KR20120010087A - Micro refinery system for ethanol production - Google Patents

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KR20120010087A
KR20120010087A KR1020107025826A KR20107025826A KR20120010087A KR 20120010087 A KR20120010087 A KR 20120010087A KR 1020107025826 A KR1020107025826 A KR 1020107025826A KR 20107025826 A KR20107025826 A KR 20107025826A KR 20120010087 A KR20120010087 A KR 20120010087A
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KR
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ash
distillation tube
ethanol
fermentation
micropurifier
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Application number
KR1020107025826A
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Korean (ko)
Inventor
토마스 제이. 쿠인
Original Assignee
이-퓨얼 코포레이션
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M21/12—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing fuels or solvents
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Abstract

마이크로 정제 시스템은 발효 탱크, 증류 튜브 및 막 에탄올 분리 장치를 포함한다. 당, 효모 및 물을 포함하는 회분은 발효 탱크 내에서 혼합된다. 센서가 회분의 물리적 특징 및 시스템의 작동 상태를 탐지한다. 센서는 제어 시스템에 연결되는데 상기 제어 시스템은 탐지된 공정 정보를 룩업 테이블과 비교하여 시스템이 최적의 에탄올 생산 조건 하에서 작동되는지 여부를 결정한다. 센서가 회분에 대한 문제점을 탐지하면, 제어 시스템은 화학적 구성성분을 회분에 첨가하여 화학적 불균형을 보정할 수 있다. 시스템은 또한 탐지된 정보를 조작자 컴퓨터에 전송하고 조작자 컴퓨터로부터 제어 명령을 수신함으로써 원격 작동을 촉진할 수 있다. The micropurification system includes a fermentation tank, a distillation tube and a membrane ethanol separation device. Ash containing sugar, yeast and water are mixed in the fermentation tank. Sensors detect the physical characteristics of the ash and the operating status of the system. The sensor is connected to a control system, which compares the detected process information with a lookup table to determine whether the system is operating under optimal ethanol production conditions. If the sensor detects problems with the ash, the control system can add chemical components to the ash to correct for chemical imbalances. The system can also facilitate remote operation by sending detected information to the operator computer and receiving control commands from the operator computer.

Description

에탄올 생산을 위한 마이크로 정제 시스템{MICRO REFINERY SYSTEM FOR ETHANOL PRODUCTION}MICRO REFINERY SYSTEM FOR ETHANOL PRODUCTION

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 미국 특허 출원 제12/110,242호, "마이크로 정제기로써 탄소 배출권을 사용하는 방법{Method For Using Carbon Credits With Micro Refineries}"(2008.04.25. 출원) 및 미국 특허 출원 제12/110,158호, "에탄올 생산을 위한 마이크로 정제 시스템{Micro Refinery System For Ethanol Production}"(2008.04.25. 출원)에 대하여 우선권을 주장하며, 이들 출원은 본 발명의 참고문헌으로 수록된다. The present application discloses US patent application Ser. No. 12 / 110,242, "Method For Using Carbon Credits With Micro Refineries," filed Apr. 25, 2008, and US patent application Ser. No. 12 / 110,158, Priority is claimed for "Micro Refinery System For Ethanol Production" (application dated April 25, 2008), which applications are incorporated by reference in the present invention.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 일반적으로 공급재료(feedstock) 및/또는 폐기된 알코올성 액체를 에탄올로 전환시키는 마이크로 정제 에탄올 시스템을 원격 감시하고, 상기 마이크로 정제 시스템으로부터의 데이터를 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention generally relates to systems and methods for remote monitoring and processing data from microrefining ethanol systems for converting feedstock and / or discarded alcoholic liquids to ethanol.

발명의 배경Background of the Invention

에탄올 발효(fermentation)는 생물학적 과정인데, 이러한 과정에 의해 당과 같은 것이 내연 기관(internal combustion engine)용 연료로 사용될 수 있는 에탄올로 전환된다. 전분 또는 당-계(sugar-based) 공급재료는 에탄올 즉 에틸 알코올을 생산하기 위하여 사용될 수 있다. 당 및 효모(yeast)를 에탄올로 전환시키기 위해 대규모 발효조가 사용된다. 발효 이후, 증류 과정에서 에탄올은 그 밖의 다른 유체로부터 분리된다. 무수 에탄올은 가솔린과 혼합될 수 있고, 그 후 가솔린 비축기지 또는 소매점으로 운송될 수 있다.  Ethanol fermentation is a biological process that converts sugar-like things into ethanol, which can be used as fuel for internal combustion engines. Starch or sugar-based feedstocks can be used to produce ethanol or ethyl alcohol. Large-scale fermenters are used to convert sugars and yeasts to ethanol. After fermentation, ethanol is separated from other fluids in the distillation process. Anhydrous ethanol may be mixed with gasoline and then shipped to a gasoline reserve or retail store.

대규모 산업용 에탄올 발효 설비의 문제점은 이러한 생산이 에탄올의 대규모 회분(batch)을 생산하는 대규모 기계장치를 요구한다는 점이다. 그 후 에탄올은 첨가제와 혼합되어야만 하고, 운송 트럭으로 이송되어 주유소에 배달된다. 이러한 대규모 에탄올 생산 설비는 또한 이러한 설비가 하루 24시간 운행됨에 따라 정제 공정 및 장비를 작동시키고 감시하기 위한 많은 수의 특별 숙련 기술자를 요구한다. The problem with large industrial ethanol fermentation plants is that such production requires large machinery to produce large batches of ethanol. The ethanol then has to be mixed with the additive, transported to a transport truck and delivered to the gas station. These large-scale ethanol production facilities also require a large number of special skilled technicians to operate and monitor the purification process and equipment as these facilities operate 24 hours a day.

최적의 성능 효율성을 유지시키기 위해 비숙련자에 의해 원거리 및/또는 자동으로 작동되고 감시될 수 있는 기계장치를 사용하여 소규모 회분으로 에탄올을 생산하기 위한 더욱 편리한 마이크로 정제 시스템이 요구된다. There is a need for a more convenient micropurification system for producing ethanol in small batches using machinery that can be operated and monitored remotely and / or automatically by unskilled personnel to maintain optimum performance efficiency.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명은 당 또는 알코올성 음료로부터 에탄올을 생산하는 마이크로 정제 시스템에 관한 것이다. 마이크로 정제기는 마이크로 정제기와 여러 컴퓨터의 통신을 가능하게 하는 컴퓨터와 연결된다. 마이크로 정제기는 또한 시스템 작동 데이터를 제공하는 많은 센서를 포함할 수 있다. 마이크로 정제기는 상태 정보를 제공할 수 있으며, 요구되는 공급재료 재고를 저장분 및 소모 비율에 기초하여 제공하는 것과 같은 자동화된 작동을 수행할 수 있다. 상기 시스템은 공급재료 저장분을 감시할 수 있으며 사용자의 에탄올 소모를 유지하기 위하여 필요한 요구되는 재고량을 평가할 수 있다. The present invention relates to a micropurifying system for producing ethanol from sugar or alcoholic beverages. The micropurifier is connected to a computer that enables communication between the micropurifier and various computers. The micropurifier may also include many sensors that provide system operation data. The micropurifier can provide status information and perform automated operations such as providing the required feedstock inventory based on storage and consumption rates. The system can monitor feedstock storage and evaluate the required inventory required to maintain the user's ethanol consumption.

마이크로 정제기는 또한 전기적 통신을 통하여 생산 정보를 임의의 제어 장치에 제공할 수 있다. 상기 시스템은 또한 모든 처리 장치에 어떤 문제점이 있는지를 나타낼 수 있다. 상기 시스템에 어떠한 유지관리 또는 수리가 요구되는 경우, 마이크로 정제기는 필요한 서비스의 요구를 나타내는 신호를 전송할 수 있다. 상기 시스템은 사용자 컴퓨터로 정보를 전달할 수 있어 그에 따라 사용자가 서비스를 요구할 수 있거나, 또는 또 다른 구체 예에서, 상기 시스템은 서비스 공급자에게 서비스 요청을 자동으로 전달할 수 있다. The micropurifier may also provide production information to any control device via electrical communication. The system can also indicate what problems there are with all processing devices. If any maintenance or repair is required for the system, the micropurifier can transmit a signal indicating the required service needs. The system can deliver information to a user computer so that a user can request a service, or in another embodiment, the system can automatically deliver a service request to a service provider.

마이크로 정제 시스템이 사용자의 지역에 설치되는 경우, 상기 시스템은 전력 공급기, 물 공급기 및 유체 배출구에 연결될 수 있다. 상기 시스템이 연료 펌프를 포함하기 때문에, 상기 시스템은 운송수단이 접근하기 쉬운 장소에 설치되어야 한다. 마이크로 정제기를 설치하기 위해서는 표면이 평탄한 장소가 요구되며 상기 정제기를 물 공급원, 전력 공급원, 및 폐수 처리기와 연결시키는 것이 요구된다. 마이크로 정제기는 자동으로 작동하며 상기 시스템의 작동은 사용자 컴퓨터 또는 시스템 관리자 컴퓨터에 의해 감시되고 제어된다. 상기 시스템은 사용자 인터페이스(user interface)를 통하여 감시되고 제어될 수 있으며 및/또는 데이터는 전송장치(transmitter)를 통하여 인터넷과 같은 컴퓨터 네트워크로 전송될 수 있다. 작동 정보 및 시스템 제어가 그 후 네트워크를 통하여 사용자의 컴퓨터 또는 시스템 관리 컴퓨터로 전송될 수 있으며 그에 따라 작동이 원격 감시될 수 있다. If a micropurification system is installed in the user's area, the system can be connected to a power supply, a water supply and a fluid outlet. Since the system includes a fuel pump, the system must be installed in a place where the vehicle is easily accessible. The installation of a micropurifier requires a flat surface and requires the purifier to be connected to a water source, a power supply, and a wastewater treatment unit. The micropurifier operates automatically and the operation of the system is monitored and controlled by a user computer or a system administrator computer. The system may be monitored and controlled via a user interface and / or data may be transmitted to a computer network such as the Internet via a transmitter. Operational information and system control can then be transmitted over the network to the user's computer or system management computer and the operation can thus be monitored remotely.

상기 시스템이 사용자의 부지에 설치되고 사용자가 상기 마이크로 정제기를 켤 때, 상기 시스템은 적절한 작업을 위하여 각각의 시스템을 확인하는 시작 과정(start up process)을 거칠 수도 있다. 일단 시스템이 공정을 시작할 준비가 되면, 당, 효모 및 효모 영양제를 포함하는 공급재료가 발효 탱크 내에서 물과 혼합된다. 상기 발효 탱크는 교반기, 온도 조절 장치 및 로드 셀(load cell)을 포함하는 밀봉된 유닛이다. 측정 시스템이 발효 탱크 내에 놓인 공급 재료 구성성분의 양 및 공급재료와 혼합되는 물의 부피를 탐지하고 그에 따라 발효 공정이 개시될 수 있다. 제어 시스템은 적절한 화학적 혼합물 및 발효 환경을 자동으로 유지하는 펌프, 교반기, 밸브, 팬, 센서 및 열전 냉각기(thermoelectric cooler)를 관리한다. 이러한 과정에서, 효모는 당을 소모시켜 당을 에탄올, 이산화탄소 기체 및 열로 전환시킨다. 한 구체 예에서, 상기 시스템은 방출되는 이산화탄소를 탐지하고 회분의 화학적 구성성분을 탐지함으로써 발효 공정을 감시할 수 있다. 공급재료의 공급은 탱크 내로의 재료 흐름을 제어하는 작동 밸브를 통하여 수동으로 또는 자동으로 수행될 수 있다. When the system is installed at the user's site and the user turns on the micropurifier, the system may go through a start up process to identify each system for proper operation. Once the system is ready to begin the process, the feedstock including sugar, yeast and yeast nutrients is mixed with water in the fermentation tank. The fermentation tank is a sealed unit comprising a stirrer, a thermostat and a load cell. The measurement system detects the amount of feed material constituents placed in the fermentation tank and the volume of water mixed with the feedstock and thus initiates the fermentation process. The control system manages pumps, agitators, valves, fans, sensors and thermoelectric coolers that automatically maintain the appropriate chemical mixture and fermentation environment. In this process, yeast consumes sugar to convert the sugar into ethanol, carbon dioxide gas and heat. In one embodiment, the system can monitor the fermentation process by detecting carbon dioxide released and the chemical constituents of the ash. Feeding of the feedstock may be performed manually or automatically through an actuating valve that controls the flow of material into the tank.

시스템은 로드 셀로부터의 출력 신호를 감시함으로써 회분 구성성분의 초기 중량을 탐지할 수 있다. 공급재료 성분이 연속적으로 그리고 개별적으로 투입되면, 각 성분의 중량은 각 공급재료 성분이 첨가됨에 따라 중량 변화로 나타날 것이다. 탐지된 공급재료 중량에 기초하여, 대응하는 적절한 물의 중량/부피가 계산될 수 있다. 탱크로 투입되는 물의 양은 로드 셀 또는 흐름 측정 장치에 의해 탐지될 수 있다. 한 구체 예에서, 탱크는 또한 발효 탱크 내 액체의 부피를 탐지하는 센서를 가질 수 있다. 액체 센서는 탱크 내 여러 저항기와 연결된 부구(float)를 포함할 수 있다. 탱크가 가득 찰 때, 상기 저항기는 낮은 저항값으로 설정된다. 탱크가 비어감에 따라, 저항기는 저항값을 변화시키고 그에 따라 상기 부구는 미끄러진다. 아래쪽으로의 이동은 액체 센서의 전기 저항값을 증가시킬 수 있고 저항값은 탱크가 비었을 때 가장 높은 값에 도달한다. 시스템은 탐지된 전기 저항값에 기초하여 액체의 부피를 계산하도록 조정될 수도 있다. The system can detect the initial weight of the ash component by monitoring the output signal from the load cell. If feed ingredients are added continuously and individually, the weight of each ingredient will appear as a weight change as each feed ingredient is added. Based on the detected feed weight, the corresponding appropriate weight / volume of water can be calculated. The amount of water introduced into the tank can be detected by a load cell or flow measurement device. In one embodiment, the tank may also have a sensor to detect the volume of liquid in the fermentation tank. The liquid sensor may include a float connected with various resistors in the tank. When the tank is full, the resistor is set to a low resistance value. As the tank is emptied, the resistor changes the resistance value and accordingly the mouth slips. Moving downward can increase the electrical resistance of the liquid sensor and the resistance reaches its highest value when the tank is empty. The system may be adjusted to calculate the volume of the liquid based on the detected electrical resistance value.

그 후 시스템은 공급재료, 당 및 물을 교반기로 혼합시킬 수 있다. 발효 과정이 일어남에 따라, 효모와 당의 반응은 열을 발생시킨다. 시스템은 또한 발효를 위한 최적의 온도 범위 내로 발효 탱크가 유지되도록 발효 탱크의 온도를 제어할 수 있다. 온도를 감시함으로써, 발효 탱크가 가열, 냉각되어야 할지 또는 그대로 유지되어야 할지를 가열 시스템이 결정할 수 있다. 한 구체 예에서, 온도 제어 유닛은 열판(thermal plate)인데 상기 열판은 발효 탱크와 연결되고 판에 인가되는 전압의 극성을 전환함으로써 내부 체적을 가열 및 냉각시킬 수 있다. 발효 과정에서, 공급재료와 당은 에탄올 및 이산화탄소로 전환된다. 에탄올이 생성됨에 따라 이산화탄소는 발효 탱크로부터 발산되며 탱크 내 물질의 중량은 감소한다. 시간에 따라 물질의 중량 변화를 탐지함으로써, 상기 시스템은 발효 과정의 상태 및 진척을 확인할 수 있다. The system can then mix the feedstock, sugar and water with a stirrer. As the fermentation process takes place, the reaction of yeast with sugar generates heat. The system may also control the temperature of the fermentation tank such that the fermentation tank is maintained within the optimum temperature range for fermentation. By monitoring the temperature, the heating system can determine whether the fermentation tank should be heated, cooled or kept intact. In one embodiment, the temperature control unit is a thermal plate, which is connected to the fermentation tank and can heat and cool the internal volume by switching the polarity of the voltage applied to the plate. During fermentation, the feedstock and sugar are converted to ethanol and carbon dioxide. As ethanol is produced, carbon dioxide is released from the fermentation tank and the weight of the material in the tank decreases. By detecting the weight change of the material over time, the system can confirm the status and progress of the fermentation process.

한 구체 예에서, 혼합 비율 또는 혼합 방법이 적절하고 회분이 발효되는지를 결정하기 위하여, 상기 시스템은 발효 구성성분의 혼합물을 검사할 수 있다. 발효 동안, 회분 액체의 시료를 주기적으로 발효 탱크로부터 제거하고 하나 이상의 센서를 함유하는 시험 영역에 놓는다. 시료를 회분으로부터 제거하고 시료를 시험 영역에 놓기 위해, 펌프에 연결된 튜브가 사용될 수 있다. 센서는 전도도, pH 수치, 광학 굴절 또는 광학적 파장 흡수 및 형광과 같은 물리적 특성을 탐지할 수 있다. 센서 출력을 분석하여 발효 탱크 내 화학적 구성성분의 양을 결정한다. 시료를 시험한 후, 시스템은 시료를 회분에 되돌려보낼 수 있다. 발효 과정을 감시하기 위하여, 시스템은 회분식 공정 동안 연속적으로 또는 주기적으로 회분의 시료를 시험할 수 있다. 따라서, 시료 제거 시스템은 일부분의 회분을 시험 용기 내로 연속적으로 펌핑할 수 있거나 또는 시험 시료를 시험 용기로 주기적으로 운송할 수 있다. 한 구체 예에서, 시료를 별도의 시험 챔버로 이동시키지 않고 회분을 발효 탱크 내에서 직접 시험할 수 있다. In one embodiment, the system may examine the mixture of fermentation components to determine if the mixing ratio or mixing method is appropriate and the ash is fermented. During fermentation, a sample of ash liquid is periodically removed from the fermentation tank and placed in a test zone containing one or more sensors. A tube connected to a pump can be used to remove the sample from the ash and place the sample in the test area. The sensor can detect physical properties such as conductivity, pH value, optical refraction or optical wavelength absorption and fluorescence. The sensor output is analyzed to determine the amount of chemical constituents in the fermentation tank. After testing the sample, the system can return the sample to the ash. To monitor the fermentation process, the system can test the batch of samples continuously or periodically during the batch process. Thus, the sample removal system can continuously pump a portion of ash into the test vessel or can periodically transport the test sample to the test vessel. In one embodiment, the ash can be tested directly in the fermentation tank without moving the sample to a separate test chamber.

일단 센서가 회분 시료의 측정치를 수집하면, 탐지된 특성은 예상된 수치 또는 최적의 수치와 비교되는데, 이들 수치는 사전 프로그램된 수치의 룩업 테이블(look up table)에 저장될 수 있거나 또는 알고리즘으로부터 유추될 수 있다. 탐지된 화학적 구성성분을 룩업 테이블 또는 원격 통신 피드백과 비교함으로써, 시스템은 회분이 회분 구성성분의 최적의 혼합물을 함유하는지 여부를 결정할 수 있다. 탐지된 수치와 예상된 수치 사이에 실질적인 차이가 존재하면, 시스템은 부족하거나 과량의 화학적 구성성분을 확인할 수 있다. 그 후 시스템은 회분을 보정하기 위하여 탱크에 첨가되어야만 하는 화학적 구성성분을 사용자에게 알려줄 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 화학물질이 내부에 저장되고, 마이크로 정제기가 상기 물질을 발효 탱크에 자동으로 첨가하여 회분 혼합물의 화학적 불균형을 보정할 것이다. Once the sensor collects the measurements of the batch sample, the detected characteristics are compared to the expected or optimal values, which can be stored in a look up table of pre-programmed values or inferred from the algorithm. Can be. By comparing the detected chemical components with lookup tables or telecommunications feedback, the system can determine whether the ash contains the optimal mixture of ash components. If there is a substantial difference between the detected value and the expected value, the system may identify insufficient or excess chemical constituents. The system can then inform the user of the chemical components that must be added to the tank to correct the ash. In another embodiment, the chemical is stored therein and a micropurifier will automatically add the material to the fermentation tank to correct chemical imbalance of the ash mixture.

일부 경우에 있어서 구성성분의 최적의 혼합 또는 비율은 주위 조건에 의존할 수 있다. 시스템이 탱크의 온도를 제어할 수 있는 동안, 추가적인 센서가 온도, 습도, 기압 등과 같은 주위 기후 변화를 측정한다. 기후 변화가 탐지되면, 시스템은 룩업 테이블을 참조하거나 또는 구성성분의 적절한 비율을 위한 온라인 원격 피드백을 수득할 수 있다. 그 후 시스템은 탱크 내 물질의 혼합을 주위 조건에 대한 이상적인 상태로 수정할 수 있다. 시스템은 또한 탱크 내 적절한 기후를 유지하기 위하여 냉각 또는 가열 장치를 가동시킬 것이다. In some cases the optimal mixing or proportion of components may depend on ambient conditions. While the system can control the temperature of the tank, additional sensors measure ambient climate changes such as temperature, humidity, air pressure, and so on. If climate change is detected, the system may consult the lookup table or obtain online remote feedback for the proper proportion of the components. The system can then modify the mix of material in the tank to an ideal state for the ambient conditions. The system will also run a cooling or heating device to maintain the proper climate in the tank.

발효 과정이 완결된 이후, 발효 탱크는 에탄올 및 물을 포함한다. 증류 시스템에서 에탄올을 물과 분리시킨다. 며칠 기간이 흐른 후, 에탄올을 천천히 가열하고, 에탄올과 물의 증기를 생성하는 증류 칼럼을 통하여 발효 탱크로부터 펌핑한다. 이들 물질의 끓는점이 서로 다르기 때문에, 에탄올 증기는 증류 튜브의 상부로 올라가는 경향이 있는 반면 대부분의 수증기는 튜브 벽에 응축되고 증류 튜브를 빠져나가지 않는다. After the fermentation process is completed, the fermentation tank contains ethanol and water. Ethanol is separated from water in a distillation system. After a period of several days, the ethanol is heated slowly and pumped from the fermentation tank through a distillation column producing a vapor of ethanol and water. Because of the different boiling points of these materials, ethanol vapors tend to rise to the top of the distillation tube while most of the water vapor condenses on the tube wall and does not exit the distillation tube.

상기 시스템이 평탄하지 않은 표면에 장착될 수 있고 적절한 증류를 위하여 수직 정렬이 필수적이기 때문에, 상기 시스템은 증류 튜브에 대한 수직 정렬 시스템을 포함한다. 한 구체 예에서, 짐발(gimbal)이 증류 튜브의 상반면에 결합된다. 대부분의 중량이 짐발 아래에 있기 때문에, 증류 튜브는 회전하여 수직 정렬되는 경향이 있다. 시스템은 단지 정렬 과정 동안 자유 회전을 허용한다. 정렬이 수행된 이후, 시스템은 회전 운동을 방지하기 위하여 증류 과정 동안 증류 튜브를 제 위치에 고정시킬 수도 있다. Since the system can be mounted on an uneven surface and vertical alignment is essential for proper distillation, the system includes a vertical alignment system for the distillation tube. In one embodiment, a gimbal is bonded to the upper half of the distillation tube. Since most of the weight is under the gimbal, the distillation tubes tend to rotate and vertically align. The system only allows free rotation during the alignment process. After the alignment is performed, the system may hold the distillation tube in place during the distillation process to prevent rotational motion.

증류 튜브는 증발된 맥주(ber)를 알코올로부터 제거하기 위하여 사용되는 패킹 또는 수평의 천공된 판과 같은 물질로 채워질 수 있다. 이상적으로, 증발된 맥주와 에탄올은 증류 튜브의 바닥으로 들어가고 맥주 증기는 튜브 상부로 이동한다. 물 및 그 밖의 다른 무거운 물질은 패킹 또는 판에 의해 차단된다. 이와 대조적으로, 에탄올은 증기 형태를 유지하며 계속하여 증류 튜브 상부로 이동할 것이다. 이는 물 및 그 밖의 다른 오염물질을 에탄올 증기로부터 분리하는 것을 돕는다. The distillation tube may be filled with a material such as a packing or horizontal perforated plate used to remove evaporated ber from alcohol. Ideally, the evaporated beer and ethanol enter the bottom of the distillation tube and the beer vapor moves to the top of the tube. Water and other heavy materials are blocked by packings or plates. In contrast, ethanol will continue to move up the distillation tube while maintaining the vapor form. This helps to separate water and other contaminants from ethanol vapor.

한 구체 예에서, 다중 판이 튜브 내에 수직으로 설치된다. 그렇지만, 바람직한 구체 예에서, 대각선으로 기울어진 천공된 판이 튜브 내에 위치된다. 천공된 판의 구멍 크기는 증류 성능을 최적화하도록 조절될 수 있다. 마이크로 정제기가 오랜 시간 동안 작동하거나 또는 일시적으로 생산을 중지할 때 심각한 문제가 발생한다. 맥주는 응축 튜브 내 패킹 또는 천공된 판에 잔류할 수 있으며 이는 천공 및/또는 패킹을 막히게 할 수 있다. 따라서 전체 응축 튜브는 시스템이 최적의 효능으로 운행되기 전에 세정 되어야만 한다. 이러한 막힘 문제를 줄이기 위하여, 상기 판은 기울어질 수 있으며 그 결과 수증기와 맥주 증기가 판 상부에서 응축되고, 응축된 액체를 중력이 판의 아래 모서리 쪽으로 끌어당길 것이다. 맥주 액체가 천공으로부터 멀리 이동할 것이기 때문에 증류 튜브에 대한 피해가 훨씬 덜할 것이다.In one embodiment, multiple plates are installed vertically in the tube. However, in a preferred embodiment, diagonally inclined perforated plates are located in the tube. The pore size of the perforated plate can be adjusted to optimize distillation performance. Serious problems arise when the micropurifier runs for a long time or temporarily stops production. The beer may remain in the packing in the condensation tube or in the perforated plate, which may clog the perforations and / or the packing. Therefore, the entire condensation tube must be cleaned before the system can run at optimum efficiency. To reduce this clogging problem, the plate can be tilted so that water vapor and beer vapors will condense at the top of the plate and gravity will draw the condensed liquid towards the bottom edge of the plate. The damage to the distillation tube will be much less since the beer liquid will move away from the perforation.

