KR101135945B1 - Apparatus for manufacturing catalyst for synthesis of carbon nanotube - Google Patents

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Abstract

탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 촉매 제조용 용액을 미세 입자 형태로 분사하는 분사 노즐과, 분사 노즐에 의해 내부로 분사되는 용액 입자를 가열 건조하여 소성시키기 위한 건조로와, 건조로 외부에 설치되고 건조로를 가열하기 위한 가열 히터를 포함하며, 분사 노즐은 용액을 플로우시키는 제1 유로와, 제1 유로의 단부와 인접하게 위치되는 단부를 가지며 에어를 플로우시키고 에어에 의해 용액을 입자 형태로 변화시켜 토출하기 위한 제2 유로와, 제1 및 제2 유로를 둘러싸도록 위치하고 조로의 가열로 인해제1 유로 내에서 용액이 건조되는 것을 방지하기 위하여 제1 및 제2 유로를 냉각하기 위한 냉각수를 플로우시키는 제3 유로를 포함한다. 따라서, 에어의 분사량에 따라 분사되는 용액의 입자 크기 조절이 간으하고, 용액의 공급 압력이 낮은 경우에도 용액을 설정된 입자 크기로 분사하는 것이 가능하며, 고온에서 노즐내 용액 건조에 의한 노즐 막힘을 예방할 수 있게 된다.The catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes includes an injection nozzle for spraying a catalyst preparation solution in the form of fine particles, a drying furnace for heating and firing the solution particles injected into the interior by the injection nozzle, and installed outside the drying furnace. And a heating heater for heating, wherein the injection nozzle has a first flow path for flowing the solution and an end portion positioned adjacent to the end of the first flow path to flow air and to discharge and discharge the solution into particles by air. And a third flow path for cooling the first flow path and the second flow path to surround the first flow path and the second flow path, and to prevent the solution from drying in the first flow path due to the heating of the furnace. Including the flow path. Therefore, it is possible to easily control the particle size of the sprayed solution according to the injection amount of air, and to spray the solution to the set particle size even when the supply pressure of the solution is low, and to prevent the nozzle clogging due to the drying of the solution in the nozzle at a high temperature. It becomes possible.

Description

탄소나노튜브용 촉매 제조 장치{Apparatus for manufacturing catalyst for synthesis of carbon nanotube}Catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes {Apparatus for manufacturing catalyst for synthesis of carbon nanotube}

본 발명은 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열 건조를 통해 별도의 소성 공정 없이 촉매를 연속적으로 제조하는 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes, and more particularly, to a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes which continuously produces a catalyst without a separate firing process through heat drying.

탄소동소체인 탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형의 벌집 무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질로써, 수 나노미터(nm)의 직경을 갖는다. 특히, 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 갖는다. 그러므로, 탄소나노튜브는 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전 등의 폭넓은 기술 분야에 그 적용이 가능하다.A carbon allotrope, carbon nanotubes, is a material in which one carbon atom is combined with another carbon atom in a hexagonal honeycomb pattern to form a tube, and has a diameter of several nanometers (nm). In particular, carbon nanotubes have excellent mechanical properties, electrical selectivity, field emission characteristics, high efficiency hydrogen storage medium characteristics and the like. Therefore, carbon nanotubes can be applied to a wide range of technical fields such as aerospace, biotechnology, environmental energy, materials industry, medicine, electronic computer, security and safety.

상기 탄소나노튜브를 합성하기 위하여 반응 챔버(혹은 반응로)가 합성 공간을 제공한다. 그리고, 촉매 입자가 상기 반응 챔버 내부로 제공되며, 상기 촉매 입자와 반응하기 위한 소스 가스가 상기 반응 챔버 내부로 제공된다. 따라서, 상기 반응 챔버의 내부에서 상기 촉매 입자와 상기 소스 가스가 반응하여 탄소나노튜브 가 합성된다.A reaction chamber (or reactor) provides a synthesis space for synthesizing the carbon nanotubes. Then, catalyst particles are provided into the reaction chamber, and a source gas for reacting with the catalyst particles is provided into the reaction chamber. Therefore, carbon nanotubes are synthesized by reacting the catalyst particles with the source gas in the reaction chamber.

이처럼, 탄소나노튜브를 합성하기 위해서는 촉매의 사용이 필수적이다. 상기 탄소나노튜브의 합성에 사용되는 촉매의 제조 방법은 일반적으로 함침법, 이온교환법, 침전법 등이 사용되고 있으며, 이외 촉매의 제조 방법으로는 솔-젤 방법, 고용체법 등의 방법들도 제안되어 있다.As such, the use of a catalyst is essential for synthesizing carbon nanotubes. As a method for preparing the catalyst used for synthesizing the carbon nanotubes, impregnation, ion exchange, precipitation, etc. are generally used. In addition, methods for preparing the catalyst, such as a sol-gel method and a solid solution method, have also been proposed. have.

