KR101602013B1 - 수평 방해판을 구비한 탄소나노구조물 제조장치 - Google Patents

수평 방해판을 구비한 탄소나노구조물 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 반응 공간이 내부에 형성된 반응기 본체; 상기 반응 공간을 상하로 분리하는 수평 방해판으로서, 테두리 부재 및, 상기 테두리 부재의 내측에 부착되고 다수의 통공들이 형성된 상승 유동 억제 부재; 촉매를 상기 반응기 본체의 저부로부터 본체 내부로 공급하는 촉매공급관; 반응기 하부에 연결되어 탄소원(carbon source), 환원성 가스 및 불활성가스를 포함하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하는 반응기체 공급관; 및 생성된 탄소나노구조물과 혼합가스가 배출되는 생성물 배출관; 을 구비하며, 상기 촉매와 탄소원과 반응성 가스는 상기 반응 공간에서 유동하면서 반응하여 탄소나노구조물을 생성하는, 탄소나노구조물 제조장치가 제공된다.

Description

수평 방해판을 구비한 탄소나노구조물 제조장치{APPARATUS FOR PRODUCING CARBON NANOSTRUCTURES WITH HORIZONTAL OBSTRUCTING PLATES}
본 발명은 탄소나노구조물 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노 튜브 또는 파이버 제조를 위한 유동층 반응기에 관한 것이다.
유동층 반응기는 다양한 다중상(multiphase) 화학 반응을 수행하도록 이용될 수 있는 반응기 장치이다. 유동층 반응기에서는 유체(기체 또는 액체)가 미립자 상태의 고체 물질과 반응하게 되는데, 통상적으로 상기 고체 물질은 작은 구(sphere)의 형상을 가지는 촉매이고, 유체는 고체 물질을 부유시키기에 충분한 속도로 유동함으로써 고체 물질이 유체와 유사하게 거동하게 된다.
한편, 탄소나노구조물(carbon nanostructures, CNS)은 나노튜브, 나노파이버, 풀러렌, 나노콘, 나노호른, 나노로드 등 다양한 형상을 갖는 나노크기의 탄소구조물을 지칭하며, 여러 가지 우수한 성질을 보유하기 때문에 다양한 기술분야에서 활용도가 높다. 대표적인 탄소나노구조물인 탄소나노튜브(Carbon nanotubes; CNT)는 서로 이웃하는 3 개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 구조로 결합되어 탄소 평면을 형성하고, 상기 탄소 평면이 원통형으로 말려서 튜브의 형상을 가지는 소재이다. 탄소나노튜브는 구조에 따라서, 즉, 튜브의 지름에 따라서 도체가 되거나 또는 반도체가 되는 특성이 있으며, 다양한 기술 분야에서 광범위하게 응용될 수 있어서 신소재로 각광을 받는다. 예를 들어, 탄소나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 슈퍼 커패서티(super capacity)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 기체 센서 등에 적용될 수 있다.
예를 들어 탄소나노튜브는 아크 방전법, 레이저 증발법, 화학 기상 성장법을 통하여 제조될 수 있다. 상기 열거된 제조 방법중 화학 기상 성장법에서는 통상적으로 고온의 반응기 안에서 금속 촉매 입자와 탄화수소 계열의 원료 기체가 분산 및 반응됨으로써 탄소나노튜브가 생성된다. 즉, 금속 촉매는 원료 기체에 의해 유동층 반응기 안에서 부유(浮游)하면서 원료 기체와 반응하여 탄소나노튜브를 성장시킨다.
한국특허등록 10-1082831호에는 수직형 반응챔버의 내부를 복수개로 상하분할하며 상측으로부터 공급되는 소스가스를 챔버 내부로 균일하게 분산시키는 복수개의 분산판을 포함하는 탄소나노튜브 합성장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 촉매와 소스가스가 수직형 반응기의 상측으로부터 공급되기 때문에 자유낙하하는 촉매의 채널링 효과를 방지하기 위하여 복수개의 분산판에 촉매투하공을 설치하였다. 특히 상기 특허의 복수개의 분산판은 다공판 형태인 분산판 상에 촉매가 소정 시간 체류하면서 기체와의 접촉시간을 증대시킴으로써 탄소나노튜브를 성장시킨 후 분산판의 구멍과 교반기를 이용하여 반응기 하부로 이동시킨다.