한 구체 예에서, 증류 튜브는 여러 부품으로 분해될 수 있는 다중-부품 유닛이다. 판 또는 패킹이 교체 또는 수리되는 것이 요구되면, 증류 튜브는 분해될 수 있으며 내부 표면에 접근할 수 있다. 한 구체 예에서, 증류 튜브는 길이를 따라 하나 이상의 커플링을 가질 수 있다. 커플링은 임의 적절한 디자인일 수 있다. 바람직한 구체 예에서, 커플링은 증류 튜브의 부분품(section)이 회전할 때 갈고리와 맞물리는 핀을 포함할 수 있다. 한 방향으로의 회전은 상기 부분품이 축 정렬에서 결합되도록 할 것이며, 반대 방향으로의 회전은 상기 부분품이 풀어지고 분리되도록 할 것이다. 상기 부분품이 함께 결합될 때, 상기 부분품이 회전하는 것을 방지하기 위하여 잠금 장치가 사용될 수 있다. In one embodiment, the distillation tube is a multi-part unit that can be broken down into several parts. If the plate or packing is required to be replaced or repaired, the distillation tube can be disassembled and access to the inner surface. In one embodiment, the distillation tube can have one or more couplings along its length. The coupling can be of any suitable design. In a preferred embodiment, the coupling may comprise a pin that engages the hook as the section of the distillation tube rotates. Rotation in one direction will cause the parts to engage in axial alignment and rotation in the opposite direction will cause the parts to be released and separated. When the parts are joined together, a locking device can be used to prevent the parts from rotating.

증류 튜브를 빠져나가는 증기는 분리막을 통하여 지나가고 상기 분리막은 에탄올을 그 밖의 다른 유체로부터 분리한다. 상기 막은 뜨거운 증기에 너무 빨리 노출되는 열 쇼크에 의해 손상될 수 있다. 뜨거운 증기로부터 막의 손상을 방지하기 위하여, 시스템은 예열 장치 및 막 온도를 탐지하는 온도 센서를 포함할 수도 있다. 예열 장치는 히터일 수 있는데 상기 히터는 막이 뜨거운 증기에 노출되기 전에 막을 점진적으로 가열한다. 예열은 막의 손상을 방지하기 위하여 열의 증가 속도를 조절할 수 있는 제어기에 의해 제어될 수 있다. 막 온도가 고온의 물 및 에탄올 증기의 온도와 비슷해 졌을 때, 시스템은 밸브를 열어 물 및 에탄올 증기가 상기 막을 통하여 흐르게 할 수 있다. Vapor exiting the distillation tube passes through the separator, which separates ethanol from other fluids. The membrane can be damaged by heat shock which is exposed too quickly to hot steam. To prevent damaging the membrane from hot steam, the system may include a preheater and a temperature sensor to detect the membrane temperature. The preheating device may be a heater, which gradually heats the membrane before the membrane is exposed to hot steam. Preheating can be controlled by a controller that can adjust the rate of heat increase to prevent damage to the membrane. When the membrane temperature is close to that of the hot water and ethanol vapor, the system can open the valve to allow water and ethanol vapor to flow through the membrane.

막은 작은 공극을 갖는데, 상기 공극은 작은 물 분자는 통과하게 하지만 더 큰 에탄올 분자는 통과하지 못하게 하여 에탄올 분자는 출구 포트를 통하여 흐른다. 수증기를 막 공극을 통하여 끌어당기기 위해 진공이 사용될 수 있다. 물이 에탄올로부터 분리된 후, 다수의 열 교환기와 열전 냉각기가 에탄올 증기와 수증기를 액체로 다시 전환시킨다. 물은 재순환되고 연료 등급 에탄올은 저장 탱크로 흘러가며 사용을 위해 활용가능하다. 한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 에탄올뿐만 아니라 가솔린을 저장한다. 한 구체 예에서, 사용자는 에탄올 대 가솔린의 혼합 비율을 조절할 수 있다. 연료가 필요할 때, 혼합된 연료가 마치 주유소처럼 호스 및 노즐을 통하여 제공된다. The membrane has small pores, which allow small water molecules to pass but larger ethanol molecules not to pass, allowing ethanol molecules to flow through the outlet port. Vacuum can be used to draw water vapor through the membrane pores. After the water is separated from the ethanol, a number of heat exchangers and thermoelectric coolers convert the ethanol vapor and water vapor back to the liquid. Water is recycled and fuel grade ethanol flows into the storage tank and is available for use. In one embodiment, the micropurifier stores gasoline as well as ethanol. In one embodiment, the user can adjust the mixing ratio of ethanol to gasoline. When fuel is needed, the mixed fuel is provided through hoses and nozzles as if it were a gas station.

마이크로 정제기는 또한 시스템 부품 성능 및 장치 고장을 탐지할 수 있는 센서를 함유할 수 있다. 다양한 종류의 센서가 본 시스템에 포함될 수 있다. 압력 센서가 펌프, 칼럼 흐름 및 모터 펌프 흠결 상태를 탐지하기 위하여 사용된다. 전기 센서 및 광학 센서는 당, 효모, 다양한 영양제, 알코올, 물 및 pH 균형 콘텐트를 측정할 수 있다. 온도 센서는 내부 칼럼, 열 교환기, 물 저장 수준, 에탄올 저장 수준, 열전 냉각기, 열전 히터 및 주위 증류 장소 및 외부 주위 기후를 측정한다. 가속도계 또는 스트레인 게이지 센서(strain gauge sensor)는 발효 탱크 중량을 측정한다. 전압 및 전류 센서는 칼럼 가열 소자, 모터, 펌프, 전력 공급원 입력 및 출력 전압을 측정한다. 라디오 센서(Radio sensor)는 Wi-Fi 또는 데이터 셀방식 네트워크(data cellular network)를 탐지한다. 이러한 센서들을 통하여, 시스템 작동이 감시된다. 센서 데이터는 제어기로 전송될 수 있으며 제어기는 센서로부터 온 탐지된 정보를 분석하고, 가공하고, 그리고 화면에 표시할 수 있다. The micropurifier may also contain sensors that can detect system component performance and device failures. Various types of sensors can be included in the system. Pressure sensors are used to detect pump, column flow and motor pump fault conditions. Electrical and optical sensors can measure sugar, yeast, various nutrients, alcohols, water, and pH balanced content. The temperature sensor measures the internal column, heat exchanger, water storage level, ethanol storage level, thermoelectric cooler, thermoelectric heater and ambient distillation site and external ambient climate. An accelerometer or strain gauge sensor measures the fermentation tank weight. Voltage and current sensors measure column heating elements, motors, pumps, power supply input and output voltages. Radio sensors detect Wi-Fi or data cellular networks. Through these sensors, system operation is monitored. Sensor data can be sent to the controller, which can analyze, process, and display the detected information from the sensor.

도면의 간단한 설명
도 1은 마이크로 정제 시스템의 한 구체 예의 측면도이다;
도 2는 열전 장치를 나타낸다;
도 3은 시간에 따른 회분 중량의 변화를 나타내는 그래프이다;
도 4는 짐발 장치의 일면도를 나타낸다;
도 5는 증류 튜브 판 어셈블리의 평면도를 나타낸다;
도 6은 증류 튜브 판 어셈블리의 측면도를 나타낸다;
도 7은 복수의 커플링이 있는 증류 튜브를 나타낸다;
도 8-10은 증류 튜브 커플링의 한 구체 예를 나타낸다;
도 11은 물과 에탄올을 분리하기 위하여 사용되는 다공성 막의 횡단면을 나타낸다;
도 12는 마이크로 정제 시스템의 시스템 제어기, 그리고 센서 및 제어 장치와의 연결을 나타낸다;
도 13은 마이크로 정제기와 그 밖의 다른 시스템 컴퓨터 사이의 통신 연결을 나타낸다;
도 14는 회분의 형광을 감시하는 센서를 나타낸다;
도 15는 회분을 감시하기 위한 광학 파장 흡수 센서를 나타낸다;
도 16은 회분을 감시하기 위한 광학 굴절 센서를 나타낸다;
도 17은 회분을 감시하기 위한 pH 센서를 나타낸다;
도 18은 회분을 감시하기 위한 산소 센서를 나타낸다; 그리고
도 19는 회분을 감시하기 위한 전기 저항 센서를 나타낸다. Brief Description of Drawings
1 is a side view of one embodiment of a micropurification system;
2 shows a thermoelectric device;
3 is a graph showing the change in ash weight over time;
4 shows one side view of the gimbal device;
5 shows a top view of a distillation tube plate assembly;
6 shows a side view of a distillation tube plate assembly;
7 shows a distillation tube with a plurality of couplings;
8-10 show one embodiment of a distillation tube coupling;
11 shows a cross section of a porous membrane used to separate water and ethanol;
12 shows a connection of a system controller and a sensor and a control device of a micropurification system;
13 illustrates a communication link between a micropurifier and other system computers;
14 shows a sensor for monitoring the fluorescence of a batch;
15 shows an optical wavelength absorption sensor for monitoring ash;
16 shows an optical refractive sensor for monitoring ash;
17 shows a pH sensor for monitoring ash;
18 shows an oxygen sensor for monitoring ash; And
19 shows an electrical resistance sensor for monitoring ash.

상세한 설명details

본 발명의 마이크로 정제 시스템(101)의 구성요소는 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 한 구체 예에서 발효 탱크(103)는 아래 방향의 힘을 탐지하고 이에 대응하는 전기 출력 신호를 생성하는 로드 셀(105) 위에 놓여있다. 로드 셀(105)은 시스템 제어기(151)에 연결되어 있는데 상기 시스템 제어기는 에탄올 전환 과정 동안 탱크(103) 및 탱크(103) 내 모든 내용물의 중량을 감시한다. 로드 셀(105) 출력 신호는 탐지된 중량에 비례한다. 한 구체 예에서, 시스템 제어기(151)는 비어 있는 탱크(103)의 중량을 탐지하여 빈 탱크 중량을 보정 값(offset value)으로 저장하는 보정 과정(calibration process)을 수행할 수 있다. 그 후 상기 보정 값은 모든 탐지된 중량으로부터 감해질 수 있으며 그 결과 상기 스템 제어기(151)는 탱크(103) 내로 공급되는 물질의 중량 및 양을 탐지할 수 있다. 발효 탱크(103) 보정 과정은 일정 회분(a batch of)의 물질이 가공되는 매 시간마다 반복될 수 있다. The components of the micropurification system 101 of the present invention will be described with reference to FIG. In one embodiment fermentation tank 103 rests on load cell 105 which detects downward force and generates a corresponding electrical output signal. The load cell 105 is connected to the system controller 151 which monitors the weight of the tank 103 and all the contents in the tank 103 during the ethanol conversion process. The load cell 105 output signal is proportional to the weight detected. In an embodiment, the system controller 151 may perform a calibration process that detects the weight of the empty tank 103 and stores the empty tank weight as an offset value. The correction value can then be subtracted from all detected weights so that the stem controller 151 can detect the weight and amount of material fed into the tank 103. The fermentation tank 103 calibration process may be repeated every time a batch of material is processed.

시스템 제어기(151)는 생산되는 에탄올의 평가된 양에 기초하여, 공급될 물질의 순서 및 양을 지시할 수 있는 영상 및/또는 음성 지침을 제공할 수 있다. 예를 들면 한 구체 예에서, 사용자는 원하는 양의 에탄올을 입력할 수 있다. 그러면 시스템은 원하는 양의 에탄올을 생산하기 위하여 요구되는 물질의 예상되는 양을 계산하고 사용자에게 특정 양의 당과 공급재료를 주입할 것을 지시한다. 발효 과정을 시작하기 위하여, 뚜껑(111)을 열고 일정 비율의 당과 공급재료를 탱크(103) 내에 공급한다. The system controller 151 may provide video and / or audio instructions that can indicate the order and amount of material to be fed, based on the estimated amount of ethanol produced. For example, in one embodiment, the user can enter the desired amount of ethanol. The system then calculates the expected amount of material required to produce the desired amount of ethanol and instructs the user to inject a specific amount of sugar and feedstock. To begin the fermentation process, the lid 111 is opened and a proportion of sugar and feedstock are fed into the tank 103.

한 구체 예에서, 당이 발효 탱크(103)에 첨가되는 첫 번째 물질이다. 당의 중량은 시스템 제어기(151)에 의해 탐지되며 이에 대응하는 물의 부피가 결정된다. 당이 첨가된 이후, 시스템 제어기(151)는 공급재료를 주입할 것을 사용자에게 지시할 수 있다. 시스템 제어기(151)는 공급재료의 중량을 탐지할 수 있고 발효 탱크에 첨가되는 공급재료의 양에 관한 지침 및 정보를 제공할 수 있다. 시스템 제어기(151)는 주입되는 물질의 중량을 탐지할 수 있으며, 추가 첨가, 멈춤을 대비한 주입 속도 감소, 및 멈춤과 같은 지침을 사용자에게 제공할 수도 있다. 시스템 제어기(151)는 탱크에 첨가된 물질의 부피를 나타내는 영상 화면표시를 가질 수 있어서 사용자는 원하는 부피의 에탄올을 생산하기 위하여 언제 물질 첨가를 멈추어야 하는지 안다. 시스템 제어기(151)는 또한 에러가 발생하면 피드백을 제공할 수도 있다. 예를 들면, 시스템 제어기(151)가 너무 많이 당이 첨가된 것을 탐지하면, 시스템은 잉여 당을 위하여 발효 탱크(103)에 공급될 공급재료의 양을 증가시킴으로써 이러한 에러를 보상할 수 있다. In one embodiment, sugar is the first substance added to fermentation tank 103. The weight of sugar is detected by the system controller 151 and the volume of water corresponding thereto is determined. After sugar is added, system controller 151 may instruct the user to inject the feedstock. The system controller 151 can detect the weight of the feedstock and provide guidance and information regarding the amount of feedstock added to the fermentation tank. The system controller 151 may detect the weight of the material being injected and may provide instructions to the user, such as further addition, reduction of the injection rate in preparation for stopping, and stopping. The system controller 151 can have an image display showing the volume of material added to the tank so that the user knows when to stop adding material to produce the desired volume of ethanol. System controller 151 may also provide feedback if an error occurs. For example, if system controller 151 detects that too much sugar has been added, the system can compensate for this error by increasing the amount of feedstock to be supplied to fermentation tank 103 for surplus sugar.

또 다른 구체 예에서, 당, 효모, 및 그 밖의 다른 공급재료 성분, 예를 들면 인, 황, 포타슘, 마그네슘, 미네랄, 아미노산 및 비타민이 발효 탱크(103)에 연결된 용기(191) 내에 저장될 수 있으며, 제어 시스템(151)은 상기 용기와 연결된 밸브(193)를 제어할 수 있다. 따라서, 제어 시스템(151)은 요구되는 물질을 발효 탱크(103)에 첨가할 수 있으며 당, 효모, 및 그 밖의 다른 성분의 주입은 자동화된다. 시스템은 또한 발효 탱크에 수동으로 주입될 물질의 대규모 초기 양을 허용하며 필요에 따라 회분을 조절하기 위하여 상기 용기 내에 저장된 추가 물질을 첨가한다. 적절한 부피 및 비율의 공급재료와 당이 발효 탱크(103) 내로 주입되면, 뚜껑(111)이 닫힌다. 과정이 완결될 때까지 탱크(103)로 임의 다른 물질의 첨가를 방지하기 위하여, 뚜껑(111)은 잠금 장치를 가질 수 있다. In another embodiment, sugars, yeast, and other feedstock components, such as phosphorus, sulfur, potassium, magnesium, minerals, amino acids and vitamins, may be stored in vessel 191 connected to fermentation tank 103. In addition, the control system 151 may control the valve 193 connected to the container. Thus, the control system 151 can add the required material to the fermentation tank 103 and the injection of sugar, yeast, and other ingredients is automated. The system also allows a large initial amount of material to be manually injected into the fermentation tank and adds additional material stored in the vessel to adjust the ash as needed. When the appropriate volume and ratio of feedstock and sugar are injected into fermentation tank 103, lid 111 is closed. The lid 111 may have a locking device to prevent the addition of any other material to the tank 103 until the process is complete.

전술한 바와 같이, 시스템 제어기(151)는 발효 탱크(103) 내 당의 양을 탐지하며 발효 과정을 위한 대응하는 물의 부피를 계산한다. 시스템은 발효 과정에 필요한 부피의 물을 탱크(103)에 자동으로 첨가할 수 있다. 물의 적당한 부피는 물 저장 탱크(181)로부터 나오는 미터로 계량된 물 흐름에 기초하여 탐지될 수 있다. 그 대신에, 시스템 제어기(151)는 물의 중량을 탐지하고, 공지된 체적 중량(volumetric weight)에 기초하여 첨가된 물의 부피를 계산할 수 있다. 시스템 제어기(151)는 물 탱크(181)와 발효 탱크(103) 사이의 밸브에 연결된다. 시스템 제어기(151)는 밸브를 열어 물이 탱크(103) 내로 흐르게 할 수 있고, 적절한 체적 중량 변화가 탐지될 때, 시스템 제어기(151)는 밸브를 닫을 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 물은 발효 탱크(103)에 수동으로 첨가될 수 있으며 시스템은 적절한 양의 물이 첨가된 시기를 나타낼 것이다. As described above, the system controller 151 detects the amount of sugar in the fermentation tank 103 and calculates the volume of the corresponding water for the fermentation process. The system can automatically add to the tank 103 the volume of water required for the fermentation process. Appropriate volume of water can be detected based on metered water flow from the water storage tank 181. Instead, the system controller 151 can detect the weight of the water and calculate the volume of added water based on known volume weights. System controller 151 is connected to a valve between water tank 181 and fermentation tank 103. The system controller 151 may open the valve to allow water to flow into the tank 103, and when an appropriate volume weight change is detected, the system controller 151 may close the valve. In another embodiment, water may be added manually to fermentation tank 103 and the system will indicate when the appropriate amount of water has been added.

발효 탱크(103) 내 물, 공급재료 및 당의 적절한 혼합물에 대하여, 시스템은 상기 물질들을 혼합시키기 위해 교반기(107)를 회전시킴으로써 회분 성분을 혼합할 수 있다. 한 구체 예에서, 교반 소자(107)에 연결된 샤프트(115)를 회전시키기 위하여 모터(109)가 사용된다. 교반 소자(107)는 회전할 때 탱크(103) 내 액체를 순환시키는 연장되고 기울어진 혼합 블레이드일 수 있다. 공급재료 내 효모를 당 및 발효에 필요한 영양제와 접촉시키기 위한 혼합이 요구된다. 단일 교반기(107)가 제시되지만, 또 다른 구체 예에서 물질들을 혼합하고 탱크(103) 구석에서 당과 공급재료가 덩어리지는 것을 방지하기 위하여 다중 교반기가 사용될 수 있다. For an appropriate mixture of water, feedstock and sugar in fermentation tank 103, the system may mix the ash components by rotating stirrer 107 to mix the materials. In one embodiment, a motor 109 is used to rotate the shaft 115 connected to the stirring element 107. Stirring element 107 may be an elongated and inclined mixing blade that circulates liquid in tank 103 as it rotates. Mixing is required to bring the yeast in the feed into contact with sugars and nutrients required for fermentation. Although a single stirrer 107 is shown, in another embodiment multiple stirrers may be used to mix the materials and prevent clumping of sugar and feedstock in the corners of the tank 103.

한 구체 예에서, 제어 시스템(151)은 교반기(107)의 회전 저항 또는 점도에 의해 회분 재료의 적절한 혼합을 탐지할 수 있다. 낮은 저항 또는 점도는 교반기(107)가 단지 물과 접촉함을 나타내는 반면, 높은 저항은 교반기(107)가 당 또는 공급재료의 덩어리와 접촉하였음을 나타낼 수 있다. 회분 재료를 완전하게 혼합하기 위하여 상기 시스템은 교반기(107)와 샤프트(115)를 발효 탱크(103) 내에서 이동시키도록 조절될 수 있다. 혼합 과정 동안, 회전 저항은 혼합 상태의 지표이다. 회전 저항이 일정하고 혼합물에 대한 적절한 저항 범위에 대응할 때 재료들은 적절하게 혼합될 수 있다. 일단 적절한 혼합 점도가 탐지되면, 재료들은 적절하게 혼합되며 교반기(107)의 회전은 정지될 수 있거나 또는 발효 과정 동안 주기적으로 작동될 수 있다. In one embodiment, the control system 151 can detect proper mixing of the ash material by the rotational resistance or viscosity of the stirrer 107. Low resistance or viscosity may indicate that stirrer 107 is only in contact with water, while high resistance may indicate that stirrer 107 is in contact with lumps of sugar or feedstock. The system can be adjusted to move the stirrer 107 and the shaft 115 in the fermentation tank 103 to fully mix the ash material. During the mixing process, the rolling resistance is an indicator of the mixing state. The materials can be mixed properly when the rolling resistance is constant and corresponds to the appropriate resistance range for the mixture. Once an appropriate mixing viscosity is detected, the materials are properly mixed and the rotation of the stirrer 107 may be stopped or may be operated periodically during the fermentation process.

발효 과정 동안, 효모는 물에 희석될 때 당을 흡수한다. 이러한 반응은 발효 과정 종료 시 50% 에탄올 및 50% CO2를 생산한다. 아래 화학 방정식은 전환과정을 요약한다: During the fermentation process, yeast absorbs sugars when diluted in water. This reaction produces 50% ethanol and 50% CO 2 at the end of the fermentation process. The following chemical equations summarize the conversion process:

C6H12O6 (글루코오스) → 2 CH3CH2OH (에탄올) + 2 CO2 + 열C 6 H 12 O 6 (glucose) → 2 CH 3 CH 2 OH (ethanol) + 2 CO 2 + heat

또 다른 구체 예에서, 마이크로 정제기는 셀룰로오스성 물질을 처리하여 에탄올을 생산할 수 있다. 셀룰로오스성 에탄올은 우드칩(wood chip), 옥수수 속대(corn cob) 및 옥수수대(corn stalk), 밀짚(wheat straw) 및 사탕수수대(sugarcane stalk), 사탕수수줄기(stem) 및 사탕수수잎(leaves) 또는 도심의 식물성 고형 폐기물과 같은 식물 폐기물로부터 제조된다. 셀룰로오스성 연료 생산에 대한 장점은 마이크로 정제기가 지역의 농작물 재료를 처리하고, 운송 비용을 감소시키도록 구성될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 중서부(Midwest)에 위치한 마이크로 정제기는 밀짚 및 옥수수 잔류물을 처리하도록 구성될 수 있다. 미국 남부(Southern United States)에서 마이크로 정제기는 사탕수수를 처리할 수 있다. 태평양 북서부 및 남동부에서, 목재가 에탄올로 전환될 수 있다. In another embodiment, the micropurifier can treat cellulosic material to produce ethanol. Cellulose ethanol contains wood chips, corn cobs and corn stalks, straw straws and sugarcane stalks, stems and sugar cane leaves. ) Or from plant wastes such as urban plant solid wastes. An advantage for cellulosic fuel production is that micro refiners can be configured to process local crop material and reduce transportation costs. For example, a micropurifier located in Midwest can be configured to process straw and corn residues. In the southern United States, micro refiners can process sugar cane. In the Pacific Northwest and Southeastern, wood can be converted to ethanol.

옥수수는 쉽게 처리되는데 왜냐하면 옥수수는 전분을 가지며 효소가 전분을 쉽게 당으로 분해시키고 효모가 당을 발효시켜 에탄올을 생성하기 때문이다. 이와 반대로, 셀룰로오스성 대(stalk)와 잎은 탄수화물을 함유하는데 탄수화물은 분해되기 어렵고 가닥으로 풀리기(unravel) 어려운데 왜냐하면 이들은 다른 화합물과 단단하게 결합되어 있기 때문이다. 따라서, 셀룰로오스성 농업 폐기물로부터 에탄올을 제조하기 위하여 특수한 공정이 요구된다. 더욱 구체적으로, 탄수화물을 분해시키기 위하여 발효 탱크 내에 특수한 효소가 요구된다. 이러한 특수 효소에 부가하여, 농업 폐기물 처리공정은 일반적으로 농업 폐기물 당을 에탄올로 발효시키도록 고안된 박테리아를 요구한다. Corn is easily processed because corn has starch and enzymes readily break down starch into sugars, and yeast ferments sugars to produce ethanol. In contrast, cellulosic stalks and leaves contain carbohydrates, which are difficult to break down and unravel into strands because they bind tightly to other compounds. Therefore, special processes are required to produce ethanol from cellulosic agricultural waste. More specifically, special enzymes are required in fermentation tanks to break down carbohydrates. In addition to these special enzymes, agricultural waste processing processes generally require bacteria designed to ferment agricultural waste sugars with ethanol.

농업 폐기물에 대한 또 다른 문제점은 농업 폐기물이 마이크로 정제기 부품에 손상을 줄 수 있는 바위, 점토 및 자갈과 같은 토양 물질과 혼합될 수 있다는 것이다. 손상을 방지하기 위하여, 셀룰로오스성 물질은 처리과정 이전에 물질을 더욱 미세하게 세분하기 위하여 분쇄기로 분쇄될 수 있다. 셀룰로오스 물질은 또한 셀룰로오스성 물질에 열, 압력 및 산을 가하는 기계를 사용하여 글루코오스와 비-글루코오스 당으로 분리될 수 있다. 열과 압력은 당과 섬유 슬러리 혼합물을 생성한다. 비-글루코오스 당을 섬유로부터 세척시키고 글루코오스계 섬유를 효소로 처리하여 분해시키고 섬유로부터 당을 분리시킨다. 분리된 당을 그 후 특수 박테리아 미생물을 사용하여 에탄올, 물 및 그 밖의 다른 잔류물을 함유하는 맥주로 발효시킨다. 발효 이후, 마이크로 정제기는 맥주를 증발시키고 그에 따라 에탄올 증기가 증류 튜브를 통하여 상승하여 물로부터 에탄올이 분리된다. 전술한 바와 같이, 증류 튜브로부터 나오는 증기는 잔류하는 수증기로부터 에탄올 증기를 분리하기 위하여 사용되는 다공성 필터로 처리된다. Another problem with agricultural waste is that it can be mixed with soil materials such as rocks, clay and gravel that can damage microrefining components. To prevent damage, the cellulosic material can be ground with a grinder to finely subdivide the material prior to processing. Cellulosic materials can also be separated into glucose and non-glucose sugars using machines that apply heat, pressure and acid to the cellulosic material. Heat and pressure produce a sugar and fiber slurry mixture. Non-glucose sugars are washed from the fibers and glucose-based fibers are enzymatically digested to separate the sugars from the fibers. The isolated sugar is then fermented to beer containing ethanol, water and other residues using special bacterial microorganisms. After fermentation, the micropurifier evaporates the beer so that the ethanol vapor is raised through the distillation tube to separate the ethanol from the water. As mentioned above, the vapor from the distillation tube is treated with a porous filter used to separate the ethanol vapor from the remaining water vapor.

