KR20200113475A - Sparger Assembly for bioreactor - Google Patents

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KR20200113475A
KR20200113475A KR1020190033705A KR20190033705A KR20200113475A KR 20200113475 A KR20200113475 A KR 20200113475A KR 1020190033705 A KR1020190033705 A KR 1020190033705A KR 20190033705 A KR20190033705 A KR 20190033705A KR 20200113475 A KR20200113475 A KR 20200113475A
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bioreactor
gas
discharge
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김민식
이진석
이준표
박권우
이수연
민경선
이상민
문명훈
이지예
진경태
이재용
김혁주
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한국에너지기술연구원
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C12M29/08—Air lift
    • B01F1/0022—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F21/00—Dissolving
    • B01F21/20—Dissolving using flow mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
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Abstract

The present invention relates to a sparger assembly for a bioreactor, and more specifically, to a sparger assembly for a bioreactor, in which a sparger can be attached or detached to be easily assembled, separated, and washed, and the shape of the sparser can be variably changed, and thus, efficiency of a bioreactor process can be increased. The sparger assembly for a bioreactor according to the present invention is characterized in that, unlike a conventional sparser type bioreactor, a sparser can be easily replaced so that the sparser that suits the growth conditions of microorganisms can be used during the operation of the bioreactor, and thus, production of bio-energy and bio-based chemicals can be efficiently performed.

Description

생물반응기용 스파저 어셈블리{Sparger Assembly for bioreactor}Sparger Assembly for bioreactor

본 발명은 생물반응기용 스파저 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스파저의 탈부착이 가능하도록 함으로써, 스파저 조립 및 분리, 세척 작업을 용이하게 하며, 스파저의 형태를 다양하게 변경할 수 있어 생물반응기 공정의 효율을 높일 수 있는 생물반응기용 스파저 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a sparger assembly for a bioreactor, and more particularly, by allowing the sparger to be attached and detached, the sparger assembly, separation, and cleaning operations are facilitated, and the shape of the sparger can be variously changed. It relates to a sparger assembly for a bioreactor that can increase the efficiency of.

[이 발명을 지원한 국가연구개발사업][National R&D project that supported this invention]

과제고유번호: 20150581Assignment identification number: 20150581

부처명: 해양수산부Ministry name: Ministry of Oceans and Fisheries

연구관리 전문기관: 한국해양과학기술진흥원Research management professional institution: Korea Institute of Ocean Science and Technology

연구사업명: 해양수산생명공학기술개발Research Project Name: Marine Fisheries Biotechnology Development

기여율: 50/100Contribution Rate: 50/100

연구과제명: 고효율 수소 생산을 위한 고압 수성가스 전환 생물반응기Research Project Title: High-pressure water gas conversion bioreactor for high-efficiency hydrogen production

주관기관명: 한국에너지기술연구원Host organization name: Korea Institute of Energy Research

연구기간: 2015.12.01. ~ 2020.01.31.Research period: 2015.12.01. ~ 2020.01.31.

[이 발명을 지원한 국가연구개발사업][National R&D project that supported this invention]

과제고유번호: NRF-2017M3D3A1A01036923Assignment number: NRF-2017M3D3A1A01036923

부처명: 과학기술정보통신부Ministry name: Ministry of Science and Technology Information and Communication

연구관리 전문기관: 한국연구재단Research Management Professional Institution: Korea Research Foundation

연구사업명: C1 가스 리파이너리 사업Research Project Name: C1 Gas Refinery Project

연구과제명: 메탄자화균을 이용한 고효율 메탄전환 숙신산 생산 균주 개발Research Project Title: Development of highly efficient methane-converted succinic acid-producing strain using methanogens

기여율: 40/100Contribution Rate: 40/100

주관기관명: 한국에너지기술연구원Host organization name: Korea Institute of Energy Research

연구기간: 2017.04.01. ~ 2020.12.31.Research period: 2017.04.01. ~ December 31, 2020

[이 발명을 지원한 국가연구개발사업][National R&D project that supported this invention]

과제고유번호: 20173010092460Assignment identification number: 20173010092460

부처명: 산업통상자원부Ministry name: Ministry of Trade, Industry and Energy

연구관리 전문기관: 한국에너지기술평가원Research management professional institution: Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning

연구사업명: 신재생에너지기술개발사업Research Project Name: New and Renewable Energy Technology Development Project

연구과제명: 일산화탄소 기반 합성가스를 이용한 바이오알콜 생산기술 개발Research Project Title: Development of bioalcohol production technology using carbon monoxide-based synthetic gas

기여율: 10/100Contribution Rate: 10/100

주관기관명: 광주과학기술원Organizer Name: Gwangju Institute of Science and Technology

연구기간: 2017.12.01. ~ 2020.11.30.Research period: 2017.12.01. ~ 2020.11.30.

