass wool), 글래스 비드(glass bead), 흑연 펠트(graphitefelt) 및 모래 중 어느 하나의 소재인 것으로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The cation exchange membrane layer 130 is disposed between the cathode layer 110 and the anode layer 120. The cation exchange membrane layer 130 according to the present embodiment is made of any one of glass wool, glass beads, graphite felt, and sand, but the present invention is not limited thereto. .

본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부를 도 5에 도시된 바와 같이, 직렬로 연결하여 그 전압을 측정한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부를 연결한 갯수에 따라 전압이 상승하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, the microbial fuel cell unit according to the first embodiment of the present invention is connected in series to measure the voltage. As shown in FIG. 6, the voltage according to the number of microbial fuel cell units is connected. It can be seen that this rises.

한편, 본 발명에 따른 미생물 연료 전지부를 슬러지가 포함된 호수에 설치하여 전류 생산량을 측정한 결과는 도 7에 도시된 바와 같이, 40mA정도의 전류를 생산하며, 병렬 연결 시 또는 전극 표면적 증가 시 원하는 수준의 전류를 생산할 수 있다.On the other hand, the microbial fuel cell according to the present invention installed in a lake containing sludge to measure the current production results, as shown in Figure 7, produces a current of about 40mA, when the parallel connection or when increasing the electrode surface area Can produce a level of current.

또한 본 발명에 따른 미생물 연료 전지부의 전압을 측정한 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 0.8V로 나타난다.In addition, as a result of measuring the voltage of the microbial fuel cell unit according to the present invention, as shown in Figure 8, it appears as 0.8V.

또한, DC-DC 컨버터부(200)는 상기 미생물 연료 전지부(100)와 전기적으로 연결되어 생산된 전기를 승압시키는 기능을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 DC-DC 컨버터부(200)는 저전압을 승압시키는 컨버터(converter)로서, 텍사스 인스트루먼트사의 TPS61006EVM-156(low input voltage boost converter)를 통해 승압시킨다.In addition, the DC-DC converter unit 200 is electrically connected to the microbial fuel cell unit 100 and performs a function of boosting the electricity produced. The DC-DC converter unit 200 according to an embodiment of the present invention is a converter for boosting a low voltage, and boosts it through a low input voltage boost converter (TPS61006EVM-156) manufactured by Texas Instruments.

상기 DC-DC 컨버터부(200)는 도 9에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부(100)에서 생산된 0.8V의 저전압을 충전이 가능한 3.2V의 전압으로 승압시킨다. 여기서, 승압된 전력은 보통 20mW의 전력이 필요한 LED나 전기 자동차의 배터리를 충전하는데 사용될 수 있다. 본 실시예에 따른 DC-DC 컨버터부(200)는 텍사스사의 TPS61006EVM-156(low input voltage boost converter)를 사용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.As illustrated in FIG. 9, the DC-DC converter 200 boosts a low voltage of 0.8V produced by the microbial fuel cell unit 100 to a voltage of 3.2V that can be charged. Here, the boosted power can be used to charge a battery of an LED or an electric vehicle, which usually requires 20 mW of power. The DC-DC converter 200 according to the present embodiment uses a low input voltage boost converter (TPS61006EVM-156) manufactured by Texas, but the present invention is not limited thereto.

그리고, 축전지부(300)는 2차전지로서, 상기 DC-DC 컨버터부(200)를 통해 승압된 전기를 공급받아 충전하는 기능을 수행한다. 여기서, 승압된 전력을 LED와 같은 조명수단에 사용할 경우, 낮 시간에 축전지부(300)에 충전해 두었다가 밤에 LED와 같은 조명수단에 사용할 수 있다.In addition, the storage unit 300 serves as a secondary battery, and receives and charges electricity boosted by the DC-DC converter 200. In this case, when the boosted power is used for a lighting means such as an LED, the battery unit 300 may be charged during the day and used for a lighting means such as an LED at night.

본 발명에 따른 미생물 연료 전지부(100)는 단위 개수 당 0.8V, 40mA가 생산되므로 전력량은 32mW/s이다. 상기 LED를 사용하지 않는 시간을 8시간으로 가정할 경우, 921.6Wh의 전력을 충전해 두었다가 사용할 수 있다.Since the microbial fuel cell unit 100 according to the present invention produces 0.8 V, 40 mA per unit number, the amount of power is 32 mW / s. Assuming 8 hours of not using the LED, it is possible to charge and use 921.6Wh of power.

