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띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈, 그 제조방법 및 그를 이용한 탄화수소 개질방법

  • 기술번호 : KST2015153602
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 이온전도성 기체분리막을 통한 기체이온의 교환 및 전자 전도성 막에 의한 전자의 교환 반응을 통해 기체를 선택적으로 투과시키는 단락 분리막 모듈에 관한 것으로, 특히 평행하게 배열된 띠형태의 기체분리막 사이 공간에 위치한 띠 형태의 전자 전도성 막의 간격 및 너비 등을 조절함으로써 투과기구에서 전자 전도를 쉽게 변화 시킬 수 있어 최적의 산소 투과조건을 취할 수 있으며, 기체 분리막을 모듈의 프레임으로 취함으로써 기체분리막의 면적을 극대화할 수 있는 구조에 관한 것이다. 본 발명은 고온에서, 특히 CO2, H2O 분위기에서 화학적으로 안정한 형석(fluorite)계 이온전도성 기체분리막을 이용함으로써 탁월한 화학적, 기계적 내구성을 확보할 수 있으며, 외부에서 전압을 인가하지 않아도 내부 회로에 의해 기체투과가 일어나므로 저렴한 비용으로 순수한 기체를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 기체분리막을 적층함으로써 콤팩트한 기체제조 분리막 모듈을 구성하기에 용이하고, 지지체의 간격, 너비 등을 조절함으로써 투과기구에서 전자의 전도도를 쉽게 변화시킬 수 있으므로, 기체 이온 투과도를 높일 수 있는 최적의 공정조건을 찾을 수 있다. 특히 전자전도성 막을 치밀구조 전자전도성 막으로하고, 기체분리막 재료와 동일한 종류의 이온전도성 전해질 재료와 전자전도성 금속산화물로 구성된 복합체를 사용할 수 있기 때문에 동시 소결시 기체분리막과 전자전도성 막 사이의 열팽창 계수 차이를 최소화할 수 있고, 구조의 특성에 따라 전해질의 두께를 줄일 수 있어 높은 투과율을 가지는 것이 가능하며, 지지체 및 전해질을 테이프 캐스팅(tape casting)으로 제작할 수 있어 제조 공정이 간단하다는 장점이 있다.
Int. CL B01D 63/00 (2006.01) B01D 63/08 (2006.01) B01D 69/12 (2006.01) B01D 53/22 (2006.01) B01D 53/32 (2006.01) B01D 71/02 (2006.01) B01D 61/46 (2006.01)
CPC C01B 3/503(2013.01) C01B 3/503(2013.01) C01B 3/503(2013.01) C01B 3/503(2013.01) C01B 3/503(2013.01)
출원번호/일자 1020130130923 (2013.10.31)
출원인 한국에너지기술연구원
등록번호/일자 10-1491522-0000 (2015.02.03)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20150211) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2013.10.31)
심사청구항수 23

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국에너지기술연구원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 주종훈 대한민국 충북 청원군
2 유지행 대한민국 대전 서구
3 유충열 대한민국 대전 유성구
4 윤경식 대한민국 세종
5 정재원 대한민국 경기 광명시 안현로 **, **

