KR101430969B1

KR101430969B1 - Reaction chamber for carbon nano tube with rapid cooling unit

Info

Publication number: KR101430969B1
Application number: KR1020080113731A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 황호수
Original assignee: 금호석유화학 주식회사
Priority date: 2008-11-16
Filing date: 2008-11-16
Publication date: 2014-08-18
Also published as: KR20100054909A

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 합성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)에 있어서 공정시간 단축을 위하여 반응기의 온도를 강제적으로 냉각시키도록 할 수 있는 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device capable of forcibly cooling a temperature of a reactor in order to shorten a process time in a reactor (or a reactor) of a reaction chamber for synthesizing carbon nanotubes .

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버는, 합성기판이 로딩되거나 언로딩되어 합성기판 상에 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 반응기의 일측에 배치되는 제1 플랜지, 반응기의 타측에 배치되는 제2 플랜지, 반응기의 외부에 배치되어 반응기를 가열하는 가열기, 가열기를 제어하는 제어기, 가열기의 내부에 구비되어 탄소나노튜브 생성 공정후 가열기에 의해 가열된 반응기의 외부에 강제적으로 상온의 에어를 주입하여 반응기를 냉각시키도록 하는 급속냉각장치를 포함한다.A carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device according to a preferred embodiment of the present invention includes a reactor in which a composite substrate is loaded or unloaded to produce carbon nanotubes on a composite substrate, A second flange disposed on the other side of the reactor, a heater disposed on the outside of the reactor for heating the reactor, a controller for controlling the heater, a heater disposed inside the heater for heating the heated carbon nanotube, And a rapid cooling device for forcibly injecting air at room temperature to cool the reactor.

탄소나노튜브, CNT, 반응기, 반응로, 반응챔버, 냉각, 에어, 에어블로어 Carbon nanotube, CNT, reactor, reactor, reaction chamber, cooling, air, air blower

Description

급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버{Reaction chamber for carbon nano tube with rapid cooling unit}[0001] The present invention relates to a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling apparatus,

본 발명은 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 합성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)에 있어서 공정시간 단축을 위하여 반응기의 온도를 강제적으로 냉각시키도록 할 수 있는 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube reaction chamber, and more particularly, to a carbon nanotube reaction chamber capable of forcibly cooling a temperature of a reactor in a reactor (or a reactor) of a reaction chamber for synthesizing carbon nanotubes To a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tubes)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 육각환형을 이루고, 이러한 육각환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브를 이룬 형태를 가진다.Carbon nanotubes (Carbon Nano Tubes) have a hexagonal annular shape in which three carbon atoms adjacent to one carbon atom are combined to form a hexagonal annular shape.

상기 탄소나노튜브는 그 구조에 따라서 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타낼 수 있는 성질의 재료로서 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 슈퍼 커패시터(Super-Capacitor)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용 가능하다.The carbon nanotubes can exhibit metallic conductivity or semiconductor conductivity according to their structure, and thus they can be widely applied to various technical fields and are attracting attention as new materials for the future. For example, carbon nanotubes can be applied to an electrode of an electrochemical storage device such as a secondary cell, a fuel cell or a super-capacitor, an electromagnetic wave shielding, a field emission display, or a gas sensor.

이러한 탄소나노튜브를 생성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)는 하나의 가열장치에 의해 내부가 가열되는데, 예컨대, 종래 기술에 따른 반응챔버는 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 상기 반응기의 양측에 설치되는 제1 및 제2 플랜지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 플랜지와 상기 반응기의 접촉면에는 상기 반응기 내부를 외부 환경으로부터 밀폐하는 실링부재 등이 구비된다. The reactor (or reactor) of the reaction chamber for producing such carbon nanotubes is internally heated by a single heating device. For example, the reaction chamber according to the prior art includes a reactor in which carbon nanotubes are produced, And a sealing member for sealing the interior of the reactor from the external environment is provided on a contact surface between the first and second flanges and the reactor.