일반적으로 일산화탄소(CO)와 같은 C1 가스를 기질로 하여 바이오 수소(H2)를 생산하는 생물 공정의 경우에는, 물에 잘 녹는 당(Sugar)을 사용하는 전통적인 발효 공정과 다르게 기질(가스)의 물에 대한 용해도가 낮아, 수소 생산성을 향상시키기 위해서는 가스의 물질전달 속도를 높이기 위한 별도의 노력이 필요하다.In general, in the case of a biological process that produces bio-hydrogen (H 2 ) using a C1 gas such as carbon monoxide (CO) as a substrate, the substrate (gas) is different from the traditional fermentation process using sugar that is well soluble in water. Since the solubility in water is low, a separate effort is required to increase the mass transfer rate of gas in order to improve hydrogen productivity.

따라서 가스 발효 생산성의 한계를 가져오는 기질의 물질전달 속도를 개선하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 기-액 생물반응기의 생산성에 영향을 주는 물질전달 속도 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, many studies are being conducted to improve the mass transfer rate of the substrate, which causes the limitation of gas fermentation productivity. The mass transfer rate reaction equation that affects the productivity of the gas-liquid bioreactor can be expressed as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

C*: Saturation concentration of the dissolved gasC * : Saturation concentration of the dissolved gas

Ct: Concentration of dissolved gasC t : Concentration of dissolved gas

그 중 가스전달계수인 KLa는 생물반응기 내 배지의 양, 배지의 점성, 압력, 온도, 표면장력, 에어레이션(Aeration) 등의 영향을 받아 변할 수 있으며 크게는 생물 반응기 내 교반(Agitation)에 따라 영향을 받는다.Among them, the gas transfer coefficient K L a can be changed under the influence of the amount of medium in the bioreactor, viscosity, pressure, temperature, surface tension, aeration, etc., and largely due to agitation in the bioreactor. Are affected accordingly.

보통 임펠러(Impeller)를 사용하는 생물반응기의 경우 KLa를 증가시키는 방법으로 교반을 증가 시키는데, 구체적으로 임펠러의 모양 및 회전수, 반응기 내에서의 임펠러 위치를 조절하여 KLa 값을 증가시킨다. 그러나, 이와 같은 방법은 임펠러를 가동하기 위한 동력 사용 비용 증가 및 임펠러 사용시 발생하는 전단(Shear)에 의해 미생물에 안 좋은 영향을 주는 문제가 있다.In the case of a bioreactor using an impeller, stirring is increased by increasing K L a. Specifically, the K L a value is increased by adjusting the shape and rotational speed of the impeller, and the position of the impeller in the reactor. . However, such a method has a problem of adversely affecting microorganisms due to an increase in power use cost for operating the impeller and shear generated when using the impeller.

이러한 문제점들을 보완하기 위해 에어리프트(Airlift) 타입의 생물반응기는 교반을 위해 임펠러를 대신하여 스파저(Sparger)를 사용한다. 그러나, 종래의 에어리프트 타입의 생물반응기의 경우 일체형으로 이루어져 스파저 교환이 어렵고, 분리 또한 어려워 스파저 기공 사이에 낀 잔여물들을 세척하는데 문제가 있다. 또한, 생물공정 시 각각의 미생물에 따라 미생물에 따라 요구되는 생장환경과 최적의 조건이 다름에도 불구하고, 이러한 조건들을 맞추기 위한 스파저의 기공 사이즈 및 평판형 또는 환형 등의 스파저의 형태 변경이 불가능한 문제점이 있다. To compensate for these problems, an airlift type bioreactor uses a sparger instead of an impeller for stirring. However, in the case of a conventional airlift type bioreactor, it is difficult to exchange the sparger and separate it, and thus there is a problem in cleaning the residues between the sparger pores. In addition, although the growth environment and optimum conditions required for each microorganism are different for each microorganism during bioprocessing, it is impossible to change the shape of the sparger such as the pore size of the sparger and the flat or annular shape to meet these conditions. There is this.

대한민국 등록특허 제10-1880129호Korean Patent Registration No. 10-1880129

Chemical Engineering Science, 137 (2015), pp. 243-253 Chemical Engineering Science, 137 (2015), pp. 243-253

본 발명의 목적은 생물반응기 사용시 스파저를 사용함에 있어서 손쉬운 탈부착이 가능한 생물반응기용 스파저 어셈블리를 제공함으로써, 스파저의 조립 및 교체의 용이성, 스파저 세척 작업의 간편함을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a sparger assembly for a bioreactor that can be easily detached and detached when using a sparger when using a bioreactor, thereby providing ease of assembly and replacement of the sparger, and simplicity of cleaning the sparger.