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 문환구 대한민국 서울특별시 강남구 논현로 ***, *층(역삼동, 메디빌딩)(두리암특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국에너지기술연구원 대한민국 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2013.10.31 수리 (Accepted) 1-1-2013-0990443-52
2 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.01.07 수리 (Accepted) 4-1-2014-5003356-15
3 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2014.06.05 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
4 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2014.07.10 수리 (Accepted) 9-1-2014-0054242-71
5 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2014.07.28 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2014-0510695-07
6 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2014.09.03 수리 (Accepted) 1-1-2014-0843214-34
7 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2014.09.03 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2014-0843246-95
8 등록결정서
Decision to grant		 2015.01.27 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2015-0059400-88
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2015.03.10 수리 (Accepted) 4-1-2015-0013224-83
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2017.01.19 수리 (Accepted) 4-1-2017-5010650-13
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.01.08 수리 (Accepted) 4-1-2019-5004978-55
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.08.21 수리 (Accepted) 4-1-2019-5166801-48
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.08.21 수리 (Accepted) 4-1-2019-5166803-39
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.09.01 수리 (Accepted) 4-1-2020-5197654-62
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
복수개의 띠가 일정한 간격으로 이격되어 서로 평행하게 배열되는 형태이고, 지지체로 사용하는 이온 전도성 기체 분리막; 상기 간격이 이루는 각각의 공간을 상기 분리막 상면에 접하며 덮고, 서로 분리되어 위치하는 평행한 띠 형태의 치밀구조 전자 전도성 막;상기 전자 전도성 막이 접하여 있는 기체분리막 구조의 상면에 도포된 상부 다공성 전극활성층; 및 상기 전자 전도성 막이 접하여 있는 기체분리막 구조의 하면에 도포된 하부 다공성 전극활성층을 포함하고,상기 상부 다공성 전극활성층은 전자 전도성 막을 통해 상기 하부 다공성 전극활성층으로 통전되는, 띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
2 2
제 1항에 있어서, 상기 기체분리막은 두께가 50 내지 300μm인 산소분리막 또는 수소분리막이고,상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고,상기 수소분리막은 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
3 3
제 1항에 있어서, 상기 치밀구조 전자 전도성 막은 전자 전도성 금속산화물, 서멧(Cermet), 및 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체 중에서 선택되고, 상기 전자전도성 금속산화물은, 스트론튬 타이타늄 페라이트(SrTi1-xFexO3-δ, STF), 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium Cobatite, LSC), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 망간 페라이트(MnFe2O4), 및 니켈 페라이트(NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인, 띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
4 4
제 3항에 있어서, 상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체이고,상기 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates), SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
5 5
제 4항에 있어서,상기 서멧에 포함되는 이온전도성 전해질 재료는, 상기 기체분리막과 동일한 재료인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
6 6
제 3항에 있어서, 상기 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체는, 이온전도성 전해질 재료와 상기 전자전도성 금속산화물로 구성되고, 상기 복합체에서 상기 이온전도성 전해질 재료의 부피비는 20 내지 80%이며,상기 이온전도성 전해질 재료는, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates), SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
7 7
제 6항에 있어서,상기 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체에 포함되는 이온전도성 전해질 재료는, 상기 기체분리막과 동일한 재료인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
8 8
제 1항에 있어서, 상기 다공성 전극활성층은 다공성 전자전도성 금속산화물, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 금속 중에서 선택되고,상기 전자전도성 금속산화물은, 스트론튬 타이타늄 페라이트(SrTi1-xFexO3-δ, STF), 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium Cobatite, LSC), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 망간 페라이트(MnFe2O4), 및 니켈 페라이트(NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