그러나 상기 가열장치는 일반적으로 반응기를 감싸면서 반응기를 가열시키는 노(Furnace) 형태의 히터가 적용되고 있으며, 이와 함께 상기 노 형태의 히터는 단열재로 외부를 감싸는 구조를 채택하고 있어 탄소나노튜브 합성을 위한 공정 후 합성기판의 자연 냉각시 상당한 시간이 소비되어 공정시간에 많은 비중을 차지할 수 있다.However, the heating apparatus generally employs a furnace type heater for heating the reactor while enclosing the reactor, and the furnace type heater adopts a structure that surrounds the outside with a heat insulating material. Therefore, the carbon nanotube synthesis A considerable amount of time is spent in the natural cooling of the composite substrate after the process for forming the composite substrate, which may take a large portion in the process time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 탄소나노튜브의 반응챔버에 있어서 반응기의 외부를 가열하는 가열기에 급속냉각장치를 구성하여 가열된 반응기를 강제적으로 급속 냉각시킬 수 있는 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a rapid cooling apparatus in a heater for heating the outside of a reactor in a reaction chamber of carbon nanotubes, The present invention also provides a carbon nanotube reaction chamber.

또한, 이와 함께 상기 급속냉각장치를 이용하여 공정후 가열된 반응기를 신속히 냉각시켜 탄소나노튜브가 합성된 합성기판의 냉각시간을 최소화하여 공정시간을 단축할 수 있는 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the carbon nanotube reaction, which has a rapid cooling device capable of shortening the cooling time of the synthesized carbon nanotube-synthesized substrate by rapidly cooling the reactor heated after the process using the rapid cooling device, To provide a chamber.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버는, 합성기판이 로딩되거나 언로딩되어 합성기판 상에 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 반응기의 일측에 배치되는 제1 플랜지, 반응기의 타측에 배치되는 제2 플랜지, 반응기의 외부에 배치되어 반응기를 가열하는 가열기, 가열기를 제어하는 제어기, 가열기의 내부에 구비되어 탄소나노튜브 생성 공정후 가열기에 의해 가열된 반응기의 외부에 강제적으로 상온의 에어를 주입하여 반응기를 냉각시키도록 하는 급속냉각장치를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device according to the present invention, comprising: a reactor in which a composite substrate is loaded or unloaded to produce carbon nanotubes on a composite substrate; A second flange disposed on the other side of the reactor, a heater disposed outside the reactor for heating the reactor, a controller for controlling the heater, and a heater disposed inside the heater for heating the carbon nanotube, And a rapid cooling device for forcibly injecting air at room temperature outside the reactor heated by the reactor to cool the reactor.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 급속냉각장치는, 가열기의 내부 양측에 반응기의 외부를 감싸면서 각각 형성되는 흡입블록과 배기블록, 흡입블록과 배기블록 사이에 위치되어 가열된 반응기가 냉각되도록 흡입블록을 통해 유입되는 상온의 에어가 배기블록에 경유되어 외부로 배기되도록 하는 에어패스 및 배기블록의 일단에 구비되어 흡입블록에 상온 상태의 에어를 흡입시켜 에어패스를 경유하게 하고 배기블록을 통해 배기되도록 하는 에어블로어를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the rapid cooling apparatus includes a suction block and an exhaust block formed on both sides of the inside of the heater, respectively, while enclosing the outside of the reactor, a suction block disposed between the suction block and the exhaust block, An air valve for allowing air at room temperature flowing through the block to be exhausted to the outside through the exhaust block and an end of the exhaust block for sucking the air at normal temperature into the suction block to pass through the air pass and exhaust through the exhaust block Air blower.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 급속냉각장치는, 흡입블록과 배기블록의 일면에 생성된 흡입구와 배기구를 각각 개폐시키는 흡입밸브셔터와 배기밸브셔터, 배기구를 통해 배기되는 고온 상태의 에어를 상온 상태의 에어로 냉각시키는 냉각용라디에이터 및 흡입밸브셔텨와 배기밸브셔텨, 냉각용라디에이터 및 에어블로어의 동작을 제어하는 제어수단을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the rapid cooling device comprises a suction valve shutter and an exhaust valve shutter for opening and closing the suction port and the exhaust port, respectively, formed on one surface of the suction block and the exhaust block, and a high temperature air exhausted through the exhaust port, And a control means for controlling the operation of the intake valve shutter, the exhaust valve shutter, the cooling radiator, and the air blower.