하지만, 종래에 이용되거나 제안된 방법에 의한 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 촉매의 생산이 소규모 수준에 머물고 있어 촉매의 제조원가가 증가되는 문제점이 있다. 즉, 촉매 제조의 경제성을 향상시킬 수 있는 제조 기술 및 장치가 확보되지 않아서 촉매의 원가를 높은게 현실이며, 이는 최종적으로 탄소나노튜브의 원가를 가중시키는 요인이 되고 있어 개선이 요구된다.However, the catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes according to the conventionally used or proposed method has a problem in that the production cost of the catalyst is increased because the production of the catalyst remains at a small level. In other words, since the production technology and apparatus that can improve the economics of the production of the catalyst is not secured, the cost of the catalyst is high, which is a factor that ultimately increases the cost of the carbon nanotubes and requires improvement.

따라서, 본 발명을 통해 해결하고자 하는 과제는 촉매 제조용 용액의 정량 공급 및 연속 공급하고 가열 건조를 통해 별도의 소성 공정 없이 연속적으로 촉매를 소성하여 제조할 수 있는 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes that can be produced by continuously sintering the catalyst without a separate firing process through the quantitative supply and continuous supply of the solution for the catalyst production and heat drying will be.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 촉매 제조용 용액을 미세 입자 형태로 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐에 의해 내부로 분사되는 상기 용액 입자를 가열 건조하여 소성시키기 위한 건조로과, 상기 건조로 외부에 설치되고 상기 건조로를 가열하기 위한 가열 히터를 포함한다. 여기서, 상기 분사 노즐은 제1 유로, 제2 유로 및 제3 유로를 포함한다. 상기 제1 유로는 상기 용액을 플로우시킨다. 상기 제2 유로는 상기 제1 유로의 단부와 인접하게 위치되는 단부를 가지며, 에어를 플로우시키고 상기 에어에 의해 상기 용액을 입자 형태로 변화시켜 토출한다. 상기 제3 유로는 상기 제1 및 제2 유로를 둘러싸도록 위치하고, 상기 건조로의 가열로 인해 상기 제1 유로 내에서 상기 용액이 건조되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 및 제2 유로를 냉각하기 위한 냉각수를 플로우시킨다.In order to achieve the above object of the present invention, a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes according to the present invention comprises a spray nozzle for spraying a catalyst preparation solution in the form of fine particles, and heating the solution particles injected therein by the spray nozzle. A drying furnace for drying and firing, and a heating heater installed outside the drying furnace for heating the drying furnace. Here, the injection nozzle includes a first flow passage, a second flow passage and a third flow passage. The first flow path flows the solution. The second flow path has an end portion positioned adjacent to an end of the first flow path, and flows air, thereby discharging the solution into a particle form by the air. The third flow path is positioned to surround the first and second flow paths, and cooling water for cooling the first and second flow paths to prevent the solution from drying in the first flow path due to heating of the drying furnace. Flow.

이때, 일 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에서 상기 제1 및 제2 유로의 단부와 인접한 상기 제3 유로의 단부는 막혀 있으며, 상기 제3 유로는 상기 냉각수를 제공받기 위한 냉각수 유입구 및 상기 제3 유로 내부를 순환한 냉각수 를 외부로 배출하기 위한 냉각수 배출구를 갖는다.At this time, in the catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes according to an embodiment, the end of the third flow path adjacent to the end of the first and second flow paths is blocked, and the third flow path has a cooling water inlet for receiving the cooling water; It has a cooling water discharge port for discharging the cooling water circulated in the third flow path to the outside.

다른 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에서 상기 건조로는 상기 분사 노즐로부터 하방으로 길게 연장되는 형상을 갖고, 상기 건조로의 하단부에 구비되고, 상기 건조로의 하단부 외주며을 둘러싸도록 설치되어 냉각수를 플로우시키는 냉각 유로를 갖고, 상기 가열 건조를 통해 소성된 촉매를 냉각하기 위한 냉각부를 포함한다.In the catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes according to another embodiment, the drying furnace has a shape that extends downwardly from the injection nozzle, is provided at the lower end of the drying furnace, and is installed to surround the lower end of the drying furnace to flow the cooling water. And a cooling section for cooling the catalyst calcined through the heat drying.

또 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에서 상기 건조로에서 형성된 촉매를 제공받아 저장하기 위한 저장조를 포함할 수 있다.In another embodiment, a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes may include a reservoir for receiving and storing a catalyst formed in the drying furnace.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 에어의 분사를 통해 용액을 입자 형태로 변형시킴으로써, 분사되는 에어 공급량에 따라서 용액의 다양한 입자 크기 조절이 가능하다. 또한, 용액의 압력이 낮은 경우에도 에어 공급량에의 조절을 통해서 설정된 입자 크기로 용액을 분사하는 것이 가능하다. 따라서, 분사되는 용액의 입자 크기에 대한 균일성이 확보되므로 촉매 제조의 균일성을 확보하는 것이 가능해져 촉매 제조의 신뢰성이 향상된다.The catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes according to the present invention configured as described above is capable of controlling various particle sizes of the solution according to the amount of air to be injected by deforming the solution into particle form through the injection of air. In addition, even when the pressure of the solution is low, it is possible to spray the solution to the set particle size through adjustment to the air supply amount. Therefore, since uniformity with respect to the particle size of the solution to be injected is ensured, it is possible to ensure uniformity of the catalyst production, thereby improving the reliability of the catalyst production.