9 9
제 8항에 있어서, 상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체이고,상기 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아(Sm doped-Ceria), 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates), SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
10 10
제 9항에 있어서,상기 서멧에 포함되는 이온전도성 전해질 재료는, 상기 기체분리막과 동일한 재료인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
11 11
제 9항에 있어서,상기 다공성 금속은 니켈 또는 인코넬인,띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈
12 12
테이프 캐스팅(Tape Casting) 공정을 이용하여 복수개의 띠 형태의 기체분리막 테이프(tape)를 제조하는 단계;상기 복수개의 기체분리막을 일정한 간격으로 이격하여 서로 평행하게 배열하고, 띠 형태의 치밀구조 전자 전도성 막 테이프로 상기 간격이 이루는 각각의 공간을 덮되, 상기 전자 전도성 막 테이프는 서로 분리되어 위치하도록 상기 기체분리막 테이프 상면에 적층하는 단계; 상기 적층하는 단계를 거친 후 치밀화를 위해, 상기 기체분리막 테이프와 상기 전자 전도성 막 테이프를 1200 내지 1500℃에서 동시 소결하는 단계; 및상기 전자 전도성 막이 접하여 있는 기체분리막 구조의 상면, 및 상기 전자 전도성 막이 접하여 있는 기체분리막 구조의 하면에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 포함하는,기체분리막 모듈의 제조방법
13 13
제 12항에 있어서, 상기 기체분리막은 두께가 50 내지 300μm인 산소분리막 또는 수소분리막이고,상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고,상기 수소분리막은 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 기체분리막 모듈의 제조방법
14 14
제 12항에 있어서, 상기 치밀구조 전자 전도성 막은 전자 전도성 금속산화물, 서멧(Cermet), 및 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체 중에서 선택되고, 상기 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체는, 이온전도성 전해질 재료와 상기 전자전도성 금속산화물로 구성되고, 상기 복합체에서 상기 이온전도성 전해질 재료의 부피비는 20 내지 80%이며,상기 이온전도성 전해질 재료는, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates) SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상인,기체분리막 모듈의 제조방법
15 15
제 14항에 있어서,상기 이온전도성 전해질 재료-전자전도성 금속산화물 복합체에 포함되는 이온전도성 전해질 재료는, 상기 기체분리막과 동일한 재료인,기체분리막 모듈의 제조방법
16 16
제 12항에 있어서, 상기 다공성 전극활성층은 다공성 전자전도성 금속산화물, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 금속 중에서 선택되고,상기 다공성 금속은 니켈 또는 인코넬인,기체분리막 모듈의 제조방법
17 17
제 14항 또는 16항에 있어서, 상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체이고,상기 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Sm doped-Ceria), 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates), SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, La2Zr2O7, 및 La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,기체분리막 모듈의 제조방법
18 18
제 17항에 있어서,상기 서멧에 포함되는 이온전도성 전해질 재료는, 상기 기체분리막과 동일한 재료인,기체분리막 모듈의 제조방법
19 19
제 14항 또는 16항에 있어서,상기 전자전도성 금속산화물은, 스트론튬 타이타늄 페라이트(SrTi1-xFexO3-δ, STF), 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium Cobatite, LSC), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 망간 페라이트 (MnFe2O4), 및 니켈 페라이트(NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인,기체분리막 모듈의 제조방법
20 20
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈을 이용한 탄화수소 개질방법으로, 상기 방법은,상기 띠 형태의 이온전도성 기체분리막을 지지체로 사용한 기체분리막 모듈을 경계로 내부 공간이 제 1공간 및 제 2공간으로 나누어지고, 온도를 500 내지 900℃로 유지한 상태에서 상기 제 1공간의 면과 접하도록 탄화수소계 연료기체를 공급하는 단계; 및상기 제 1공간 및 상기 제 2공간, 또는 상기 제 1공간에서 합성가스를 수득하는 단계를 포함하고,상기 제 1공간의 전극 활성층은 서멧, 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromit, LSCr) 또는 란타늄 스트론튬 타이타네이트(Lanthanum strontium titanate, LSTi)에서 선택된 하나인, 탄화수소 개질방법
21 21
제 20항에 있어서, 상기 탄화수소 개질방법은, 상기 합성가스를 수득하는 단계 전에, 개질장치의 제 2공간에 상기 분리막 모듈의 다른 면과 접하도록 공기(air)를 1기압 내지 10기압의 압력으로 공급하는 단계를 더 포함하는,탄화수소 개질방법
22 22
제 20항에 있어서,상기 탄화수소는 메탄가스(CH4)이고, 상기 제 1공간에서 수득되는 합성가스는 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)인,탄화수소 개질방법
23 23
제 20항에 있어서,상기 탄화수소는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)가 혼합된 메탄가스(CH4)이고, 상기 제 1공간에서 수득되는 합성가스는 일산화탄소(CO)이며,상기 제 2공간에서 수득되는 합성가스는 수소(H2)인,탄화수소 개질방법
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순번 패밀리번호 국가코드 국가명 종류
1 KR101485950 KR 대한민국 FAMILY
2 KR101485957 KR 대한민국 FAMILY
3 WO2014168377 WO 세계지적재산권기구(WIPO) FAMILY

DOCDB 패밀리 정보

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순번 연구부처 주관기관 연구사업 연구과제
1 지식경제부 한국에너지기술연구원 주요사업(연구원 자체사업) 고투과 산소분리막 및 컴팩트 모듈화 기술 개발