또 다른 구체 예에서, 글루코오스 및 비-글루코오스 당을 분리시키기 위하여 또 다른 공정이 사용된다. 글루코오스 및 비-글루코오스 당의 혼합물은, 셀룰로오스성 물질을 약 25-90 중량% 산 용액과 혼합시킴으로써 분리될 수 있다. 산은 셀룰로오스성 물질을 적어도 부분적으로 분해시키고 이들 물질을 고체 물질과 액체 분획물을 포함하는 겔로 전환시킨다. 그 후 겔은 희석되어 약 20 중량% 내지 약 30 중량%가 되며 겔을 가열하고, 그에 따라 상기 물질에 함유된 셀룰로오스를 적어도 부분적으로 가수분해시킨다. 그 후 액체 분획물은 고체 물질로부터 분리될 수 있으며, 그에 따라 당과 산을 함유하는 혼합된 액체를 얻는다. 그 후 당은 혼합된 액체 내 산으로부터 수지 분리(resin separation)에 의해 분리되어 전체 15 중량% 또는 그 이상의 당 및 3 중량% 미만 함량의 산을 함유하는 혼합된 당 액체를 생성한다. In another embodiment, another process is used to separate glucose and non-glucose sugars. The mixture of glucose and non-glucose sugars can be separated by mixing the cellulosic material with about 25-90 wt% acid solution. The acid at least partially degrades the cellulosic material and converts the material into a gel comprising a solid material and a liquid fraction. The gel is then diluted to about 20% to about 30% by weight and the gel is heated, thereby at least partially hydrolyzing the cellulose contained in the material. The liquid fraction can then be separated from the solid material, thus obtaining a mixed liquid containing sugars and acids. The sugar is then separated from the acid in the mixed liquid by resin separation to produce a mixed sugar liquid containing a total of 15% or more of sugar and less than 3% by weight of acid.

혼합된 당을 얻는 방법은 분리된 고체 물질과 약 25-90 중량% 황산 용액을 혼합하고, 그에 따라 고체 물질을 더욱 분해시켜 제2 고체 물질 및 제2 액체 분획물을 포함하는 제2 겔을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. 제2 겔 액체는 희석되어 약 20 중량% 내지 약 30 중량%의 산 농도가 된다. 희석된 제2 겔 액체는 그 후 약 80℃ 내지 100℃의 온도까지 가열되고, 그에 따라 제2 겔에 잔류하는 셀룰로오스를 더욱 가수분해시킨다. 제2 액체 분획물은 제2 고체 물질로부터 분리되어 당과 산을 함유하는 제2 액체를 산출한다. 제1 및 제2 액체는 혼합되어 혼합된 액체를 형성할 수 있다. 글루코오스 분리 공정은 미국 특허 출원 제10/485,285호(2004.01.26. 출원)에 더욱 상세하게 설명되며, 상기 문헌은 참고문헌으로 수록된다. 셀룰로오스성 물질로부터 에탄올을 생산하는 개시된 공정은 많은 이점을 갖는다. 나무 잔해물(Tree remains), 깎아낸 잔디(lawn clipping), 및 그 밖의 다른 식물 잔해는 일반적으로 매립 쓰레기로 버려진다. 에탄올을 생산하기 위해 이러한 재료를 사용함으로써, 생성되는 매립 쓰레기는 상당히 줄어들며, 마이크로 정제기는 실질적으로 자유로운 공급재료 공급원을 가지며 온실 기체가 덜 생성된다. The method of obtaining the mixed sugars involves mixing the separated solid material with about 25-90 wt% sulfuric acid solution, thereby further decomposing the solid material to form a second gel comprising the second solid material and the second liquid fraction. It further comprises a step. The second gel liquid is diluted to an acid concentration of about 20% to about 30% by weight. The diluted second gel liquid is then heated to a temperature of about 80 ° C. to 100 ° C., thereby further hydrolyzing the cellulose remaining in the second gel. The second liquid fraction is separated from the second solid material to yield a second liquid containing sugars and acids. The first and second liquids may be mixed to form a mixed liquid. The glucose separation process is described in more detail in US patent application Ser. No. 10 / 485,285, filed Jan. 26, 2004, which is incorporated by reference. The disclosed process of producing ethanol from cellulosic material has many advantages. Tree remains, law clipping, and other plant debris are generally disposed of as landfill waste. By using these materials to produce ethanol, the landfill waste produced is significantly reduced, and micro refiners have a substantially free feedstock source and produce less greenhouse gases.

발효 조건은 적절한 발효 온도 범위 내로 구성성분을 유지하기 위한 적절한 온도 제어이다. 효모 온도가 너무 낮으면 효모는 휴면을 하게 되어 발효가 늦어지며, 온도가 너무 높으면 효모가 사멸된다. 다양한 유형의 효모가 존재하는데, 이들 중 일부는 높은 온도 내성을 갖는다. 효모 배양물의 생명을 보존하기 위하여 발효 탱크(103)의 내부 온도는 약 60℉ 내지 90℉이어야 한다. 발효 속도를 증가시키기 위하여, 온도는 효모의 내성 온도 범위의 상한점에서 유지될 수 있다. Fermentation conditions are proper temperature control to keep the components within the proper fermentation temperature range. If the yeast temperature is too low, the yeast is dormant and the fermentation is delayed. If the temperature is too high, the yeast is killed. There are various types of yeast, some of which have high temperature resistance. The internal temperature of the fermentation tank 103 should be about 60 ° F. to 90 ° F. in order to preserve the life of the yeast culture. In order to increase the fermentation rate, the temperature can be maintained at the upper end of the tolerant temperature range of the yeast.

한 구체 예에서, 시스템(101)은 또한 발효 탱크(103)에 연결될 수 있는 열전 장치(113)를 포함한다. 열전 장치(113)는 DC 전력 공급원에 의해 전력을 공급받으며 탱크(103) 내 최적의 공정 온도를 유지한다. 일정한 온도 제어를 제공하기 위하여, 복수의 열전 장치(113)가 탱크(103)의 여러 부분에 부착될 수 있다. 한 구체 예에서, 시스템 제어기(151)는 열전 장치(113)에 연결되고 온도 변환기가 발효 탱크(103) 내에 설치된다. 시스템 제어기(151)는 온도 변환기로부터 내부 탱크에 대응하는 신호를 수신하고 발효 탱크(103)가 적절한 온도 범위 이내인지 또는 회분이 가열 또는 냉각을 필요로 하는지를 결정한다. 전술한 바와 같이, 발효 과정은 열을 발생하며, 따라서 일부 경우에 있어서 탱크(103)의 가열 또는 냉각이 요구되지 않을 수도 있다. 시스템이 발효 탱크(103)가 너무 저온임을 탐지하면, 시스템 제어기(151)는 직류 전력을 열전 장치(113)에 인가하여 가열 작동 모드가 되도록 한다. 발효 탱크(103)가 너무 고온이면, 열전 장치(113)는 냉각 모드로 스위치 조절되어 열전 장치(113)에 대한 전력의 극성을 반전시킴으로써 탱크(103)의 온도를 낮출 수 있다. 시스템 제어기(151)는 또한 발효 탱크(103) 온도가 발효를 위한 적절한 온도 또는 최적의 온도 범위인 경우 열전 장치(113)에 대한 전력을 차단할 수도 있다. 최적의 온도는 발효되는 효모의 특정 유형에 의존할 수 있으나 전형적으로 약 25℃ 내지 30℃이다. In one embodiment, the system 101 also includes a thermoelectric device 113 that can be connected to the fermentation tank 103. The thermoelectric device 113 is powered by a DC power source and maintains an optimal process temperature in the tank 103. In order to provide constant temperature control, a plurality of thermoelectric devices 113 may be attached to various portions of the tank 103. In one embodiment, the system controller 151 is connected to the thermoelectric device 113 and a temperature converter is installed in the fermentation tank 103. The system controller 151 receives a signal corresponding to the inner tank from the temperature converter and determines whether the fermentation tank 103 is within an appropriate temperature range or whether the ash requires heating or cooling. As mentioned above, the fermentation process generates heat, so in some cases heating or cooling of the tank 103 may not be required. If the system detects that the fermentation tank 103 is too cold, the system controller 151 applies direct current power to the thermoelectric device 113 to be in the heating mode of operation. If the fermentation tank 103 is too hot, the thermoelectric device 113 may be switched to the cooling mode to lower the temperature of the tank 103 by reversing the polarity of power to the thermoelectric device 113. The system controller 151 may also cut off power to the thermoelectric device 113 when the fermentation tank 103 temperature is a suitable temperature or an optimal temperature range for fermentation. The optimum temperature may depend on the specific type of yeast that is fermented but is typically about 25 ° C. to 30 ° C.

또 다른 구체 예에서, 시스템은 발효 탱크와 분리된 열전 라디에이터(117)를 통하여 회분을 펌핑하고 회분을 발효 탱크로 되돌려보내는 펌프(119)를 사용할 수도 있다. 시스템 제어기(151)가 회분이 너무 저온이라고 탐지하면, 펌프(119)가 활성화되어 제어기(151)에 의해 제어되는 열전 라디에이터(117)를 통하여 회분을 펌핑하여 회분을 가열한다. 그 대신에, 시스템 제어기(151)가 회분이 너무 고온이라고 탐지하면, 펌프(119)가 활성화되어 제어기(151)에 의해 제어되는 열전 라디에이터(117)를 통하여 회분을 펌핑하여 회분을 냉각한다. 열전 라디에이터(117)의 출구는 발효 탱크(103)에 연결될 수 있어서 열 처리된 회분 재료가 발효 탱크(103)로 되돌아간다. In another embodiment, the system may use a pump 119 to pump ash through the thermoelectric radiator 117 separate from the fermentation tank and return the ash to the fermentation tank. If the system controller 151 detects that the ash is too cold, the pump 119 is activated to pump the ash through the thermoelectric radiator 117 controlled by the controller 151 to heat the ash. Instead, if the system controller 151 detects that the ash is too hot, the pump 119 is activated to pump the ash through the thermoelectric radiator 117 controlled by the controller 151 to cool the ash. The outlet of the thermoelectric radiator 117 can be connected to the fermentation tank 103 so that the heat treated ash material is returned to the fermentation tank 103.

한 구체 예에서, 상기 시스템은 광범위한 환경에서 사용될 수 있으며 광범위한 주위 조건에서 에탄올을 생산할 수 있는 능력을 갖는다. 이는 고온 영역 및 계절에서 발효 탱크의 냉각 및 저온 지역 및 계절에서의 발효 탱크(103)의 가열을 요구한다. 많은 수의 열전 장치(113)가 더욱 극한의 주위 온도에 위치한 시스템에 사용될 수 있다. 한 구체 예에서, 사용자는 더욱 고온 또는 더욱 저온을 보상하기 위하여 추가 열전 장치(113)를 단순히 구입하여 설치할 수 있다. 또한 마이크로 정제 시스템을 보호 포위물 내에 위치시키고 마이크로 정제 시스템에 절연체를 첨가함으로써 극한의 주위 온도의 영향을 감소시킬 수 있다. In one embodiment, the system can be used in a wide range of environments and has the ability to produce ethanol under a wide range of ambient conditions. This requires cooling of the fermentation tank in the high temperature region and season and heating of the fermentation tank 103 in the low temperature region and season. A large number of thermoelectric devices 113 can be used in systems located at more extreme ambient temperatures. In one embodiment, the user can simply purchase and install additional thermoelectric devices 113 to compensate for higher or lower temperatures. It is also possible to reduce the effects of extreme ambient temperatures by placing the micro purification system in a protective enclosure and adding insulators to the micro purification system.

도 2를 참조하면, 한 구체 예에서 열전 가열 및 냉각 장치(113)는 세라믹 코어(209)를 둘러싸는 두 개의 금속판(205 및 207)을 가질 수 있다. 전기적으로 하전될 때, 판(205 및 207)은 진동하여 저온 면(205)과 고온 면(207)을 만든다. 한 구체 예에서, 두 판(205 및 207)은 항상 두 면(205 및 207) 사이의 69도 온도 차이를 유지한다. 전압은 시스템 제어기(151)에 의해 제어되는 DC 전력 공급원(203)에 의해 판(205 및 207)에 인가된다. 열전 장치(113)의 가열 또는 냉각 출력은 전력 공급원(203)으로부터 인가되는 전력의 극성을 반전시킴으로써 제어될 수 있다. 열전 장치(113)의 크기가 직경 약 2 내지 4인치로 작기 때문에, 열전 장치(113)는 발효 탱크 내 회분 재료와 같은 소규모 냉각 및 가열 장치에 이상적이다. Referring to FIG. 2, in one embodiment, the thermoelectric heating and cooling device 113 may have two metal plates 205 and 207 surrounding the ceramic core 209. When electrically charged, the plates 205 and 207 vibrate to form the cold side 205 and the hot side 207. In one embodiment, the two plates 205 and 207 always maintain a 69 degree temperature difference between the two faces 205 and 207. The voltage is applied to the plates 205 and 207 by the DC power supply 203 controlled by the system controller 151. The heating or cooling output of the thermoelectric device 113 can be controlled by inverting the polarity of the power applied from the power supply 203. Because the thermoelectric device 113 is small in size, about 2 to 4 inches in diameter, the thermoelectric device 113 is ideal for small scale cooling and heating devices such as ash materials in fermentation tanks.

열전 장치(113)는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 발효 탱크(103) 벽에 설치될 수 있거나, 또는 열전 장치는 열전 라디에이터(117)로서 배치될 수 있다. 발효 액체는 열전 라디에이터(117)를 통하여 펌핑되어 가열 또는 냉각을 제공할 수 있다. 따라서, 열전 가열 및 냉각 장치(113)와 열전 라디에이터(117)는 열전 장치(113) 및 열전 라디에이터(117)에 인가되는 DC 극성을 반전시킴으로써 시스템 제어기(151)를 통하여 회분 발효 탱크를 냉각시키거나 또는 회분을 가열시킬 수 있다. The thermoelectric device 113 may be installed on the fermentation tank 103 wall as described with reference to FIG. 1, or the thermoelectric device may be arranged as a thermoelectric radiator 117. Fermentation liquid may be pumped through thermoelectric radiator 117 to provide heating or cooling. Accordingly, the thermoelectric heating and cooling device 113 and the thermoelectric radiator 117 cool the ash fermentation tank through the system controller 151 by reversing the DC polarity applied to the thermoelectric device 113 and the thermoelectric radiator 117. Alternatively, the ash may be heated.

바람직한 구체 예에서, 발효 탱크(103)는 약 200 갤런의 액체를 보유한다. 열전 장치(113)는 이러한 액체 부피 범위에서 소규모 발효 회분에 실용적이나, 더욱 대규모의 상업적 발효 공정의 열 제어를 수행하기 위한 충분한 열 에너지는 부족하다. 이러한 이유로, 상기 열전 장치는 약 200 갤런의 액체 온도를 조절하기 위하여 본 발명의 시스템에서 사용될 수 있으며, 더 큰 1,000 + 갤런의 상업적 발효 공정 탱크의 온도 조절에는 적합하지 않다. In a preferred embodiment, fermentation tank 103 holds about 200 gallons of liquid. Thermoelectric devices 113 are practical for small scale fermentation ash in this liquid volume range, but lack sufficient thermal energy to perform thermal control of larger scale commercial fermentation processes. For this reason, the thermoelectric device can be used in the system of the present invention to control liquid temperatures of about 200 gallons, and is not suitable for temperature control of larger 1,000 + gallon commercial fermentation process tanks.

발효 공정의 문제점은 이러한 공정이 항상 예상가능한 공정이 아니라는 점이다. 발효 과정을 완결하기 위하여 요구되는 시간은 당의 순도, 및 효모, 뿐만 아니라 회분 온도에 의존하여 변화할 것이다. 발효 과정을 감시하는 한 방법은 발효 액체의 중량 변화를 감시하는 것이다. 발효 동안, 당은 에탄올과 CO2로 전환되고 CO2는 발효 탱크(103)로부터 발산된다. 따라서, CO2의 발산은 회분의 중량 감소를 유발한다. 한 구체 예에서, 발효 과정 동안 회분의 중량을 주기적으로 또는 연속적으로 확인하기 위하여 힘 센서(105)가 사용된다. CO2가 발효 탱크(103)로부터 발산하면, 회분은 더 가벼워진다. 시스템은 회분의 중량 변화를 감시함으로써 회분 발효의 진척을 감시할 수 있다. 회분의 초기 중량이 결정되고 메모리에 저장될 수 있다. 당이 CO2로 전환되고 CO2가 발효 탱크(103)로부터 발산됨에 따라 회분 중량의 변화가 일어난다. 회분 중량이 소정의 백분율만큼 감소했을 때, 시스템 제어기(151)는 발효 과정이 완결되었음을 결정할 수 있다. 그 대신에, 중량 감소 비율이 느려지거나 멈추어졌을 때, 시스템 제어기(151)는 발효 과정이 완결되었음을 결정할 수 있다. CO2 센서가 또한 발효 탱크에 연결될 수 있다. CO2가 발산됨에 따라, 탱크(103) 내 CO2의 낮은 수준은 CO2가 회분에 의해 생성되지 않음을 나타낼 것이다. The problem with fermentation processes is that these processes are not always foreseeable. The time required to complete the fermentation process will vary depending on the purity of the sugar and yeast, as well as the ash temperature. One way to monitor the fermentation process is to monitor the weight change of the fermentation liquid. During fermentation, sugars are converted to ethanol and CO 2 and CO 2 is released from fermentation tank 103. Thus, the divergence of CO 2 causes a weight reduction of the ash. In one embodiment, the force sensor 105 is used to periodically or continuously check the weight of ash during the fermentation process. If the CO 2 emanates from the fermentation tank 103, the ash becomes lighter. The system can monitor the progress of ash fermentation by monitoring the weight change of the ash. The initial weight of the ash can be determined and stored in memory. The change in the weight of ash takes place as a conversion to CO 2 and CO 2 is emitted from each fermentation tank 103. When the ash weight is reduced by a certain percentage, the system controller 151 can determine that the fermentation process is complete. Instead, when the weight loss rate slows or stops, the system controller 151 can determine that the fermentation process is complete. CO 2 sensors can also be connected to the fermentation tanks. As the CO 2 emission, a low level of CO 2 in tank 103 will indicate the CO 2 is not generated by the ash.

전술한 바와 같이, 발효 과정 시작시 탱크(103) 내에 부과되는 당, 공급재료 및 물의 초기 시작 중량을 탐지하기 위하여 힘 센서(105)가 사용될 수 있다. 이러한 중량은 힘 센서(105)를 일정한 시간 간격으로 샘플링함으로써 주기적으로 탐지될 수 있다. 시간에 따라 회분의 중량을 감시함으로써, 시간에 따른 중량 변화 비율이 발효 과정에서 회분의 진행단계를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들면 도 3을 참조하면, 시간에 따른 회분 중량의 그래프 표시가 제시된다. 공정의 시작에서, 회분 중량은 상당히 빠르게 감소한다. 당에서 에탄올로의 전환이 진행됨에 따라, 중량이 감소하는 속도가 느려진다. 최종적으로, 중량 변화는 매우 낮게 되며 이는 발효 과정이 완결됨을 나타낸다. As mentioned above, the force sensor 105 may be used to detect the initial starting weight of sugar, feedstock and water imposed in the tank 103 at the start of the fermentation process. This weight can be detected periodically by sampling the force sensor 105 at regular time intervals. By monitoring the weight of the ash over time, the rate of weight change over time can be used to determine the progress of the ash in the fermentation process. For example, referring to FIG. 3, a graphical representation of ash weight over time is presented. At the beginning of the process, the ash weight decreases quite rapidly. As the sugar to ethanol conversion proceeds, the rate of weight loss slows down. Finally, the weight change is very low, indicating that the fermentation process is complete.

회분의 중량을 탐지하는 것에 부가하여, 상기 시스템은 또한 회분 구성성분의 화학적 탐지를 수행할 수 있다. 한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 도 1에 제시된 회분 시험 장치(171)를 포함하며, 이 장치는 회분의 화학적 성분을 탐지할 수 있으며 광학 센서, 전기 센서, 화학 센서 또는 그 밖의 다른 유형의 화학 센서를 포함할 수도 있다. 운송 장치는 회분을 시험 장치(171)로 운반하기 위하여 펌프(173)에 연결된 튜브(175)를 포함할 수도 있다. 시험 장치(171)는 제어기(151)에 연결될 수 있고 발효 과정 동안 회분의 화학적 균형을 확인하기 위하여 사용될 수 있다. 시험 장치(171)로부터 얻은 회분 성분의 탐지된 양 또는 비율은 최적의 값과 비교되는데, 상기 최적의 값은 룩업 테이블(look up table)에 저장될 수 있거나 또는 또 다른 출처로부터 제공될 수 있다. 회분 성분의 최적의 비율은 발효 동안 변화될 수 있다. 측정된 값과 최적의 값 사이에 상당한 차이가 있으면, 제어기(151)는 문제점을 나타내는 신호를 발송할 수 있으며 및/또는 제어기(151)는 회분을 다시 균형 맞추기 위해 발효 탱크(103)로 화학적 구성성분을 자동으로 첨가할 수도 있다. 발효 과정 동안 회분을 연속으로 시험하고 조절함으로써, 회분으로부터의 에탄올 생산이 최대화될 수 있다. 화학 시험 장치에 사용되는 센서의 더욱 구체적인 예 및 설명이 이하에서 기술된다. In addition to detecting the weight of ash, the system can also perform chemical detection of ash components. In one embodiment, the micropurifier comprises a batch test device 171 shown in FIG. 1, which can detect the chemical component of the ash and can be an optical sensor, an electrical sensor, a chemical sensor, or some other type of chemical sensor. It may also include. The transport device may also include a tube 175 connected to the pump 173 to transport the ash to the test device 171. Test apparatus 171 may be connected to controller 151 and may be used to confirm the chemical balance of ash during the fermentation process. The detected amount or ratio of ash component obtained from the test device 171 is compared with an optimal value, which may be stored in a look up table or provided from another source. The optimum proportion of ash component can vary during fermentation. If there is a significant difference between the measured value and the optimal value, the controller 151 may send a signal indicating a problem and / or the controller 151 may route the chemical component to the fermentation tank 103 to rebalance the ash. Can be added automatically. By continuously testing and controlling the ash during the fermentation process, ethanol production from the ash can be maximized. More specific examples and descriptions of the sensors used in the chemical test apparatus are described below.

당 및 공급재료를 발효하기 위한 발효 탱크(103)가 앞서 설명되었지만, 본 발명의 시스템은 또한 또 다른 물질을 처리하는 능력을 가지며 맥주, 포도주, 및 그 밖의 다른 알코올 제품과 같은 재순환된 알코올성 음료로부터 에탄올을 추출할 수 있다. 사용자는 당 발효 탱크 또는 폐기된 알코올 처리기 중 어느 하나로 마이크로 정제 시스템의 기능을 선택할 수 있다. 당 발효 모드에서, 마이크로 정제 시스템은 전술한 바와 같이 당을 발효시켜 알코올을 생산한다. 알코올 재활용 모드에서, 알코올성 제품은 또한 발효 탱크로 들어가고 그 후 에탄올로의 전환을 위하여 증류 시스템에 의해 처리된다. 다-기능 디자인은 당 또는 바 음식점(bar restaurant) 또는 포도주양조장(winery)에서 흔히 발견되는 폐기된 알코올 중 어느 하나를 재활용하는데 있어서 상업적 장점(market advantage)을 제공한다.Although a fermentation tank 103 for fermenting sugars and feedstocks has been described above, the system of the present invention also has the ability to process another substance and from recycled alcoholic beverages such as beer, wine, and other alcoholic products. Ethanol can be extracted. The user can select the functionality of the micropurification system with either a sugar fermentation tank or a discarded alcohol handler. In the sugar fermentation mode, the micropurification system ferments sugar to produce alcohol as described above. In alcohol recycling mode, the alcoholic product also enters the fermentation tank and is then processed by the distillation system for conversion to ethanol. Multi-functional design offers a market advantage in recycling any of the discarded alcohols commonly found in sugar or bar restaurants or wineries.

당의 발효 이후 또는 도중에, 알코올성 액체를 발효 탱크에 첨가하는 것이 가능하다. 프로세서는 언제 알코올성 음료가 첨가되어야 하는지를 알려줄 수 있다. 한 구체 예에서, 제어기는 뚜껑(111)에 연결된 잠금 장치를 활성화시켜 사용자로 하여금 재료를 발효 탱크(103)에 첨가하도록 하거나 또는 이를 방지할 수 있다. 효모의 반응이 많은 액체를 이산화탄소로 전환시켰기 때문에, 발효 탱크(103) 내 액체의 부피는 발효가 완결된 이후 감소할 것이며 이는 알코올성 음료의 재순환을 위한 공간을 제공한다. 따라서 마이크로 정제기는 회분으로부터 에탄올을 분리할 뿐만 아니라 폐기된 음료 및 그 밖의 다른 액체 성분들로부터 알코올을 분리할 것이다.After or during the fermentation of sugars, it is possible to add alcoholic liquids to the fermentation tanks. The processor may indicate when the alcoholic beverage should be added. In one embodiment, the controller may activate the locking device connected to the lid 111 to allow or prevent the user from adding material to the fermentation tank 103. Because the reaction of the yeast has converted a lot of liquid into carbon dioxide, the volume of liquid in fermentation tank 103 will decrease after fermentation is complete, which provides space for recycling of the alcoholic beverage. Thus, the micropurifier will not only separate ethanol from ash but also alcohol from discarded beverages and other liquid components.

유체를 증류 시스템을 통하여 처리함으로써 에탄올이 물 및 그 밖의 다른 액체로부터 분리된다. 한 구체 예에서, 본 발명의 증류 시스템은 펌프(127), 히터(128), 증류 튜브(131) 및 짐발 장치(139)를 포함하며, 상기 짐발 장치는 증류 튜브(131)를 수직 방향으로 위치시키기 위하여 사용된다. 수직 방향은 증류 튜브(131)에 장착된 자이로스코프(132)에 의해 유지될 수 있다. 자이로스코프(132)는 증류 튜브의 수직 축과 나란히 정렬될 수 있는 회전자 및 상기 회전자를 회전시키는 모터를 포함한다. 회전자의 회전은 모든 회전 움직임으로부터 자이로스코프(132) 및 증류 튜브를 안정화시킨다. 제어 시스템(151)은 펌프(127)를 제어하여 발효 탱크(103) 내 액체를 히터(129)를 통하여 펌핑하여 물과 에탄올이 끓고 증발하도록 한다. 증발된 액체는 증류 튜브(131)의 하부로 향한다. 증기가 증류 튜브(131)를 통하여 더 높은 곳으로 이동함에 따라, 에탄올 분자는 물 분자로부터 분리되고 칼럼의 상단 부분으로 빠져나간다. 물 및 그 밖의 다른 비-에탄올 액체가 증발하면, 이들 증기들은 증류 튜브(131) 내에서 냉각되면서 증류 튜브의 측벽에서 응축할 것이다. 응축된 액체는 그 후 튜브(131) 정상으로 빠져나가기보다는 증류 튜브(131)의 내부 벽에 달라붙거나 또는 아래로 떨어질 것이다. 증류 시스템은 또한 증기 온도를 감시하고 히터(128)를 제어하여 최적의 분리 온도에서 증기를 생산하는 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수도 있다. 과량의 열은 더욱 빠른 증기 속도를 유발하고 더 많은 물이 증류 튜브(131)를 빠져나가게 하는 반면, 낮은 온도의 증기 온도는 증류 튜브(131)로부터 나가는 에탄올의 느린 흐름을 유발할 것이다. By treating the fluid through a distillation system, ethanol is separated from water and other liquids. In one embodiment, the distillation system of the present invention includes a pump 127, a heater 128, a distillation tube 131 and a gimbal device 139, wherein the gimbal device places the distillation tube 131 in a vertical direction. To be used. The vertical direction may be maintained by the gyroscope 132 mounted to the distillation tube 131. Gyroscope 132 includes a rotor that can be aligned with the vertical axis of the distillation tube and a motor to rotate the rotor. Rotation of the rotor stabilizes the gyroscope 132 and distillation tube from all rotational movements. The control system 151 controls the pump 127 to pump liquid in the fermentation tank 103 through the heater 129 to allow water and ethanol to boil and evaporate. The evaporated liquid is directed to the bottom of the distillation tube 131. As the vapor moves higher through the distillation tube 131, the ethanol molecules separate from the water molecules and exit to the top portion of the column. As water and other non-ethanol liquids evaporate, these vapors will condense on the sidewalls of the distillation tube while cooling in the distillation tube 131. The condensed liquid will then stick to or fall down the inner wall of the distillation tube 131 rather than exit to the top of the tube 131. The distillation system may also include one or more temperature sensors that monitor the steam temperature and control the heater 128 to produce steam at the optimum separation temperature. Excess heat will result in a faster vapor velocity and more water will exit the distillation tube 131, while a lower temperature steam temperature will cause a slower flow of ethanol out of the distillation tube 131.