이러한 본 발명에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템은 미생물 연료 전지를 가정의 정화조나 인근의 폐수 처리장, 연못, 호수 등지에 설치하여, 미생물의 유기물 분해 중 생성되는 저전압을 실생활에 사용할 수 있는 전압으 로 승압함으로써, 가정용 조명, 배터리 충전 등 실생활에 다양하게 사용할 수 있는 효과가 있다.In the power supply system using a microbial fuel cell according to the present invention, the microbial fuel cell is installed in a septic tank or a nearby wastewater treatment plant, a pond, a lake, etc., so that a low voltage generated during decomposition of organic matter of a microorganism can be used in real life. By boosting the pressure, there is an effect that can be used in a variety of real life, such as home lighting, battery charging.

그리고 본 발명에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템은 미생물 연료 전지를 이용하여 전기를 생산하는 과정에서 미생물 대사를 통한 호수 바닥이나 정화조의 퇴적물 또는 슬러지를 분해시키는 효과가 있다.In addition, the power supply system using the microbial fuel cell according to the present invention has the effect of decomposing sediment or sludge in the lake bottom or septic tank through microbial metabolism in the process of producing electricity using the microbial fuel cell.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템에 관하여 도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a power supply system using a microbial fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템은 도 10에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부(400), DC-DC 컨버터부(DC-DC converter)(200) 및 축전지부(300)를 포함한다.As shown in FIG. 10, a power supply system using a microbial fuel cell according to a second embodiment of the present invention includes a microbial fuel cell unit 400, a DC-DC converter unit 200, and a power storage. Branch 300 is included.

상기 미생물 연료 전지부(400)는 본 발명의 제2 실시예에 따라 정화조나 호수의 슬러지를 이용한 연속식 미생물 연료 전지로서, 외부로부터 공급된 유기폐수 내에 존재하는 전기화학적 활성 미생물을 통해 유기폐수의 유기물을 분해하여 생성되는 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전기를 생산하는 기능을 수행한다. The microbial fuel cell unit 400 is a continuous microbial fuel cell using sludge in a septic tank or a lake according to a second embodiment of the present invention. It performs the function of producing electricity by converting energy generated by decomposing organic matter into electrical energy.

이러한 기능을 수행하기 위한 미생물 연료 전지부(400)는 도 10에 도시된 바와 같이, 음극층(410), 양극층(420) 및 양이온 교환막층(430)을 포함한다.As shown in FIG. 10, the microbial fuel cell unit 400 for performing this function includes a cathode layer 410, an anode layer 420, and a cation exchange membrane layer 430.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지부(400)에 대하여 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The microbial fuel cell unit 400 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 as follows.

음극층(410)은 외부로부터 투입되는 유기폐수 내에 존재하는 전기화학적 활성 미생물이 전극에 부착하여 농화 배양될 수 있도록 하고, 상기 미생물의 유기물 분해중 발생하는 에너지로부터 생성되는 전자를 포집한다. 이러한 음극층(410)은 하부에 외부로부터 유기폐수를 투입받는 폐수 투입구(411)가 배치되며, 폐수 투입구(411)에 대향되는 면의 음극층(410) 상부에 폐수를 배출하는 폐수 배출구(412)가 형성되고, 내부에 음극(413)이 마련되며, 상기 음극(413)에서 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 음극단자(414)가 마련된다.The cathode layer 410 allows the electrochemically active microorganisms present in the organic wastewater introduced from the outside to be attached to the electrode to be concentrated and cultured, and collects electrons generated from energy generated during decomposition of the organic matter of the microorganisms. The cathode layer 410 has a wastewater inlet 411 for receiving organic wastewater from the outside at the bottom thereof, and a wastewater outlet 412 for discharging wastewater on an upper portion of the cathode layer 410 opposite to the wastewater inlet 411. ) Is formed, a cathode 413 is provided therein, and a cathode terminal 414 electrically connected to a separate external circuit from the cathode 413 is provided.

또한 양극층(420)은 통풍구를 통해 양극층 내부의 물을 공기로 포화시킴으로써, 일정한 전위차를 유지시켜 원활한 생물전기화학반응을 수행하게 하여, 상기 음극층(410)으로부터 별도의 외부 회로를 통해 전자를 전달받아 물로 환원시키는 기능을 수행한다. 이러한 양극층(420)은 상부가 개방된 통풍구(421)와, 상기 통풍구 하측에 마련되는 양극(422)과, 상기 양극(422)에서 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 양극단자(423)가 마련된다.In addition, the anode layer 420 saturates the water in the anode layer with air through a vent, thereby maintaining a constant potential difference to perform a smooth bioelectrochemical reaction, and electrons are separated from the cathode layer 410 through an external circuit. Takes the function to reduce the water received. The anode layer 420 may include an air vent 421 having an open upper portion, an anode 422 provided below the vent hole, and an anode terminal 423 electrically connected to a separate external circuit at the anode 422. Prepared.