본 발명에 의하면, 가열기에 의해 가열된 고온 상태의 반응기를 상온의 에어를 통하여 강제적으로 급속 냉각되도록 함으로써, 반응기 내부의 탄소나노튜브가 합성된 합성기판이 반응기 외부로 언로딩되기 전에 일정온도로 낮아진 상태를 가지게 하여 기판저장부에서 자연 냉각되는 시간을 최소화 하여 탄소나노튜브 생성 공정을 단축할 수 있다.According to the present invention, by rapidly cooling the reactor at a high temperature heated by the heater through the air at room temperature, the carbon nanotubes synthesized in the reactor can be cooled down to a predetermined temperature before being unloaded to the outside of the reactor The time for natural cooling in the substrate storage part is minimized, and the process for producing carbon nanotubes can be shortened.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

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.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비의 일예를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 반응기를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating an example of a carbon nanotube production facility to which a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device according to a preferred embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a cross- FIG. 3 is a view showing a reactor of a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device of FIG. 2. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a nanotube reaction chamber.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비는, 합성기판(10) 상에 탄소나노튜브를 생성하는 공정을 수행하는 반응챔버(100)와, 합 성기판(10)을 반응챔버(100)에 로딩/언로딩하여 합성기판(10)에 대한 전처리 공정 및 후처리 공정을 수행하는 전후처리설비(200)를 포함한다.1 to 3, a carbon nanotube production facility to which a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device according to a preferred embodiment of the present invention is applied includes a process for producing carbon nanotubes on a composite substrate 10 A reaction chamber 100 for performing a process of performing a pre-treatment process and a post-treatment process on the composite substrate 10 by loading / unloading the composite substrate 10 into / from the reaction chamber 100, 200).

여기서, 전후처리설비(200)는 합성기판(10)에 촉매를 도포하고 합성기판(10)에 생성된 탄소나노튜브를 회수하기 위한 스테이션부(210), 제1 이송부(220), 기판저장부(230), 촉매도포부(240), 회수부(250) 및 제2 이송부(260)를 포함한다.The front and rear processing equipment 200 includes a station part 210 for applying a catalyst to the composite substrate 10 and recovering carbon nanotubes formed on the composite substrate 10, a first transfer part 220, A catalyst capping part 240, a collecting part 250, and a second conveying part 260. [

상기 전후처리설비(200)의 스테이션부(210)는 반응챔버(100)로부터 언로딩되는 합성기판(10)이 대기 중에 노출되는 것을 방지하고, 기판저장부(230)는 반응챔버(100)에 로딩되거나 언로딩되는 합성기판(10)을 저장한다. 또한, 촉매도포부(240)는 합성기판(10)이 반응챔버(100)로부터 로딩되기 전에 합성기판(10) 상에 촉매를 도포하는 공정을 수행하고, 회수부(250)는 반응챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10) 상에 생성된 탄소나노튜브를 합성기판(10)으로부터 회수하는 공정을 수행한다. 또한, 제2 이송부(260)는 기판저장부(230), 촉매도포부(240) 그리고 회수부(250) 사이에 합성기판(10)을 이송한다. The station part 210 of the front and rear processing equipment 200 prevents the composite substrate 10 unloaded from the reaction chamber 100 from being exposed to the atmosphere and the substrate storage part 230 is connected to the reaction chamber 100 And stores the composite substrate 10 to be loaded or unloaded. The catalyst capping part 240 performs a process of applying a catalyst on the composite substrate 10 before the composite substrate 10 is loaded from the reaction chamber 100. The recovery part 250 is disposed in the reaction chamber 100 The carbon nanotubes generated on the composite substrate 10 unloaded from the composite substrate 10 are recovered from the composite substrate 10. The second transfer part 260 transfers the composite substrate 10 between the substrate storage part 230, the catalyst decorating part 240 and the collecting part 250.