증류 과정은 증류 튜브(131)가 완벽한 수직 정렬이 되는 것을 요구한다. 증기가 증류 튜브(131)의 중심을 통하여 위로 이동하고 상부로부터 빠져나가면서, 증기는 천천히 수직으로 일직선으로 상승하며 흐름 통로는 바람직하게는 측벽에 의해 방해받지 않는다. 증류 튜브(131)가 정렬되지 않으면, 상승하는 증기는 튜브(131)의 측면과 충돌하여 에탄올 증기의 응축을 유발하고 증류 시스템의 효율을 감소시킬 것이다. 유사하게, 수직으로부터 기울어진 측벽 상에서 상승하는 수증기는 측벽에서 응축하지 않을 수 있으며 이는 물과 에탄올의 분리를 감소시킨다. 따라서, 완벽한 수직 정렬이 높은 효율의 증류에 필수적이다. The distillation process requires the distillation tube 131 to be in perfect vertical alignment. As the steam moves up through the center of the distillation tube 131 and exits from the top, the steam rises slowly and vertically straight and the flow passage is preferably unobstructed by the side walls. If the distillation tube 131 is not aligned, the rising vapor will collide with the sides of the tube 131 causing condensation of ethanol vapor and reducing the efficiency of the distillation system. Similarly, water vapor rising on the sidewalls tilted from the vertical may not condense on the sidewalls, which reduces the separation of water and ethanol. Thus, perfect vertical alignment is essential for high efficiency distillation.

도 4를 참조하면, 짐발 장치(139)는 증류 튜브(131)를 지지하고 튜브(131)가 자연스럽게 회전하여 수직 정렬이 되도록 한다. 한 구체 예에서, 짐발 장치(139)는 튜브(131)를 둘러싸는 고리(309)에 증류 튜브(131)를 연결시키는 내부 피벗(305) 및 프레임에 연결된 고정된 지지체(311)에 고리(309)를 연결시키는 외부 피벗(307)을 포함한다. 피벗(307 및 309)은 피벗(307 및 309)이 매우 낮은 마찰로 회전하도록 하는 낮은 마찰 베어링 또는 부싱(bushing)을 포함할 수 있다. 짐발 장치(139)는 증류 튜브(131)의 무게 중심 상부에 장착되어 그에 따라 짐발 장치(139) 아래에 있는 증류 튜브(131) 중량이 튜브(131)가 자동으로 스스로 수직 방향으로 정렬하도록 하게 할 것이다. 고정된 지지체(311)가 프레임에 단단하게 장착되면, 증류 튜브(131)는 회전하여 자동으로 수직 정렬이 된다. Referring to FIG. 4, the gimbal device 139 supports the distillation tube 131 and allows the tube 131 to rotate naturally to be vertically aligned. In one embodiment, the gimbal device 139 has an internal pivot 305 connecting the distillation tube 131 to a ring 309 surrounding the tube 131 and a ring 309 to a fixed support 311 connected to the frame. ), An external pivot 307 is connected. Pivots 307 and 309 may include low friction bearings or bushings that allow pivots 307 and 309 to rotate with very low friction. The gimbal device 139 is mounted above the center of gravity of the distillation tube 131 so that the weight of the distillation tube 131 below the gimbal device 139 allows the tube 131 to automatically align itself in the vertical direction. will be. When the fixed support 311 is firmly mounted to the frame, the distillation tube 131 is rotated to automatically vertical alignment.

한 구체 예에서, 도 1에 도시된 자이로스코프(132)는 증류 튜브(131)의 바닥에 장착된다. 자이로스코프(132)는 회전자 및 상기 회전자를 회전시키는 모터를 포함한다. 자이로스코프(132)의 중량이 증류 튜브(131)에 의해 지지되기 때문에, 자이로스코프(132)의 무게 중심은 증류 튜브(131)의 수직 중심 축과 나란하게 정렬될 수 있으며 그러므로 중량은 정렬불량(misalignment)을 유발하지 않을 것이다. 회전자의 회전 축은 증류 튜브의 수직 축에 나란하게 정렬될 수 있으며 회전자가 자이로스코프(132)를 회전시키는 동안 증류 튜브(131)는 안정화되며 그에 따라 마이크로 정제기의 어떠한 각 운동도 증류 튜브의 수직 정렬을 변화시키지 않을 것이다. 한 구체 예에서, 자이로스코프가 작동되고 회전자가 회전을 시작하기 이전에, 증류 튜브(131)가 정렬된다. In one embodiment, the gyroscope 132 shown in FIG. 1 is mounted to the bottom of the distillation tube 131. The gyroscope 132 includes a rotor and a motor for rotating the rotor. Since the weight of the gyroscope 132 is supported by the distillation tube 131, the center of gravity of the gyroscope 132 may be aligned side by side with the vertical center axis of the distillation tube 131 so that the weight is misaligned ( will not cause misalignment. The axis of rotation of the rotor can be aligned side by side with the vertical axis of the distillation tube so that the distillation tube 131 is stabilized while the rotor rotates the gyroscope 132 so that any angular motion of the micropurifier is vertically aligned with the distillation tube. Will not change. In one embodiment, the distillation tube 131 is aligned before the gyroscope is activated and the rotor starts to rotate.

증류 튜브(131)는 깨지기 쉬울 수 있으며 일부 경우에 움직임을 방지하기 위하여 증류 튜브(131)를 제 위치에 고정하는 것이 바람직할 수도 있다. 한 구체 예에서, 수직 정렬 시스템은 증류 튜브가 회전하는 것을 방지하는 잠금 장치를 포함한다. 한 구체 예에서, 상기 시스템은 하우징에 연결된 풍속계 및/또는 가속도계와 같은 센서를 통하여 주위 조건을 탐지할 수 있다. 풍속이 매우 빠르면, 상기 시스템이 움직여서 증류 튜브가 수직 정렬을 벗어나도록 움직이게 할 것이다. 증류 튜브에 대한 손해를 감수하는 대신에, 상기 시스템은 소정의 풍속 또는 가속 운동이 탐지될 때 활성화될 수 있는 "안전" 모드를 가질 수도 있다. 예를 들면, 탐지된 바람이 40 MPH 이상이거나 또는 5.0 이상의 지진이 탐지될 때, 마이크로 정제기는 증류 튜브 및 그 밖의 다른 깨지기 쉬운 시스템 부품이 안전한 위치에 고정되어 있는 안전 모드가 될 수 있다. 상기 시스템은 또한 인터넷 날씨 정보 서비스와 같은 외부 출처로부터 지리학적 위치를 위한 날씨 경보를 수신할 수 있으며 안전 모드 시간을 예약함으로써 폭풍 경보에 대응할 수 있다. 제어기는 또한 전력 서지(power surge) 또는 전력 정전(power outage)으로 인한 전기 부품의 피해를 방지하기 위하여 전력을 차단하거나 및/또는 서지 보호를 제공할 수 있다. The distillation tube 131 may be fragile and in some cases it may be desirable to secure the distillation tube 131 in place to prevent movement. In one embodiment, the vertical alignment system includes a lock that prevents the distillation tube from rotating. In one embodiment, the system can detect ambient conditions through sensors such as anemometers and / or accelerometers connected to the housing. If the wind speed is very fast, the system will move, causing the distillation tube to move out of vertical alignment. Instead of taking damage to the distillation tube, the system may have a "safe" mode that can be activated when a certain wind speed or acceleration motion is detected. For example, when a detected wind is above 40 MPH or an earthquake of 5.0 or more is detected, the micropurifier may be in a safe mode where the distillation tube and other fragile system components are held in a safe position. The system can also receive weather alerts for geographic locations from external sources, such as Internet weather information services, and respond to storm alerts by scheduling a safe mode time. The controller may also shut off power and / or provide surge protection to prevent damage to electrical components due to power surges or power outages.

한 구체 예에서, 증류 튜브는 증발된 맥주를 알코올로부터 제거하기 위하여 사용되는 패킹 또는 수평의 천공된 판과 같은 물질로 채워질 수 있다. 이상적으로, 증발된 맥주와 에탄올은 증류 튜브의 바닥으로 들어가고 혼합된 증기는 튜브 상부로 이동한다. 물 및 그 밖의 다른 무거운 물질은 패킹 또는 판에 의해 차단된다. 이와 대조적으로, 에탄올은 증기 형태를 유지하며 계속하여 증류 튜브 상부로 이동할 것이다. 이는 물 및 그 밖의 다른 오염물질을 에탄올 증기로부터 분리하는 것을 돕는다. 상기 판은 튜브 내에서 수평으로 배향될 수 있으며 다중 판이 증류 튜브의 길이를 따라 배치될 수 있다. 마이크로 정제기가 일시적으로 생산을 중지할 때 심각한 문제가 발생한다. 물은 응축하거나 증발할 것이며 맥주는 패킹 또는 천공된 판에 잔류할 수 있으며 이는 시스템이 다시 사용될 때 천공 또는 패킹을 막히게 할 수 있다. 전체 응축 튜브는 시스템이 다시 사용되기 전에 세정 되는 것을 필요로 한다. In one embodiment, the distillation tube may be filled with a material such as a packing or horizontal perforated plate used to remove the evaporated beer from the alcohol. Ideally, the evaporated beer and ethanol enter the bottom of the distillation tube and the mixed vapor moves to the top of the tube. Water and other heavy materials are blocked by packings or plates. In contrast, ethanol will continue to move up the distillation tube while maintaining the vapor form. This helps to separate water and other contaminants from ethanol vapor. The plates can be oriented horizontally in the tube and multiple plates can be arranged along the length of the distillation tube. Serious problems arise when the micropurifier temporarily stops production. The water will condense or evaporate and the beer may remain in the packing or perforated plate, which may clog the perforation or packing when the system is used again. The entire condensation tube needs to be cleaned before the system can be used again.

이러한 문제점을 줄이기 위하여, 천공된 판(403)이 증류 튜브(131) 내에 비스듬히 장착될 수 있다. 도 5는 판 어셈블리(401)의 평면도를 나타내며 경사진 판(403)에 형성된 구멍(405)의 일부를 나타낸다. 도 6은 어셈블리(401)의 측면도를 나타내며 판(403)의 가능한 경사를 나타낸다. 수증기와 맥주 증기가 판(403)에서 응축될 때, 중력이 이들 액체를 판(403)의 아래 모서리 쪽으로 끌어당길 것이다. 맥주 액체가 판(403)의 아래 모서리 쪽으로 향하여 구멍(405)으로부터 멀리 이동할 것이기 때문에 건조된 오염물질로 인한 증류 튜브 및 판(403)에 대한 피해가 훨씬 덜 발생하는 경향이 있다. 증류 튜브 내에 설치될 때, 고리(407)는 증류 튜브의 내주에 꼭 맞을 수 있다. 어셈블리는 또한 수리 및 유지를 위하여 쉽게 설치되거나 또는 제거될 수 있는 단일 부품 유닛으로서의 부품을 결속시키는 상측 및 하측 고리(407)를 가질 수 있다. 어셈블리(401)는 스테인리스강과 같은 금속 및 플라스틱을 포함하는 임의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 어셈블리(401)는 또한 부식 및 산화를 방지하는 보호 마무리 칠(finish)로 코팅되거나 페인트칠 될 수 있다. 또 다른 구체 예에서 판(403)이 평면 구조물로서 제시되는 반면, 판은 또한 비-평면일 수 있다. 예를 들면, 판은 거꾸로 된 V 형상을 가질 수 있고, 그 결과 응축된 액체는 플레이트의 아래쪽 마주보는 측면으로 흐르기 쉬울 것이다. To reduce this problem, perforated plate 403 may be mounted obliquely within distillation tube 131. 5 shows a top view of the plate assembly 401 and shows a portion of the hole 405 formed in the inclined plate 403. 6 shows a side view of the assembly 401 and shows the possible inclination of the plate 403. As water vapor and beer vapors condense in the plate 403, gravity will draw these liquids toward the bottom edge of the plate 403. The damage to the distillation tube and plate 403 due to dried contaminants tends to occur much less since the beer liquid will move away from the hole 405 towards the bottom edge of the plate 403. When installed in a distillation tube, the ring 407 may fit snugly into the inner circumference of the distillation tube. The assembly may also have upper and lower hooks 407 that bind the components as a single component unit that can be easily installed or removed for repair and maintenance. Assembly 401 may be made of any suitable material, including metals and plastics, such as stainless steel. Assembly 401 may also be coated or painted with a protective finish that prevents corrosion and oxidation. In another embodiment plate 403 is presented as a planar structure, while the plate may also be non-planar. For example, the plate may have an inverted V shape, with the result that the condensed liquid will likely flow to the bottom facing side of the plate.

도 7을 참조하면, 증류 튜브(131) 및 관련된 하드웨어 부품의 한 구체 예의 측면도가 도시된다. 한 구체 예에서, 증류 튜브(131)는 여러 부품으로 분해될 수 있는 다중-부품 유닛이다. 본 실시예에서, 증류 튜브(131)의 서로 다른 부분품을 서로 결속하기 위하여 사용되는 세 개의 커플링(421)이 존재한다. 그렇지만, 임의 수의 증류 튜브 부분품 및 커플링(421)이 사용될 수 있음이 고려된다. 커플링(421)은 증류 튜브(131)가 분해되도록 풀어질 수 있다. 이는 플레이트 또는 패킹이 교체 또는 수리되는 것이 필요하거나 또는 세정을 위하여 내부 표면에 접근되어야 할 때 특히 유용하다. 이는 수 시간의 요구되는 시간을 수 분으로 감소시킬 수 있다. 다중 부품 구성은 또한 증류 튜브(131)가 현장 작업 또는 수리를 위하여 더욱 용이하게 이동될 수 있도록 하는데 왜냐하면 필요한 경우 전체 튜브(131)를 교체하는 대신에 결함 부분품을 교체할 수 있기 때문이다. 시스템으로부터의 제거를 더욱 단순화하기 위하여, 증류 튜브는 증류 튜브(131)의 외주에 결속된 신속 분리 피팅(425)을 가질 수 있다. 상기 피팅(425)은 온도 및 압력 센서뿐만 아니라 유체 입구 및 출구 포트에 대하여 사용될 수 있다. Referring to FIG. 7, a side view of one embodiment of distillation tube 131 and related hardware components is shown. In one embodiment, distillation tube 131 is a multi-part unit that can be broken down into several parts. In this embodiment, there are three couplings 421 used to bind different parts of the distillation tube 131 to each other. However, it is contemplated that any number of distillation tube parts and couplings 421 may be used. Coupling 421 may be loosened such that distillation tube 131 is disassembled. This is particularly useful when the plate or packing needs to be replaced or repaired or if the inner surface needs to be accessed for cleaning. This can reduce the required time of several hours to several minutes. The multi-component configuration also allows the distillation tube 131 to be moved more easily for field work or repair because, if necessary, defective parts can be replaced instead of replacing the entire tube 131. To further simplify removal from the system, the distillation tube may have a quick disconnect fitting 425 bound to the outer circumference of the distillation tube 131. The fitting 425 can be used for fluid inlet and outlet ports as well as temperature and pressure sensors.

커플링(421)의 한 구체 예의 상세 사항은 도 8-10에 도시된다. 도 8은 결합된 상태의 커플링(421)을 나타낸다. 커플링(421)은 증류 튜브(131)의 외주에 결합되고 구조적인 지지를 제공하는 고리(423)에 장착된 복수의 핀(427)과 갈고리(429)를 포함한다. 핀(427)과 갈고리(429)는 고리(423)의 둘레를 따라 배치된다. 증류 튜브(131) 부분품을 회전시킴으로써 갈고리(429)가 핀(427)에 결속되고 증류 튜브 부분품이 서로 결속된다. 한 구체 예에서, 잠금 장치(426)가 사용되어 고리(423)가 회전하는 것을 방지하고 그 결과 증류 튜브(131) 영역이 분리될 수 없다. Details of one embodiment of the coupling 421 are shown in FIGS. 8-10. 8 shows a coupling 421 in a coupled state. Coupling 421 includes a plurality of pins 427 and hooks 429 mounted to rings 423 coupled to the outer periphery of distillation tube 131 and providing structural support. Pins 427 and hooks 429 are disposed along the circumference of the ring 423. By rotating the distillation tube 131 parts, the hook 429 is engaged with the fins 427 and the distillation tube parts are engaged with each other. In one embodiment, a locking device 426 is used to prevent the ring 423 from rotating and as a result the region of the distillation tube 131 cannot be separated.

도 9를 참고하면, 증류 튜브(131)가 해체되는 것이 필요한 경우, 증류 튜브 부분품이 회전되고 그에 따라 핀(427)이 갈고리(429)로부터 풀린다. 도 10에 도시된 바와 같이, 핀(427)이 갈고리(429)로부터 분리되면서, 증류 튜브(131)의 부분품이 서로 분리될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 다양한 또 다른 유형의 커플링 장치들이 증류 튜브의 부분품을 함께 결속시키기 위하여 사용될 수 있다. Referring to FIG. 9, when it is necessary for the distillation tube 131 to be dismantled, the distillation tube part is rotated and thus the fin 427 is released from the hook 429. As shown in FIG. 10, as the fins 427 are separated from the hooks 429, the parts of the distillation tube 131 may be separated from each other. In yet another embodiment, various other types of coupling devices may be used to bind the parts of the distillation tube together.

마이크로 정제기의 정상적인 작동 동안, 고온의 에탄올 및 수증기는 증류 튜브(131)를 빠져나가고 물 분자를 에탄올 분자로부터 분리하는 막 시스템(135)을 통하여 이동한다. 막 시스템(135)은 세라믹, 유리 또는 매우 성긴 재료로 제조될 수 있는 다공성 분리막을 포함한다. 도 11을 참조하면, 막(606)은 많은 작은 공극(607)을 가지며 이들 공극은 물은 통과시키지만, 에탄올 분자(611)가 통과하기에는 너무 작다. 더 큰 증기 압력은 더 작은 물 분자(609)를 공극(607)을 통하여 흐르게 한다. 증기를 막(606)을 통하여 통과시킴으로써, 물 분자(609)가 분리되며 실질적으로 순수한 에탄올 분자(609)가 막 시스템을 통하여 빠져나간다. 따라서, 공극(607)은 수증기 직경보다 더 크고 에탄올 증기의 직경보다 더 작다. 한 구체 예에서, 공극(607)은 직경이 약 2 내지 40 옹스트롬일 수 있다. During normal operation of the micropurifier, hot ethanol and water vapor exit the distillation tube 131 and move through the membrane system 135 which separates water molecules from the ethanol molecules. Membrane system 135 includes a porous separator that can be made of ceramic, glass or a very coarse material. Referring to FIG. 11, membrane 606 has many small pores 607 and these pores allow water to pass through, but are too small for ethanol molecules 611 to pass through. The higher vapor pressure causes smaller water molecules 609 to flow through the pores 607. By passing vapor through membrane 606, water molecules 609 are separated and substantially pure ethanol molecules 609 exit through the membrane system. Thus, the pores 607 are larger than the water vapor diameter and smaller than the diameter of the ethanol vapor. In one embodiment, the pores 607 may be about 2 to 40 angstroms in diameter.

다공성 막 시스템에 대한 잠재적인 문제점은 막 재료가 이러한 열 손상에 취약할 수 있다는 것이다. 특히, 막의 "열 손상"은 에탄올 증기의 온도가 막 보다 실질적으로 더 고온인 경우 발생할 수 있다. 예를 들면, 막은 주위 온도일 수 있으며 그에 따라 고온의 에탄올 증기에 갑자기 노출되면 손상이 일어난다. 막의 열 손상을 방지하기 위하여, 마이크로 제어 경고 시스템이 사용되어 막을 예열하여 막 온도가 고온 증기를 처리하기에 적절하게 되도록 한다. 한 구체 예에서, 막의 온도는 막 시스템에 부착된 열전쌍(thermocouple)에 의해 탐지된다. 제어 시스템이 유체의 흐름을 히터 및 증류 튜브를 통하여 발효 탱크 밖으로 유도함에 따라, 상기 열전쌍은 고온 증기가 증류 튜브로 유도되기 이전에 막의 온도를 탐지한다. 도 1을 참조하면, 막이 저온인 경우, 시스템 제어기(151)는 발열선(heating element)을 작동시킬 수 있고 막의 온도를 감시할 수 있다. 막 온도가 증가함에 따라, 제어 시스템은 자동온도조절 설정이 되어 히터에 의한 막의 과열을 방지할 수 있다. 막 온도가 안전한 온도로 예열 될 때, 시스템 제어기(151)는 고온 증기가 증류 튜브(131)를 통하여 막으로 흐르게 한다. 일단 고온 증기가 막을 통하여 흐르면, 증기는 막을 가열할 것이며 발열선에 대한 전력은 제거될 수 있다. 에탄올 및 물 분리 공정을 돕기 위하여, 수증기가 진공장치(143)에 의해 다공성 막을 통하여 제거될 수 있다. A potential problem with porous membrane systems is that the membrane material can be vulnerable to such thermal damage. In particular, "heat damage" of the membrane can occur when the temperature of the ethanol vapor is substantially higher than the membrane. For example, the membrane may be at ambient temperature and thus damage is caused by sudden exposure to hot ethanol vapor. In order to prevent thermal damage to the membrane, a micro control warning system is used to preheat the membrane so that the membrane temperature is adequate to handle hot steam. In one embodiment, the temperature of the membrane is detected by a thermocouple attached to the membrane system. As the control system directs the flow of fluid through the heater and the distillation tube out of the fermentation tank, the thermocouple detects the temperature of the membrane before hot steam is directed to the distillation tube. Referring to FIG. 1, when the membrane is low temperature, the system controller 151 may activate a heating element and monitor the temperature of the membrane. As the membrane temperature increases, the control system may be set to thermostatic to prevent overheating of the membrane by the heater. When the membrane temperature is preheated to a safe temperature, the system controller 151 causes hot steam to flow through the distillation tube 131 to the membrane. Once the hot steam flows through the membrane, the steam will heat the membrane and power to the heating wire can be removed. To assist in the ethanol and water separation process, water vapor may be removed through the porous membrane by the vacuum device 143.

한 구체 예에서, 막 시스템(135)은 예비 막(back up membrane)(135)을 가질 수 있다. 하나의 막 시스템(135)이 손상되면, 제어기는 고장을 탐지할 것이며 제어기(151)는 밸브(136)를 활성화시켜 수증기와 에탄올 증기를 증류 튜브(131)로부터 예비 막 시스템(135)으로 우회시킬 수 있다. 제어기(151)는 막(135)이 손상되었음을 나타내는 신호를 트랜스시버(197)를 통하여 조작자 또는 유지 그룹에 전송할 수 있다. 따라서 수증기와 에탄올 증기가 예비 막 시스템(135)에 의해 분리되는 동안, 손상된 막 시스템(135)은 교체될 수 있다. In one embodiment, the membrane system 135 may have a back up membrane 135. If one membrane system 135 is damaged, the controller will detect a failure and the controller 151 will activate the valve 136 to divert water vapor and ethanol vapor from the distillation tube 131 to the preliminary membrane system 135. Can be. The controller 151 may send a signal to the operator or maintenance group via the transceiver 197 indicating that the membrane 135 is damaged. Thus, while the steam and ethanol vapors are separated by the preliminary membrane system 135, the damaged membrane system 135 can be replaced.

막 시스템(135)과 진공장치(143)를 통하여 지나간 후, 물은 응축하여 물 저장 탱크(181)로 들어갈 수 있으며 그 후 발효 탱크(131)에서 다시 사용된다. 분리된 에탄올은 막 시스템(135)을 빠져나와서 열전 냉각기(166)를 통하여 흐르는데 상기 열전 냉각기는 에탄올이 액체로 응축되도록 한다. 액체 에탄올은 그 후 저장 탱크(145) 내로 흐르고, 가솔린과 혼합되기 전에 여기서 저장된다. 저장 탱크(145)에 연결된 초음파 센서 또는 또 다른 액체 센서가 저장 탱크(145) 내 액체 에탄올 수준을 탐지하고 이러한 에탄올 생산 정보를 시스템 제어기(151)에 제공할 수 있다.한 구체 예에서, 시스템 제어기(151)는 에탄올 저장 탱크(145)가 가득 찬 시기를 탐지하여 저장 탱크(145) 내에 활용가능한 공간이 있을 때까지 증류 공정을 정지시킬 수 있다. After passing through the membrane system 135 and the vacuum device 143, the water can condense into the water storage tank 181 and then be used again in the fermentation tank 131. The separated ethanol exits the membrane system 135 and flows through the thermoelectric cooler 166, which causes the ethanol to condense into a liquid. Liquid ethanol then flows into storage tank 145 and is stored there before mixing with gasoline. An ultrasonic sensor or another liquid sensor connected to the storage tank 145 may detect liquid ethanol levels in the storage tank 145 and provide this ethanol production information to the system controller 151. In one embodiment, the system controller 151 may detect when the ethanol storage tank 145 is full and stop the distillation process until there is space available in the storage tank 145.