그러나 촉매와 소스가스가 반응기 저부로부터 공급되는 유동층 반응기의 경우에는 층물질과 촉매로 충진되어 있는 반응영역(bed) 내에서 유동층을 형성한다. 분산판 하부로 주입되어 상부로 배출된 기체는 기포의 형태로 반응영역 상부로 이동하면서 기포끼리 합체 및 거대화된 후 반응영역 상부에서 폭발하는 현상이 발생한다. 기포의 폭발력은 혼합 기체를 둘러싼 고체입자들이 상부로 과도하게 상승되게 한다. 예를 들어, 탄소나노구조물 제조용 유동층 반응기에서는 반응 영역에서의 기포 폭발이 촉매 및 탄소나노구조물의 분체를 반응기 본체의 상부로 과도하게 상승시키는 역할을 하여, 결과적으로 원료 기체와 촉매의 접촉이 원활하게 이루어지지 않고 고체입자들을 반응기 외부로 유출되게 만들어 제품의 수율을 떨어뜨린다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소나노구조물 제조 공정의 수율을 개선하고 유동층 반응기의 작동을 원활하게 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원료 기체와 촉매의 효율적인 접촉이 이루어질 수 있게 하는 수평 방해판을 구비한 탄소나노구조물 제조용 유동층 반응기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 반응 공간이 내부에 형성된 반응기 본체;
상기 반응 공간을 상하로 분리하는 수평 방해판으로서, 테두리 부재 및, 상기 테두리 부재의 내측에 부착되고 다수의 통공들이 형성된 상승 유동 억제 부재;
촉매를 상기 반응기 본체의 저부로부터 본체 내부로 공급하는 촉매공급관;
반응기 하부에 연결되어 탄소원(carbon source), 환원성 가스 및 불활성가스를 포함하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하는 반응기체 공급관; 및
생성된 탄소나노구조물과 혼합가스가 배출되는 생성물 배출관; 을 구비하며,
상기 촉매와 탄소원과 반응성 가스는 상기 반응 공간에서 유동하면서 반응하여 탄소나노구조물을 생성하는, 탄소나노구조물 제조장치가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 반응 공간의 하측에 배치된 분산판을 더 구비하고, 상기 하나 이상의 수평 방해판은 상기 분산판의 상부에 위치된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상승 유동 억제 부재는 상기 테두리 부재의 내측에 부착된 격자 부재들에 의해 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상승 유동 억제 부재는, 상기 테두리 부재의 내측에서 연장되는 다수의 횡단 부재; 및, 상기 다수의 횡단 부재 사이에 설치된 다수의 제 1 경사 부재와 다수의 제 2 경사 부재;를 구비하고, 상기 다수의 제 1 경사 부재 및 상기 다수의 제 2 경사 부재는 수직 방향에 대하여 일정한 각도로 경사를 이루도록 상기 다수의 횡단 부재에 부착된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상승 유동 억제 부재는, 평판 부재에 다수의 천공부를 형성함으로써 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상승 유동 억제 부재는 시이브(sieve) 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 유동층 반응기용 수평 방해판 및 그것을 구비한 유동층 반응기는 반응기 본체 내부의 반응영역에서 기포 폭발이 촉매 및 탄소나노구조물의 분체를 본체의 상부로 과도하게 상승되는 것을 억제함으로써 촉매와 원료 기체 사이에서 원활한 반응이 이루어질 수 있게 한다. 또한 촉매 및 생성물과 같은 고체 입자들이 반응기 본체로부터 이탈되는 것을 방지하며, 결과적으로 반응 생성물의 수율을 향상시키고 원활한 공정이 이루어질 수 있게 한다.
도 1 에는 탄소나노튜브 제조용 유동층 반응기의 일례에 대한 개략적인 구성이 도시되어 있다.