본 실시예에 따른 음극(413)과 양극(422)은 흑연 부직포, 다공성 탄소(Reticulated Vitreous Carbon), 백금 및 유리상탄소(glass carbon) 중 어느 하나의 소재인 것으로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The negative electrode 413 and the positive electrode 422 according to the present embodiment are made of any one material of graphite nonwoven fabric, reticulated carbon, platinum, and glass carbon, but the present invention is not limited thereto. no.

그리고 양이온 교환막층(430)은 상기 음극층(410)과 양극층(420) 사이에 배치된다. 본 실시예에 따른 양이온 교환막층(430)은 글래스 울(glass wool), 글래스 비드(glass bead), 흑연 펠트(graphitefelt) 및 모래 중 어느 하나의 소재인 것으로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The cation exchange membrane layer 430 is disposed between the cathode layer 410 and the anode layer 420. The cation exchange membrane layer 430 according to the present embodiment is made of any one of glass wool, glass beads, graphite felt, and sand, but the present invention is not limited thereto. .

본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 예시도는 도 11에 도시된 바와 같다.An illustration of the microbial fuel cell unit according to the second embodiment of the present invention is as shown in FIG.

또한, DC-DC 컨버터부(200)는 상기 미생물 연료 전지부(400)와 전기적으로 연결되어 생산된 전기를 승압시키는 기능을 수행한다.In addition, the DC-DC converter 200 is electrically connected to the microbial fuel cell 400 to perform a function of boosting the electricity produced.

그리고, 축전지부(300)는 2차전지로서, 상기 DC-DC 컨버터부(200)를 통해 승압된 전기를 공급받아 충전하는 기능을 수행한다. In addition, the storage unit 300 serves as a secondary battery, and receives and charges electricity boosted by the DC-DC converter 200.

한편, 상술한 구성으로 이루어진 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템의 전원 공급 방법(이하, '전원 공급 방법')에 관한 전체적인 흐름을 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the overall flow of the power supply method (hereinafter, 'power supply method') of the power supply system using the microbial fuel cell having the above-described configuration will be described with reference to FIG.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 방법의 전체흐름도이다.12 is a flowchart of a power supply method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 12에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부는 외부로부터 정화조의 슬러지를 포함한 유기폐수를 투입받는다(S2).First, as shown in Figure 12, the microbial fuel cell unit receives the organic wastewater including the sludge of the septic tank from the outside (S2).

다음으로 미생물 연료 전지부는 외부로부터 투입받은 유기폐수 내에 존재하는 전기화학적 미생물을 통해 전기를 생성한다(S4).Next, the microbial fuel cell unit generates electricity through the electrochemical microorganisms present in the organic wastewater input from the outside (S4).

다음으로 미생물 연료 전지부는 상기 미생물로부터 생성되는 전기를 DC-DC 컨버터부를 통해 승압시킨다(S6).Next, the microbial fuel cell unit boosts the electricity generated from the microorganism through the DC-DC converter unit (S6).

그리고 미생물 연료 전지부는 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 축전지부로 송전하여 충전시킨다(S8).The microbial fuel cell unit transmits and charges the electricity boosted through the DC-DC converter unit to the storage unit (S8).

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전기 생성에 대한 상세한 흐름을 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed flow of electricity generation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 생성에 대한 상세한 흐름도이다.13 is a detailed flowchart of electricity generation according to an embodiment of the present invention.

도 13에 도시된 바와 같이, 미생물 연료 전지부는 음극층에 투입된 유기폐수 에 존재하는 전기화학적 활성 미생물이 음극에 부착하여 농화 배양될 수 있는 환경을 조성한다(S12).As shown in FIG. 13, the microbial fuel cell unit creates an environment in which the electrochemically active microorganisms present in the organic wastewater injected into the negative electrode layer are attached to the negative electrode and concentrated and cultured (S12).

다음으로 미생물 연료 전지부는 양극층 내부의 물을 공기로 포화시킴으로써 일정한 전위차를 유지시켜 음극층의 미생물이 원활한 생물전기화학반응을 수행하게 한다(S14).Next, the microbial fuel cell unit maintains a constant potential difference by saturating water inside the anode layer with air to allow the microorganisms in the cathode layer to perform a smooth bioelectrochemical reaction (S14).