한 구체 예에서, 본 발명의 마이크로 정제기는 에탄올 저장 탱크(145)에 저장된 에탄올과 가솔린 저장 탱크(155)에 저장된 가솔린을 시스템 제어기(151)를 통하여 사용자에 의한 임의 비율로 혼합시킬 수 있다. 제어 시스템은 사용자가 원하는 연료 혼합 비율을 선택할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 상기 시스템은 연료 혼합물 설정이 운송수단에 대하여 허용되는 최대 또는 최소 에탄올 백분율을 초과하는 것을 방지하는 정지장치(lock)를 포함한다. 일단 연료 혼합물이 선택되면, 사용자는 통상의 가솔린 펌프와 같은 마이크로 정제기 기능을 사용할 수 있다. 사용자는 마이크로 정제기(101)의 받침대로부터 노즐(163)을 제거하여 운송수단의 탱크 주입구 내에 놓는다. 노즐(163)에 연결된 손잡이를 작동시켜 펌프(149)를 작동시키며 펌프는 연료가 호스 감개(157), 호스(161) 및 노즐(163)을 통하여 탱크(145 및 155)로부터 운송수단의 연료 주입구로 흐르도록 한다. 상기 시스템은 특정 연료 비율을 산출하기 위하여 에탄올 및 가솔린 펌프(149)를 서로 다른 유속으로 작동시킬 것이다. 노즐(163)은 운송수단 탱크가 채워진 시기를 탐지하고 노즐(163)을 통한 연료의 흐름을 자동으로 중단시킬 것이다. 운송수단 탱크가 가득 차면, 사용자는 노즐(163)을 받침대에 되돌려놓고 마개를 연료 주입구에 되돌려놓음으로써 주입 과정을 마친다. 에탄올 탱크(145)가 적어도 부분적으로 비워지면, 상기 시스템은 추가 에탄올 생산을 시작할 수 있다. In one embodiment, the micropurifier of the present invention may mix ethanol stored in the ethanol storage tank 145 and gasoline stored in the gasoline storage tank 155 at any ratio by the user through the system controller 151. The control system includes a user interface that allows the user to select the desired fuel mix ratio. The system includes a lock that prevents the fuel mixture setting from exceeding the maximum or minimum ethanol percentage allowed for the vehicle. Once the fuel mixture is selected, the user can use a micropurifier function such as a conventional gasoline pump. The user removes the nozzle 163 from the pedestal of the micropurifier 101 and places it in the tank inlet of the vehicle. The pump 149 is operated by operating a handle connected to the nozzle 163 where the fuel is pumped from the tanks 145 and 155 through the hose reel 157, the hose 161 and the nozzle 163. To flow. The system will operate the ethanol and gasoline pump 149 at different flow rates to yield a specific fuel ratio. The nozzle 163 will detect when the vehicle tank is full and will automatically stop the flow of fuel through the nozzle 163. When the vehicle tank is full, the user completes the injection process by returning the nozzle 163 to the pedestal and returning the stopper to the fuel inlet. Once the ethanol tank 145 is at least partially empty, the system can begin producing additional ethanol.

에탄올과 가솔린 또는 그 밖의 다른 연료와의 혼합 비율은 연료가 주입되는 운송수단의 종류에 의존할 수 있다. 내연 기관에서 순수 에탄올의 사용은 엔진이 이러한 목적을 위하여 고안되었거나 개량된 경우에만 가능하다. 그렇지만, 개량되지 않은 자동차 엔진에서의 사용을 위하여 에탄올은 다양한 비율로 가솔린과 혼합될 수 있다. 미국에서, 가솔린으로 운행되도록 고안된 통상의 자동차는 최대 15% 에탄올을 함유하는 혼합 연료를 사용할 수 있을 뿐이다. 이와 대조적으로, 미국의 유연성 있는 연료 자동차(flexible fuel vehicle)는 20% 미만의 에탄올 또는 최대 85%를 갖는 혼합물을 사용할 수 있다. 에탄올 연료 혼합물은 전형적으로 에탄올 백분율이 뒤따르는 문자 "E"로 표시된다. 예를 들면, 전형적인 에탄올 연료 이름은 E5, E7, E1O, E15, E20, E85, E95 및 E1OO을 포함하며, 여기서 예를 들어 E5는 5% 에탄올과 95% 가솔린이다. The mixing ratio of ethanol to gasoline or other fuels may depend on the type of vehicle into which the fuel is injected. The use of pure ethanol in internal combustion engines is only possible if the engine is designed or modified for this purpose. However, ethanol can be mixed with gasoline in various proportions for use in unmodified automotive engines. In the United States, a typical car designed to run on gasoline can only use mixed fuels containing up to 15% ethanol. In contrast, the US flexible fuel vehicle may use less than 20% ethanol or a mixture with up to 85%. Ethanol fuel mixtures are typically represented by the letter "E" followed by the ethanol percentage. For example, typical ethanol fuel names include E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95 and E10, where for example E5 is 5% ethanol and 95% gasoline.

각 마이크로 정제 시스템에 의해 수행된 과정이 완결된 후, 마이크로 정제 시스템은 또한 세정될 수 있다. 한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 세정 장치를 포함하며, 이는 탱크 및 그 밖의 다른 부품으로부터 입자를 제거하는 가압된 비누 및 물을 발효 탱크에 살포할 수 있다. 상기 시스템은 그 후 비누 및 그 밖의 다른 잔류물을 제거하기 위하여 시스템 부품을 헹굴 수 있다. 한 구체 예에서, 배출 밸브를 개방시켜 발효 탱크 및 증류 시스템으로부터 나온 폐기 액체를 배출 호스를 통하여 시스템으로부터 배출시킨다. 상기 시스템은 고압의 물을 방출하는 분사 노즐과 물 공급원 사이에 연결된 밸브를 사용하고 시스템 제어기에 의해 활성화되는 자동화 세정 시스템을 포함할 수도 있다. 분사는 발효 챔버를 향하여 배향되어 퇴적된 물질을 제거할 수 있다. 휘발성 물질은 마이크로 정제기의 내부 표면으로부터 제거됨에 따라, 배출 밸브가 개방되고 폐기 물질들은 공공 방류 시스템으로 방류될 수 있다. After the procedure carried out by each micro purification system is completed, the micro purification system can also be cleaned. In one embodiment, the micropurifier includes a cleaning device, which can sparg the fermentation tank with pressurized soap and water to remove particles from the tank and other parts. The system can then rinse the system parts to remove soap and other residues. In one embodiment, the discharge valve is opened to discharge waste liquid from the fermentation tank and the distillation system from the system through the discharge hose. The system may include an automated cleaning system that is activated by a system controller and uses a valve connected between a spray nozzle and a water source that discharges high pressure water. Injection may be directed towards the fermentation chamber to remove deposited material. As volatiles are removed from the inner surface of the micropurifier, the discharge valve opens and waste materials can be discharged to the public discharge system.

마이크로 정제기는 복잡한 장치이기 때문에, 작업을 자동화하고 에탄올 생산 효능을 최적화하기 위하여 센서 및 제어기가 사용된다. 마이크로 정제기는 발효 탱크, 로드 셀 중량 탐지 시스템, 온도 제어 시스템, 발효 탱크용 혼합 교반기, 증류 시스템, 막 분리 시스템, 저장 탱크, 그리고 혼합 및 펌핑 시스템을 포함하는 공정 시스템의 작업 상태를 감시하는 다양한 센서를 포함할 수 있다. 모든 이러한 시스템들은 제어기에 연결된 센서를 포함한다. 도 12를 참조하면, 시스템 제어기(151)의 간략화된 블록 선도가 도시된다. 제어기(151)는 중앙 처리 장치(CPU)(601), 입력장치 일수도 있는 영상 화면(603), 버튼, 키 패드 등과 같은 사용자 입력 장치(609)를 포함한다. CPU(601)가 모터, 센서와 같은 아날로그 장치와 통신하기 위하여, 아날로그-디지털 컨버터(611) 및 디지털-아날로그 컨버터(613)가 요구된다. 아날로그-디지털 컨버터(611)는 아날로그 데이터 신호를 CPU(601)에 의해 해석될 수 있는 디지털 신호로 전환하기 위하여 사용되고, 디지털-아날로그 컨버터(613)는 CPU(601)로부터 나오는 디지털 제어 신호를 아날로그 장치로 전환하기 위하여 사용된다. CPU(601)는 또한 전자 메모리(605)에 연결될 수 있다. 한 구체 예에서, 제어기(151)는 마이크로 정제기 및 시스템 부품의 작동을 탐지하는 여러 센서(305 - 313) 및 마이크로 정제기의 작동을 제어하는 제어기(314 - 317)에 연결된다. Because micropurifiers are complex devices, sensors and controllers are used to automate tasks and optimize ethanol production efficacy. Micro-purifiers provide a variety of sensors to monitor the working status of process systems including fermentation tanks, load cell weight detection systems, temperature control systems, mixing stirrers for fermentation tanks, distillation systems, membrane separation systems, storage tanks, and mixing and pumping systems. It may include. All such systems include a sensor connected to a controller. 12, a simplified block diagram of the system controller 151 is shown. The controller 151 includes a central processing unit (CPU) 601, an image screen 603 which may be an input device, a user input device 609 such as a button, a keypad, or the like. In order for the CPU 601 to communicate with analog devices such as motors and sensors, an analog to digital converter 611 and a digital to analog converter 613 are required. The analog-to-digital converter 611 is used to convert the analog data signal into a digital signal that can be interpreted by the CPU 601, and the digital-to-analog converter 613 converts the digital control signal from the CPU 601 into an analog device. Used to switch to CPU 601 may also be coupled to electronic memory 605. In one embodiment, the controller 151 is connected to various sensors 305-313 that detect the operation of the micropurifier and system components and controllers 314-317 that control the operation of the micropurifier.

한 구체 예에서, 제어기(151)는 음성 또는 영상 상태 표시기로부터 산출될 수 있는 탐지된 센서(205) 정보를 해석할 수 있다. 제어기(151)는 또한 마이크로 정제기의 상태 표시를 제공하는 광원(199)에 연결될 수 있다. 빛의 색이 시스템 상태를 나타낼 수 있다. 녹색 빛은 모든 것이 정상임을 나타내며, 노란색 빛은 시스템에 주의가 요구됨을 나타내며, 적색 빛은 시스템이 멈추었음을 나타낼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(199)은 최적의 가시성을 위하여 마이크로 정제기(101)의 상부 표면에 장착될 수 있다. 마이크로 정제기(101)가 다른 것과 떨어져 위치하는 경우, 상태 표시기 광원(199)은 막대에 장착되어 상태 표시기가 사용자에 의해 멀리서 용이하게 관찰될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 시스템에 주의가 요구되거나 또는 시스템이 멈추어졌을 때 비상 상황으로서 음성 경고가 울릴 수도 있다. In one embodiment, the controller 151 may interpret the detected sensor 205 information, which may be calculated from an audio or video status indicator. The controller 151 may also be connected to a light source 199 that provides a status indication of the micropurifier. The color of the light can indicate the system state. Green light indicates everything is normal, yellow light indicates that the system requires attention, and red light indicates that the system is stopped. As shown in FIG. 1, the light source 199 may be mounted to the top surface of the micropurifier 101 for optimal visibility. When the micropurifier 101 is positioned away from one another, the status indicator light source 199 is mounted to a rod so that the status indicator can be easily viewed from a distance by the user. In another embodiment, a voice alert may sound as an emergency when the system requires attention or when the system is stopped.

도 13은 마이크로 정제기(101)와 그 밖의 다른 시스템 부품 사이의 통신 연결을 나타내는 그림이다. 제어기(151)는 또한 유선 또는 무선 통신을 통하여 정보를 전송 또는 수신할 수 있는 트랜스시버(197)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 마이크로 정제기는 컴퓨터 네트워크로 통신하여 컴퓨터가 마이크로 정제기의 작동 및 재료의 처리를 감시하는 것을 가능하게 한다. 제어기(151)는 컴퓨터 네트워크를 통한 탐지 센서 및 생산 정보 전송과 같이 마이크로 정제기 작동 정보를 트랜스시버(197)를 통하여 여러 다른 컴퓨터 또는 서버(223)에 전송할 수 있다. 제어기(151)는 또한 탐지된 작동 조건에 기초하여 마이크로 정제기의 작동을 위한 제어 지시를 다른 컴퓨터 및 서버(223)로부터 수신할 수 있다. 13 is a diagram illustrating a communication connection between the micropurifier 101 and other system components. Controller 151 may also be coupled to transceiver 197, which may transmit or receive information via wired or wireless communication. For example, the micropurifier communicates over a computer network, allowing the computer to monitor the operation of the micropurifier and the processing of materials. The controller 151 may transmit micropurifier operation information to the various other computers or servers 223 via the transceiver 197, such as transmission of detection sensors and production information over the computer network. The controller 151 may also receive control instructions from other computers and servers 223 for the operation of the micropurifier based on the detected operating conditions.

트랜스시버(197)는 시스템 제어기(151)가 센서 입력 데이터와 같은 탐지된 작동 정보를 전송하고 외부 출처로부터 작동 지시를 수신하는 것을 가능하게 한다. 트랜스시버는 개인용 컴퓨터 또는 다른 컴퓨터(223)와 연결된 네트워크와 통신하는 유선 또는 무선 장치일 수 있다. 하드와이어 통신 케이블은 조작자 컴퓨터(223)와 하나 이상의 마이크로 정제기(101) 사이에서 사용될 수 있다. 마이크로 정제기(101)와 컴퓨터(223) 또는 네트워크 사이의 통신은 WiFi와 같은 라디오 주파수(radio frequency), IR과 같은 셀형식 또는 위성 또는 광학 형식은 포함하는 다양한 서로 다른 수단을 통하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 전송의 유형은 마이크로 정제기의 위치에 기초할 수 있다. 개인 주거지 또는 상업 빌딩에 근접한 작업 컴퓨터(223)는 WiFi 통신 시스템을 가질 수 있다. 사용자 컴퓨터(223)로부터 라디오 통신을 넘는 마이크로 정제기는 셀형식 또는 위성 통신 시스템을 요구한다. The transceiver 197 enables the system controller 151 to transmit detected operational information, such as sensor input data, and to receive operational instructions from an external source. The transceiver may be a wired or wireless device that communicates with a personal computer or a network coupled with another computer 223. Hardwired communication cables may be used between the operator computer 223 and one or more micropurifiers 101. Communication between the micropurifier 101 and the computer 223 or network may be through a variety of different means including radio frequency such as WiFi, cell type such as IR, or satellite or optical type. For example, the type of transmission may be based on the location of the micropurifier. Work computer 223 in proximity to a private residence or commercial building may have a WiFi communication system. Micro refiners over radio communication from user computer 223 require a cellular or satellite communication system.

센서에 의해 탐지된 마이크로 정제 시스템 정보는 마이크로프로세서(601)로 전송되고 메모리에 저장되거나 및/또는 그 후 트랜스시버로 재전송되고 인터넷과 같은 컴퓨터 네트워크로 전송될 수 있다. 전송의 유형은 마이크로 정제기의 위치에 기초할 수 있다. 개인 주거지 또는 상업 빌딩에 근접한 작업 컴퓨터(223)는 WiFi 통신 시스템을 가질 수 있다. 이와 반대로, 더욱 먼 장소에 위치하는 컴퓨터(223)는 셀형식 또는 위성 통신 시스템을 요구하거나 또는 다중 컴퓨터(223) 및 무선 및 유선 네트워크와 같은 다중 통신 경로를 요구할 수 있다. The micro tablet system information detected by the sensor may be sent to the microprocessor 601 and stored in memory and / or then retransmitted to the transceiver and sent to a computer network such as the Internet. The type of transmission may be based on the location of the micropurifier. Work computer 223 in proximity to a private residence or commercial building may have a WiFi communication system. Conversely, a computer 223 located further away may require a cellular or satellite communication system or may require multiple communication paths, such as multiple computers 223 and wireless and wired networks.

통신 시스템을 사용하여, 마이크로 정제기는 사용자 개인용 컴퓨터, 시스템 유지 서비스, 그룹 관리자, 서비스 그룹, 공급물 제공자, 행정 기관 또는 또 다른 마이크로 정제기와 정보를 전송 및 수신할 수 있다. 일부 경우에서, 마이크로 정제기로부터 사용자 개인용 컴퓨터로 정보가 전송될 수 있다. 사용자는 상기 정보를 해석하고 개인용 컴퓨터로부터 나오는 정보를 서버 또는 또 다른 컴퓨터에 전송할 수 있다. 통신 네트워크를 부가함으로써, 유선 LAN, WiFi, 셀형식 또는 위성 접속 원거리 통신과 같은 무선 네트워크를 사용하는 것이 가능하며, 마이크로 정제기는 원격 감시될 수 있다. 통신 시스템을 통하여 전송되는 정보는 시스템 작동 감시, 진단, 작동 최적화, 정부 관리를 위한 에탄올 생산 정산, 재료 비축 감시 및 재료 주문 등을 포함하는 여러 목적을 위하여 사용될 수 있다. 전송된 데이터는 정보의 수신자에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 감독 기관은 마이크로 정제기로부터 나오는 에탄올 산출량을 파악하는 것만을 필요로 한다. 이와 대조적으로, 사용자 또는 유지 기관은 작동 조건 및 임의 공정 에러를 알 필요가 있다. 따라서, 통상적으로 더 많은 센서 정보가 정부 기관보다는 사용자 또는 유지 기관으로 전송된다. Using a communication system, the micropurifier can send and receive information with a user personal computer, system maintenance service, group manager, service group, supply provider, administrative agency, or another micropurifier. In some cases, information may be transferred from the micropurifier to a user personal computer. The user can interpret the information and send the information from the personal computer to the server or another computer. By adding a communication network, it is possible to use a wireless network such as wired LAN, WiFi, cellular or satellite connected telecommunications, and the micropurifier can be monitored remotely. The information transmitted through the communication system can be used for a variety of purposes including monitoring system operation, diagnosing, optimizing operation, accounting for ethanol production for government control, material stock monitoring and material ordering. The transmitted data can vary depending on the recipient of the information. For example, supervisors only need to know the ethanol output coming from the micropurifier. In contrast, the user or maintenance organization needs to know the operating conditions and any process errors. Thus, more sensor information is typically sent to users or maintenance agencies than to government agencies.

마이크로 정제기에 대한 통신 시스템은 또한 또 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 한 구체 예에서 통신 시스템은 출원중인 미국 특허 출원 제12/110,242호, "마이크로 정제기로써 탄소 배출권을 사용하는 방법{Method For Using Carbon Credits With Micro Refineries}"(2008.04.25. 출원, 참고문헌으로 수록됨)에서 설명된 탄소 배출권 프로그램과 함께 사용될 수 있다. 탄소 배출권 프로그램은 동일하거나 또는 동등한 부피의 가솔린 대신에 마이크로 정제기에 의해 생산된 에탄올을 사용함에 따른 CO2 배출량의 감소에 기초한 가치를 갖는 쿠폰을 발행할 수 있다. 탄소 배출권은 마이크로 정제기에 의해 생산된 에탄올이 동일하거나 또는 동등한 부피의 가솔린을 대신하여 사용된다고 가정하여 CO2 배출량의 감소에 기초한 가치를 가질 수 있다. 에탄올로부터의 CO2 배출량 대 가솔린으로부터의 CO2 배출량이 직접적으로 정량화되기 때문에, CO2 배출량의 감소는 저장 탱크(145) 내로 흐르는 에탄올의 부피를 측정하는 센서에 의해 정확하게 결정될 수 있다. 시스템은 마이크로 정제기에 의해 생산된 에탄올의 부피 측정치를 자동으로 전송할 수 있으며 그에 따라 대응하는 탄소 배출권이 마이크로 정제기의 소유자를 위하여 기록될 수 있다. Communication systems for micropurifiers may also be used for another purpose. For example, in one embodiment, a communication system is disclosed in US Patent Application No. 12 / 110,242, entitled "Method For Using Carbon Credits With Micro Refineries." It can be used in conjunction with the carbon credit program described in the references. The carbon credit program may issue coupons based on the reduction of CO 2 emissions from using ethanol produced by micro refiners instead of the same or equivalent volume of gasoline. Carbon credits can be of value based on the reduction of CO 2 emissions, assuming that ethanol produced by the micropurifier is used in place of the same or equivalent volume of gasoline. Since CO 2 emissions from the CO 2 emissions from ethanol to gasoline is directly quantified, the reduction of CO 2 emission can be determined accurately by means of a sensor that measures the volume of ethanol flowing into the storage tank 145. The system can automatically transmit volumetric measurements of ethanol produced by the micropurifier so that the corresponding carbon credits can be recorded for the owner of the micropurifier.

통신 시스템은 또한 탄소 배출권을 판매하기 위하여 사용될 수 있다. 탄소 배출원 구매자들은 탄소 발자국을 감소시킴으로써 세상을 개선하기 원하는 개인 또는 단체일 수 있다. 구매자들은 또한 탄소 배출을 제한하는 정부의 강제 규정에 따르기 위하여 탄소 배출량을 감소시킬 필요가 있다. 탄소 배출권은 판매 시스템에 기초한 컴퓨터 네트워크 또는 인터넷을 통하여 구매자들에게 전자적으로 판매될 수 있다. 마이크로 정제기는 구매가능한 탄소 배출권의 양을 나타내고 하나 또는 모든 탄소 배출권을 특정 가격에서 판매할 수도 있다. 그 대신에, 마이크로 정제기는 가장 높은 경매가에 일부 또는 모든 탄소 배출권을 경매하기 위하여 경매 웹 사이트를 사용할 수도 있다. 일부 경우에 하나의 마이크로 정제기는 단지 소량의 탄소 배출권을 가지며 많은 수의 마이크로 정제기가 연합하여 이들의 축적된 탄소 배출권을 함께 판매할 수도 있다. Communication systems can also be used to sell carbon credits. Carbon source buyers can be individuals or organizations who want to improve the world by reducing their carbon footprint. Buyers also need to reduce their carbon footprint in order to comply with government mandates to limit it. Carbon credits can be sold electronically to buyers via a computer network or Internet based sales system. Micropurifiers represent the amount of carbon credits available and may sell one or all carbon credits at a particular price. Alternatively, the micropurifier may use an auction website to auction some or all of the carbon credits at the highest auction price. In some cases, one micropurifier has only a small amount of carbon credits, and a large number of micropurifiers may be combined to sell their accumulated carbon credits together.

바람직한 구체 예에서, 마이크로 정제기 트랜스시버는 인터넷과 같은 네트워크를 통하여 사용자 컴퓨터 및/또는 마이크로 정제기를 감시하고 유지하는 것을 도울 수 있는 또 다른 서버 컴퓨터와 통신할 수 있다. 마이크로 정제기는 작업 정보를 사용자 개인용 컴퓨터와 공유할 수 있으며 마이크로 정제기로부터 얻은 데이터에 기초하여, 사용자는 공급재료를 주문하고, 유지보수를 하고 모든 시스템 오작동을 인지할 수 있다. 마이크로 정제기 정보의 수신은 생산되는 데이터의 유형에 기초하여 일어날 수 있다. 사용자 컴퓨터는 작업 정보를 다양한 또 다른 기관, 예를 들면 시스템 유지 서비스 그룹, 마이크로 정제기 그룹 관리자, 마이크로 정제기 공급물 제공자 및 정부 행정 기관에게 재전송할 수 있다. 일부 경우에, 마이크로 정제기는 정보를 공유할 수 있다. 예를 들면, 동일 지역에 위치한 마이크로 정제기는 그 영역에서의 최적의 작업 조건을 확인하는 것을 돕기 위하여 에탄올 생산 산출량을 비교할 수 있다. 동일 지역의 마이크로 정제기는 또한 공급 정보를 공유하여 그에 따라 더 많은 양의 공급물이 함께 주문되고 운송 비용이 그 지역의 마이크로-정제기들에게 분배될 수 있다. In a preferred embodiment, the micropurifier transceiver can communicate with another server computer that can help monitor and maintain the user computer and / or the micropurifier over a network such as the Internet. The micropurifier can share work information with the user's personal computer and, based on the data obtained from the micropurifier, the user can order the feedstock, perform maintenance and recognize all system malfunctions. Receipt of micropurifier information may occur based on the type of data produced. The user computer may retransmit the job information to various other agencies, such as system maintenance service groups, micropurifier group managers, micropurifier feed providers, and government administrative agencies. In some cases, micropurifiers may share information. For example, micropurifiers located in the same area can compare ethanol production outputs to help identify optimal operating conditions in that area. Micro-purifiers in the same area can also share supply information so that larger amounts of feed can be ordered together and shipping costs can be distributed to the micro-purifiers in the area.

적절한 작업을 위하여, 공급재료는 끊임없이 또는 주기적으로 마이크로 정제기에 주입될 필요가 있다. 공급재료 저장 영역의 힘 센서를 사용하여, 공급재료의 공급 중량이 감시될 수 있다. 공급재료가 사용되면 자동으로 공급재료를 공정 탱크에 채우도록 시스템이 구성될 수 있다. 시스템은 또한 저장 영역 내 공급재료 및 또 다른 회분 구성성분 또는 첨가제의 중량/양을 탐지할 수 있다. 저장 영역 내 공급재료 또는 회분 구성성분 재고량이 줄어들면, 시스템은 사용자, 시스템 유지 서비스 공급자 또는 공급물 분배자에게 회분 재료가 재보급될 필요가 있음을 알려줄 수 있다.  For proper operation, the feedstock needs to be injected into the micropurifier constantly or periodically. Using a force sensor in the feedstock storage area, the feed weight of the feedstock can be monitored. If feedstock is used, the system can be configured to automatically fill the process tank with feedstock. The system may also detect the weight / amount of the feedstock and another ash component or additive in the storage area. If the stock of feed or ash components in the storage area is reduced, the system may inform the user, the system maintenance service provider or the feed distributor that the ash material needs to be resupplied.

완벽한 작업 조건 하에서, 회분은 화학적 구성성분의 계속적인 재균형을 요구하지 않는다. 그렇지만, 공정 조건에 변화가 있거나 마이크로 정제기가 회분 및 폐기된 알코올성 음료를 동시에 처리하도록 사용된다면, 시스템은 연속적으로 발효 탱크의 회분 함량을 시험하고 조절할 필요가 있다. 높은 당 함량을 갖는 알코올성 음료는 당을 회분에 제공한다. 요구되는 공급재료는 또한 폐기된 알코올성 음료로부터 생산되는 에탄올의 양에 따라 변화한다. 에탄올이 알코올성 음료로부터 더욱 생성되면, 원하는 부피의 에탄올을 생산하기 위하여 더 적은 공급재료가 요구된다. Under perfect working conditions, ash does not require continuous rebalancing of chemical components. However, if there are changes in process conditions or if the micropurifier is used to process ash and discarded alcoholic beverages simultaneously, the system needs to continuously test and adjust the ash content of the fermentation tank. Alcoholic beverages with a high sugar content provide sugar to the ash. The required feedstock also varies with the amount of ethanol produced from the discarded alcoholic beverages. As ethanol is further produced from alcoholic beverages, less feedstock is required to produce the desired volume of ethanol.