여기서, 상기 촉매는 예를 들면, 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이금속과 이들의 합금 및 산화마그네슘(MgO), 알루미나(Al203), 이산화규소(SiO2) 등의 다공성 물질이 혼합된 분말형태이거나 액상일 수 있다.Here, the catalyst may be a mixture of a transition metal such as iron, platinum, cobalt, nickel, and yttrium and an alloy thereof and a porous material such as magnesium oxide (MgO), alumina (Al 2 O 3), silicon dioxide It may be in powder form or in liquid form.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 스테이션부(210)는 반응챔버(100)의 일측에 반응챔버(100)와 나란하게 배치된다. 스테이션부(210)는 제1 영역(211)과 제2 영역(212)을 가지는데, 기판저장부(230)가 위치되는 제1 영역(211)은 반응챔버(100)와 인접하게 배치되고, 반응챔버(100) 내부에 합성기판(10)을 로딩/언로딩 하는 제1 이송부(220)가 위치되는 제2 영역(212)은 제1 영역(211)을 기준으로 반응챔버(100)와 반대 방향에 제공된다. 여기서, 반응챔버(100)와 제2 영역(212)은 동일 선상에 위치되도록 배치된다. 제1 영역(211)은 상부영역(211a)과 하부영역(211b)을 가지는데, 상부영역(211a)은 반응챔버(100) 및 제2 영역(212)과 동일 선상에 위치되는 영역이고, 하부영역(211b)은 상부영역(211a)으로부터 제1 방향(x)과 수직한 제2 방향(y)으로 연장되는 영역이다. 촉매도포부(240)와 회수부(250) 그리고 제2 이송부(260)는 스테이션부(210)와 인접하게 위치되며, 제1 영역(211)의 상부영역(211a)을 기준으로 하부영역(211b)과 반대되는 위치에 제1 방향(x)과 평행한 방향으로 나란하게 배치된다. 제2 이송부(260)는 스테이션부(210)의 제1 영역(211)과 대향되는 위치에 배치되고 또한, 촉매도포부(240)와 회수부(250) 사이에 위치된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the station unit 210 is disposed in parallel with the reaction chamber 100 on one side of the reaction chamber 100. The station part 210 has a first area 211 and a second area 212. The first area 211 in which the substrate storage part 230 is located is disposed adjacent to the reaction chamber 100, The second region 212 in which the first transferring unit 220 for loading / unloading the composite substrate 10 is located in the reaction chamber 100 is disposed opposite to the reaction chamber 100 on the basis of the first region 211. [ Direction. Here, the reaction chamber 100 and the second region 212 are arranged so as to be located on the same line. The first region 211 has an upper region 211a and a lower region 211b in which the upper region 211a is a region located on the same line as the reaction chamber 100 and the second region 212, The region 211b is an area extending from the upper region 211a in the second direction y perpendicular to the first direction x. The catalyst capping part 240 and the collecting part 250 and the second transfer part 260 are located adjacent to the station part 210 and the lower area 211b In a direction parallel to the first direction (x). The second transfer part 260 is disposed at a position opposite to the first area 211 of the station part 210 and is also positioned between the catalyst capping part 240 and the collecting part 250.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기(110), 제1 및 제2 플랜지(120,130), 가열기(140), 제어기(150), 보트(160) 및 가열기(140)의 내부에 구비되어 반응챔버의 공정후 반응기(110)의 외부에 강제적으로 상온의 에어를 주입하여 가열된 반응기(110)를 신속하게 냉각시키도록 하는 급속냉각장치(170)를 포함한다.1 to 3, a carbon nanotube reaction chamber 100 having a rapid cooling apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a reactor 110, first and second flanges 120 and 130, The reactor 110 is provided inside the reactor 140, the controller 150, the boat 160, and the heater 140 so that the air at room temperature is forcibly injected into the reactor 110 after the process of the reaction chamber. And a rapid cooling device 170 that allows rapid cooling.

반응기(110)는 석영(Quartz) 또는 그라파이트(Graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 이루어지고 대체로 원통 형상을 가지며, 제1 및 제2 플랜지(130)는 반응기(110)의 양단에 구비되어 반응기(110) 내부를 외부로 밀폐한다. 또한, 가열 기(140)는 반응기(110)의 외부를 감싸 반응기(110) 내부를 공정온도로 가열하고, 제어기(150)는 가열기(140)가 반응기(110)의 온도를 기설정된 온도로 조절하도록 제어한다. 또한, 보트(160)는 반응기(110) 내부에 설치되어 합성기판(10)들이 안착되도록 한다. The first and second flanges 130 are provided at both ends of the reactor 110 and are connected to the reactor 110. The first and second flanges 130 and 130 are formed of a material resistant to heat, ) Seal the inside out. The heater 140 heats the inside of the reactor 110 to the process temperature by covering the outside of the reactor 110 and the controller 150 controls the heater 140 to regulate the temperature of the reactor 110 to a predetermined temperature. . In addition, the boat 160 is installed inside the reactor 110 so that the composite substrates 10 are seated.