도 2 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조용 유동층 반응기의 개략적인 구성이 도시되어 있다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수평 방해판의 제 1 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수평 방해판의 제 2 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수평 방해판의 제 3 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 구현예에 다른 수평 방해판의 제4 실시예를 도시하는 사시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
도 1 에는 탄소나노구조물을 제조하기 위한 유동층 반응기의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 유동층 반응기는 세부적인 구성은 필요에 따라 얼마든지 변형가능하며, 이에 한정된 것은 아니다.
도면을 참조하면, 유동층 반응기(1)는 반응기 본체(10)를 구비하며, 반응기 본체(10)의 하부는 테이퍼 영역(10a)으로 형성되어 있다. 반응기 본체(10)를 고온으로 가열하기 위해, 가열기(19)가 반응기 본체(10)의 외부에 구비되는 것이 바람직스럽다.
유동층 반응기(1)의 저부에 원료 기체 공급부(12)가 구비된다. 원료 기체는 예를 들어 탄소나노튜브를 제조하기 위한 탄화수소 계열의 기체를 포함하는 반응기체일 수 있다. 원료 기체는 원료 기체 공급부(12)에 연결된 원료 기체 공급관(21)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급된다. 원료 기체는 반응기 본체(10)의 내부로 공급되기 전에 예열기(17)에서 예열될 수 있다. 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간의 하측에 분산판(13)이 배치됨으로써, 분산판(13)을 통하여 반응기 본체(10)내의 반응 공간으로 원료 기체가 분산된다.
반응기 본체(10)의 상부에는 신장부(11)가 구비될 수 있다. 신장부(expander, 11)에는 예를 들어 반응기 본체(10)로부터의 촉매와 반응 생성물(예를 들어, 탄소나노튜브 또는 파이버와 같은 탄소나노구조물)이 외부로 배출되는 것을 막기 위한 분리기(미도시)등이 구비될 수 있다. 신장부(11)에는 여과기(18)가 연결되며, 상기 여과기(18)에서 여과된 성분 기체는 이송관(23)을 통해 이송된다. 한편, 신장부(11)에는 재순환 배관(22)이 연결되어, 신장부(11)에서 배출된 혼합 기체의 일부를 재순환 배관(22)을 통해 원료 기체 공급관(21)으로 재순환시킨다.
반응기 본체(10)의 상부 일측에는 배관(24)을 통하여 분리기(14)가 연결되어 있다. 상기 분리기(14)는 반응기 본체(10)로부터 배출된 혼합 기체로부터 생성물을 분리하기 위한 것으로서, 예를 들어 탄소나노구조물과 혼합 기체를 분리하기 위한 것이다. 분리기(14)의 일측에는 탄소나노구조물과 같은 생성물을 회수하기 위한 회수기(15)가 연결되며, 분리기(14)는 배관(15)을 통해 반응기 본체(10)의 하부 일측에 연결된다. 한편, 촉매 공급기(16)는 배관(26)에 연결됨으로써 촉매가 배관(26)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 배관(26)에는 송풍기(blower)가 구비됨으로써, 분리기(14)에서 분리된 혼합 기체와 촉매 공급기(16)에서 공급되는 촉매를 반응기 본체(10) 안으로 압송시킬 수 있다.
유동층 반응기의 작동시에 층물질과 촉매로 충진되어 있는 반응영역(bed) 내에서 유동층을 형성한다. 분산판(13) 하부로 주입되어 상부로 배출된 기체는 기포의 형태로 반응영역 상부로 이동하면서 기포끼리 합체 및 거대화된 후 반응영역 상부에서 폭발하는 현상이 발생하는데, 기포의 폭발력은 혼합 기체를 둘러싼 고체입자들이 상부로 과도하게 상승되게 한다. 예를 들어, 탄소나노구조물 제조용 유동층 반응기에서는 반응영역에서의 기포 폭발이 촉매 및 탄소나노구조물의 분체를 반응기 본체(10)의 상부로 과도하게 상승시키는 역할을 하여, 결과적으로 원료 기체와 촉매의 접촉이 원활하게 이루어지지 않는다. 또한 신장부(11)에는 반응기 본체(10)로부터 이탈되는 혼합 기체를 제어하기 위한 장치들이 구비되어 있으나, 탄소나노구조물의 분체 등이 과도하게 상승할 경우에, 탄소나노구조물의 외부 이탈을 완전하게 방지할 수 없다. 따라서 탄소나노구조물의 수율에 부정적인 영향을 미치거나 전체 공정 수행에 지장을 초래하는 문제점이 있다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 2 에 도시된 탄소나노튜브 제조장치의 전체적인 구조는 실질적으로 도 1 을 참조하여 설명된 반응기의 구조와 유사하며, 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되어 있다.