또한, 다양한 스파저의 형태와 스파저의 기공 크기를 변경할 수 있게 하여 미생물을 이용한 생물반응기 공정의 효율성을 향상시키고자 한다.In addition, it is possible to change the shape of various spargers and the pore size of the sparger to improve the efficiency of the bioreactor process using microorganisms.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는, 내부에 생물체가 배양되는 공간(110)이 형성된 상단부(100); 및 상기 상단부(100)의 하부에 탈부착이 가능하도록 결합된 하단부(200);를 포함한다.A sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention includes an upper end portion 100 having a space 110 in which a living organism is cultured therein; And a lower portion 200 coupled to the lower portion of the upper portion 100 so as to be detachable.

상기 하단부(200)는, 상기 하단부(200)의 상부에 형성되어 상기 상단부(100)에 가스를 공급하는 가스공급부(210); 상기 가스공급부(210)의 하부에 형성되며, 배지를 공급받아 상기 상단부(100)로 배지를 공급하는 배지순환부(220); 상기 배지순환부(220)의 하부에 형성되며 상기 상단부(100)로부터 폐액을 공급받아 폐액통으로 폐액을 배출하는 폐액순환부(230); 및 상기 폐액순환부(230)의 하부에 형성되는 가스배출라인(240);를 포함하고, 상기 가스공급부(210)는, 내부에 공간이 형성된 가스챔버(211); 상기 가스챔버(211)의 측면에 형성된 가스주입구(213); 상기 가스챔버(211) 상부에 형성된 가스공급홀(215); 및 상기 가스공급홀(215)에 설치되는 스파저(217);를 포함하는 것이 바람직하다.The lower part 200 may include a gas supply part 210 formed above the lower part 200 to supply gas to the upper part 100; A discharge circulating part 220 formed below the gas supply part 210 and supplying a medium to the upper part 100 by receiving a medium; A waste liquid circulating part 230 formed under the medium circulation part 220 and receiving waste liquid from the upper part 100 and discharging the waste liquid into the waste liquid container; And a gas discharge line 240 formed below the waste liquid circulating part 230, wherein the gas supply part 210 includes a gas chamber 211 having a space therein; A gas inlet 213 formed on the side of the gas chamber 211; A gas supply hole 215 formed above the gas chamber 211; And a sparger 217 installed in the gas supply hole 215.

상기 배지순환부(220)는, 상기 배지순환부(220) 일측면에 형성되는 배지투입구(221); 및 상기 배지순환부(220) 측면에 형성되는 배지토출구(223);를 포함하며, 상기 폐액순환부(230)는, 상기 폐액순환부(230) 일측면에 형성되는 폐액공급구(231); 및 상기 폐액순환부(230) 측면에 형성되는 폐액배출구(233);를 포함할 수 있다.The discharge circulating part 220 may include a discharge inlet 221 formed on one side of the discharge circulating part 220; And a discharge port 223 formed on a side of the discharge circulation part 220, wherein the waste liquid circulation part 230 includes: a waste liquid supply port 231 formed on one side of the waste liquid circulation part 230; And a waste liquid discharge port 233 formed on a side of the waste liquid circulating part 230.

상기 상단부(100)는, 상기 상단부(100)의 측면 하부에 형성되는 배지공급구(120); 및 상기 상단부(100)의 측면에 형성되는 폐액토출구(130);를 포함하며, 상기 배지공급구(120)는 관을 통해 상기 배지토출구(223)와 연결되고, 상기 폐액토출구(130)는 관을 통해 상기 폐액공급구(231)와 연결되는 것이 바람직하다.The upper end portion 100 may include a discharge port 120 formed at a lower side of the upper end portion 100; And a waste liquid discharge port 130 formed on the side of the upper part 100, wherein the discharge liquid supply port 120 is connected to the discharge discharge port 223 through a pipe, and the waste liquid discharge port 130 is a pipe It is preferable to be connected to the waste liquid supply port 231 through.

또한, 상기 상단부(100)의 하부 외측에는 플랜지부(140)가 형성되고, 상기 가스챔버(211)의 상부 외측에는 상기 플랜지부(140)에 대응되는 플랜지(219)가 형성되어, 상기 상단부(100)와 하단부(200)는 플랜지 결합될 수 있다.In addition, a flange portion 140 is formed outside the lower portion of the upper end portion 100, and a flange 219 corresponding to the flange portion 140 is formed outside the upper portion of the gas chamber 211, and the upper portion ( 100) and the lower part 200 may be flange-coupled.