또 다른 구체 예에서, 시스템은 저장 탱크 내의 처리된 에탄올의 양을 탐지하는 센서를 포함할 수 있다. 저장 탱크가 거의 가득 채워지면, 시스템은 에탄올 생산을 줄일 수 있고, 저장 탱크가 가득 채워지면, 시스템은 에탄올 생산을 정지시킬 수 있다. 역으로, 시스템이 에탄올 저장 탱크가 거의 비어있음을 탐지하면, 시스템은 생산을 증가시킬 수 있다. 증발 공정을 늦추고 정지시킴으로써 생산이 제어될 수 있다. 사용자의 에탄올 수요 및 회분 함량을 감시함으로써, 시스템은 재료에 대한 수요를 예상할 수 있을 것이고 필요 재료가 공정에 활용가능하게 되도록 할 수 있을 것이다. 마이크로 정제 시스템은 생산을 중지시킬 필요가 없는데 왜냐하면 필요 재료가 항상 필요한 지점에 존재할 것이기 때문이다. In another embodiment, the system can include a sensor to detect the amount of ethanol treated in the storage tank. When the storage tank is almost full, the system can reduce ethanol production, and when the storage tank is full, the system can stop ethanol production. Conversely, if the system detects that the ethanol storage tank is almost empty, the system can increase production. Production can be controlled by slowing and stopping the evaporation process. By monitoring the ethanol demand and ash content of the user, the system will be able to anticipate the demand for the material and make the necessary materials available to the process. The micropurification system does not need to stop production because the necessary materials will always be present at the required point.

공급재료 통지가 다양한 통신 수단을 통하여 사용자에게 전송될 수 있는데, 여기에는 네트워크를 통하여 마이크로 정제기로부터 사용자 컴퓨터로 전송되는 전자 신호가 포함되며 상기 전자 신호는 그래픽 사용자 인터페이스 신호 상의 표시로서 제시된다. 그 대신에, 공급재료 통지는 이메일 통지, 문자 또는 음성 메시지로서 사용자 컴퓨터 또는 전화기로 전송될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 사용자는 공급재료 재고량이 줄어들 때 자동으로 공급재료 공급자와 연락하고 추가 공급재료를 요구하도록 시스템에 권한을 부여하거나 시스템을 조작할 수 있다. 소정의 양의 공급재료가 저장소에 남아 있을 때 신호가 전송될 수 있으며, 그에 따라 사용자는 시스템이 재료를 소모하기 이전에 재고를 재보급할 수 있는 시간을 가질 것이다. Feedstock notifications can be sent to the user through various communication means, including electronic signals transmitted from the micropurifier to the user computer via a network, which are presented as an indication on a graphical user interface signal. Instead, the feedstock notification can be sent to the user's computer or phone as an email notification, text or voice message. In another embodiment, a user may automatically authorize or operate the system to contact the supplier of feedstock and request additional feedstock when the feedstock inventory is reduced. A signal may be sent when a certain amount of feedstock remains in the reservoir, such that the user will have time to restock the stock before the system runs out of material.

또 다른 구체 예에서, 공급재료의 배송이 계획되고 정기적으로 제공된다. 시스템은 생산 요구 또는 공급재료 소모 속도를 탐지하고 예상되는 에탄올 생산보다 조금 많거나 조금 부족한 것을 보상하기 위하여 주문을 조절할 수 있다. 예를 들면, 생산 요구는 시스템 내에 저장된 에탄올의 부피에 기초할 수 있다. 시스템은 비축량이 적을 때 자동을 공급재료 주문을 늘리고, 저장소 체적이 거의 채워질 때는 공급재료 주문을 줄일 수 있다. 공급재료 주문 량은 또한 계획된 소모 속도에 기초하여 조절될 수 있다. In another embodiment, delivery of the feedstock is planned and provided regularly. The system can adjust orders to detect production demand or feedstock consumption rates and compensate for little or less than expected ethanol production. For example, production needs may be based on the volume of ethanol stored in the system. The system can increase feed order automatically when stockpile is low and reduce feed order when the reservoir volume is almost full. Feedstock orders can also be adjusted based on planned consumption rates.

한 구체 예에서, 시스템은 또한 마이크로 정제기에서 작동 에러를 탐지하기 위하여 사용될 수 있다. 현장의 문제는 장비의 오작동 및 극심한 날씨 조건으로 인한 장비 작동중단 및 현상 서비스 수리를 유발한다. 장비 문제를 탐지하기 위하여, 마이크로 정제기는 시스템 오작동을 탐지하는 센서를 포함할 수도 있다. 도 13을 참조하면, 마이크로 정제기와 환경 조건을 원격 감시함으로써, 시스템은 시스템에 문제가 발생할 때 사용자 컴퓨터(223)로 정보를 제공할 수 있다. 따라서 조작자는 시스템을 점검하고 문제를 해결할 수 있다. 사용자가 문제를 해결하지 못하면, 사용자는 서비스 센터에 연락하여 수리공이 마이크로 정제기(101)로 파견될 수 있다. 일부 경우에, 마이크로 정제기(101)는 자가 진단을 수행하고 문제를 결정한다. 이러한 진단 정보는 사용자 컴퓨터(223), 서비스 서버 컴퓨터(223) 및/또는 서비스 센터(223)로 전송될 수 있다. In one embodiment, the system can also be used to detect operational errors in a micropurifier. Field problems can cause equipment malfunctions and repairs due to extreme weather conditions. In order to detect equipment problems, the micropurifier may include sensors to detect system malfunctions. Referring to FIG. 13, by remotely monitoring the micropurifier and environmental conditions, the system can provide information to the user computer 223 when a problem occurs in the system. The operator can thus check the system and solve the problem. If the user does not solve the problem, the user may contact a service center and a repairman may be dispatched to the micropurifier 101. In some cases, micropurifier 101 performs a self test and determines a problem. Such diagnostic information may be transmitted to the user computer 223, the service server computer 223, and / or the service center 223.

일부 설비에서, 사용자는 마이크로 정제기(101)의 작동을 관리하는 것을 원하지 않으며 그 대신 서비스 제공자가 마이크로 정제기를 유지하게 할 수도 있다. 모든 정보는 시스템 유지 서비스 서버(223) 또는 마이크로 정제기 그룹 관리자 컴퓨터(223)로 전송될 수 있다. 사용자 컴퓨터(223)는 사용자에 의해 쉽게 해석되는 그래픽 형식으로 마이크로 정제기(101)로부터의 상태 및 서비스 공급자(223)로부터의 서비스 업데이트와 같은 기초 정보를 수신할 수 있다. 따라서, 마이크로 정제기(101)는 서로 다른 형식으로 서로 다른 정보를 서로 다른 컴퓨터(223)에 전송하도록 구성될 수 있다. In some facilities, the user does not want to manage the operation of the micropurifier 101 and may instead have a service provider maintain the micropurifier. All information can be sent to the system maintenance service server 223 or the micropurifier group manager computer 223. The user computer 223 may receive basic information such as status from the micropurifier 101 and service updates from the service provider 223 in a graphical format that is easily interpreted by the user. Thus, the micropurifier 101 may be configured to transmit different information to different computers 223 in different formats.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기 소유자는 원격 시스템 지원을 위하여 유지 회사에게 접근 권한을 제공할 수 있으며 마이크로 정제기(101)로부터 얻은 센서 데이터는 마이크로 정제기(101)의 작동을 감시하는 유지 회사 서버(223)로 전송될 수 있다. 유지 회사는 화면표시의 형상에 관심이 없기 때문에, 마이크로 정제기(101)로부터 나온 데이터 출력은 최소의 데이터 포맷을 갖거나 또는 데이터 포맷을 갖지 않는 일차적인 미가공 데이터일 수 있는 "서비스 출력 모드"일 수 있다. 이러한 미가공 데이터는 데이터 전송의 크기를 감소시키며 이는 많은 마이크로 정제기(101)가 유지 회사에 의해 원격 감시되는 것을 가능하게 한다. 마이크로 정제기(101) 중 어느 하나에 대하여 문제점이 탐지되면, 유지 회사 서버(223)는 마이크로 정제기(101)로 디지털 지시를 제공할 수 있거나, 또는 문제가 수동 정비를 요구한다면 서비스 기술자가 작업 또는 유지를 위하여 마이크로 정제기(101)로 파견될 수 있다. In one embodiment, the micropurifier owner can provide access to the maintenance company for remote system support and the sensor data obtained from the micropurifier 101 monitors the operation of the micropurifier 101. Can be sent to. Since the maintenance company is not interested in the shape of the display, the data output from the micropurifier 101 may be a "service output mode" which may be primary raw data with minimal data format or no data format. have. This raw data reduces the size of the data transmission, which allows many micropurifiers 101 to be remotely monitored by the maintenance company. If a problem is detected with any of the micropurifiers 101, the maintenance company server 223 may provide digital instructions to the micropurifier 101, or if the problem requires manual maintenance, the service technician may work or maintain May be dispatched to the micro-purifier 101.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기(101)는 기초적인 서비스 요구사항을 사용자 컴퓨터(223)에 전송하도록 프로그램될 수 있으며 만약 문제가 숙련된 기술자를 요구한다면, 마이크로 정제기(101)는 서비스 센터 컴퓨터(223)에 접속하고 그에 따라 기술자가 즉시 요청될 수 있다. 마이크로 정제기(101)는 또한 고장이 났거나 결함이 있는 부품을 확인하고 필요한 부품을 서비스 센터 컴퓨터(223)로부터 요구할 수 있다. In one embodiment, the micropurifier 101 may be programmed to send basic service requirements to the user computer 223 and if the problem requires a skilled technician, the micropurifier 101 may be a service center computer 223. ) And the technician can be requested immediately. The micropurifier 101 may also identify broken or defective parts and request the necessary parts from the service center computer 223.

한 구체 예에서, 시스템 유지 중 일부는 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어 도 1을 참조하면, 한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 물로부터 에탄올을 분리하기 위하여 사용되는 보조 다공성 막(135)을 가질 수 있다. 다공성 막이 손상되면, 마이크로 정제기(101)는 문제점을 탐지하고 그에 따라 증류 튜브의 출구에 있는 밸브(161)를 보조 다공성 막(135) 쪽으로 열고 그 결과 에탄올 생산이 계속된다. 그 후 마이크로 정제기(101)는 손상되거나 결함이 있는 다공성 막(135)을 수리하도록 서비스를 요청할 수 있다. 그 밖의 다른 여러 부품은, 고장의 경우 자동으로 사용될 수 있는 보조 장치를 가질 수 있다. In one embodiment, some of the system maintenance can be performed automatically. For example, referring to FIG. 1, in one embodiment, the micropurifier may have a secondary porous membrane 135 that is used to separate ethanol from water. If the porous membrane is damaged, the micropurifier 101 detects the problem and accordingly opens the valve 161 at the outlet of the distillation tube towards the auxiliary porous membrane 135, resulting in continued ethanol production. The micropurifier 101 can then request service to repair the damaged or defective porous membrane 135. Many other components may have auxiliary devices that can be used automatically in case of failure.

회사나 개인에 의해 작동되는 마이크로 정제기의 수가 증감함에 따라, 에탄올 생산에 대한 정부 또는 관리 기관의 감시가 필수적이 될 수 있다. 상업 연료 규제에 의하면, 정부 감독 기관은 정제기 생산 정보에 접근이 허용되며 상업 연료 생산 회사는 법에 의해 정부의 세금 담당 기관(government agencies for tax revenues)에게 연료 판매를 보고하는 것이 요구될 수 있다. 유사한 연료 생산 보고가 개인적으로 소유하고 운영하는 마이크로-정제기에 대한 요구조건이 될 수도 있다. 그렇지만, 개인적인 마이크로 정제기의 진전이 다양한 원거리 위치에서 세계적으로 확산 될 수 있기 때문에, 대규모 정제소를 감시하기 위하여 고안된 종래 기술을 사용하여 정부 기관이 개인적이 연료 생산을 감시하는 것은 어려울 것이다. As the number of micropurifiers operated by a company or an individual increases or decreases, it may be necessary to monitor government or administrative agencies for ethanol production. Commercial fuel regulations allow government supervisors to access refiner production information, and commercial fuel producers may be required by law to report fuel sales to government agencies for tax revenues. Similar fuel production reports may be a requirement for micro-purifiers that are privately owned and operated. However, because advances in personal micropurifiers can spread globally at various remote locations, it will be difficult for government agencies to personally monitor fuel production using conventional techniques designed to monitor large refineries.

많은 마이크로 정제 시스템이 사적으로 개인들에 의해 소유되고 작동될 수 있으며 이들은 이들의 시스템에 의해 생산되는 에탄올을 보고하는 방법을 알지 못할 수 있다. 요구되는 정보를 감독 기관에게 배포하는 것을 자동화시키기 위하여, 마이크로 정제기는 생산 정보를 기관의 회계 시스템에 주기적으로 전송하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 마이크로 정제기는 생산 정보를 저장하고, 감독 기관은 상기 생산 정보에 접근할 수 있다. 마이크로 정제기 제어를 컴퓨터 네트워크에 연결시킴으로써, 생산 정보는 이러한 정보를 요구하는 모든 감독 기관에 쉽게 전송될 수 있다. 마이크로 정제기 데이터를 전자적으로 전송함으로써, 사용자는 수동으로 에탄올 생산 정보를 수집하고 이를 감독 기관에 전송할 필요가 없다. 마이크로 정제기와의 전자적 통신을 허용함으로써, 마이크로 정제기의 에탄올 생산을 감시하는 관리 비용이 또한 최소화된다. Many micropurification systems can be privately owned and operated by individuals and they may not know how to report the ethanol produced by their system. In order to automate the distribution of the required information to the supervisory authority, the micropurifier may be configured to periodically transmit production information to the institutional accounting system. In another embodiment, the micropurifier stores production information and the supervisory authority can access the production information. By connecting micro refiner control to a computer network, production information can be easily transmitted to any supervisory authority that requires this information. By electronically transmitting micropurifier data, the user does not have to manually collect ethanol production information and send it to the supervisory authority. By allowing electronic communication with the micropurifier, the administrative cost of monitoring the ethanol production of the micropurifier is also minimized.

한 구체 예에서, 에탄올 생산은 마이크로 정제기(101) 내 연료 흐름 센서에 의해 감시될 수 있다. 마이크로 정제기(101)는 개인적인 연료 생산 및/또는 소비를 감시할 수 있는 관련 정부 기관 컴퓨터(223)와 원격 광대역 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다. 데이터는 식별 정보와 함께 전송될 수 있으며 그에 따라 정부는 에탄올 생산 정보를 적절한 마이크로 정제기에 연계시킬 수 있다. 마이크로 정제기(101)로부터의 에탄올 생산에 세금이 부과된다면, 이러한 세금 수익은 지방, 주 및 연방 정부 기관에 이익이 될 수 있다. In one embodiment, ethanol production may be monitored by a fuel flow sensor in the micropurifier 101. The micropurifier 101 may be connected via a remote broadband interface with an associated government agency computer 223 that may monitor personal fuel production and / or consumption. Data can be sent along with identifying information, so that governments can link ethanol production information to the appropriate micropurifier. If taxes are imposed on ethanol production from the micropurifier 101, these tax revenues may be beneficial to local, state and federal government agencies.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기(101)는 또한 원격 제어 특징을 포함할 수도 있다. 이러한 구체 예에서, 시스템은 복수의 작동장치를 포함하는데 이들 작동장치는 마이크로 정제기(101)의 작동을 제어한다. 원격 제어는 사용자뿐만 아니라 감독 기관에게도 가능하다. 기관이 정부 규제 위반이 있다고 결정하면, 위반중인 마이크로 정제기(101)는 권한 있는 정부 기관에 의해 원격으로 정지될 수 있다. 예를 들면, 감독 기관은 마이크로 정제기(101)로부터 에탄올의 흐름을 제어하는 활성화된 밸브를 원격 제어할 수도 있다. 밸브를 차단함으로써, 시스템이 탱크 내에 있는 에탄올을 처리할 수 있으나 저장 탱크 내 에탄올이 마이크로 정제기(101)로부터 제거될 수는 없다. 또 다른 구체 예에서, 마이크로 정제기의 정부 제어는 규정준수 요구사항에 관한 메시지를 마이크로 정제기 소유자 및/또는 소유자 컴퓨터(223)로 최초로 전송하는 것을 포함하여 활동 진행 정도를 포함할 수 있다. 규정 준수가 사전 결정된 시간 기간 내에 보정되지 않는다면, 감독 기관은 마이크로 정제기(101)의 작동을 제어하는 것을 시작할 수 있으며 조작자가 계속하여 규제 요구사항을 위반한다면 결국 마이크로 정제기(101) 작동을 종결시킬 수도 있다. In one embodiment, the micropurifier 101 may also include remote control features. In this embodiment, the system includes a plurality of actuators that control the operation of the micropurifier 101. Remote control is possible not only for the user but also for the supervisory authority. If the agency determines that there is a government regulation violation, the violating micropurifier 101 may be remotely stopped by an authorized government agency. For example, the supervisory authority may remotely control an activated valve that controls the flow of ethanol from the micropurifier 101. By shutting off the valve, the system can process ethanol in the tank but ethanol in the storage tank cannot be removed from the micropurifier 101. In another embodiment, governmental control of the micropurifier may include the extent of the activity, including initially sending a message regarding compliance requirements to the micropurifier owner and / or owner computer 223. If compliance is not corrected within a predetermined time period, the supervisory authority may begin to control the operation of the micropurifier 101 and eventually terminate the micropurifier 101 operation if the operator continues to violate regulatory requirements. have.

전술한 바와 같이, 마이크로 정제기는 마이크로 정제기의 여러 작동 특징을 탐지하는 많은 센서를 포함할 수 있다. 센서 데이터를 감시하고 센서 데이터에 기초하여 조절함으로써, 마이크로 정제기는 적절하게 유지되고 최적의 효율로 작동될 수 있다. 발효 공정에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나는 회분의 온도이다. 한 구체 예에서, 회분 온도는 제어기에 연결된 온도 변환기에 의해 감시된다. 도 1을 참조하면, 제어기는 열전 장치(113)에 인가되는 전기 에너지를 제어하고 열전 장치(113)를 사용하여 회분 온도를 조절하여 그 결과 회분 온도는 최적의 온도 범위 내에서 유지된다. 시스템은 약 25℃ 내지 30℃ 사이일 수 있는 한 쌍의 설정 온도 범위 내의 설정 온도에서 회분을 유지한다. 온도는 발효 동안 가장 중요할 것이다. 발효 공정이 완결된 이후, 시스템은 대기 조건에 따라 에탄올 온도가 변화하는 것을 허용한다. 이는 회분의 가열 또는 냉각이 더 이상 필요하지 않게 되었을 때 시스템이 에너지를 보존하도록 한다. As noted above, the micropurifier may include many sensors that detect various operating characteristics of the micropurifier. By monitoring the sensor data and adjusting based on the sensor data, the micropurifier can be properly maintained and operated at optimum efficiency. One of the major factors affecting the fermentation process is the temperature of the ash. In one embodiment, the ash temperature is monitored by a temperature converter connected to the controller. Referring to FIG. 1, the controller controls the electrical energy applied to the thermoelectric device 113 and adjusts the ash temperature using the thermoelectric device 113 so that the ash temperature is maintained within the optimum temperature range. The system maintains ash at a set temperature within a pair of set temperature ranges, which may be between about 25 ° C and 30 ° C. The temperature will be most important during the fermentation. After the fermentation process is complete, the system allows the ethanol temperature to change with atmospheric conditions. This allows the system to conserve energy when ash heating or cooling is no longer needed.

한 구체 예에서, 시스템은 또한 회분의 탐지된 중량과 발효 시간에 기초한 예상된 중량을 비교함으로서 발효 진행을 감시할 수 있다. 이상적으로는, 중량 변화는 예견가능하여야 하며 발효 동안 시간에 따라 예상되는 범위 이내이어야 한다. 중량 감소의 예상된 속도를 벗어나는 것은 잠재적인 발효 공정의 문제점을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 발효 동안 특정 시점에서 예상된 중량 감소보다 더 큰 중량 감소는 누수 또는 증발로 인한 발효 탱크로부터의 물 손실에 의해 야기될 수 있다. 중량 감소가 예상보다 더 적으면, 이는 발효 공정에 문제점이 있음을 나타낼 것이다. 회분의 중량 감소가 적절하다면, 시스템은 회분에 대한 문제가 있는지를 결정하기 위하여 추가적인 시험을 수행할 수 있다. 한 구체 예에서, 효모 및 그 밖의 다른 회분 성분이 적절한 농도이며 당이 처리되고 있는지 여부를 결정하기 위하여 회분 시료를 시험할 수 있다. In one embodiment, the system can also monitor the fermentation progress by comparing the detected weight of the ash with the expected weight based on the fermentation time. Ideally, the weight change should be predictable and within the expected range over time during fermentation. Deviation from the expected rate of weight loss may indicate a potential fermentation process problem. For example, a weight loss greater than the weight loss expected at a particular point in time during fermentation may be caused by water loss from the fermentation tank due to leakage or evaporation. If the weight loss is less than expected, this will indicate a problem with the fermentation process. If the weight loss of the ash is appropriate, the system may perform additional tests to determine if there is a problem with the ash. In one embodiment, the ash sample can be tested to determine whether yeast and other ash components are at appropriate concentrations and whether the sugar is being processed.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 회분 혼합물 내의 화학 성분을 탐지할 수 있으며 시스템 제어기는 또한 화학적 불균형이 탐지되면 피드백을 제공하거나 보정을 수행할 수 있다. 에탄올 산출을 최대화하기 위하여 사용자가 불균형한 구성성분 혼합물을 함유하는 폐기된 알코올 음료 또는 새로운 공급재료를 혼합할 때, 화학적 탐지가 특히 유용하다. 예를 들면, 사용자가 다량의 효모를 함유하고 당을 함유하지 않는 폐기된 맥주를 처리한다면, 당의 부재는 알코올 발효의 속도가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 당의 부재는 또한 에탄올 공정을 위하여 사용되는 조류(algae) 및 세균성 셀룰로오스 물질의 성장을 방지할 수 있다. 시스템은 이러한 화학적 불균형을 탐지하고 요구되는 보정을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 시스템 제어기가 너무 많은 당이 첨가되었음을 탐지하면, 시스템은 과량의 당을 처리하기 위하여 필요한 효모 및 공급재료를 증가시킴으로써 이러한 에러를 보상할 수도 있다. 마이크로 정제기는 또한 물, 알코올, 당, 효모 및 또 다른 화학물질의 비율을 측정하는 센서를 포함할 수 있으며 그에 따라 적절한 구성성분들이 에탄올 생산 산출량을 최대화시키기 위하여 첨가될 수 있다. In one embodiment, the micropurifier can detect chemical components in the ash mixture and the system controller can also provide feedback or perform corrections when chemical imbalances are detected. Chemical detection is particularly useful when a user mixes a discarded alcoholic beverage or fresh feed containing an unbalanced component mixture to maximize ethanol yield. For example, if a user processes a discarded beer that contains a large amount of yeast and does not contain sugar, the absence of sugar can prevent the rate of alcohol fermentation from increasing. The absence of sugar can also prevent the growth of algae and bacterial cellulosic materials used for the ethanol process. The system can detect these chemical imbalances and make the required corrections. In another embodiment, if the system controller detects that too much sugar has been added, the system may compensate for this error by increasing the yeast and feedstock needed to process excess sugar. The micropurifier may also include sensors to measure the proportions of water, alcohol, sugars, yeast and other chemicals and thus appropriate components may be added to maximize ethanol production output.

적절한 화학물질 농도를 탐지하기 위하여, 제어기는 화학물질의 탐지된 양 또는 비율을 전자 메모리에 저장된 룩업 테이블에 기록된 예상 성분 측정치와 비교한다. 전술한 바와 같이, 발효 탱크는 중량 센서 및 화학 물성 센서에 연결될 수 있다. 화학 물성 센서는 회분 내의 1종 이상의 화학물질의 농도를 탐지할 수 있다. 회분 내 물질의 성분 및 양을 파악함으로써, 시스템은 회분이 최대 에탄올 생산을 위한 최적의 혼합물인가를 결정할 수 있다. To detect the appropriate chemical concentration, the controller compares the detected amount or ratio of chemical with expected component measurements recorded in a lookup table stored in electronic memory. As mentioned above, the fermentation tank may be connected to a weight sensor and a chemical property sensor. Chemical property sensors can detect the concentration of one or more chemicals in a batch. By knowing the components and amounts of the substances in the ash, the system can determine if the ash is the optimal mixture for maximum ethanol production.

룩업 테이블이 화학적 성분 및 이들의 상대적인 농도에 대한 데이터베이스일 수 있다. 예를 들면, 회분은 글루코오스와 같은 당(sugar) 80 내지 90% 중량, 물 10 내지 20% 중량 및 클로스트리듐 스포로게네스(Clostridium sporogenes)와 같은 효모 0.5% 중량을 포함하는 회분으로서 출발할 수 있다. 발효 공정이 수행됨에 따라, 당 함량이 감소하는 반면 에탄올 함량은 증가한다. 재료의 상대적인 중량은 발효 공정 동안 변화한다. 룩업 테이블의 한 예가 아래 표 1에 제시된다. 시스템은 주위 조건 및/또는 처리되는 특정 재료에 의존할 수 있는 다양한 서로 다른 성분 수치를 갖는 룩업 테이블을 사용한다. 표 1에 기재된 재료에 부가하여, 룩업 테이블은 또한 O2 및 CO2와 같은 다양한 또 다른 회분 공정 성분을 포함한다. The lookup table may be a database of chemical components and their relative concentrations. For example, the ash may start as a ash comprising 80 to 90% by weight sugar such as glucose, 10 to 20% by weight water and 0.5% by weight yeast such as Clostridium sporogenes. Can be. As the fermentation process is carried out, the sugar content decreases while the ethanol content increases. The relative weight of the material changes during the fermentation process. An example of a lookup table is shown in Table 1 below. The system uses lookup tables with various different component values that may depend on ambient conditions and / or the particular material being processed. In addition to the materials listed in Table 1, the lookup table also includes various other batch process components, such as O 2 and CO 2 .

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룩업 테이블은 발효 공정 진행의 시점에 대하여 탐지되는 회분 특징 측정치에 대한 최적의 데이터를 포함할 수 있다. 화학 성분의 적절한 비율이 회분 내에 존재한다면, 시스템은 회분 혼합물을 변화시키지 않을 것이며 계속하여 발효되도록 할 것이다. 그렇지만, 회분이 화학적으로 불균형이 되면, 하나 또는 그 이상의 성분이 회분에 첨가되어 화학적 불균형을 보정할 수 있다. 당이 에탄올로 전환됨에 따라, 회분 내 당의 비율은 당이 모두 에탄올로 전활될 때까지 감소할 것이다. The lookup table may include optimal data for the batch characteristic measurements detected for the timing of the fermentation process progress. If an appropriate proportion of the chemical component is present in the ash, the system will not change the ash mixture and will continue to ferment. However, if the ash is chemically imbalanced, one or more components can be added to the ash to correct for the chemical imbalance. As the sugar is converted to ethanol, the proportion of sugar in the ash will decrease until all of the sugar has been metabolized to ethanol.