다음으로 미생물 연료 전지부는 음극층의 미생물로부터 유기물 분해 중 생성되는 전자를 포집하여 음극단자를 통해 별도의 외부 회로로 보낸다(S16).Next, the microbial fuel cell unit collects electrons generated during decomposition of organic matter from microorganisms in the negative electrode layer and sends them to a separate external circuit through the negative electrode terminal (S16).

그리고 미생물 연료 전지부는 상기 별도의 외부 회로로부터 양극단자를 통해 전자를 양극층의 양극으로 전달받아 물로 환원시킨다(S18).The microbial fuel cell unit receives electrons from the separate external circuit through the anode terminal to the anode of the anode layer and reduces the water into water (S18).

이상으로 본 발명의 기술적 사상에 대한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment of the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, without departing from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many changes and modifications to the invention are possible. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 구성도.1 is a block diagram according to the prior art.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템에 관한 개략적인 블록도.2 is a schematic block diagram of a power supply system using a microbial fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부에 관한 구성도.3 is a block diagram of a microbial fuel cell unit according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 예시도.4 is an exemplary view of a microbial fuel cell unit according to a first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 직렬 연결도.5 is a series connection diagram of a microbial fuel cell unit according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부를 직렬 연결한 갯수에 따른 개방 회로전압을 측정한 그래프.6 is a graph measuring open circuit voltage according to the number of microbial fuel cell units connected in series according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 전류 생산량을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the current output of the microbial fuel cell unit according to the first embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 전압을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the voltage of the microbial fuel cell unit according to the first embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DC-DC 컨버터부의 승압 결과 그래프.9 is a graph of the voltage boosting result of the DC-DC converter according to the first exemplary embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지부에 관한 구성도.10 is a block diagram of a microbial fuel cell unit according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미생물 연료 전지부의 예시도.11 is an exemplary view of a microbial fuel cell unit according to a second embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 방법의 전체흐름도.12 is a flow chart of the power supply method according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 생성에 대한 상세한 흐름도.13 is a detailed flowchart of electricity generation according to an embodiment of the present invention.

<도면 부호에 대한 설명><Description of Drawing>

100, 400 : 미생물 연료 전지부 110, 410 : 음극층100, 400: microbial fuel cell unit 110, 410: cathode layer

111, 413 : 음극 112, 414 : 음극단자111, 413: cathode 112, 414: cathode terminal

120, 420 : 양극층 121, 421 : 통풍구120, 420: anode layer 121, 421: vent

122, 422 : 양극 123, 423 : 양극단자122, 422: anode 123, 423: anode terminal

130, 430 : 양이온 교환막층 200 : DC-DC 컨버터부130, 430: cation exchange membrane layer 200: DC-DC converter unit

300 : 축전지부 411 : 폐수 투입구300: battery unit 411: waste water inlet

412 : 폐수 배출구412 wastewater outlet

Claims (12)