상기 스파저(217)는 소결 합금(Sintered metal)로 형성될 수 있으며, 상기 스파저(217)에는 0.1 ~ 10㎛ 직경의 미세공극들이 형성되는 것이 바람직하고, 상기 스파저(217)는 평판형 또는 환형일 수 있다.The sparger 217 may be formed of a sintered metal, the sparger 217 preferably has micropores having a diameter of 0.1 to 10 μm, and the sparger 217 is a flat plate Or it may be annular.

상기 가스공급부(210)는, 상기 가스공급홀(215)과 스파저(217) 사이에 위치하는 개스킷을 더 포함할 수 있다.The gas supply unit 210 may further include a gasket positioned between the gas supply hole 215 and the sparger 217.

본 발명에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는 종래의 스파저 형식의 생물반응기와 달리 스파저 교환이 용이하며 세척과 분리가 효율적이어서, 생물반응기 운영 시 미생물의 생장조건에 맞는 스파저를 이용할 수 있으며, 이에 따라 바이오 에너지 및 바이오 기반 화학물질 생산을 효율적으로 수행할 수 있다.Unlike the conventional sparger type bioreactor, the sparger assembly for a bioreactor according to the present invention is easy to exchange and is efficient in cleaning and separation, so that a sparger suitable for the growth conditions of microorganisms can be used when operating the bioreactor. As a result, bioenergy and bio-based chemical production can be efficiently performed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리의 하단부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리의 하단부의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리의 스파저의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리의 하단부의 평면도이다.1 schematically shows a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a lower end of a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view of a lower end of a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
4 is a front view of a sparger of a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view of a lower end of a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 된다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.Before describing in detail through a preferred embodiment of the present invention, terms or words used in the present specification and claims are limited to a conventional or dictionary meaning and should not be interpreted. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, and thus various alternatives that can be substituted for them at the time of filing of the present invention It should be understood that equivalents and variations may exist.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code (first, second, etc.) is used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step does not clearly describe a specific sequence in the context. It may be implemented differently from the order specified above. That is, each of the steps may be performed in the same order as the specified order, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

이하에서는 본 발명에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리에 대하여 도면을 참조하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a sparger assembly for a bioreactor according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리를 도식적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 하단부의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하단부의 측면도이다.1 schematically shows a sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a lower end according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a lower end according to an embodiment of the present invention. It is a side view.

도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는 내부에 생물체가 배양되는 공간(110)이 형성된 상단부(100); 및 상기 상단부(100)의 하부에 탈부착이 가능하도록 결합된 하단부(200);를 포함한다. 본 발명에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는 종래의 스파저 형식의 생물반응기와 달리 상단부(100)에 하단부(200)가 탈부착이 가능하여 스파저 교환이 용이하며 스파저의 세척과 분리가 효율적이어서, 생물반응기 운영 시 미생물의 생장조건에 맞는 스파저를 이용할 수 있으며, 이에 따라 바이오 에너지 및 바이오 기반 화학물질 생산을 효율적으로 수행할 수 있다.Referring to Figures 1 to 3, the sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention includes an upper portion 100 in which a space 110 in which a living organism is cultured is formed; And a lower portion 200 coupled to the lower portion of the upper portion 100 so as to be detachable. Unlike the conventional sparger type bioreactor, the sparger assembly for a bioreactor according to the present invention has the lower part 200 detachable from the upper part 100, so that the sparger exchange is easy and cleaning and separation of the sparger are efficient. When operating the bioreactor, a sparger suitable for the growth conditions of microorganisms can be used, and thus bioenergy and bio-based chemical production can be efficiently performed.

상기 상단부(100)는, 도 1에 도시된 것과 같이, 생물체가 배양될 수 있도록 내부에 공간(110)이 형성되며, 상기 공간(110)으로 액상의 배지가 공급될 수 있도록 상기 상단부(100)의 측면 하부에는 배지공급구(120)가 형성된다.As shown in FIG. 1, the upper part 100 has a space 110 formed therein so that organisms can be cultured, and the upper part 100 so that a liquid medium can be supplied to the space 110. A discharge port 120 is formed at the lower side of the side.

또한, 생물체가 배양되는 과정에서 형성되는 폐액을 배출할 수 있도록, 상기 상단부(100)의 측면에는 하나 이상의 폐액토출구(130)가 형성되며, 후술할 하단부(200)와 결합할 수 있도록 상기 상단부(100)의 하부 외측에는 플랜지부(140)가 형성될 수 있다.In addition, one or more waste liquid discharge ports 130 are formed on the side of the upper part 100 so as to discharge the waste liquid formed in the process of culturing living organisms, and the upper part ( A flange portion 140 may be formed outside the lower portion of 100).