탄소나노구조물 제조장치(1)는 내부에 반응 공간이 형성된 반응기 본체(10), 상기 반응기 본체(10)를 가열하기 위하여 반응기 본체(10)의 외측에 배치된 가열부(19), 상기 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간의 하측에 배치된 분산판(13), 상기 본체(10)의 상부에 구비된 신장부(11)를 구비한다. 신장부(11)에서 분리된 혼합 기체의 일부는 여과기(18)에서 여과되어 이송관(23)을 통해 이송되며, 신장부(11)에서 분리된 혼합 기체의 다른 일부는 재순환 배출관(22)을 통해 원료 기체 공급관(21)으로 재순환된다.
또한 탄소나노구조물 제조장치(1)는 반응기 본체(10)의 상부 일측에 연결된 분리기(14), 상기 분리기(14)에서 분리된 탄소나노튜브와 같은 생성물을 회수하기 위한 회수기(15) 및, 탄소나노구조물 제조장치(1)의 저부 일측에 연결되어 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급기(16)를 구비한다. 탄소나노구조물 제조장치(1)의 저부에는 원료 기체(반응 기체) 공급부(12)가 구비된다. 예열기(17)를 통해 가열된 원료 기체는 상기 원료 기체 공급부(12)를 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급되며, 원료 기체는 분산판(13)을 통해 반응기 본체(10)의 반응 공간에서 분산된다.
본 발명의 특징에 따르면, 반응기 본체(10)의 내부에는 하나 이상의 수평 방해판(20)이 구비된다. 수평 방해판(20)은 도 2 에 도시된 바와 같이 분산판(13)의 상부에서 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간을 상하로 분리하도록 배치되고, 원료 기체, 촉매 및 반응 생성물이 상하로 자유롭게 통과할 수 있도록 다수의 통공들이 형성되어 있으며, 과도한 상승 유동을 억제시킬 수 있는 상승 유동 억제 부재이다. 분산판을 통해 상부로 이동하는 기포가 합체 및 거대화 되더라도 수평 방해판(20)의 통공을 통과하면서 다시 기포의 크기가 작아지기 대문에 촉매와의 접촉면적이 증대되고 효율적인 기체-고체 혼합이 가능한 것이다.
도 2 에 도시된 예에서는 수평 방해판(20)이 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간에 2 개가 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 다른 예에서는 수평 방해판(20)이 오직 하나만이 구비될 수 있거나, 또는 2 개보다 더 많이 구비될 수 있다.
반응기 본체 내 수평방해판(20)의 간격이나 통공의 크기는 반응영역에서의 기포 크기, 층물질의 입자크기, 반응기의 단면적 등을 고려하여 정하는 것이 바람직하다. 구체적으로 수평 방해판(20)의 상하 간격은 기포의 크기를 고려하여 촉매와 원료기체 간의 접촉면적이 적정 수준 이하로 감소하는 위치를 계산하여 설치하는 것이 바람직하고, 통공의 크기는 입자의 최대 크기와 반응기 지름을 고려하여 분체의 상하 이동이 자유롭고 방해판(20) 하부의 반응영역에서의 합체된 기포가 방해판(20)을 통과하면서 재분산되어 적정 수준 이상의 접촉면적을 확보할 수 있는 수준으로 제작되는 것이 바람직하다.
수평 방해판(20)은 반응영역에서 기포가 폭발할 때 발생되는 분체의 상승력을 억제하도록 작용한다. 예를 들어 탄소나노튜브 제조용 유동층 반응기에서는 반응영역의 기포 폭발에 기인하여 탄소나노튜브의 분체가 과도하게 상승하는 현상이 수평 방해판(20)에 의해 억제된다. 이는 도 3 내지 도 6 에 도시된 실시예들에서 알 수 있는 바와 같이, 수평 방해판(20)이 분체의 상승 흐름을 억제할 수 있는 구조를 가지기 때문이다.
도 3 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 수평 방해판의 제 1 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 수평 방해판(30)은 전체적으로 원형으로 형성된 테두리 부재(31)의 내측에 격자 부재(32)들이 구비되어 있다. 테두리 부재(31)는 반응기 동체(10)의 내부 공간의 단면에 적합하게 구성된다. 도면에 도시된 예에서는 반응기 동체(10)가 원통형이므로 테두리 부재(31)가 원형으로 형성되지만, 테두리 부재(31)의 형상이 원형에 제한되는 것은 아니며 다른 형상을 취할 수 있다. 격자 부재(32) 사이에는 통공(32a)이 형성된다. 격자 부재(32)는 반응기 본체(10) 내부에서 촉매 및 고형 생성물 입자가 기포 폭발에 의해 과도하게 상승하는 것을 실질적으로 억제하는 작용을 한다. 즉, 원료 기체, 촉매 및 생성물은 수평 방해판(30)에 형성된 통공(32a)을 통하여 자유롭게 이동할 수 있지만, 기포의 합체로 인해 형성된 거대 기포는 격자 부재(32)에 의해 단면적에 의해 저항을 받게 되며, 결과적으로 기포가 작아져 상승력이 감소됨으로써 과도한 상승 작용이 방지된다.
도 4 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 수평 방해판의 제 2 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 수평 방해판(40)은 전체적으로 원형으로 형성된 테두리 부재(41)를 구비하고, 상기 테두리 부재(41)의 내측에는 다수의 횡단 부재(42)들이 연장된다. 상기 횡단 부재(41)들 사이에는 다수의 제 1 경사 부재(43) 및 다수의 제 2 경사 부재(44)가 부착되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 다수의 제 1 경사 부재(43)는 수직 방향에 대하여 일정한 각도로 경사를 이루도록 횡단 부재(42)에 부착되고, 다수의 제 2 경사 부재(44)도 수직 방향에 대하여 일정한 각도로 경사를 이루도록 횡단 부재(42)에 부착된다. 바람직스럽게는 다수의 제 1 경사 부재(43)의 경사 각도 및 다수의 제 2 경사 부재(44)의 경사 각도가 서로 같으면서 반대 방향을 향하도록 배치된다. 또한 다수의 제 1 경사 부재(43) 및 다수의 제 2 횡단 부재(44)는 횡단 부재(42) 사이에 번갈아 가면서 구비된다.
상기 수평 방해판(40)에 구비된 횡단 부재(42), 다수의 제 1 경사 부재(43) 및 다수의 제 2 경사 부재(44)는 반응기 본체(10) 내부에서 원료 기체, 촉매 및 생성물의 상승을 실질적으로 억제하는 작용을 한다. 즉, 원료 기체, 촉매 및 생성물은 수평 방해판(40)에서 횡단 부재(42)와 경사 부재(43,44) 사이에 형성된 통공을 통하여 자유롭게 이동할 수 있지만, 기포의 합체로 인해 형성된 거대 기포는 횡단 부재(42)와 경사 부재(43,44)의 단면적에 의해 저항을 받게 되며, 결과적으로 기포의 크기가 작아져 상승력이 감소됨으로써 과도한 상승 작용이 방지된다.
도 5 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 수평 방해판의 제 3 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 수평 방해판(50)은 테두리 부재(51)의 내측에 구비된 평판 부재(52)에 다수의 천공부(52a)를 형성함으로써 구성된다. 즉, 천공 장치(미도시)를 이용하여 소정의 두께를 가진 평판 부재(52)에 다수의 천공부(52a)를 형성하고, 상기 평판 부재(52)를 테두리 부재(51)의 내측에 부착시킨 것이다.
상기 수평 방해판(50)에 평판 부재(52)는 반응기 본체(10) 내부에서 원료 기체, 촉매 및 생성물의 상승을 실질적으로 억제하는 작용을 한다. 즉, 원료 기체, 촉매 및 생성물은 천공부(52a)를 통하여 자유롭게 이동할 수 있지만, 기포의 합체로 인해 형성된 거대 기포는 평판 부재(52)의 단면적에 의해 저항을 받게 되며, 결과적으로 기포의 크기가 작아져 상승력이 감소됨으로써 과도한 상승 작용이 방지된다.
도 6 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 수평 방해판의 제 4 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 수평 방해판(60)은 테두리 부재(61)의 내측에 시이브(sieve) 형태의 부재(62)가 형성되어 있고, 시이브 부재(62)에 형성된 통공(62a)은 거대 기포 생성을 방지하여 촉매 및 고형 생성물이 기포 폭발에 의해 과도하게 상응하는 것을 실질적으로 억제하는 작용을 한다.
도 3 내지 도 6 에 도시된 실시예를 통하여 설명된 수평 방해판(30,40,50.60)은 반응기 본체(10)의 내부 공간에 하나 이상의 개수로써 설치될 수 있다. 수평 방해판(30,40,50,60)이 설치됨으로써 원료 기체, 촉매 및 생성물의 과도한 상승력이 억제되고, 결과적으로 원료 기체와 촉매 사이에서 효율적인 접촉이 이루어짐과 동시에, 생성물이 반응기 본체(10)의 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 탄소나노구조물 제조용 반응기에서 탄소나노구조물의 분체가 반응기 본체(10)의 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
10. 반응기 본체 11. 신장부
12. 원료 기체 공급부 13. 분산판
21. 원료 기체 공급관 20. 수평 방해판

Claims (6)

  1. 반응 공간이 내부에 형성된 반응기 본체;
    상기 반응 공간 하측에 배치된 분산판;
    촉매를 상기 반응기 본체의 저부로부터 본체 내부로 공급하는 촉매공급관;
    반응기 하부에 연결되어 탄소원(carbon source), 환원성 가스 및 불활성가스를 포함하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하는 반응기체 공급관;
    상기 분산판 상부에서 상기 반응 공간을 상하로 분리하는 수평 방해판으로서, 테두리 부재 및, 상기 테두리 부재의 내측에 부착되고, 반응가스, 촉매 및 반응 생성물이 자유롭게 통과할 수 있도록 다수의 통공들이 형성된 복수개의 수평 방해판이 상하 이격 배치되어 이루어진 상승 유동 억제 부재; 및
    상기 상승유동 억제 부재 상부의 반응기 상부에 연결되어, 생성된 탄소나노 구조물과 혼합가스를 배출하는 생성물 배출관; 을 구비하며,
    상기 반응기체 공급관으로부터 공급되는 반응가스가 상기 분산판을 통하여 상기 반응 공간으로 분산되고,
    상기 촉매와 탄소원과 반응가스는 상기 반응 공간에서 상기 수평 방해판에 형성된 통공을 통과하여 유동하면서 반응하여 탄소나노구조물을 생성하는, 탄소나노구조물 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 유동 억제 부재는 상기 테두리 부재의 내측에 부착된 격자 부재들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 탄소나노구조물 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 유동 억제 부재는,
    상기 테두리 부재의 내측에서 연장되는 다수의 횡단 부재; 및,
    상기 다수의 횡단 부재 사이에 설치된 다수의 제 1 경사 부재와 다수의 제 2 경사 부재;를 구비하고,
    상기 다수의 제 1 경사 부재 및 상기 다수의 제 2 경사 부재는 수직 방향에 대하여 일정한 각도로 경사를 이루도록 상기 다수의 횡단 부재에 부착되는 것을 특징으로 하는, 탄소나노구조물 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 유동 억제 부재는,
    평판 부재에 다수의 천공부를 형성함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는, 탄소나노구조물 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 유동 억제 부재는 시이브(sieve) 형태인 것을 특징으로 하는 탄소나노구조물 제조장치.
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