미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템에 있어서,In a power supply system using a microbial fuel cell, 유기폐수 내에 존재하는 미생물의 유기물 분해 중 발생하는 전자를 포집하여 별도의 외부 회로로 전달시키는 음극층과, 상기 별도의 외부 회로를 거쳐 전달된 전자를 물로 환원시키는 양극층을 포함하여 유기폐수를 정화 처리하고 전기를 생산하는 미생물 연료 전지부;Purification of organic wastewater includes a cathode layer that collects electrons generated during decomposition of organic matter of microorganisms present in organic wastewater and delivers them to a separate external circuit, and an anode layer that reduces electrons transferred through the separate external circuit to water. Microbial fuel cell unit for processing and producing electricity; 상기 미생물 연료 전지부를 통해 생산된 전기를 공급받아 승압시키는 DC-DC 컨버터부; 및 A DC-DC converter unit receiving and boosting electricity generated through the microbial fuel cell unit; And 상기 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 공급받아 충전시키는 축전지부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.A battery unit configured to charge and receive electricity boosted through the DC-DC converter; Power supply system using a microbial fuel cell comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음극층은,The cathode layer, 상기 미생물의 유기물 분해 중 발생하는 전자를 포집하는 음극; 및 A negative electrode for collecting electrons generated during decomposition of organic matter of the microorganism; And 상기 음극에서 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 음극단자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.A negative electrode terminal electrically connected to a separate external circuit in the negative electrode; Power supply system using a microbial fuel cell comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 음극층은,The cathode layer, 상기 음극층 하부에 유기폐수를 공급받는 폐수 투입구; 및 A wastewater inlet for receiving organic wastewater under the cathode layer; And 상기 폐수 투입구에 대향되는 면의 음극층 상부에 폐수를 배출하는 폐수 배출구; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.A wastewater outlet for discharging wastewater on an upper portion of the cathode layer opposite to the wastewater inlet; Power supply system using a microbial fuel cell, characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양극층은,The anode layer is, 상기 별도의 외부 회로와 전기적으로 연결되는 양극단자; 및 A positive electrode terminal electrically connected to the separate external circuit; And 상기 양극단자를 통해 전자를 전달받아 물로 환원시키는 양극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.An anode receiving electrons through the anode terminal and reducing the water into water; Power supply system using a microbial fuel cell comprising a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 양극층은,The anode layer is, 상부가 개방되어, 양극층 내부의 물을 공기로 포화시키는 통풍구; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.An upper portion of the vent hole for saturating water in the anode layer with air; Power supply system using a microbial fuel cell, characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미생물 연료 전지부는,The microbial fuel cell unit, 상기 음극층과 양극층 사이에 양이온 교환막층; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.A cation exchange membrane layer between the cathode layer and the anode layer; Power supply system using a microbial fuel cell, characterized in that it further comprises. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 양이온 교환막층의 소재는 글래스 울(glass wool), 글래스 비드(glass bead), 흑연 펠트(graphitefelt) 및 모래 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.The material of the cation exchange membrane layer is a glass wool (glass wool), glass beads (glass bead), graphite felt (graphitefelt) and the power supply system using a microbial fuel cell, characterized in that any one of sand. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 음극의 소재는 흑연 부직포, 다공성 탄소(Reticulated Vitreous Carbon), 백금 및 유리상탄소(glass carbon) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.The negative electrode material is any one of graphite nonwoven fabric, porous carbon (Reticulated Vitreous Carbon), platinum and glass carbon (power carbon) power supply system using a microbial fuel cell. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 양극의 소재는 흑연 부직포, 다공성 탄소(Reticulated Vitreous Carbon), 백금 및 유리상탄소(glass carbon) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템.The material of the anode is a power supply system using a microbial fuel cell, characterized in that any one of graphite non-woven fabric, porous carbon (Reticulated Vitreous Carbon), platinum and glass carbon (glass carbon). 미생물 연료 전지를 이용한 전원 공급 시스템의 전원 공급 방법에 있어서,In the power supply method of the power supply system using a microbial fuel cell, (a) 미생물 연료 전지부가 외부로부터 유기폐수를 투입받는 단계;(a) receiving the organic wastewater from the outside of the microbial fuel cell unit; (b) 상기 미생물 연료 전지부가 투입받은 유기폐수 내에 존재하는 미생물을 통해 전기를 생성하는 단계;(b) generating electricity through the microorganisms present in the organic wastewater inputted by the microbial fuel cell unit; (c) 상기 미생물 연료 전지부가 상기 미생물로부터 생성되는 전기를 DC-DC 컨버터부를 통해 승압시키는 단계; 및(c) boosting the electricity generated from the microorganism by the microbial fuel cell through the DC-DC converter; And (d) 상기 미생물 연료 전지부가 상기 DC-DC 컨버터부를 통해 승압된 전기를 축전지부로 충전시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.(d) charging the battery unit with electricity boosted by the microbial fuel cell unit through the DC-DC converter unit; Power supply method comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 (b) 단계는,In step (b), (b-1) 상기 미생물 연료 전지부가 음극층에 투입된 유기폐수에 존재하는 미생물이 음극에 부착하여 농화 배양될 수 있는 환경을 조성하는 단계;(b-1) creating an environment in which the microbial fuel cell unit may be concentrated and cultured by attaching microorganisms present in the organic wastewater injected into the negative electrode layer to the negative electrode; (b-2) 상기 미생물 연료 전지부가 상기 음극층의 미생물로부터 유기물 분해 중 생성되는 전자를 포집하여 음극단자를 통해 별도의 외부 회로로 보내는 단계; 및(b-2) collecting, by the microbial fuel cell unit, electrons generated during decomposition of organic matter from the microorganisms of the negative electrode layer and sending them to a separate external circuit through a negative electrode terminal; And (b-3) 상기 미생물 연료 전지부가 상기 별도의 외부 회로로부터 양극단자를 통해 전자를 양극층의 양극으로 전달받아 물로 환원시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.(b-3) receiving the electrons from the separate external circuit to the anode of the anode layer through the anode terminal to reduce the water into water; Power supply method comprising a. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 (b) 단계는,In step (b), (b-4) 상기 미생물 연료 전지부가 통풍구를 통해 상기 양극층 내부의 물을 공기로 포화시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.(b-4) saturating the water in the anode layer with air through the vent hole of the microbial fuel cell; Power supply method comprising a further.
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