이러한 상단부(100)는 내염성과 부식에 강한 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The upper portion 100 may be made of a stainless steel material that is resistant to salt and corrosion, but is not limited thereto.

또한, 필요에 따라, 상단부(100) 내부에서 생물체가 배양되는 과정을 용이하게 관찰할 수 있도록 상기 상단부(100)의 측부로 투명창이 형성될 수 있으며, 이러한 투명창은 고압상황을 대비하여 강화유리로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, if necessary, a transparent window may be formed on the side of the upper part 100 so that the process of culturing organisms in the upper part 100 can be easily observed, and such a transparent window is a tempered glass in preparation for a high pressure situation. It is preferably made of.

본 발명의 일 실시예에 따른 하단부(200)는, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 하단부(200)의 상부에 형성되어 상기 상단부(100)에 가스를 공급하는 가스공급부(210); 상기 가스공급부(210)의 하부에 형성되며, 배지를 공급받아 상기 상단부(100)로 배지를 공급하는 배지순환부(220); 상기 배지순환부(220)의 하부에 형성되며 상기 상단부(100)로부터 폐액을 공급받아 폐액통으로 폐액을 배출하는 폐액순환부(230); 및 상기 폐액순환부(230)의 하부에 형성되는 가스배출라인(240);를 포함한다.The lower end portion 200 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, is formed on the upper portion of the lower portion 200 to supply gas to the upper portion 100, the gas supply portion 210; A discharge circulating part 220 formed below the gas supply part 210 and supplying a medium to the upper part 100 by receiving a medium; A waste liquid circulating part 230 formed under the medium circulation part 220 and receiving waste liquid from the upper part 100 and discharging the waste liquid into the waste liquid container; And a gas discharge line 240 formed under the waste liquid circulation unit 230.

상기 가스공급부(210)는, 내부에 공간이 형성된 가스챔버(211); 상기 가스챔버(211)의 측면에 형성된 가스주입구(213); 상기 가스챔버(211) 상부에 형성된 가스공급홀(215); 및 상기 가스공급홀(215)에 설치되는 스파저(217);를 포함하여, 생물체가 배양되는 상단부(100)에 일산화탄소(CO) 등과 같은 생물체가 필요로 하는 가스를 공급한다.The gas supply unit 210 includes a gas chamber 211 having a space formed therein; A gas inlet 213 formed on the side of the gas chamber 211; A gas supply hole 215 formed above the gas chamber 211; And a sparger 217 installed in the gas supply hole 215, and supplies gases required by living organisms such as carbon monoxide (CO) to the upper part 100 in which the organism is cultured.

상기 가스주입구(213)를 통해 외부로부터 가스챔버(211)로 일산화탄소(CO) 등과 같은 생물체가 필요로 하는 가스를 공급한 후, 가스챔버(211) 상부에 형성된 가스공급홀(215) 및 스파저(217)를 통해 생물체가 배양되는 상단부(100)의 내부 공간(110)으로 가스를 공급한다.After supplying a gas required by living organisms such as carbon monoxide (CO) from the outside through the gas inlet 213 to the gas chamber 211, a gas supply hole 215 formed on the gas chamber 211 and a sparger Gas is supplied to the inner space 110 of the upper part 100 in which the organism is cultured through 217.

또한, 상기 상단부(100)와 하단부(200)가 탈부착 될 수 있도록, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 가스챔버(211)의 상부 외측에는 상단부(100)의 플랜지부(140)에 대응하는 플랜지(219)가 형성되어 상단부(100)와 하단부(200)가 플랜지 결합될 수 있다.In addition, so that the upper part 100 and the lower part 200 can be attached and detached, as shown in FIGS. 2 and 3, the upper outer side of the gas chamber 211 corresponds to the flange part 140 of the upper part 100. A flange 219 is formed so that the upper portion 100 and the lower portion 200 may be flange-coupled.

이와 같이, 상기 상단부(100)와 하단부(200)가 플랜지 결합할 때, 상단부(100)와 하단부(200) 사이의 기밀을 향상시키기 위해, 상기 플랜지부(140)와 플렌지(219) 사이에 개스킷(Gasket)을 위치시켜 프랜지 결합할 수 있다. 이러한 개스킷(gasket)은 실리콘 또는 테프론으로 형성되는 것이 바람직하다.In this way, when the upper portion 100 and the lower portion 200 are flange-coupled, in order to improve the airtightness between the upper portion 100 and the lower portion 200, a gasket between the flange portion 140 and the flange 219 Flange connection is possible by placing (Gasket). It is preferable that such a gasket is formed of silicon or Teflon.