또한, 냉각수를 통해서 노즐이 냉각됨으로써, 건조로 내부가 고온인 경우에도 노즐 내부의 용액이 가열되는 것을 예방하여 노즐 내부에서 용액이 건조되어 발생되는 노즐 막힘을 개선할 수 있다.In addition, by cooling the nozzle through the cooling water, even when the inside of the drying furnace is a high temperature it is possible to prevent the solution inside the nozzle is heated to improve the nozzle clogging caused by the solution is dried inside the nozzle.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 탄소나노튜브용 촉매 제 조 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes in an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 발명의 명확성을 기하기 위해 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 설명하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to explain the schematic configuration. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 분사 노즐을 나타내는 개략적인 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 분사 노즐의 개략적인 수평 단면도이다.1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for preparing a carbon nanotube catalyst according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing the injection nozzle shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. 1. Is a schematic cross-sectional view of the spray nozzle.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치(100)는 분사 노즐(110), 건조로(120), 가열 히터(130), 냉각부(140) 및 저장조(150)를 포함한다.1 to 3, the carbon nanotube catalyst manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a spray nozzle 110, a drying furnace 120, a heating heater 130, and a cooling unit 140. ) And the reservoir 150.

상기 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치(100)는 반응 가스와 촉매를 이용한 탄소나노튜브 합성에 사용되는 촉매를 별도의 소성 공정 없이 연속적으로 제조하기 위하여 바람직하게 사용할 수 있다.The catalyst manufacturing apparatus 100 for carbon nanotubes may be preferably used to continuously prepare a catalyst used for synthesizing carbon nanotubes using a reaction gas and a catalyst without a separate firing process.

상기 분사 노즐(110)은 촉매 제조용 용액(이하 용액이라 함)을 미세 입자 형태로 분사하는 역할을 한다. 상기 용액은 통상 다수의 원료가 혼합된 혼합 원료일 수 있다. 예컨대, 상기 용액은 탄소나노튜브용 촉매를 제조하기 위한 주촉매, 조촉매, 촉매를 지지하는 지지체 및 각각의 원료를 액화 상태로 만들기 위한 액상의 원 료로 이루어질 수 있다. 상기 용액은 언급한 다수의 원료를 교반용 탱크를 통해 장시간 교반 하여 제조되는 것이 일반적이다. 이때, 교반 시간은 약 20 내지 24시간 혼합하는 것이 바람직하다. 교반 시간이 상기 시간보다 짧으면 원료 혼합이 균일하지 못할 수 있어 바람직하지 못하고, 상기 시간보다 길면 혼합 원료(예컨대 용액)를 공급하는데 차질이 생겨 바람직하지 못하다.The spray nozzle 110 serves to spray a catalyst preparation solution (hereinafter referred to as a solution) in the form of fine particles. The solution may usually be a mixed raw material in which a plurality of raw materials are mixed. For example, the solution may be composed of a main catalyst for preparing a carbon nanotube catalyst, a cocatalyst, a support for supporting the catalyst, and a liquid raw material for making each raw material into a liquefied state. The solution is generally prepared by stirring a plurality of the raw materials mentioned for a long time through the tank for stirring. At this time, the stirring time is preferably mixed for about 20 to 24 hours. If the stirring time is shorter than the above time, the mixing of the raw materials may not be uniform, which is not preferable.

상기 분사 노즐(110)은 건조로(120)의 상부에 위치하며, 건조로(120) 내부로 상기 용액을 미세 입자 형태로 분사하게 된다.The spray nozzle 110 is located above the drying furnace 120, and sprays the solution in the form of fine particles into the drying furnace 120.

상기 분사 노즐(110)은 균일한 촉매를 제조하기 위하여 균일한 입자 크기로 용액을 분사하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 실시예에서 분사 노즐(110)은 상기 용액과 상기 용액을 입자 형태로 변형시키기 위한 에어를 함께 분사할 수 있는 구조를 갖는다.The injection nozzle 110 preferably injects the solution to a uniform particle size in order to produce a uniform catalyst. To this end, the spray nozzle 110 in the present embodiment has a structure capable of injecting the solution and the air for deforming the solution into a particle form.

도 2 및 도 3의 도면에서와 같이, 균일한 입자 크기로 용액을 분사하기 위한 분사 노즐(110)은 제1 유로(111), 제2 유로(112) 및 제3 유로(113)를 갖는다.As shown in FIGS. 2 and 3, the spray nozzle 110 for spraying a solution with a uniform particle size has a first flow path 111, a second flow path 112, and a third flow path 113.