전술한 바와 같이, 에탄올 생성은 또한 CO2를 생성한다. 따라서 CO2 기체가 회분에 의해 배출되고 대기로 방출됨에 따라 회분의 중량은 감소할 것이다. 회분은 바람직하게는 예상된 속도로 발효되며 발효 속도는 센서에 의해 탐지될 수 있다. 회분이 완전히 처리되기 전에 발효 속도가 떨어지면, 이는 발효가 일어나는 것을 방지하는 회분에 관한 문제가 있음을 나타낸다. 시스템은 모든 작동 조건을 확인하여 반응하고 시스템 조작자에게 경고를 전송할 수 있다. 회분 발효 공정이 완결되었을 때 발효 속도가 또한 감소할 것이다. 당 함량의 감소, CO2 방출 및 회분 중량의 감소를 감시함으로써, 시스템은 회분 공정의 상태를 확인할 수 있다. 예를 들면, 시스템은 회분이 공정의 10%, 40%, 80% 또는 어떤 완결 상태 인지 여부를 결정할 수 있다. 한 구체 예에서, 시스템은 당과 물을 계속하여 회분에 첨가하여 정상 회분 함량을 유지하고 발효 속도를 최대화한다. As mentioned above, ethanol production also produces CO 2 . Thus, the weight of the ash will decrease as the CO 2 gas is released by the ash and released to the atmosphere. The ash is preferably fermented at the expected rate and the fermentation rate can be detected by the sensor. If the fermentation rate drops before the ash is fully processed, this indicates a problem with the ash that prevents the fermentation from occurring. The system can identify and respond to all operating conditions and send alerts to system operators. The fermentation rate will also decrease when the batch fermentation process is complete. By monitoring the reduction of sugar content, CO 2 emissions and the reduction of ash weight, the system can check the status of the ash process. For example, the system can determine whether the ash is 10%, 40%, 80%, or in some finished state of the process. In one embodiment, the system continues to add sugar and water to the ash to maintain normal ash content and maximize fermentation rate.

발효 공정의 완결 %에 기초하여, 룩업 테이블은 회분에 대한 최적의 화학 조성 및 물리적 특성을 포함할 수 있다. 회분의 화학 조성이 발효에 따라 변화하기 때문에, 회분 화학물질의 상대적 양이 또한 시간에 따라 변할 것이다. 룩업 테이블은 마이크로 정제기 내 메모리에 저장되거나 또는 통신 네트워크를 통하여 마이크로 정제기와 접속된 조작자 컴퓨터 내에 저장될 수 있다. 마이크로 정제기는 또한 평균 온도, 습도 등의 원인이 되는 주위 조건에 의존하여 발효 공정을 최적화하고 제어하는 것을 돕기 위하여 다양한 사전 프로그램된 공급재료 처리법 및 대응하는 룩업 테이블을 저장할 수 있다. Based on the percent complete of the fermentation process, the lookup table may include optimal chemical composition and physical properties for the ash. Because the chemical composition of the ash changes with fermentation, the relative amount of ash chemical will also change over time. The lookup table may be stored in memory in the micropurifier or in an operator computer connected to the micropurifier via a communication network. The micropurifier may also store a variety of pre-programmed feedstock treatments and corresponding lookup tables to help optimize and control the fermentation process depending on the ambient conditions causing the average temperature, humidity, and the like.

일단 적절한 처리법 및 발효 %가 결정되면, 대응하는 최적의 화학 조성 및 물리적 물성을 룩업 테이블에서 찾는다. 시스템은 탐지된 화학 조성과 최적의 화학 조성을 비교할 수 있다. 현재 진행 상태에 대한 화학물질의 적절한 비율이 탐지되지 않으면, 시스템은 부족한 임의 재료를 첨가하여 화학적 비율을 보정할 수 있다. 역으로, 과량의 화학물질 농도가 탐지되면, 하나 또는 그 이상의 또 다른 회분 구성성분이 첨가되어 다시 혼합물의 균형을 맞출 수 있다. Once the proper treatment and fermentation% are determined, the corresponding optimum chemical composition and physical properties are found in the lookup table. The system can compare the detected chemical composition with the optimal chemical composition. If the proper ratio of chemicals to current progress is not detected, the system can correct the chemical ratio by adding any material that is lacking. Conversely, if excess chemical concentration is detected, one or more other ash components can be added to balance the mixture again.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 탐지된 화학 농도와 최적의 수치를 비교할 수도 있으나 테이블 수치로부터 허용 가능한 오차 범위를 허용한다. 예를 들면, 화학 성분의 허용가능한 양이 최적 농도의 범위일 수 있다. 시스템이 허용가능한 범위를 벗어나는 화학 성분을 확인할 때는, 회분에 첨가될 필요 화학 성분이 확인되고 필요 재료 각각의 양이 계산된다. In one embodiment, the micropurifier may compare the detected chemical concentration with the optimal value but allow an acceptable margin of error from the table value. For example, acceptable amounts of chemical components may be in the range of optimal concentrations. When the system identifies chemical components that are outside the acceptable range, the required chemical components to be added to the ash are identified and the amount of each of the required materials is calculated.

첨가될 재료의 평가된 양은 알고리즘에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 회분에 첨가될 재료의 중량으로서의 양은 방정식 양(Q)=(ΔC)(W)에 의해 결정될 수 있는데, 여기서 ΔC는 탐지된 화학 농도와 이상적인 화학 농도의 차이이며, W는 회분의 중량이다. 한 실시예에서, 룩업 테이블은 다음을 명시한다: 화학 성분 "A"는 회분의 5 중량%이어야 하며, 성분 A의 측정된 양은 단지 회분의 4%이고, 회분 중량은 100 lbs이다. 회분에 첨가될 성분 A의 양 Q는 (ΔC)를 회분 중량(W)에 곱하여 결정되는데, 즉 Q = (5% - 4%) (100 lbs) = 1 파운드의 성분 A가 회분에 첨가되어야 한다. The estimated amount of material to be added can be determined by the algorithm. For example, the amount as weight of the material to be added to the ash can be determined by the equation amount (Q) = (ΔC) (W), where ΔC is the difference between the detected chemical concentration and the ideal chemical concentration, and W is the It is weight. In one embodiment, the lookup table specifies: The chemical component "A" should be 5% by weight of the ash, the measured amount of component A is only 4% of the ash, and the ash weight is 100 lbs. The amount Q of component A to be added to the ash is determined by multiplying (ΔC) by the ash weight (W), ie Q = (5%-4%) (100 lbs) = 1 pound of component A must be added to the ash .

이러한 회분 보정 정보는 시스템의 영상 스크린에 표시될 수 있거나 또는 조작자 컴퓨터 및/또는 서비스 컴퓨터에 전송될 수 있다. 그 후 사용자가 필요한 성분을 수동으로 회분에 첨가하거나 또는 시스템이 필요한 성분을 자동으로 첨가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 한 구체 예에서 시스템은 구성성분을 위한 용기 및 구성성분의 측정된 양이 회분 내로 자동으로 혼합되도록 하는 제어 밸브를 포함할 수 있다. 구성성분이 부족하면, 시스템은 자동을 회분에 구성성분을 첨가할 수 있다. 유사하게, 구성성분의 농도가 너무 높으면, 시스템은 회분 혼합물을 보정하고 최적화시키기 위하여 그 밖의 다른 구성성분을 첨가할 수 있다. 시스템은 발효 공정 동안 회분 화학물질을 계속하여 감시하고 회분의 보정이 필요한지를 결정할 것이다. Such ash correction information may be displayed on an image screen of the system or transmitted to an operator computer and / or a service computer. The user can then manually add the required ingredients to the ash or the system can automatically add the required ingredients. As noted above, in one embodiment the system may include a container for the component and a control valve to allow the measured amount of the component to be automatically mixed into the ash. If the component is lacking, the system can automatically add the component to the ash. Similarly, if the concentration of the component is too high, the system may add other components to correct and optimize the ash mixture. The system will continue to monitor the ash chemicals during the fermentation process and determine if ash correction is necessary.

한 구체 예에서, 시스템은 사용자에 의해 제어되거나 또는 그 대신에, 시스템은 자동으로 작동하도록 프로그램되어 재료의 혼합물을 보정할 수 있다. 마이크로 정제기가 컴퓨터 네트워크에 연결되기 때문에, 이러한 처리법은 원격 대시보드 통신 시스템에 의해 갱신되거나 또는 온라인 보조 지원을 통하여 제공될 수 있다. 적절한 또는 최적의 처리법은 주위 조건 및 사용되는 공급재료 구성성분에 따라 변화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 회분 내 물, 에탄올, 당, 효모 및 그 밖의 다른 화학물질의 에러를 탐지하기 위하여 시험 장치가 사용될 수 있다. 시스템은 회분에 1종 이상의 구성성분을 첨가하여 화학적 양 또는 비율을 보정하면서 자동으로 응답할 수 있다. 그 대신에, 시스템은 또한 회분 재료가 보정이 필요하다는 것을 나타내는 데이터 신호를 전송함으로써 응답할 수도 있다. 그에 따라 사용자는 마이크로 정제기 제어기를 제어하여 회분 재료를 보정할 수 있다. In one embodiment, the system may be controlled by the user or instead, the system may be programmed to operate automatically to calibrate the mixture of materials. Since the micropurifier is connected to a computer network, this process may be updated by a remote dashboard communication system or provided through online assistance. Appropriate or optimal treatments may vary depending on ambient conditions and feedstock components used. As noted above, test equipment may be used to detect errors in water, ethanol, sugars, yeast and other chemicals in the ash. The system can respond automatically by adding one or more constituents to the batch, correcting chemical amounts or ratios. Instead, the system may also respond by sending a data signal indicating that the batch material needs correction. The user can thus control the micropurifier controller to calibrate the ash material.

회분의 특성을 탐지하기 위하여, 도 1에 도시된 시험 장치(171)는 회분의 당 함량과 같은 회분의 특정 특성을 측정하기 위하여 사용되는 여러 센서를 포함할 수 있다. 도 6을 참조하면, 회분 내 당은 전기화학 센서(505)를 사용하여 탐지될 수 있다. 센서(505)는 회분의 특정 양을 함유하는 유체 용기, 기준 전극(509) 및 글루코오스 옥시다아제를 함유하는 효소 전극(507)과 연결된다. 효소는 과량의 페로시안화 이온에 의해 효소 전극(507)에서 재산화된다. 전극(507)을 통하여 흐르는 전체 전하는 전류계(509)에 의해 측정되고 전체 전하는 회분 내 글루코오스의 농도에 비례한다. 전하의 양은 정해진 시간 동안 측정될 수 있거나, 그 대신에 전체 전하는 완결된 반응에 대하여 측정될 수 있다. 전류계(509)는 제어기(513)에 연결되는데 제어기(513)는 회분 내 글루코오스의 농도를 계산하고 탐지된 글루코오스와 표적 농도를 비교한다. 글루코오스의 농도가 예상된 범위를 벗어나면 제어기(513)는 회분 또는 작업 조건을 보정할 수 있다. In order to detect the properties of the ash, the test device 171 shown in FIG. 1 may include several sensors used to measure specific properties of the ash, such as the sugar content of the ash. Referring to FIG. 6, sugars in ash may be detected using an electrochemical sensor 505. Sensor 505 is connected with a fluid container containing a specific amount of ash, a reference electrode 509 and an enzyme electrode 507 containing glucose oxidase. The enzyme is reoxidized at the enzyme electrode 507 by excess ferrocyanide ions. The total charge flowing through electrode 507 is measured by ammeter 509 and the total charge is proportional to the concentration of glucose in the ash. The amount of charge can be measured for a given time, or instead the total charge can be measured for the finished reaction. An ammeter 509 is connected to the controller 513, which calculates the concentration of glucose in the batch and compares the detected glucose with the target concentration. If the concentration of glucose is outside the expected range, the controller 513 may correct the ash or working conditions.

한 구체 예에서, 탐지 시스템은 회분 시료를 빛에 노출시키는 광학 시스템을 포함할 수 있다. 한 구체 예에서 도 14를 참조하면, 광학 탐지 시스템(307)은 크세논 램프(701)와 같은 광원, 필터(703, 705) 및 CCD 분광계(707)를 포함할 수 있다. 효모 배양 형광과 회분(711) 내 세포의 농도 둘 모두를 감시하는 것이 가능하다. 통과된 빛은 CCD 분광계(707)에 앞서 회분(711) 내 효모를 조사한다. 발효 효모는 형광 방출을 방출함으로써 빛에 응답하며 이는 광원 파장과 비교하여 더 긴 파장으로 편이된다. 형광 빛은 CCD 분광계(707)에 의해 탐지된다. 단파장 투과 필터(703)는 형광 여기일 수 있는 300 내지 400 nm의 스펙트럼 영역의 빛, 및 광 산란 신호일 수 있는 700 내지 850 nm의 스펙트럼 영역의 빛이 투과하는 것을 가능하게 한다. 필터(703, 705)는 또한 400 내지 700 nm 범위의 크세논 램프의 출력을 방지하여 형광 방출과의 간섭을 방지한다. 형광 및 형광의 강도를 탐지함으로써, CCD 분광계(707)는 효모의 발효 과정을 탐지할 수 있다. In one embodiment, the detection system can include an optical system that exposes the batch sample to light. Referring to FIG. 14 in one embodiment, the optical detection system 307 may include a light source, such as a xenon lamp 701, filters 703, 705, and a CCD spectrometer 707. It is possible to monitor both yeast culture fluorescence and concentration of cells in batch 711. Passed light irradiates yeast in ash 711 prior to CCD spectrometer 707. Fermented yeast responds to light by emitting fluorescence emission, which shifts to longer wavelengths compared to the light source wavelength. Fluorescent light is detected by CCD spectrometer 707. The short wavelength transmission filter 703 allows light in the spectral region of 300 to 400 nm which may be fluorescent excitation, and light in the spectral region of 700 to 850 nm, which may be a light scattering signal. Filters 703 and 705 also prevent the output of xenon lamps in the 400-700 nm range to prevent interference with fluorescence emission. By detecting the fluorescence and the intensity of the fluorescence, the CCD spectrometer 707 can detect the fermentation process of the yeast.

회분 시험 장치는 또한 회분 내 화학 구성성분을 결정하는 화학 탐지 시스템을 포함할 수 있다. 한 구체 예에서, 시료 내에 존재하는 고체, 액체, 또는 기체일 수 있는 물질을 탐지하고, 후속하여 물질 내 한 에너지 수준에서 또 다른 수준으로의 전자의 여기를 탐지하기 위하여 흡수 분광법이 사용된다. 입사 광자(incident photon)가 흡수되는 파장은 회분 시료 내에 존재하는 서로 다른 물질들의 에너지 수준의 차이에 의해 결정된다. 화학적 조성을 탐지하기 위하여 빛의 여러 파장이 사용될 수 있다. 흡수 분광법에서, 흡수된 광자는 회분에 의해 재-방출되지 않으며 흡수된 에너지는 광자의 흡수시에 화학 화합물로 전달된다. The batch test device may also include a chemical detection system that determines the chemical components in the ash. In one embodiment, absorption spectroscopy is used to detect materials that may be solids, liquids, or gases present in a sample, and subsequently to detect excitation of electrons from one energy level to another in the material. The wavelength at which incident photons are absorbed is determined by the difference in energy levels of the different materials present in the batch sample. Different wavelengths of light can be used to detect the chemical composition. In absorption spectroscopy, absorbed photons are not re-emitted by ash and the absorbed energy is transferred to the chemical compound upon absorption of the photons.

주어진 파장에서, 측정된 흡광도는 빛을 흡수하는 회분 구성성분의 몰 농도에 비례하는 것으로 나타났다. 특정 화합물에 대한 흡수된 복사량 대 파장은 "흡수 스펙트럼(absorption spectrum)"으로 알려져 있다. 시료의 공명 에너지 수준에 대응하는 파장에서, 투과된 광자의 일부가 흡수되고, 그 결과 측정된 투과 강도의 강하 및 이에 대응하는 스펙트럼의 강하를 유발한다. 흡수 스펙트럼은 분광계를 사용하여 스펙트럼의 모양, 광 투과 길이 및 흡수된 복사량을 파악함으로써 측정될 수 있다. 흡수 스펙트럼을 분석함으로써, 회분 내 화학 구성성분 및 화합물의 농도가 결정될 수 있다. At a given wavelength, the absorbance measured has been shown to be proportional to the molar concentration of the light absorbing ash component. The amount of absorbed radiation versus wavelength for a particular compound is known as the "absorption spectrum". At a wavelength corresponding to the resonance energy level of the sample, a portion of the transmitted photons is absorbed, resulting in a drop in the measured transmission intensity and a corresponding drop in the spectrum. Absorption spectra can be measured by using a spectrometer to determine the shape of the spectrum, the light transmission length and the amount of radiation absorbed. By analyzing the absorption spectrum, the concentrations of chemical constituents and compounds in the ash can be determined.

도 15를 참조하면, 기체 센서(308)의 주된 부품은 적외선 광원(521), 시료 챔버 또는 광 튜브(523), 파장 필터(525), 및 CCD 분광계와 같은 광 검출기(527) 이다. 기체는 시료 챔버(523)로 들어가고 표적 구성성분의 농도는 적외선 스펙트럼 내 특정 파장의 흡수에 의해 전기광학적으로 측정된다. 빛(521)은 시료 챔버(523)를 통하여 검출기(527)를 향하여 유도된다. 광학 필터(525)는 검출기(527) 상부에 장착될 수 있는데 상기 광학 필터는 선택된 기체 분자가 흡수되는 파장을 제외하고는 모든 빛을 제거한다. 표적 구성성분의 탐지된 농도는 표적 구성성분의 룩업 테이블 값과 비교되어 회분 재료의 상태를 결정할 수 있다. 탐지된 표적 구성성분에 기초하여, 시스템은 필요한 회분 공정에 대한 보정을 수행할 수 있다. 표적 구성성분의 탐지에 부가하여, 광학 시스템은 또한 상이한 빛의 파장을 흡수하는 회분 내 또 다른 화학적 구성성분의 존재를 감시할 수 있다. 시스템은 이러한 또 다른 파장의 탐지를 감시하거나 또는 회분 내 또 다른 화학물질의 상대적인 농도를 탐지하도록 구성된 별도의 광학 센서를 사용할 수 있다. 한 구체 예에서, 회분의 발효는 CO2의 생성에 의해 탐지될 수 있다. 발효 동안 CO2가 생성됨에 따라, CO2의 양은 발효 진척 정도를 나타내며 CO2의 방출이 중단되었을 때 발효 또한 중단된다. Referring to FIG. 15, the main components of the gas sensor 308 are an infrared light source 521, a sample chamber or light tube 523, a wavelength filter 525, and a light detector 527, such as a CCD spectrometer. The gas enters the sample chamber 523 and the concentration of the target component is measured electro-optically by absorption of a particular wavelength in the infrared spectrum. Light 521 is directed towards detector 527 through sample chamber 523. An optical filter 525 may be mounted above the detector 527, which removes all light except for the wavelength at which the selected gas molecules are absorbed. The detected concentration of the target ingredient can be compared with the lookup table value of the target ingredient to determine the condition of the ash material. Based on the detected target constituents, the system can perform a correction for the required ash process. In addition to the detection of target constituents, the optical system can also monitor the presence of another chemical constituent in the ash that absorbs different wavelengths of light. The system may use a separate optical sensor configured to monitor the detection of this another wavelength or to detect the relative concentration of another chemical in the batch. In one embodiment, fermentation of ash can be detected by the production of CO 2 . In accordance with the CO 2 generated during the fermentation, it indicates the degree of the amount of CO 2 Fermentation Fermentation progress is also stopped when the emission of CO 2 stops.

또 다른 구체 예에서, 회분 내 화학 구성성분의 존재는 회분 액체를 통한 빛의 굴절을 특정하는 센서에 의해 탐지될 수 있다. 도 16을 참조하면, 광원(531), 유체 챔버(532) 및 광 센서 어레이(535)를 포함하는 굴절 탐지 시스템(309)이 도시된다. 한 조각의 유리가 광원(531)을 액체(501)로부터 분리하는 한편 빛이 유체 챔버(532)를 통하여 투과하도록 할 수 있다. 빛의 빔은 제1 고정 각, θ1에서 유리와 유체의 교차점에 접촉하고, 빛의 빔은 상기 교차점에서 굴절하여 제2 각, θ2로 빛의 빔이 휘어진다. 센서 어레이(535)는 유체 챔버(523)의 반대 편에 선형 배열로서 정렬되어 굴절각 θ2를 검출한다. 빛의 굴절을 스넬의 법칙에 의해 설명되는데, 이에 따르면 입사각은 굴절각과 sinθ1/sinθ2 = v1/v2 = n1/n2 또는 n1 sinθ1 = n2 sinθ2의 관계에 있다. 상기 방정식에서 변수들은 다음과 같이 정의된다: v1 과 v2는 각각의 매질을 통과하는 파의 속도이며, θ1 과 θ2는 각각 (경계면에 대한) 수직면과 입사파 사이의 각도이며, n1 및 n2는 굴절률이다. In another embodiment, the presence of chemical constituents in the ash can be detected by a sensor specifying the refraction of light through the ash liquid. Referring to FIG. 16, a refractive detection system 309 is shown that includes a light source 531, a fluid chamber 532, and an optical sensor array 535. A piece of glass may separate light source 531 from liquid 501 while allowing light to pass through fluid chamber 532. The beam of light contacts the intersection of the glass and the fluid at the first fixed angle, θ 1 , and the beam of light is refracted at the intersection and the beam of light is bent at the second angle, θ 2 . The sensor array 535 is aligned in a linear arrangement opposite the fluid chamber 523 to detect the angle of refraction θ 2 . The refraction of light is explained by Snell's law, whereby the angle of incidence is determined by the angle of refraction and sinθ 1 / sinθ 2 = v 1 / v 2 = n 1 / n 2 or n 1 sinθ 1 = n 2 in the relationship sinθ 2. The variables in the equation are defined as follows: v 1 And v 2 are the speeds of the waves passing through the respective medium, θ 1 and θ 2 are the angles between the perpendicular plane and the incident wave (relative to the boundary plane), respectively, and n 1 and n 2 are the refractive indices.

상이한 유체는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 특정 화학 구성성분을 함유하는 유체는 이러한 화학 구성성분을 갖지 않는 유체와 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 구체 예에서, 시스템은 탐지된 굴절률에 기초하여 적절한 화학적 배합을 탐지할 것이다. 굴절각이 원하는 범위를 벗어나는 경우, 시스템은 흐름 제어기를 조절하여 유체(501)가 저장 용기로부터 흘러나오는 것을 방지할 것이다. 굴절된 빛의 각이 정확하게 탐지되어야 하기 때문에, 굴절각을 측정하기 위하여 레이저 광원이 사용될 수도 있다. Different fluids may have different refractive indices. Thus, fluids containing certain chemical constituents may have different refractive indices than fluids without these chemical constituents. In such embodiments, the system will detect the appropriate chemical combination based on the refractive index detected. If the angle of refraction is outside the desired range, the system will adjust the flow controller to prevent fluid 501 from flowing out of the reservoir. Since the angle of refracted light must be detected accurately, a laser light source may be used to measure the angle of refraction.

한 구체 예에서, 마이크로 정제기의 시험 장치는 또한 회분의 pH 수치를 탐지하고 발효에 대한 최적의 pH 수치일 수 있는 약 4.0-5.0로 pH 수치를 유지하기 위하여 회분에 화학물질을 첨가할 수 있다. 도 17을 참조하면, 한 구체 예에서 회분의 pH 수치를 탐지하기 위하여 pH 센서(310)가 사용될 수도 있다. pH 센서는 고정된 pH 값을 갖는 용액을 함유하는 절연 튜브에 밀봉되고 은-염화은 반쪽 전지에 접촉하는 pH 전극(651)을 포함할 수 있다. 막을 가로질러 증가하는 전위는 안정한 기준 전위와 비교된다. pH 전극(651)은 회분 유체가 시험 시료 영역으로 흘러가도록 하는 다공성 협착을 갖는다. 전력 공급원(659)과 전압계(655)는 pH 전극(651)에 연결된다. pH 전극(651)은 회분 액체에 노출되고 전기 저항은 pH 수치에 비례한다. pH 전극(651)의 출력은 전압계(655)에 의해 탐지된다. In one embodiment, the test apparatus of the micropurifier may also add chemicals to the ash to detect the pH level of the ash and maintain the pH level at about 4.0-5.0, which may be the optimal pH level for fermentation. Referring to FIG. 17, in one embodiment a pH sensor 310 may be used to detect the pH value of the ash. The pH sensor may include a pH electrode 651 sealed in an insulating tube containing a solution having a fixed pH value and contacting the silver-silver chloride half cell. The potential that increases across the membrane is compared to a stable reference potential. pH electrode 651 has a porous constriction that allows the batch fluid to flow into the test sample region. Power source 659 and voltmeter 655 are connected to pH electrode 651. The pH electrode 651 is exposed to the ash liquid and the electrical resistance is proportional to the pH value. The output of the pH electrode 651 is detected by the voltmeter 655.

pH 수치는 pH = - log (H+)로서 정의되며, 여기서 H+는 정상 실온에서 용액 내 수소 농도이며, 회분이 산성인지 염기성인지 여부를 나타낸다. pH 척도는 0(산성) 내지 14(염기성) 범위이다. pH 센서의 출력은 회분에 대하여 탐지된 pH 값과 표적 pH 값을 비교하는 제어기(657)에 연결된다. 한 구체 예에서, 회분은 4 - 5의 표적 pH 값을 갖거나 또는 표적 값은 메모리에 저장된 룩업 테이블에 기초하여 결정될 수 있다. pH 값이 표적 값 또는 범위를 벗어나면, 시스템은 조작자에게 경고를 보내거나 또는 산성 또는 염기성 재료를 첨가함으로써 pH 수치를 자동으로 조절할 수 있다. 시스템은 pH 수치를 연속적으로 감시할 수 있으며 pH 수치를 표적 범위 내로 유지하는데 필요한 보정을 수행할 수 있다. The pH value is defined as pH = -log (H +), where H + is the concentration of hydrogen in solution at normal room temperature and indicates whether the ash is acidic or basic. The pH scale ranges from 0 (acidic) to 14 (basic). The output of the pH sensor is connected to a controller 657 which compares the detected pH value against the batch and the target pH value. In one embodiment, the ash may have a target pH value of 4-5 or the target value may be determined based on a lookup table stored in memory. If the pH value is outside the target value or range, the system can automatically adjust the pH value by alerting the operator or by adding an acidic or basic material. The system can continuously monitor the pH level and perform the necessary corrections to keep the pH level within the target range.

또 다른 구체 예에서, 시험 장치는 또한 회분 내 용존산소의 양을 탐지할 수 있다. 최적의 발효를 위하여, 회분은 최소량의 용존산소를 포함할 것이다. 도 18을 참조하면, 산소 센서 시스템(312)이 도시되어 있다. 용존 산소를 측정하기 위한 대표적인 기술은 센서 본체에 있는 전해질에 침적된 애노드(807)와 캐소드(809)를 포함하는 용존 산소 센서(805)를 포함한다. 산소는 확산에 의해 투과성 막(811)을 통하여 센서로 들어가고, 캐소드(809)에서 환원되어 측정가능한 전기 전류를 생성한다. 캐소드(809)는 수소 전극이며 애노드(807)에 대하여 음 전위를 운반한다. 산소 투과성 막(811)은 또한 측정되는 회분 액체로부터 애노드(807)와 캐소드(809)를 분리시키며 산소는 막(811)을 관통하여 확산한다. 산소 없이, 캐소드(809)는 수소에 의해 극성화되고 전류의 흐름을 방해한다. 산소가 막을 통하여 지나갈 때, 캐소드(809)는 복극(復極)되고 전자가 소모된다. 캐소드(809)는 전기화학적으로 산소를 하이드록실 이온으로 환원시키고 애노드(807)는 대응하는 전자 방출에 의한 복극(復極)의 생성물과 반응한다. 산소는 탐침의 내부 성분과 상호작용하여 전기 전류를 생성한다. 용존 산소 센서로부터의 출력은 밀리볼트 단위의 가변적인 전기 전압일 수 있으며 회로를 통하여 흐르는 전류는 전류계(805)에 의해 탐지된다. 전극 쌍(807, 811)은 전류가 센서로 들어가는 산소의 양에 정비례하여 흐르도록 한다. 전류의 규모는 탐침으로 들어가는 산소 양의 직접 측정치이다. 산소 농도와 전기 전류 사이에는 선형 관계가 있다. 전류계(805)로부터의 출력은 제어기(813)와 연결되며 제어기는 탐지된 전류에 기초하여 용존 산소 수준을 계산한다. In another embodiment, the test apparatus can also detect the amount of dissolved oxygen in the ash. For optimal fermentation, the ash will contain a minimum amount of dissolved oxygen. Referring to FIG. 18, an oxygen sensor system 312 is shown. Representative techniques for measuring dissolved oxygen include a dissolved oxygen sensor 805 that includes an anode 807 and a cathode 809 deposited in an electrolyte in the sensor body. Oxygen enters the sensor through permeable membrane 811 by diffusion and is reduced at cathode 809 to produce a measurable electrical current. Cathode 809 is a hydrogen electrode and carries a negative potential with respect to anode 807. The oxygen permeable membrane 811 also separates the anode 807 and the cathode 809 from the measured batch liquid and oxygen diffuses through the membrane 811. Without oxygen, cathode 809 is polarized by hydrogen and hinders the flow of current. As oxygen passes through the membrane, the cathode 809 is bipolar and electrons are consumed. Cathode 809 electrochemically reduces oxygen to hydroxyl ions and anode 807 reacts with the product of the bipolar due to the corresponding electron emission. Oxygen interacts with the internal components of the probe to produce an electrical current. The output from the dissolved oxygen sensor can be a variable electrical voltage in millivolts and the current flowing through the circuit is detected by the ammeter 805. Electrode pairs 807 and 811 allow current to flow in direct proportion to the amount of oxygen entering the sensor. The magnitude of the current is a direct measure of the amount of oxygen entering the probe. There is a linear relationship between oxygen concentration and electrical current. The output from the ammeter 805 is coupled with the controller 813 and the controller calculates the dissolved oxygen level based on the detected current.

회분 내 용존 산소의 양은 발효의 속도에 영향을 미칠 수 있다. 한 구체 예에서, 10% 또는 그 미만의 용존 산소 수준은 수용가능하지만 더 높은 수치, 예를 들면 20%는 발효 속도를 감소시킬 것이다. 용존 산소는 회분의 통기 및 교반에 의해 제어될 수 있다. 교반기를 회분 내에 넣고 회전 속도를 감소시키면, 용존 산소 수준은 감소될 수 있다. 한 구체 예에서, 시스템은 용존 산소 수준을 감시할 수 있고 교반기 위치 및 속도를 조절함으로써 회분의 용존 산소 수준을 미리 정해진 범위 내로 제어할 수 있다. The amount of dissolved oxygen in the ash can affect the rate of fermentation. In one embodiment, dissolved oxygen levels of 10% or less are acceptable but higher values, such as 20%, will reduce the fermentation rate. Dissolved oxygen can be controlled by aeration and agitation of the ash. By placing the stirrer in the batch and reducing the rotational speed, the dissolved oxygen level can be reduced. In one embodiment, the system can monitor the dissolved oxygen level and control the dissolved oxygen level of the ash within a predetermined range by adjusting the stirrer position and speed.

시험 장치는 또한 회분의 전기적 저항성을 측정할 수 있다. 회분 내 전해질은 전기 저항을 감소시킨다. 한 구체 예에서, 회분은 특정 농도의 전해질을 포함한다. 도 19를 참조하면, 저항 센서(313)는 소정의 길이를 갖고 평행하게 배치되며 소정의 거리 "D"만큼 떨어진 두 개의 전극(507)을 포함하며, 회분의 시료(501)를 함유하는 시험 용기(503)와 접촉한다. 전기 전압(511)이 전극(507)에 인가되고 전극(507) 사이의 회분 재료 시료의 저항성이 측정된다. 높은 순도의 회분 액체 용액이 높은 전기 저항성을 가질 수 있다. 그렇지만, 염화소듐과 같은 염이 물에 용해될 때, 소듐과 염화물이 일시적으로 분리된다. 소듐은 양으로 하전된 이온이 될 것이고 염화물은 음으로 하전된 이온이 될 것이다. 이온들은 물에 용해될 때 전해질로서 행동하며 회분 유체가 더욱 전도성이 되도록 한다. 따라서, 전압이 센서 전극(507)에 인가될 때, 회분 시료(501)의 저항성은 전해질의 농도에 반비례한다. 더욱 높은 농도는 전기 저항성을 감소시킬 것이다. 전압과 저항성의 관계는 다음과 같다: 저항(R)=전압(V)/전류(I). 센서는 리드를 따라 인가되는 고정된 전압을 갖는 두 개의 전극(507)을 포함할 수 있다. 전극은 금속과 같은 전기 전도성 물질로 제조되며 내부식성 이어야 한다. 회분의 저항성은 전류계(509)를 사용하여 전극 사이를 흐르는 전류를 측정함으로써 결정될 수 있다. 전류계(509)는 회분의 저항성을 조절하기 위하여 전해질을 첨가할 수 있는 제어기(513)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 회분의 탐지된 저항성이 표적 범위 이내이면, 제어기(513)는 마이크로 정제기가 회분을 계속하여 처리하도록 할 것이다. 이와 반대로, 회분의 시험 시료가 최적의 범위보다 높은 전기 저항성을 갖는다면, 제어기(513)는 전해질을 회분에 첨가함으로써 응답할 것이다. 측정된 전기 저항성이 최적의 범위보다 낮으면, 이는 회분이 발효 속도를 감소시킬 수도 있는 과량의 전해질, 염, 또는 그 밖의 다른 불순물을 갖는다는 표시일 수 있다. 시스템은 회분의 발효 공정을 완결시키고 그 후 추가 발효 공정을 수행하기에 앞서 발효 탱크를 세정하여 모든 불순물을 제거함으로써 낮은 저항성 측정치에 응답할 수 있다. 한 구체 예에서, 룩업 테이블은 전술한 센서 데이터의 일부 또는 모두에 대한 최적의 값을 포함할 수 있다. 따라서 시스템은 센서 데이터를 감시하고 감지된 데이터를 발효 공정을 감시하기 위한 룩업 테이블과 비교할 수 있다. 상당한 양의 데이터가 존재할 수 있기 때문에, 센서들은 회분 발효 공정을 분석하고 예상하기 위한 신경 네트워크의 일부로서 구성될 수 있다. The test apparatus can also measure the electrical resistance of the ash. The electrolyte in the ash reduces the electrical resistance. In one embodiment, the ash comprises a specific concentration of electrolyte. Referring to FIG. 19, the resistance sensor 313 includes two electrodes 507 having a predetermined length and arranged in parallel and separated by a predetermined distance “D”, and including a test container containing a batch of sample 501. Contact 503. An electrical voltage 511 is applied to the electrode 507 and the resistance of the ash material sample between the electrodes 507 is measured. High purity ash liquid solutions may have high electrical resistance. However, when a salt such as sodium chloride is dissolved in water, the sodium and chloride are temporarily separated. Sodium will be a positively charged ion and chloride will be a negatively charged ion. The ions act as an electrolyte when dissolved in water and make the batch fluid more conductive. Thus, when a voltage is applied to the sensor electrode 507, the resistance of the ash sample 501 is inversely proportional to the concentration of the electrolyte. Higher concentrations will reduce electrical resistance. The relationship between voltage and resistance is as follows: resistance (R) = voltage (V) / current (I). The sensor may include two electrodes 507 with a fixed voltage applied along the lead. The electrode shall be made of an electrically conductive material such as metal and shall be corrosion resistant. Ash resistance can be determined by measuring the current flowing between the electrodes using an ammeter 509. Ammeter 509 may be connected to a controller 513 to which an electrolyte may be added to adjust the resistivity of the ash. For example, if the detected resistance of the ash is within the target range, the controller 513 will allow the micropurifier to continue processing the ash. Conversely, if the test sample of ash has a higher electrical resistance than the optimum range, the controller 513 will respond by adding electrolyte to the ash. If the measured electrical resistance is below the optimum range, this may be an indication that the ash has an excess of electrolyte, salt, or other impurities that may reduce the fermentation rate. The system can respond to low resistance measurements by completing the fermentation process of the batch and then cleaning the fermentation tank to remove all impurities prior to performing further fermentation processes. In one embodiment, the lookup table may include an optimal value for some or all of the sensor data described above. The system can thus monitor the sensor data and compare the detected data with a lookup table for monitoring the fermentation process. Since a significant amount of data may be present, the sensors can be configured as part of a neural network to analyze and predict the batch fermentation process.

발효 탱크 내 회분을 시험하기 위한 센서에 부가하여, 마이크로 정제기는 막 분리 시스템의 출구 및/또는 저장 탱크 내에서 에탄올과 혼합된 물의 존재를 탐지하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 이들 센서는 물 함량을 감시하는 제어기에 연결된다. 최대 물 함량이 초과되면, 마이크로 정제기 제어기는 경고 신호를 전송할 수 있다. 에탄올 내 물의 존재는 내연 기관용 연료로 사용될 때 문제될 수 있다. 한 구체 예에서, 마이크로 정제기는 저장 탱크 내 에탄올의 물을 탐지하고, 운송 수단에 펌핑되기 전에 에탄올을 가솔린과 혼합할 때 물의 비율을 측정하는 방식으로 에탄올을 처리할 수 있다. 한 구체 예에서, 에탄올 대 가솔린의 최대 비율은 에탄올 내에 탐지된 물의 백분율에 기초할 수 있다. 높은 백분율의 물이 에탄올 내에서 탐지되면, 더 낮은 백분율의 에탄올이 가솔린과 혼합되어 연료 탱크 내 물의 전체 백분율을 최소화한다. 그 대신에, 마이크로 정제기는 추가 여과기를 통하여 에탄올로부터 물을 제거하기 위한 추가적인 공정을 수행할 수 있다. 이와 반대로, 매우 낮은 백분율의 물이 탐지되면 더 높은 백분율의 에탄올이 가솔린과 혼합되어 과량의 물이 사용되는 것을 방지할 수 있다.In addition to sensors for testing ash in fermentation tanks, the micropurifier may include one or more sensors that detect the presence of water mixed with ethanol in the outlet of the membrane separation system and / or in the storage tank. These sensors are connected to a controller that monitors the water content. If the maximum water content is exceeded, the micropurifier controller can send a warning signal. The presence of water in ethanol can be a problem when used as fuel for internal combustion engines. In one embodiment, the micropurifier can treat ethanol by detecting the water of ethanol in the storage tank and measuring the proportion of water when mixing ethanol with gasoline before being pumped to the vehicle. In one embodiment, the maximum ratio of ethanol to gasoline can be based on the percentage of water detected in ethanol. If a high percentage of water is detected in ethanol, the lower percentage of ethanol is mixed with gasoline to minimize the overall percentage of water in the fuel tank. Instead, the micropurifier may perform an additional process to remove water from ethanol through additional filters. In contrast, if a very low percentage of water is detected, a higher percentage of ethanol can be mixed with gasoline to prevent excess water from being used.

전술한 바와 같이, 마이크로 정제기는 네트워크를 통하여 다른 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있다. 마이크로 정제기에 의해 탐지된 센서 데이터는 다양한 서로 다른 방법으로 처리되고 출력될 수 있다. 마이크로 정제기는 대부분의 작동 데이터 분석을 수행하며 그 결과 컴퓨터 네트워크로의 신호 출력은 상태 정보를 포함하거나 공급 재료 또는 수리/유지에 대한 요구를 포함한다고 기술되었다. 한 구체 예에서, 시스템은 네트워크를 통하여 모든 미가공 센서 데이터를 마이크로 정제기를 작동하기 위한 소프트웨어를 운영하는 원격 유지 컴퓨터에 전송할 수 있다. 유지 컴퓨터는 탐지된 데이터를 분석하고 서로 다른 시스템의 상태를 결정하기 위한 일부 또는 모든 계산을 수행하고 공급재료 또는 수리/유지에 대한 요구를 전송할 수 있다. 따라서 유지 컴퓨터는 상태 또는 공급 재료 또는 수리/유지에 대한 요구를 화면표시 할 수 있다. As mentioned above, the micropurifier can transfer data to another computer via a network. Sensor data detected by the micropurifier can be processed and output in a variety of different ways. The micropurifier performs most of the operational data analysis and as a result the signal output to the computer network has been described to include status information or to require feedstock or repair / maintenance. In one embodiment, the system can transmit all raw sensor data over a network to a remote maintenance computer running software for operating the micropurifier. The maintenance computer may analyze the detected data, perform some or all calculations to determine the status of the different systems, and send a request for feedstock or repair / maintenance. Thus, the maintenance computer can display the status or the need for feed material or repair / maintenance.

한 구체 예에서, 시스템은 관찰자가 누구인가에 따라 센서 정보를 서로 다른 방식으로 표시할 수 있다. 미가공 센서 데이터는 사용자가 감시하고 이해하기 어려운 것이 될 수 있다. 그렇지만, 고도로 훈련된 기술자에 대하여, 모든 미가공 데이터를 포함하는 영상 화면은 마이크로 정제 시스템의 문제를 해결하기 위한 최선의 수단이 될 수 있다. 센서 출력은 또한 그래픽 "대시보드" 사용자 모드로 표시될 수 있다. 이러한 사용자 모드는 시스템이 탐지된 센서 정보를 사용자가 쉽게 이해하는 간략화된 형식으로 기초적인 작동 상태 정보를 제공하는 방식으로 표시하도록 할 수 있다. 이러한 그래픽 대시보드는 인터넷으로의 출력일 수 있으며 그에 따라 마이크로 정제기는 세상 어디에서도 온라인으로 감시될 수 있다. 이러한 사용자 모드 그래픽 대시보드 데이터는 공급재료 수준, 물 수준, 에탄올 수준, 완결에 대한 발효 시간표, 미래 약속 계획 및 공급재료 배달 날짜 또는 서비스 수리 날짜를 포함할 수 있다. In one embodiment, the system can display sensor information in different ways depending on who the viewer is. Raw sensor data can be difficult for users to monitor and understand. However, for highly trained technicians, an image display containing all raw data can be the best means to solve the problem of a micropurification system. The sensor output can also be displayed in graphical "dashboard" user mode. This user mode may allow the system to display detected sensor information in a manner that provides basic operational status information in a simplified format that is easily understood by the user. These graphical dashboards can be output to the Internet so that the micropurifier can be monitored online from anywhere in the world. Such user mode graphical dashboard data may include feedstock level, water level, ethanol level, fermentation timetable for completion, future appointment plan and feedstock delivery date or service repair date.

본 발명의 시스템은 특정 구체 예를 참조하여 설명되었지만, 이들 구체 예에 대한 추가, 생략 및 변형이 본 발명의 시스템의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어 질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 설명된 동일한 공정이 또한 또 다른 장치에 응용될 수 있다. 비록 설명된 시스템이 다양한 부품을 포함할지라도, 이러한 부품 및 설명된 배열은 다양한 또 다른 배열로 변형되거나 재배치될 수 있음이 이해될 것이다.
Although the system of the present invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood that additions, omissions, and modifications to these embodiments may be made without departing from the scope of the system of the present invention. For example, the same process described may also be applied to another apparatus. Although the described system includes various components, it will be understood that these components and the described arrangement may be modified or rearranged into various other arrangements.

Claims (20)

물, 당 및 효모를 포함하는 회분을 발효시키기 위한 발효 탱크;
다수의 부분품을 가지며 발효 탱크와 연결된 에탄올 증류용 증류 튜브;
상기 증류 튜브의 다수의 부분품을 함께 탈착 가능하게 결속시키기 위한 커플링 장치;
상기 증류 튜브와 연결되고 상기 증류 튜브를 수직 방향으로 정렬시키기 위한 짐발 장치;
상기 증류 튜브와 연결되고 물로부터 에탄올을 분리시키기 위한 여과 장치; 및
상기 여과 장치와 연결되고 상기 에탄올을 저장하기 위한 저장 탱크;
를 포함하는 마이크로 정제 장치.Fermentation tanks for fermenting ash comprising water, sugar and yeast;
A distillation tube for ethanol distillation having a plurality of parts and connected to the fermentation tank;
A coupling device for removably binding the plurality of parts of the distillation tube together;
A gimbal device connected to said distillation tube and for aligning said distillation tube in a vertical direction;
A filtration device connected to the distillation tube and separating ethanol from water; And
A storage tank connected to the filtration device for storing the ethanol;
Micro tablet device comprising a. 청구항 1 에 있어서, 상기 커플링 장치는 복수의 핀 및 갈고리를 포함하며, 이들은 상기 증류 튜브의 외주(outer diameter) 주위에 결속되며 서로 맞물려 증류 튜브의 부분품들을 결합시키고, 풀려서 증류 튜브의 부분품들을 해체시킴을 특징으로 하는, 마이크로 정제 장치.The method of claim 1, wherein the coupling device comprises a plurality of pins and hooks, which are engaged around the outer diameter of the distillation tube and engage with each other to join the parts of the distillation tube and loosen to disassemble the parts of the distillation tube. Micro tablet device, characterized in that. 청구항 1 에 있어서, 증류 튜브 내에서 수직 방향으로 이격되어 배치되며 실질적으로 서로 평행하고 대각선 방향으로 장착된 복수의 천공된 판을 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.The micropurifying apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of perforated plates disposed vertically spaced apart in the distillation tube and mounted substantially parallel to each other and mounted in a diagonal direction. 청구항 3 에 있어서, 상기 복수의 천공된 판에 연결된 판 어셈블리를 더욱 포함하며, 여기서 상기 판 어셈블리는 상기 증류 튜브 내에 장착되는, 마이크로 정제 장치.The apparatus of claim 3, further comprising a plate assembly connected to the plurality of perforated plates, wherein the plate assembly is mounted in the distillation tube. 청구항 1 에 있어서, 상기 증류 튜브의 수직 정렬을 유지하기 위하여 상기 증류 튜브에 연결된 자이로스코프를 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.The micropurifying apparatus according to claim 1, further comprising a gyroscope connected to the distillation tube to maintain the vertical alignment of the distillation tube. 청구항 5 에 있어서, 상기 자이로스코프 내 회전하는 회전자의 회전 축은 상기 증류 튜브의 수직 축과 나란히 정렬되는, 마이크로 정제 장치.6. The micropurifying apparatus of claim 5, wherein the axis of rotation of the rotating rotor in the gyroscope is aligned with the vertical axis of the distillation tube. 청구항 1 에 있어서, 상기 여과 장치에 연결되고 수증기 분자보다는 크지만 에탄올 증기 분자보다는 작은 복수의 공극을 갖는 다공성 막을 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.The micropurifying apparatus of claim 1, further comprising a porous membrane connected to the filtration apparatus and having a plurality of pores larger than water vapor molecules but smaller than ethanol vapor molecules. 청구항 7 에 있어서, 상기 다공성 막의 공극은 직경이 3 내지 30 옹스트롬인, 마이크로 정제 장치. The micropurifying apparatus according to claim 7, wherein the pores of the porous membrane have a diameter of 3 to 30 angstroms. 물, 당 및 효모를 포함하는 회분을 발효시키기 위한 발효 탱크;
상기 발효 탱크에 연결된 에탄올 증류용 증류 튜브;
상기 증류 튜브에 연결되고 상기 증류 튜브의 수직 정렬을 유지하기 위한 정렬 장치;
상기 증류 튜브와 연결되고 물로부터 에탄올을 분리시키기 위한 여과 장치;
상기 여과 장치와 연결되고 상기 에탄올을 저장하기 위한 저장 탱크;
여과 단계 동안 회분의 물리적 특성을 탐지하는 센서;
센서로부터 회분의 물리적 특성을 나타내는 신호를 수신하고 회분의 물리적 특성이 수용가능한 범위를 벗어나는지 여부를 결정하여 물리적 특성이 수용가능한 범위를 벗어나는 경우 경고 신호를 전송하는 CPU;
를 포함하는 마이크로 정제 장치.Fermentation tanks for fermenting ash comprising water, sugar and yeast;
A distillation tube for ethanol distillation connected to the fermentation tank;
An alignment device connected to the distillation tube and for maintaining a vertical alignment of the distillation tube;
A filtration device connected to the distillation tube and separating ethanol from water;
A storage tank connected to the filtration device for storing the ethanol;
A sensor for detecting the physical properties of the ash during the filtration step;
A CPU receiving a signal indicative of the physical properties of the ash from the sensor and determining whether the physical properties of the ash are outside the acceptable range and sending a warning signal if the physical properties are outside the acceptable range;
Micro tablet device comprising a. 청구항 9 에 있어서, 상기 증류 튜브는 다수의 부분품을 가지며 상기 증류 튜브의 다수의 부분품을 함께 탈착 가능하게 결속시키기 위하여 커플링 장치가 사용되는, 마이크로 정제 장치.The device of claim 9, wherein the distillation tube has a plurality of parts and a coupling device is used to detachably bind the plurality of parts of the distillation tube together. 청구항 10 에 있어서, 상기 커플링 장치는 복수의 핀 및 갈고리를 포함하며, 이들은 상기 증류 튜브의 외주 주위에 결속되며 서로 맞물려 증류 튜브의 부분품들을 결합시키고, 풀려서 증류 튜브의 부분품들을 해체시킴을 특징으로 하는, 마이크로 정제 장치.The method of claim 10, wherein the coupling device comprises a plurality of pins and hooks, which are fastened around the outer circumference of the distillation tube and engage with each other to join the parts of the distillation tube and loosen to disassemble the parts of the distillation tube. Microrefining device. 청구항 9 에 있어서, 증류 튜브 내에서 수직 방향으로 이격되어 배치되며 실질적으로 서로 평행하고 대각선 방향으로 장착된 복수의 천공된 판을 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.10. The micropurifying apparatus according to claim 9, further comprising a plurality of perforated plates disposed vertically spaced apart in the distillation tube and mounted substantially parallel to each other and mounted in a diagonal direction. 청구항 12 에 있어서, 상기 복수의 천공된 판에 연결된 판 어셈블리를 더욱 포함하며, 여기서 상기 판 어셈블리는 상기 증류 튜브 내에 장착되는, 마이크로 정제 장치.The apparatus of claim 12, further comprising a plate assembly connected to the plurality of perforated plates, wherein the plate assembly is mounted in the distillation tube. 청구항 9 에 있어서, 상기 증류 튜브의 수직 정렬을 유지하기 위하여 상기 증류 튜브에 연결된 자이로스코프를 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.10. The micropurifying apparatus of claim 9, further comprising a gyroscope connected to the distillation tube to maintain vertical alignment of the distillation tube. 청구항 9 에 있어서, 상기 자이로스코프 내 회전하는 회전자의 회전 축은 상기 증류 튜브의 수직 축과 나란히 정렬되는, 마이크로 정제 장치.The device of claim 9, wherein the axis of rotation of the rotating rotor in the gyroscope is aligned with the vertical axis of the distillation tube. 청구항 9 에 있어서, 상기 CPU는 물리적 특성을 물리적 특성의 최적의 범위를 포함하는 룩업 테이블과 비교함을 특징을 하는, 마이크로 정제 장치.10. The apparatus of claim 9, wherein the CPU compares a physical characteristic with a lookup table that includes an optimal range of physical characteristics. 청구항 9 에 있어서, 상기 여과 장치에 연결되고 수증기 분자보다는 크지만 에탄올 증기 분자보다는 작은 복수의 공극을 갖는 다공성 막을 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.The micropurifying apparatus of claim 9, further comprising a porous membrane connected to the filtration apparatus and having a plurality of pores that are larger than water vapor molecules but smaller than ethanol vapor molecules. 청구항 14 에 있어서, 상기 다공성 막의 공극은 직경이 3 내지 30 옹스트롬인, 마이크로 정제 장치. 15. The micropurifying apparatus according to claim 14, wherein the pores of the porous membrane are 3 to 30 angstroms in diameter. 청구항 18 에 있어서,
제1 화학 성분을 저장하기 위한 제1 저장 용기; 및
상기 제1 저장 용기와 상기 발효 탱크 사이에 장착되고 CPU에 의해 제어되는 제1 밸브;
를 더욱 포함하며,
여기서 물리적 특성은 회분 내 제1 화학물질의 농도이며 상기 제1 화학 성분의 농도가 수용가능한 범위를 벗어나면, CPU는 상기 제1 밸브를 열어 상기 제1 화학 성분을 상기 발효 탱크에 첨가함을 특징으로 하는, 마이크로 정제 장치.The method according to claim 18,
A first storage container for storing a first chemical component; And
A first valve mounted between the first storage vessel and the fermentation tank and controlled by a CPU;
More,
Wherein the physical property is the concentration of the first chemical in the ash and if the concentration of the first chemical is outside the acceptable range, the CPU opens the first valve to add the first chemical to the fermentation tank. Micro tablet device. 청구항 9 에 있어서, 세라믹 코어의 마주보는 면에 장착된 두 개의 금속판을 가지며 상기 발효 탱크에 연결된, 회분을 가열 및 냉각하기 위한 열전 장치를 더욱 포함하는, 마이크로 정제 장치.
10. The micropurifying apparatus according to claim 9, further comprising a thermoelectric device for heating and cooling ash, having two metal plates mounted on opposite sides of the ceramic core and connected to the fermentation tank.
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