상기 배지순환부(220)는, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 상기 배지순환부(220) 일측면에 형성되는 배지투입구(221) 및 상기 배지순환부(220) 측면에 형성되는 배지토출구(223)를 포함할 수 있다.The culture medium circulation unit 220, as shown in Figs. 2 and 3, a culture medium inlet 221 formed on one side of the discharge circulation unit 220 and a discharge outlet formed on the side of the discharge circulation unit 220 (223) may be included.

상기 배지투입구(221)를 통해 외부의 배지탱크로부터 생물체 배양에 필요한 배지를 배지순환부(220)로 공급할 수 있다. 또한, 상기 배지토출구(223)는, 도 1에 도시된 것과 같이, 상단부(100)의 배지공급구(120)와 관(320)을 통해 연결되어, 배지순환부(220)로 공급된 배지를 상단부(100)로 공급할 수 있다.The medium required for culturing organisms may be supplied to the medium circulation unit 220 from an external medium tank through the medium inlet 221. In addition, the discharge outlet 223, as shown in Figure 1, is connected through the discharge outlet 120 and the pipe 320 of the upper end 100, the discharge medium supplied to the discharge circulation unit 220 It can be supplied to the upper part 100.

상기 폐액순환부(230)는, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 상기 폐액순환부(230) 일측면에 형성되는 폐액공급구(231) 및 상기 폐액순환부(230) 측면에 형성되는 폐액배출구(233)을 포함할 수 있다.The waste liquid circulating part 230, as shown in FIGS. 2 and 3, is a waste liquid supply port 231 formed on one side of the waste liquid circulating part 230 and a waste liquid formed on the side of the waste liquid circulating part 230 It may include an outlet 233.

상기 폐액공급구(231)는, 도 1에 도시된 것과 같이, 상단부(100)의 폐액토출구(130)와 관(310)을 통해 연결되어, 생물체가 배양되는 과정에서 발생하는 폐액을 상단부(100)로부터 폐액순환부(230)로 공급할 수 있다. 또한, 상기 폐액배출구(233)을 통해 폐액순환부(230)로 공급된 폐액을 외부의 폐액탱크로 토출할 수 있다.The waste liquid supply port 231 is connected through the waste liquid discharge port 130 of the upper end 100 and the pipe 310, as shown in FIG. 1, and provides the waste liquid generated in the process of culturing the living organism at the upper end 100 ) Can be supplied to the waste liquid circulation unit 230. In addition, the waste liquid supplied to the waste liquid circulation unit 230 through the waste liquid discharge port 233 may be discharged to an external waste liquid tank.

상기 폐액순환부(230)의 하부에는 가스배출라인(240)이 형성될 수 있다. 이러한 가스배출라인(240)을 통해 상기 하단부(200)의 하부에 고인 용액이나 생물체가 필요로 하는 가스와 조성이 다른 가스를 배출할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 생물체가 배양되는 상단부(100)의 내부 공간(110)의 pH를 조절하기 위해 상기 가스배출라인(240)을 통해 산, 염기 용액을 주입할 수도 있다.A gas discharge line 240 may be formed below the waste liquid circulating part 230. Through the gas discharge line 240, a solution accumulated in the lower portion of the lower part 200 or a gas having a composition different from that required by living organisms may be discharged. In addition, if necessary, acid and base solutions may be injected through the gas discharge line 240 in order to adjust the pH of the inner space 110 of the upper part 100 in which the organism is cultured.

상기 스파저(217)는 소결 합금(Sintered metal)으로 형성될 수 있으며, 약 0.1 ~ 10㎛ 직경의 미세공극들이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 스파저(217)는 생물체가 배양되는 상단부(100) 내로 가스가 적정 크기의 미세 기포 형태로 산기되어 공급되도록 하는 역할을 한다.The sparger 217 may be formed of a sintered metal, and micropores having a diameter of about 0.1 to 10 μm are preferably formed. The sparger 217 serves to diffuse and supply gas in the form of fine bubbles having an appropriate size into the upper part 100 in which the organism is cultured.

상기 스파저(217)의 형태는 도 4(a)에 도시된 것과 같이 평판형 이거나, 도 4(b)에 도시된 것과 같이 중심에 홀(217a)이 형성된 환형일 수 있다.The shape of the sparger 217 may have a flat plate shape as shown in FIG. 4(a) or an annular shape in which a hole 217a is formed at the center as shown in FIG. 4(b).

도 5(a)는 평판형의 스파저가 설치된 하단부의 평면도이고, 도 5(b)는 환형의 스파저가 설치된 하단부의 평면도이다.5(a) is a plan view of a lower end portion in which a flat sparger is installed, and FIG. 5(b) is a plan view of a lower end portion in which an annular sparger is installed.

스파저(217)의 형태가 환형인 경우에는, 도 5(b)에 도시된 것과 같이, 스파저(217)의 중심에 형성된 홀(217a)에 드래프트튜브관(218)이 삽입될 수 있다. 이와 같이, 드래프트튜브관(218)이 삽입되는 경우에는, 배지순환부(220)로 공급된 배지를 배지토출구(223)과 관(320)을 통하지 않고 드래프트튜브관(218)을 통해 직접 상단부(100) 내부로 주입할 수 있다. 또한, 생물체가 배양되는 과정에서 발생한 폐액을 폐액토출구(130)와 관(310)을 통하지 않고 드래프트튜브관(218)을 통해 직접 폐액순환부(230)로 공급하여 폐액을 배출할 수 있다.When the shape of the sparger 217 is annular, the draft tube tube 218 may be inserted into the hole 217a formed in the center of the sparger 217, as shown in FIG. 5(b). In this way, when the draft tube pipe 218 is inserted, the medium supplied to the discharge circulation unit 220 is directly at the upper end through the draft tube pipe 218 without passing through the discharge outlet 223 and the pipe 320 100) Can be injected inside. In addition, the waste liquid generated in the process of culturing the living organisms can be supplied directly to the waste liquid circulation unit 230 through the draft tube pipe 218 without passing through the waste liquid discharge port 130 and the pipe 310 to discharge the waste liquid.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는, 상기 스파저(217)와 하단부(200)의 기밀을 향상시키기 위해, 상기 가스공급홀(215)과 스퍼자(217) 사이에 위치하는 개스킷(Gasket)을 더 포함할 수 있다. 이러한 개스킷은 실리콘이나 테프론으로 형성될 수 있다.In addition, in order to improve the airtightness of the sparger 217 and the lower part 200, the sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention is provided between the gas supply hole 215 and the spurja 217. It may further include a gasket (Gasket) located on. These gaskets may be formed of silicon or Teflon.

본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기용 스파저 어셈블리는 상단부(100)와 하단부(200)의 결합과 분리가 용이하므로, 배양되는 생물체에 따라 적합한 기공 사이즈를 갖는 스파저나 적합한 형상(평판형, 환형)을 갖는 스파저로 교체할 수 있어, 바이오 에너지 및 바이오 기반 화학물질 생산을 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.Since the sparger assembly for a bioreactor according to an embodiment of the present invention is easy to combine and separate the upper part 100 and the lower part 200, a sparger having a suitable pore size or a suitable shape (flat type, As it can be replaced with a sparger having a cyclic shape), there is an advantage of efficiently performing bioenergy and bio-based chemical production.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 당연하다 할 것이다.In the above, detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, but it will be natural for those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs that various modifications are possible within the limit not departing from the scope of the present invention. .

100: 상단부 110: 공간
120: 배지공급구 130: 폐액토출구
140: 플랜지부 200: 하단부
210: 가스공급부 211: 가스챔버
213: 가스주입구 215: 가스공급홀
217: 스파저 218: 드래프트튜브관
219: 플랜지 220: 배지순환부
221: 배지투입구 223: 배지토출구
230: 폐액순환부 231: 폐액공급구
233: 폐액배출구 240: 가스배출라인
310,320: 관100: upper part 110: space
120: medium supply port 130: waste liquid discharge port
140: flange portion 200: lower portion
210: gas supply unit 211: gas chamber
213: gas inlet 215: gas supply hole
217: sparger 218: draft tube tube
219: flange 220: discharge circulation part
221: medium input port 223: medium discharge port
230: waste liquid circulation unit 231: waste liquid supply port
233: waste liquid outlet 240: gas discharge line
310,320: tube

Claims (8)

내부에 생물체가 배양되는 공간(110)이 형성된 상단부(100); 및 상기 상단부(100)의 하부에 탈부착이 가능하도록 결합된 하단부(200);를 포함하고,
상기 하단부(200)는,
상기 하단부(200)의 상부에 형성되어 상기 상단부(100)에 가스를 공급하는 가스공급부(210); 상기 가스공급부(210)의 하부에 형성되며, 배지를 공급받아 상기 상단부(100)로 배지를 공급하는 배지순환부(220); 상기 배지순환부(220)의 하부에 형성되며 상기 상단부(100)로부터 폐액을 공급받아 폐액통으로 폐액을 배출하는 폐액순환부(230); 및 상기 폐액순환부(230)의 하부에 형성되는 가스배출라인(240);를 포함하고,
상기 가스공급부(210)는, 내부에 공간이 형성된 가스챔버(211); 상기 가스챔버(211)의 측면에 형성된 가스주입구(213); 상기 가스챔버(211) 상부에 형성된 가스공급홀(215); 및 상기 가스공급홀(215)에 설치되는 스파저(217);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The upper part 100 in which the space 110 in which the organism is cultured is formed; And a lower end portion 200 coupled to the lower portion of the upper portion 100 so as to be detachably attached thereto,
The lower part 200 is,
A gas supply part 210 formed above the lower part 200 to supply gas to the upper part 100; A discharge circulating part 220 formed below the gas supply part 210 and supplying a medium to the upper part 100 by receiving a medium; A waste liquid circulating part 230 formed under the medium circulation part 220 and receiving waste liquid from the upper part 100 and discharging the waste liquid into the waste liquid container; And a gas discharge line 240 formed under the waste liquid circulation unit 230,
The gas supply unit 210 includes a gas chamber 211 having a space formed therein; A gas inlet 213 formed on the side of the gas chamber 211; A gas supply hole 215 formed above the gas chamber 211; And a sparger 217 installed in the gas supply hole 215. A sparger assembly for a bioreactor comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 배지순환부(220)는, 상기 배지순환부(220) 일측면에 형성되는 배지투입구(221); 및 상기 배지순환부(220) 측면에 형성되는 배지토출구(223);를 포함하며,
상기 폐액순환부(230)는, 상기 폐액순환부(230) 일측면에 형성되는 폐액공급구(231); 및 상기 폐액순환부(230) 측면에 형성되는 폐액배출구(233);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The method of claim 1,
The discharge circulating part 220 may include a discharge inlet 221 formed on one side of the discharge circulating part 220; And a discharge outlet 223 formed on the side of the discharge circulation part 220,
The waste liquid circulating part 230 may include a waste liquid supply port 231 formed on one side of the waste liquid circulating part 230; And a waste liquid discharge port 233 formed on a side of the waste liquid circulation unit 230. A sparger assembly for a bioreactor comprising a.
 제2항에 있어서,
상기 상단부(100)는, 상기 상단부(100)의 측면 하부에 형성되는 배지공급구(120); 및 상기 상단부(100)의 측면에 형성되는 폐액토출구(130);를 포함하며,
상기 배지공급구(120)는 관을 통해 상기 배지토출구(223)와 연결되고,
상기 폐액토출구(130)는 관을 통해 상기 폐액공급구(231)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The method of claim 2,
The upper end portion 100 may include a discharge port 120 formed at a lower side of the upper end portion 100; And a waste liquid discharge port 130 formed on a side surface of the upper part 100,
The discharge port 120 is connected to the discharge port 223 through a tube,
The waste liquid discharge port 130 is characterized in that connected to the waste liquid supply port 231 through a pipe, a sparger assembly for a bioreactor.
 제1항에 있어서,
상기 상단부(100)의 하부 외측에는 플랜지부(140)가 형성되고, 상기 가스챔버(211)의 상부 외측에는 상기 플랜지부(140)에 대응되는 플랜지(219)가 형성되어,
상기 상단부(100)와 하단부(200)는 플랜지 결합되는 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 에셈블리.
The method of claim 1,
A flange portion 140 is formed on the lower outside of the upper portion 100, and a flange 219 corresponding to the flange portion 140 is formed on the upper outside of the gas chamber 211,
The upper part 100 and the lower part 200 are flange-coupled, characterized in that the sparger assembly for a bioreactor.
 제1항에 있어서,
상기 스파저(217)는 소결 합금(Sintered metal)로 형성된 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The method of claim 1,
The sparger 217 is a sparger assembly for a bioreactor, characterized in that formed of a sintered metal.
 제1항에 있어서,
상기 스파저(217)에는 0.1 ~ 10㎛ 직경의 미세공극들이 형성된 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The method of claim 1,
A sparger assembly for a bioreactor, characterized in that the sparger 217 has micropores having a diameter of 0.1 to 10 μm.
 제1항에 있어서,
상기 스파저(217)는 평판형 또는 환형인 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.
The method of claim 1,
The sparger 217 is a sparger assembly for a bioreactor, characterized in that the flat or annular shape.
 제1항에 있어서,
상기 가스공급부(210)는, 상기 가스공급홀(215)과 스파저(217) 사이에 위치하는 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 생물반응기용 스파저 어셈블리.The method of claim 1,
The gas supply unit 210 further comprises a gasket positioned between the gas supply hole 215 and the sparger 217. A sparger assembly for a bioreactor.
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