여기서, 합성기판(10)은 탄소나노튜브의 합성이 이루어지는 기저판(Base plate)으로서 사용된다. 탄소나노튜브가 합성되는 합성기판(10)으로는 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer), ITO(Induim Tin Oxide) 기판, 코팅된 유리(ITO-coated glass), 소다라임 유리, 코닝 유리, 전이금속이 증착된 기판, 알루미나 등이 사용될 수 있으나, 탄소나노튜브를 합성시키기에 충분한 강성을 가진다면 상기 종류의 기판 외에 다양한 종류가 사용될 수 있다.Here, the composite substrate 10 is used as a base plate for synthesizing carbon nanotubes. As the composite substrate 10 on which the carbon nanotubes are synthesized, a silicon wafer, an ITO (Indium Tin Oxide) substrate, an ITO-coated glass, a soda lime glass, a Corning glass, A substrate, and alumina may be used. However, in addition to the above-described substrates, various types can be used as long as they have sufficient rigidity to synthesize carbon nanotubes.

여기서, 제1 플랜지(120)에는 가스공급부(미도시)로부터 공급되는 소스가스를 반응기(110) 내부로 공급시키는 적어도 하나의 가스공급라인(121)이 설치된다. 가스공급라인(121)은 공정시 가스공급원(미도시)으로부터 반응기(110) 내부로 소스가스를 공급시킨다. 상기 소스가스로는 주로 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 소스가스는 열분해에 의해 라디칼로 분해되고, 상기 라디칼들이 합성기판(10) 상에 도포된 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성한다.The first flange 120 is provided with at least one gas supply line 121 for supplying a source gas supplied from a gas supply unit (not shown) into the reactor 110. The gas supply line 121 supplies the source gas from the gas source (not shown) into the reactor 110 during the process. At least one selected from the group consisting of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide may be used as the source gas. The source gas is decomposed into radicals by thermal decomposition and the radicals react with the catalyst coated on the composite substrate 10 to synthesize carbon nanotubes.

또한, 제1 플랜지(120)와 반응기(110)의 접촉면에는 반응기(110)의 내부를 외부 환경으로부터 밀폐하는 실링부재(122)가 설치된다. 실링부재(122)로는 오링(O-Ring)이 사용될 수 있다. 실링부재(122)는 반응기(110)가 고온으로 유지된 상 태에서 공정이 수행되므로, 반응기(110)로부터 발생되는 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 소정의 냉각유체에 의해 냉각될 수 있는 것이 바람직하다. 일예로, 제1 플랜지(120)에는 냉각유체가 흐르는 냉각라인이 설치될 수 있다.A sealing member 122 for sealing the inside of the reactor 110 from the external environment is provided on the contact surface between the first flange 120 and the reactor 110. An O-ring may be used as the sealing member 122. It is preferable that the sealing member 122 can be cooled by a predetermined cooling fluid in order to prevent damage due to heat generated from the reactor 110 since the process is performed in a state where the reactor 110 is maintained at a high temperature Do. For example, the first flange 120 may be provided with a cooling line through which the cooling fluid flows.

또한, 제2 플랜지(130)에는 반응기(110) 내부의 공정 수행 후 잔류 가스가 배출되도록 하는 적어도 하나의 가스배기라인(131)이 설치되며, 가스배기라인(131)에는 소정의 감압부재(미도시)가 설치되어 공정시 반응기(110) 내부의 압력을 감소시킬 수 있다. 여기서, 제2 플랜지(130)에는 중앙에 합성기판(10)이 이동될 수 있는 개구가 형성되고, 상기 개구는 공정시 합성기판(10)이 반응기(110)를 출입할 수 있는 통로로 제공된다. The second flange 130 is provided with at least one gas exhaust line 131 for exhausting the residual gas after the process in the reactor 110. The gas exhaust line 131 is provided with a predetermined pressure reducing member The pressure inside the reactor 110 can be reduced during the process. Here, the second flange 130 is formed with an opening through which the composite substrate 10 can be moved in the center, and the opening is provided as a passage through which the composite substrate 10 can enter and exit the reactor 110 in the process .

또한, 제2 플랜지(130)와 반응기(110)의 접촉면에는 제1 플랜지(120)와 같은 방식으로, 반응기(110) 내부를 외부 환경으로부터 밀폐하는 실링부재(132)가 설치된다. 실링부재(132)로는 오링(O-Ring)이 사용될 수 있다. 실링부재(132)는 반응기(110)가 고온으로 유지된 상태에서 공정이 수행되므로, 반응기(110)로부터 발생되는 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 소정의 냉각유체에 의해 냉각될 수 있는 것이 바람직하다. 일예로, 제2 플랜지(130)에는 냉각유체가 흐르는 냉각라인이 설치될 수 있다.A sealing member 132 for sealing the inside of the reactor 110 from the external environment is installed on the contact surface between the second flange 130 and the reactor 110 in the same manner as the first flange 120. As the sealing member 132, an O-ring may be used. It is preferable that the sealing member 132 can be cooled by a predetermined cooling fluid in order to prevent the sealing member 132 from being damaged by the heat generated from the reactor 110 since the process is performed with the reactor 110 maintained at a high temperature . For example, the second flange 130 may be provided with a cooling line through which a cooling fluid flows.

또한, 가열기(140)는 반응기(110)의 외벽을 감싸도록 설치되어 반응기(110) 내부를 공정 온도로 가열하며, 반응기(110)를 가열하는 방식으로는 발열코일에 의한 방식 또는 발열램프에 의한 방식 등이 사용될 수 있다. 여기서, 가열기(140)는 반응기(110)의 중앙 영역을 가열하는 중앙부가열기, 반응기(110)의 중앙 영역을 제 외한 양측 영역을 가열하는 측부가열기로 구분할 수 있으며, 상기 측부가열기는 제1 및 제2 플랜지(130)에 의한 온도변화를 조절하고 상기 중앙가열기는 상기 양측 영역 사이의 온도변화를 조절한다.The heater 140 is installed to surround the outer wall of the reactor 110 to heat the inside of the reactor 110 to a process temperature and the reactor 110 may be heated by a method using a heating coil, Method or the like can be used. Here, the heater 140 may be divided into a central portion for heating a central region of the reactor 110, and a side portion for heating both side regions except the central region of the reactor 110, 1 and the second flange 130 and the central heating adjusts the temperature change between the two side regions.

제어기(150)는 가열기(140)가 반응기(110)의 온도를 기설정된 온도로 조절하도록 가열기(140)를 제어하며, 반응기(110)의 내부에는 반응기(110) 내부 중앙 영역과 양측 영역의 온도를 감지할 수 있는 복수의 감지부재들(미도시)이 설치되어 상기 감지부재들로부터 반응기(110) 내부 각각의 영역별로 온도를 감지한 신호를 전송받아 반응기(110) 내부 온도를 기설정된 공정온도로 유지하도록 제어한다.The controller 150 controls the heater 140 so that the heater 140 adjusts the temperature of the reactor 110 to a predetermined temperature and the temperature of the central region of the reactor 110 and both sides of the reactor 110 A plurality of sensing members (not shown) capable of sensing the temperature of the reactor 110 are installed in the reactor 110, Respectively.

예를 들어, 제어기(150)는 중앙가열기와 측부가열기를 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 측부가열기에 의한 가열온도를 중앙가열기에 의한 가열온도 보다 높게 제어하는 것이 바람직하다. 이는, 측부가열기의 가열 영역은 제1 및 제2 플랜지(130)를 냉각시키기 위한 냉각라인에 의하여 상기 가열 영역의 내부 온도가 낮아지게 되기 때문이다.For example, the controller 150 can independently control the center opening and the side opening, and it is preferable that the heating temperature by the side heating is controlled to be higher than the heating temperature by the central heating. This is because the internal heating temperature of the side heating furnace is lowered by the cooling line for cooling the first and second flanges 130.

보트(160)는 반응기(110) 내에 하나만 제공되거나 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)는 충분히 큰 크기로 제공되어 하나의 보트(160)에 반응기(110)의 길이방향을 따라 복수개의 합성기판(10)이 안착될 수 있다. 선택적으로 보트(160)는 상하방향 및 길이방향으로 각각 복수개의 합성기판(10)이 지지될 수 있는 크기 및 구조를 가질 수 있다. 일예에 의하면, 보트(160)들은 상하로 한 쌍씩 그리고 길이방향으로 한 쌍씩 합성기판(10)들을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가지며 반응기(110) 내에 고정 설치된다.The boat 160 may be provided only in the reactor 110 or a plurality of the boats 160 may be provided. The boat 160 is provided in a sufficiently large size so that a plurality of composite substrates 10 can be seated along the longitudinal direction of the reactor 110 in one boat 160. Alternatively, the boat 160 may have a size and a structure such that a plurality of composite substrates 10 can be supported in the vertical direction and the longitudinal direction, respectively. According to one example, the boats 160 are fixed and installed in the reactor 110, having a size and structure capable of supporting the composite substrates 10 by a pair in the up and down direction and a pair in the longitudinal direction.

급속냉각장치(170)는, 가열기(140)의 내부 양측에 소정간격(w)으로 반응기(110)의 외부면과 이격된 상태에서 반응기(110)의 외부를 감싸면서 각각 형성되는 흡입블록(171)과 배기블록(172), 흡입블록(171)과 배기블록(172) 사이에 위치되어 가열된 반응기(110)가 냉각되도록 흡입블록(171)을 통해 유입되는 상온의 에어가 배기블록(172)에 경유되어 외부로 배기되도록 하는 에어패스(173), 흡입블록(171)과 배기블록(172)의 일면에 생성된 흡입구(171a)와 배기구(172a)를 각각 개폐시키는 흡입밸브셔터(174)와 배기밸브셔터(175), 배기구(172a)를 통해 배기되는 고온 상태의 에어를 상온 상태의 에어로 냉각시키는 냉각용라디에이터(176), 냉각용라디에이터(176)의 일단에 구비되어 흡입구(171a)에 상온 상태의 에어를 흡입시켜 에어패스(173)를 경유하게 하고 배기구(172a)를 통해 배기되도록 하는 에어블로어(177) 및 흡입밸브셔텨(174)와 배기밸브셔텨(175), 냉각용라디에이터(176) 및 에어블로어(177)의 동작을 제어하는 제어수단(178)을 포함한다.The rapid cooling apparatus 170 includes a suction block 171 which is formed by surrounding the outside of the reactor 110 while being spaced apart from the outer surface of the reactor 110 at predetermined intervals w on both sides of the heater 140 And the exhaust block 172. The room temperature air flowing through the suction block 171 is supplied to the exhaust block 172 so that the heated reactor 110 is cooled between the suction block 171 and the exhaust block 172, A suction valve shutter 174 for opening and closing the suction port 171a and the exhaust port 172a formed on one surface of the suction block 171 and the exhaust block 172, A cooling radiator 176 for cooling the air in the high temperature state exhausted through the valve shutter 175 and the exhaust port 172a by air in a normal temperature state and a cooling radiator 176 for cooling the air at a normal temperature Air is passed through the air passageway 173 and exhausted through the exhaust port 172a Include rock air blower 177 and the inlet valve shutter 174 and the exhaust valve shutter (175), control means for controlling the operation of the cooling radiators (176) and air blower (177) (178) to.

여기서, 가열기(140)에 의해 가열되는 반응기(110)의 내부 온도는 공정 진행중 대략 섭씨 500-1100도로 유지된다.Here, the internal temperature of the reactor 110 heated by the heater 140 is maintained at about 500-1100 degrees centigrade during the process.

흡입블록(171)과 배기블록(172)은 각각 흡입구(171a)를 통해 흡입된 상온의 에어가 에어패스(173)에 경유되어 배기구(172a)를 통해 배기되도록 하는 복수개의 통공(179)이 에어패스(173)가 연결되는 부위에 형성되어 있다.The suction block 171 and the exhaust block 172 have a plurality of through holes 179 through which air of normal temperature sucked through the suction port 171a is exhausted through the air passageway 173 and exhausted through the exhaust port 172a, 173 are connected to each other.

또한, 에어패스(173)는 반응기(110)의 외면에 소정의 간격을 두고 반응기(110)를 감싸도록 설치되는데, 이는 고온 상태로 가열된 반응기(110)의 표면에 갑자기 상온의 에어가 경유되는 경우 석영(Quartz) 또는 그라파이트(Graphite) 등 과 같은 재질의 반응기(110)에 균열이 발생되거나 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 에어패스(173)는 흡입구(171a)를 통해 흡입되고 에어의 흐름 상태를 검출하기 위한 검출기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 에어의 상태는 유량 또는 온도를 포함할 수 있다. 즉, 검출기는 에어의 유량을 측정하기 위한 유량계와 에어의 온도를 측정하기 위한 온도계 등을 포함하며, 상기 에어의 상태를 검출한 데이터는 제어수단(178)으로 전송된다.The airpass 173 is installed to surround the reactor 110 at a predetermined interval on the outer surface of the reactor 110. This is because when suddenly ambient air passes through the surface of the reactor 110 heated to a high temperature, It is intended to prevent cracks from being generated or broken in the reactor 110 made of a material such as quartz or graphite. Further, the airpass 173 may further include a detector (not shown) sucked through the suction port 171a and detecting the flow state of the air, wherein the state of the air may include a flow rate or a temperature . That is, the detector includes a flow meter for measuring the flow rate of the air and a thermometer for measuring the temperature of the air, and the detected data of the state of the air is transmitted to the control means 178.

또한, 흡입밸브셔터(174)와 배기밸브셔터(175)는 에어패스(173)에 흡입 또는 에어패스(173)로부터 배기되는 에어의 흐름을 조절하고 제어수단(178)에 의해 제어된다. The suction valve shutter 174 and the exhaust valve shutter 175 regulate the flow of the air sucked into the air pass 173 or exhausted from the air pass 173 and are controlled by the control means 178.

또한, 제어수단(178)은 검출기(미도시)가 상기 에어의 상태를 검출한 데이터를 전송받아 판단하여 냉각수단(170)의 동작을 중지할 수도 있으며, 상기 에어의 온도가 미리 설정된 온도 보다 높은 경우 흡입밸브셔텨(174)와 배기밸브셔텨(175), 냉각용라디에이터(176) 및 에어블로어(177)의 동작을 제어하여 상온의 에어가 지속적으로 공급되도록 할 수 있다. In addition, the controller 178 may stop the operation of the cooling unit 170 when the detector (not shown) receives and detects the data of the state of the air, and if the temperature of the air is higher than a preset temperature The operation of the suction valve shutter 174, the exhaust valve shutter 175, the cooling radiator 176, and the air blower 177 can be controlled to continuously supply air at room temperature.

따라서 상기와 같은 냉각수단(170)에 의하면, 고온의 반응기(110)를 상온의 에어를 통하여 강제적으로 급속 냉각되도록 함으로써, 반응기(110) 내부의 탄소나노튜브가 합성된 합성기판(10)이 반응기(110) 외부로 언로딩되기 전에 일정온도로 낮아진 상태를 가지게 하여 기판저장부(230)에서 자연냉각되는 시간을 최소화 하여 탄소나노튜브 생성 공정을 단축할 수 있다.Accordingly, the cooling unit 170 can rapidly cool the high-temperature reactor 110 through the air at room temperature, so that the composite substrate 10, in which the carbon nanotubes are synthesized in the reactor 110, The carbon nanotube production process can be shortened by minimizing the natural cooling time in the substrate storage part 230 by lowering the temperature to a predetermined temperature before being unloaded to the outside of the substrate storage part 110.

본 발명의 바람직한 실시예는 탄화수소를 열분해하여 탄소나노튜브를 생산하 는 열분해법(Pyrolysis of hydrocarbon)이 적용되는 구조를 가진 반응챔버(100)를 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 예에 불과하며, 본 발명의 탄소나노튜브 생산설비는 레이저증착법, 플라즈마화학기상증착법, 열화학기상증착법, 전기분해방법, 플레임(Flame)합성방법, 그리고 전기방전법 등의 다양한 생성방식이 적용된 구조를 가지는 반응챔버가 사용될 수 있다.Although the preferred embodiment of the present invention describes a reaction chamber 100 having a structure in which pyrolysis of hydrocarbons to produce carbon nanotubes by pyrolyzing hydrocarbons is applied, The carbon nanotube production facility of the present invention includes a reaction chamber having a structure in which various generation methods such as a laser deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, a thermochemical vapor deposition method, an electrolysis method, a flame synthesis method, and an electric discharge method are applied. