KR101115343B1 - 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치 - Google Patents

Abstract

탄소 나노튜브를 합성하는 장치에서 반응로에 공급되는 촉매의 공급량을 정량화시킬 수 있는 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치가 제공된다. 그 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치는, 대량의 촉매(C)를 저장할 수 있도록 구성되어 있는 호퍼(1)와, 상기 호퍼(1)에서 낙하되는 촉매(C)를 정량 및 연속적으로 이동시킬 수 있도록 구성된 제1이송수단과, 상기 제1이송수단을 통해 연속 이송된 촉매(C)가 공급되면서 일정량씩 낙하시키도록 정량측정수단이 설치되어 있는 저장탱크(2)와, 상기 저장탱크(2)에서 정량씩 낙하되는 촉매(C)를 반응로로 공급하도록 설치되어 있는 제2이송수단으로 구성된다.

촉매 투입, 탄소 나노튜브 합성 장치, 촉매투입장치, CNT

Description

탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치{Catalyst supplying device in a producing device of carbon nanotubes}

본 발명은 촉매 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 나노튜브를 합성하는 장치에서 반응로에 공급되는 촉매의 공급량을 정량화시킬 수 있도록 한 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 탄소 나노튜브(Carbon nano-tube)는 탄소원자 하나가 주위의 다른 탄소원자 3개와 결합을 하여 육각형 벌집무늬를 형성하여 구성되고, 그 전기적, 열적, 기계적 특성이 종래의 소자에 비하여 우수하여 전계방출소자, 전기화학 및 에너지 저장, 초미세 메카트로닉스 시스템, 유기 및 무기 복합소재 등 다양한 산업분야에 응용될 수 있다.

상기 탄소 나노튜브를 합성하는 방법으로는 레이저를 이용하여 금속과 흑연 가루를 일정 비율로 섞어 만든 시편을 기화시켜 합성하는 레이저 어블레이션(ablation)법, 직경이 다른 두 개의 탄소봉에 전압을 가하여 아크방전을 일으켜 합성하는 아크방전법(Arc discharge), 기체 상태의 원료가스를 반응로 안으로 주입하여 열이나 플라즈마에 의하여 탄소 나노튜브를 성장시키는 화학기상증착 법(Chemical vapor deposition; CVD), 액상 또는 기상의 탄화수소를 전이금속과 함께 가열된 반응관 안으로 공급하여 탄화수소를 분해시켜 기상상태에서 탄소 나노튜브를 생성하는 열분해법(Pyrolysis of hydrocarbon) 등이 있다.

이 중에서도 촉매를 사용하여 탄소 나노튜브의 성장을 유도하는 화학기상증착법과 같은 탄소 나노튜브의 합성 방법에서, 촉매는 반응 속도를 조절하는 역할을 하게 된다.

상기 촉매를 반응로에 공급하기 위해서는 도3에 도시된 바와 같이 촉매(C)가 충진되어 있는 공급탱크(50)와, 상기 공급탱크(50)에 일단이 내재되어 있고 타단은 반응로(미 도시)에 연결되어 있는 투입관(51)과, 상기 공급탱크(50)에 일정압의 가스를 공급하여 투입관(51)으로 촉매(C)가 빠져나가도록 설치된 가스공급관(52)으로 이루어져 있다.

즉, 상기 가스공급관(52)으로 일정압의 가스가 공급되면 공급탱크(50) 내부의 압력이 증가하게 되고, 이 압력에 의해 투입관(51)을 통해 촉매(C)가 반응로로 공급되도록 하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같이 촉매공급탱크에 일정압의 가스를 공급하고 이 압력에 의해 촉매가 반응로로 공급되도록 하면, 촉매의 반응로 투입량을 정량화할 수 없게 됨과 아울러 공급탱크의 용량이 한계가 있기 때문에 연속적인 촉매 공급이 어렵게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응로에 촉매를 투입할 때 투입량을 정량화할 수 있을 뿐만 아니라 촉매의 연속적인 투입이 용이하도록 한 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 대량의 촉매를 저장할 수 있도록 구성되어 있는 호퍼와, 상기 호퍼에서 낙하되는 촉매를 정량 및 연속적으로 이동시킬 수 있도록 구성된 제1이송수단과, 상기 제1이송수단을 통해 연속 이송된 촉매가 공급되면서 일정량씩 낙하시키도록 정량측정수단이 설치되어 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 정량씩 낙하되는 촉매를 반응로로 공급하도록 설치되어 있는 제2이송수단으로 구성된다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이상과 같이 본 발명은 반응로로 촉매를 공급할 때 촉매의 공급량을 정량화할 수 있고, 촉매의 연속적인 공급량을 증대시킬 수 있도록 하여 촉매 공급 효율 및 정확성을 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링 된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도1에서 로드셀로 이루어진 측정수단을 도시한 개략 단면도로서, 대량의 촉매(C)를 저장할 수 있도록 구성되어 있는 호퍼(1)와, 상기 호퍼(1)에서 낙하되는 촉매(C)를 정량 및 연속적으로 이동시킬 수 있도록 구성된 제1이송수단과, 상기 제1이송수단을 통해 연속 이송된 촉매(C)가 공급되면서 일정량씩 낙하시키도록 정량측정수단이 설치되어 있는 저장탱크(2)와, 상기 저장탱크(2)에서 정량씩 낙하되는 촉매(C)를 반응로로 공급하도록 설치되어 있는 제2이송수단으로 이루어져 있다.

상기 제1이송수단은 호퍼(1)의 저면에 연결 설치되어 촉매(C)가 낙하되면서 유입되도록 설치됨과 아울러 일단이 저장탱크(2)에 연결된 이송관(3)과, 상기 이송관(3)의 내부에 배치됨과 아울러 모터(4)에 의해 일정 속도로 회전하면서 촉매(C)를 이송시키는 제1스크류(5)로 이루어져 있다.

즉, 상기 호퍼(1)에서 촉매(C)가 중력에 의해 낙하되면 이송관(3)으로 유입되는 바, 상기 촉매(C)를 제1스크류(5)가 회전하면서 연속적으로 이송하게 되는 것이다.

특히, 상기 제1스크류(5)가 회전하면서 촉매(C)를 이송하기 때문에, 서로 응 집되어 있는 촉매(C)들이 분리됨으로써 이송관(3)이 막히는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 정량측정수단은 일정량이 측정되면 촉매(C)를 낙하시켜 제2이송수단으로 공급하는 것으로서, 도1과 도2에 도시된 바와 같이 저장탱크(2)의 내부에 배치되어 이송관(3)으로 공급되는 촉매(C)가 낙하되는 계량통(6)과, 상기 계량통(6)에 충진되는 촉매(C)의 중량을 측정하도록 설치된 로드셀(7)과, 상기 계량통(6)에 충진되는 촉매(C)의 중량을 로드셀(7)이 측정하여 일정량이 되면 로드셀(7)과 계량통(6)을 회전시켜 제2이송수단으로 낙하시키는 회전수단으로 이루어져 있다.

상기 회전수단은 로드셀(7)과 계량통(6)이 설치되어 있는 회전축(8)과, 상기 회전축(8)과 연결되어 이를 회전시키도록 설치된 모터(9)와, 상기 로드셀(7)의 측정치에 따라 모터(9)를 작동 제어하도록 설치된 제어부(10)로 이루어져 있다.

또한, 상기 제2이송수단은 저장탱크(2)의 저면에 연결되어 촉매(C)가 낙하되도록 설치됨과 아울러 반응로에 연결되어 있는 공급관(11)과, 상기 공급관(11)의 내부에 설치되어 회전하면서 촉매(C)를 이송시키도록 구성되고 모터(12)에 의해 회전되는 제2스크류(13)로 이루어져 있다.

즉, 상기 계량통(6)에 일정량의 촉매(C)가 충진되면 로드셀(7)이 이를 감지하여 제어부(10)로 전송하고, 제어부(10)는 이에 따라 모터(9)를 회전시켜서 일정량의 촉매(C)를 공급관(11)으로 낙하시키게 됨으로써, 제2스크류(13)가 항상 일정량의 촉매(C)를 반응로로 연속 공급할 수 있게 되는 것이다.

특히, 상기 호퍼(1)를 대용량으로 형성하게 되면 촉매(C)의 공급이 보다 연 속적으로 장시간 이루어질 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치의 작동 및 그 작용모드에 대해 설명한다.

반응로에 촉매(C)를 공급하기 위해서는, 상기 호퍼(1)에 촉매(C)가 충진되어 있기 때문에 호퍼(1)에서 이송관(3)으로 촉매(C)가 낙하되어 쌓이게 되는 바, 이 상태에서 모터(4)를 작동시켜 제1스크류(5)가 일정 속도로 회전하도록 한다.

제1스크류(5)가 일정 속도로 회전하게 되면 제1스크류(5)의 1회전당 이송되는 촉매(C)의 양이 항상 일정하게 되는 바, 제1스크류(5)에 의한 이송 시 촉매(C)는 항상 정량이 이송되게 된다.

촉매(C)가 제1스크류(5)에 의해 연속적으로 일정량 이송되면, 이는 저장탱크(2)로 유입됨과 아울러 촉매(C)가 계량통(6)으로 낙하하게 된다.

계량통(6)으로 촉매(C)가 낙하되면, 계량통(6)에 쌓이게 되는 바, 상기 계량통(6)에 쌓이는 촉매(C)의 중량은 로드셀(7)에 의해 체크되면서 일정량(미리 정해진 중량)이 되면 제어부(10)로 이에 따른 신호를 전송하게 된다.

제어부(10)에 신호가 전송되면 제어부(10)는 계량통(6)에 일정량의 촉매(C)가 충진된 것으로 판단하여 모터(9)를 작동시키게 되고, 상기 모터(9)의 작동에 의해 계량통(6)이 회전하면서 촉매(C)를 낙하시키게 된다.

촉매(C)가 저장탱크(2) 내부의 계량통(6)에서 낙하되면 이는 공급관(11)으로 충진되고, 상기 공급관(11) 내부에 설치되어 있는 제2스크류(13)에 의해 반응로로 공급된다.

즉, 촉매(C)가 일정량씩 공급관(11)으로 낙하되어 쌓이게 되면, 일정 속도로 회전하고 있는 제2스크류(13)가 이를 연속적으로 이송시키게 되고, 상기 이송에 의해 반응로에는 일정량의 촉매(C)가 공급되는 것이다.

여기서, 상기 제1, 2스크류(5, 13)의 회전에 의해 촉매(C)가 반응로로 공급되도록 구성하게 되면, 촉매(C)의 응집에 의해 서로 달라붙은 촉매들이 분리되는 것으로서, 결국 공급관(11)을 통해 반응로로 공급되는 촉매들은 서로 분리되어 있기 때문에 반응로에서의 반응이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치를 도시한 개략 단면도이다.

도 2는 도1에서 로드셀에 의한 측정수단을 도시한 개략 단면도이다.

도 3은 일반적인 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치를 도시한 개략 정면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

1: 호퍼 2: 저장탱크

3: 이송관 4, 9, 12: 모터

5: 제1스크류 6: 계량통

7: 로드셀 8: 회전축

10: 제어부 11: 공급관

13: 제2스크류

Claims (5)

1. ⅰ) 대량의 촉매를 저장할 수 있도록 구성되어 있는 호퍼;

   ⅱ) 호퍼의 저면에 연결되어 낙하된 촉매를 유입하여 저장탱크로 이송관을 통해 이송시키고, 이송관 내부에는 모터에 의해 일정 속도로 회전하면서 촉매를 이송시키는 제1스크류가 배치되고 이송관을 통해 상기 호퍼에서 낙하된 촉매를 정량 및 연속적으로 이동시킬 수 있도록 설치된 제1이송수단;

   ⅲ) 상기 제1이송수단을 통해 연속 이송된 촉매를 설치된 정량측정수단에 의해 일정량씩 낙하시키는 저장탱크; 및

   ⅳ) 저장탱크의 저면에 연결되어 낙하된 촉매를 반응로로 이송하고, 공급관의 내부에는 모터에 의해 일정 속도로 회전하면서 촉매를 이송시키는 제2스크류가 배치되고 공급관을 통해 상기 저장탱크에서 정량으로 낙하된 촉매를 반응로로 공급하도록 설치된 제2이송수단;

   을 포함하는 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치에 있어서,

   상기 저장탱크 내의 정량측정수단은

   이송관으로 공급되는 촉매가 낙하되는 계량통;

   상기 계량통에 충진되는 촉매의 중량을 측정하도록 설치된 로드셀; 및

   상기 로드셀 내의 충진된 촉매의 중량이 일정량이 되면 로드셀과 계량통을 회전시켜 제2이송수단으로 낙하시키는 회전수단;

   으로 구성됨을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 정량측정수단 내의 회전수단은

   ⅰ) 로드셀과 계량통이 설치되어 있는 회전축;

   ⅱ) 상기 회전축과 연결된 회전 모터; 및

   ⅲ) 상기 로드셀의 측정치에 따라 모터의 회전을 제어하도록 설치된 제어부;

   로 구성됨을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 합성 장치의 촉매 공급 장치.
5. 삭제

Images