상기 제1 유로(111)는 용액을 공급받아 플로우시키고, 플로우되는 용액을 유로의 단부로 토출 시킨다. 즉, 제1 유로(110)는 선단은 용액을 토출하기 위한 토출구로 기능하도록 개방된 구조를 갖는다. 도면에서 제1 유로(111)는 직경이 균일한 것으로 도시하였으나, 도시된 바와 달리 선단부에서 용액의 유속을 증가시켜 용이하게 분사될 수 있도록 선단부에서 점진적으로 폭이 좁아지는 구조를 가질 수도 있다. 제1 유로(111)는 촉매 제조용 용액을 공급받기 위한 용액 유입구(111a)를 가지며, 용액 유입구(111a)는 용액을 공급하기 위한 용액 공급원이 연결된다. 여기서, 용액 공급원은 다수의 원료를 교반하기 위한 교반 탱크일 수 있다.The first flow path 111 receives and flows a solution, and discharges the flow solution to an end of the flow path. That is, the first flow path 110 has a structure in which the tip is open to function as a discharge port for discharging the solution. In the drawing, the first flow path 111 is illustrated as having a uniform diameter, but unlike the illustrated figure, the first flow passage 111 may have a structure in which the width is gradually narrowed at the distal end to increase the flow velocity of the solution at the distal end. The first flow path 111 has a solution inlet 111a for receiving a solution for preparing a catalyst, and the solution inlet 111a is connected to a solution source for supplying a solution. Here, the solution source may be a stirring tank for stirring a plurality of raw materials.

상기 제2 유로(112)는 제1 유로(110)의 단부로 토출되는 용액을 입자 형태(예컨대 액적)로 변화시키기 위한 기체로서 에어를 플로우시키고, 플로우되는 에어를 유로의 단부로 토출 시킨다. 따라서, 제2 유로(112)의 선단은 에어를 토출하기 위한 토출구로 기능하도록 개방된 구조를 갖는다. 도면에서 제2 유로(112)는 제1 유로(111)와 마찬가지로 직경이 균일한 것으로 도시하였으나, 도시된 바와 달리 선단부에서 점진적으로 폭이 좁아지는 구조를 가질 수 도 있다. 또한, 제2 유로(112(는 점진적으로 폭이 좁아지는 제1 유로(111)를 따라서 형성되므로, 유로의 방향이 경사진 구조를 가질 수 있다. 제2 유로(112)는 에어를 공급받기 위한 에어 유입구(112a)를 가지며, 에어 유입구(112a)에는 에어를 공급하기 위한 에어 공급원이 연결된다.The second flow path 112 flows air as a gas for changing the solution discharged to the end of the first flow path 110 into a particle form (eg, droplets), and discharges the flowed air to the end of the flow path. Therefore, the tip of the second flow path 112 has an open structure to function as a discharge port for discharging air. In the drawing, although the second flow path 112 is illustrated as having a uniform diameter, similar to the first flow path 111, it may have a structure in which the width is gradually narrowed at the distal end. In addition, since the second flow path 112 is formed along the first flow path 111 which gradually narrows, the direction of the flow path may be inclined. The second flow path 112 may be configured to receive air. It has an air inlet 112a, and an air source for supplying air is connected to the air inlet 112a.

상기 제2 유로(112)는 그 단부를 제1 유로(110)의 단부와 인접하게 위치시킨다. 예를 들어, 제2 유로(112)의 단부는 제1 유로(111)의 단부를 둘러싸는 원형 링 구조를 가질 수 있다. 이에, 제1 유로(111)는 동축선상에 배치되어 제2 유로(112)의 내부에 수용되는 구조로 위치할 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제2 유로(111, 112)의 단부가 서로 이격되어 나란한 배치구조, 또는 용액의 토출 방향과 에어의 토출 방향이 서로 교차되는 구조를 가질 수 있으며, 용액과 에어의 충돌(혹은 혼합)을 통해 용액을 입자 형태로 분사할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.The second flow path 112 positions its end adjacent to the end of the first flow path 110. For example, the end of the second flow path 112 may have a circular ring structure surrounding the end of the first flow path 111. Accordingly, the first flow path 111 may be disposed on the coaxial line and be accommodated in the second flow path 112. Alternatively, the end portions of the first and second flow paths 111 and 112 may be spaced apart from each other, and may have a side-by-side arrangement structure or a structure in which the discharge direction of the solution and the discharge direction of the air cross each other. Or mixed)) to have a variety of structures that can spray the solution in the form of particles.

이처럼, 에어를 토출하는 제2 유로(112)의 단부와 용액을 토출하는 제1 유로(111)의 단부를 인접하게 위치시킴으로써, 에어에 의해 용액을 입자 형태(예컨대 액적)로 변화시켜 분사할 수 있다. 제1 유로(111)로부터 토출되는 용액은 제2 유로(112)로부터 토출되는 에어와 단부 근방에서 충돌하여 혼합됨에 의해 용액이 입자 형태로 분사된다.In this way, by disposing the end of the second flow path 112 for discharging air and the end of the first flow path 111 for discharging the solution, the solution can be sprayed by changing the particle shape (for example, droplets) by air. have. The solution discharged from the first flow passage 111 collides with the air discharged from the second flow passage 112 in the vicinity of the end portion, whereby the solution is injected in the form of particles.

여기서, 분사되는 용액 입자의 크기는 용액의 토출 압력에 의해서도 조절될 수 있으나, 토출되는 에어 공급량에 따라서 크게 조절된다. 예컨대, 에어 공급량에가 증가할수록 분사되는 용액 입자의 크기가 작아지고, 에어 공급량에가 감소할수록 분사되는 용액 입자의 크기가 커지게 된다. 따라서, 제1 유로(111)를 통한 용액의 공급 압력이 낮아 설정된 크기의 용액 입자를 분사하지 못하더라도, 에어에 의해 설정된 입자 크기로 용액을 분사하는 것이 가능하게 된다.Here, the size of the solution particles to be injected may be controlled by the discharge pressure of the solution, but is largely adjusted according to the air supply amount discharged. For example, as the air supply amount increases, the size of the solution particles to be injected decreases, and as the air supply amount decreases, the size of the solution particles to be injected increases. Therefore, even if the supply pressure of the solution through the first flow path 111 is low to spray the solution particles of the set size, it is possible to spray the solution to the particle size set by the air.

한편, 분사 노즐(110)이 건조로(120) 상부에 위치하며, 실질적으로 용액 및 에어를 토출하는 몸체 일부분이 건조로(120) 내부에 위치하게 된다. 따라서, 건조로(120)의 고온으로 분사 노즐(110) 내에서 용액이 건조되는 현상일 발생할 수 있으며, 용액 건조로 인해서 제1 유로(111)가 막혀 용액의 원활한 분사가 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있으므로 개선이 요구된다. 이를 위해, 본 실시예에서는 제1 및 제2 유로(111, 112)를 냉각할 수 있는 제3 유로(113)를 포함한다.On the other hand, the injection nozzle 110 is located above the drying furnace 120, the body portion for discharging the solution and air substantially is located inside the drying furnace 120. Therefore, a phenomenon in which the solution is dried in the injection nozzle 110 at a high temperature of the drying furnace 120 may occur, and the first flow path 111 may be blocked due to the solution drying, thereby preventing a smooth injection of the solution. As such, improvements are required. To this end, the present embodiment includes a third flow passage 113 capable of cooling the first and second flow passages 111 and 112.

상기 제3 유로(113)는 분사 노즐(110) 즉, 제1 및 제2 유로(111, 112)를 냉각시키기 위한 냉각수를 플로우 시킨다. 제3 유로(113)는 제1 및 제2 유로(111, 112)를 둘러싸는 구조로 형성된다. 즉, 제1 및 제2 유로(111, 112)는 제3 유로(113)의 내부에 수용되는 구조를 가질 수 있다. 제3 유로(113)는 냉각수를 플로우 시켜 냉각시킴으로써, 건조로(120)의 고온으로 인해 제1 및 제2 유로(111, 112) 가 가열되어 제1 유로(111) 내부에서 용액이 건조되는 것을 방지하는 역할을 한다. 제3 유로(113)는 플로우 시킨 냉각수를 토출하지 않고 순환시키는 구조를 갖는다. 따라서, 제3 유로(113)는 냉각수를 제공받기 위한 냉각수 유입구(113a)와, 제3 유로(113) 내부를 순환한 냉각수를 외부로 배출하기 위한 냉각수 배출구(113b)를 갖는다. 제1 및 제2 유로(111, 112)의 단부와 인접한 제3 유로(113)의 단부는 막혀있는 구조를 갖는다. 따라서, 냉각수 유입구(113a)를 통해 제3 유로(113)로 제공된 냉각수는 제3 유로(113)를 순환하다 냉각수 배출구(113b)를 통해 배출된다.The third flow passage 113 flows cooling water for cooling the injection nozzle 110, that is, the first and second flow passages 111 and 112. The third flow passage 113 is formed to have a structure surrounding the first and second flow passages 111 and 112. That is, the first and second flow passages 111 and 112 may have a structure accommodated in the third flow passage 113. By cooling the third flow passage 113 by flowing the coolant, the first and second flow passages 111 and 112 are heated due to the high temperature of the drying furnace 120 to dry the solution in the first flow passage 111. It serves to prevent. The third flow passage 113 has a structure for circulating the discharged cooling water without discharging it. Therefore, the third flow passage 113 has a cooling water inlet 113a for receiving the cooling water and a cooling water outlet 113b for discharging the cooling water circulated inside the third flow passage 113 to the outside. End portions of the third flow passage 113 adjacent to the end portions of the first and second flow passages 111 and 112 have a closed structure. Therefore, the cooling water provided to the third flow passage 113 through the cooling water inlet 113a circulates through the third flow passage 113 and is discharged through the cooling water discharge port 113b.

여기서, 가열이 가장 크게 발생되는 부위는 건조로(120)에 가장 깊숙이 위치하는 제1 및 제2 유로(111, 112)의 단부 영역이다. 따라서, 제1 및 제2 유로(111, 112)의 단부에 인접한 제3 유로(113)의 단부 부위에서 냉각 효과가 가장 큰 것이 바람직하다. 이를 위해, 도시하진 않았지만 냉각수 유입구(113a)로부터 제3 유로(113)의 단부에 인접한 위치까지 연장되는 서브 유로(미도시)를 구비한다. 따라서, 냉각수 유입구(113a)로 제공되는 냉각수는 서브 유로(미도시)를 통해 제3 유로(113)의 단부 인근까지 다이렉트로 제공되고, 제3 유로(113)의 단부 인근에서부터 순환을 시작한다. 냉각수는 냉각 작용에 의해 온도가 상승하면 냉각수 배출구(113b)를 통해 외부로 배출되게 된다. 결과적으로, 보다 효율적인 냉각 효과를 갖게 된다.Here, the site where heating is greatest is the end regions of the first and second flow paths 111 and 112 which are located deepest in the drying furnace 120. Therefore, it is preferable that the cooling effect is greatest at the end portion of the third flow passage 113 adjacent to the ends of the first and second flow passages 111 and 112. To this end, although not shown, a sub-channel (not shown) extending from the cooling water inlet 113a to a position adjacent to the end of the third channel 113 is provided. Accordingly, the coolant provided to the coolant inlet 113a is directly provided to the vicinity of the end of the third flow passage 113 through a sub flow passage (not shown), and starts circulation from near the end of the third flow passage 113. Cooling water is discharged to the outside through the cooling water outlet 113b when the temperature rises due to the cooling action. As a result, a more efficient cooling effect is obtained.

상기 건조로(120)는 분사 노즐(110)에 의해 내부로 분사되는 용액 입자를 가열 건조하여 소성 시키는 역할을 한다. 예를 들어, 건조로(120)는 분사 노즐(110)의 하방으로 길게 연장되는 구조를 가질 수 있다. 건조로(120) 외부에는 건조 로(120)를 가열하기 위한 가열 히터(130)가 구비되며, 가열 히터(130)에 의해 가열된 건조로(120)의 열이 외부로 발산되는 것을 방지하는 단열제(미도시)가 구비될 수 있다. 분사 노즐(110)로부터 분사된 용액 입자는 건조로(120)의 길이 방향으로 낙하하면서 가열 건조됨으로써, 별도의 소성 공정 없이 소성이 이루어지게 된다. 따라서, 건조로(120)는 분사된 용액 입자들이 가열 건조될 수 있게 적정 길이로 형성되는 것이 바람직하다.The drying furnace 120 serves to sinter by heating and drying the solution particles sprayed into the interior by the spray nozzle 110. For example, the drying furnace 120 may have a structure extending in a downward direction of the injection nozzle 110. Outside the drying furnace 120 is provided with a heating heater 130 for heating the drying furnace 120, heat insulation to prevent the heat of the drying furnace 120 heated by the heating heater 130 to be emitted to the outside (Not shown) may be provided. The solution particles sprayed from the spray nozzle 110 are dried by heating while falling in the longitudinal direction of the drying furnace 120, so that baking is performed without a separate firing process. Therefore, the drying furnace 120 is preferably formed to a suitable length so that the sprayed solution particles can be heated to dry.

상기 가열 히터(130)는 건조로(120) 외주를 감싸도록 설치된다. 가열 히터(130)는 길게 연장되는 건조로(120)의 길이 방향을 따라 다수개가 구비된다. 가열 히터(130)는 예를 들어 약 700℃ 내지 900℃의 온도로 건조로(120)를 가열하는 것이 바람직하다. 가열 히터(130)에 의한 건조로(120)의 가열 온도가 상기 온도 범위보다 높으면 분사되는 용액이 건조 단계를 지나 기화되는 현상이 발생하게 되므로 바람직하지 못하며, 상기 온도 범위보다 낮으면 용액 입자들이 자유낙하 하는 동안 충분히 가열되지 못하기 때문에 바람직하지 못하다. 하지만, 가열 히터(130)에 의한 가열 온도는 건조로(120)의 구조에 따라 변경될 수도 있다.The heating heater 130 is installed to surround the outer circumference of the drying furnace (120). The heating heater 130 is provided with a plurality along the longitudinal direction of the drying furnace 120 extending long. The heating heater 130 preferably heats the drying furnace 120 at a temperature of, for example, about 700 ° C to 900 ° C. If the heating temperature of the drying furnace 120 by the heating heater 130 is higher than the above temperature range is not preferable because the phenomenon that the sprayed solution is vaporized after the drying step occurs, if the temperature is lower than the temperature range, the solution particles are free This is undesirable because it is not heated enough during the fall. However, the heating temperature by the heating heater 130 may be changed depending on the structure of the drying furnace 120.

상기 냉각부(140)는 건조로(120)의 하단부에 구비되며, 건조로(120) 내부를 자유낙하 하면서 가열 건조된 고온의 촉매를 냉각하는 역할을 한다. 냉각부(140)는 예를 들어, 건조로(120)의 하단부 외주를 둘러싸는 냉각 유로일 수 있다. 상기 냉각 유로는 냉각수가 유입 및 배출된다. 즉, 상기 냉각 유로는 냉각수를 플로우시키며, 냉각수가 냉각 유로를 흐르면서 건조로(120)의 하단부를 냉각시켜 그 내부에 위치한 고온의 촉매를 냉각시키게 된다.The cooling unit 140 is provided at the lower end of the drying furnace 120, and serves to cool the high-temperature catalyst heated by drying the interior of the drying furnace 120 freely. The cooling unit 140 may be, for example, a cooling passage surrounding the outer circumference of the lower end of the drying furnace 120. Cooling water flows into and out of the cooling passage. That is, the cooling passage flows the cooling water, and the cooling water flows through the cooling passage to cool the lower end of the drying furnace 120 to cool the high temperature catalyst located therein.

상기 저장조(150)는 건조로(120)에서 형성된 촉매를 저장하는 역할을 한다. 저장조(150)는 통사 건조로(120)의 하부에 배치되며, 외부의 공기를 이용하여 건조로(120) 내부의 촉매를 이송하여 저장한다.The reservoir 150 serves to store the catalyst formed in the drying furnace 120. The storage tank 150 is disposed below the thermal drying furnace 120, and transfers and stores the catalyst inside the drying furnace 120 using external air.

이처럼, 분사 노즐(110)을 통해 균일한 입자 크기로 분사된 용액 입자들이 건조로(120) 내부에서 자유낙하 하면서 가열 건조됨으로써, 소성되어 촉매가 제조된다. 건조로(120)에서 형성된 촉매는 저장조(150)에 저장되고, 탄소나노튜브를 합성하기 위하여 반응가스가 공급된 반응로에 공급되어 탄소나노튜브를 합성하는데 사용된다.As such, the solution particles injected to the uniform particle size through the injection nozzle 110 are heated and dried while free-falling in the drying furnace 120 to be calcined to produce a catalyst. The catalyst formed in the drying furnace 120 is stored in the storage tank 150, and supplied to the reaction furnace supplied with the reaction gas to synthesize the carbon nanotubes, and used to synthesize the carbon nanotubes.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 촉매 제조용 용액과 에어를 함께 분사하여 용액이 균일한 입자 크기를 갖도록 분사하는 분사 노즐을 이용하고, 분사 노즐로부터 분사된 용액 입자들이 건조로에서 자유 낙하하면서 가열 건조되어 소성되므로, 별도의 소성 공정 없이 고순도의 촉매를 제조하는 것이 가능하다. 또한, 건조로 내부를 자유낙하 하면서 가열 건조되어 제조되므로, 연속적으로 촉매를 제조하는 것이 가능하다.As described above, the carbon nanotube catalyst production apparatus according to the preferred embodiment of the present invention uses an injection nozzle for injecting a solution for preparing a catalyst and air together to inject the solution to have a uniform particle size, and spraying from the injection nozzle. Since the prepared solution particles are heated and dried while freely falling from the drying furnace, it is possible to produce a catalyst of high purity without a separate firing process. In addition, it is possible to manufacture the catalyst continuously because it is dried by heating while freely falling inside the drying furnace.

또한, 분사 노즐은 에어 공급량에의 조절을 통해서 용액 입자의 크기를 조절할 수 있으므로, 별도의 추가 설비 없이도 다양한 입자 크기의 촉매를 제조하는 것이 가능하다. 아울러, 용액의 공급 압력이 낮은 경우에도 에어 공급량에를 조절하여 설정된 입자 크기로 용액을 분사하는 것이 가능하게 되므로, 제조의 신뢰성이 향상된다.In addition, since the injection nozzle can adjust the size of the solution particles by adjusting the air supply amount, it is possible to produce catalysts of various particle sizes without additional equipment. In addition, even when the supply pressure of the solution is low, it is possible to spray the solution to the set particle size by adjusting the air supply amount, thereby improving the reliability of the manufacturing.

또한, 분사 노즐은 냉각수가 흐르는 유로를 통해 냉각 기능을 갖게 되므로, 건조로 내부에 위치하는 분사 노즐 영역에서 고온으로 인해 용액이 건조되어 노즐이 막히는 현상을 예방함으로써, 공정 신뢰성을 개선할 수 있다.In addition, since the injection nozzle has a cooling function through a flow path through which the coolant flows, the solution may be dried due to high temperature in the injection nozzle region located inside the drying furnace, thereby preventing the nozzle from clogging, thereby improving process reliability.

따라서, 본 발명의 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치는 균일한 입자 크기의 촉매를 연속적으로 제조하면서, 촉매의 입자 크기를 다양하게 제조해야 하는 경우, 또는 용액의 공급 압력이 낮아 설정된 크기의 촉매 제조가 어려운 촉매 제조 장치에서 바람직하게 사용될 수 있다.Therefore, the catalyst production apparatus for carbon nanotubes of the present invention continuously produces a catalyst having a uniform particle size, when various particle sizes of the catalyst are to be produced, or a catalyst having a predetermined size is prepared due to a low supply pressure of a solution. It can be preferably used in a difficult catalyst production apparatus.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for preparing a catalyst for carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 분사 노즐을 나타내는 개략적인 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the spray nozzle shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 분사 노즐의 개략적인 수평 단면도이다.3 is a schematic horizontal cross-sectional view of the spray nozzle shown in FIG. 1.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치100: catalyst production apparatus for carbon nanotubes

110: 분사 노즐 111: 제1 유로110: injection nozzle 111: the first flow path

111a: 용액 유입구 112: 제2 유로111a: solution inlet 112: second flow path

112a: 에어 유입구 113: 제3 유로112a: air inlet 113: third flow path

113a: 냉각수 유입구 113b: 냉각수 배출구113a: cooling water inlet 113b: cooling water outlet

120: 건조로 130: 가열 히터120: drying furnace 130: heating heater

140: 냉각부 150: 저장조140: cooling unit 150: reservoir

Claims (4)

ⅰ) 촉매 제조용 용액을 플로우시키는 제 1 유로; 상기 제 1 유로의 하단부에 인접한 하단부를 지니며 에어를 플로우시켜 상기 촉매 제조용 용액을 입자 형태로 변환시켜 토출하기 위한 제 2 유로; 및 상기 제 1 및 제 2 유로의 외주면에 위치하고 건조로의 가열로 인해 상기 제 1 유로 내에서 상기 촉매 제조용 용액이 건조되는 것을 방지하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 유로를 냉각하기 위한 냉각수를 플로우시키는 제 3 유로로 구성된 촉매 제조용 용액을 미세 입자 형태로 분사하는 분사 노즐;Iii) a first flow path for flowing a solution for preparing a catalyst; A second flow path having a lower end adjacent to the lower end of the first flow path and configured to flow air to convert the catalyst preparation solution into a particle form and to discharge the particles; And flowing coolant for cooling the first and second flow paths on the outer circumferential surfaces of the first and second flow paths to prevent the catalyst manufacturing solution from drying in the first flow path due to heating of a drying furnace. A spray nozzle for spraying a catalyst preparation solution composed of three flow paths in the form of fine particles; ⅱ) 상기 분사 노즐에 의해 내부로 분사되는 상기 촉매 제조용 용액 입자를 가열 건조하여 소성시키기 위한 건조로; 및Ii) a drying furnace for heating and calcining the particles of the solution for preparing the catalyst injected into the interior by the injection nozzle; And ⅲ) 상기 건조로 외부에 설치되고 상기 건조로를 가열하기 위한 가열 히터를 포함하는 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치에 있어서,Iii) a catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes installed outside the drying furnace and including a heating heater for heating the drying furnace, 상기 분사 노즐 내의 상기 제 3 유로는 그 하단부가 상기 제 1 및 제 2 유로의 하단부와 인접하여 폐쇄되어 있으며, 상기 냉각수 주입을 위한 냉각수 유입구 와 유로 내부를 순환한 냉각수를 외부로 배출하기 위한 냉각수 배출구를 지니고;The lower end of the third flow path in the injection nozzle is closed adjacent to the lower ends of the first and second flow paths, and the cooling water inlet for discharging the cooling water and the cooling water discharge port for discharging the cooling water circulated inside the flow path to the outside. With; 상기 건조로는 상기 분사 노즐로부터 하방으로 길게 연장되는 형상을 지니고, 상기 건조로 하단부의 외주면을 둘러싸도록 설치된 냉각 유로로 구성된 소성 촉매 냉각용 냉각부를 더욱 포함하는 것;The drying furnace further includes a cooling unit for cooling the calcined catalyst having a shape extending in a downward direction from the injection nozzle, the cooling passage being configured to surround the outer circumferential surface of the lower end of the drying furnace; 을 특징으로 하는 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치Catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotubes, characterized in that 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 건조로에서 형성된 촉매를 제공받아 저장하기 위한 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브용 촉매 제조 장치.According to claim 1, Catalyst production apparatus for carbon nanotubes comprising a reservoir for receiving and storing the catalyst formed in the drying furnace.
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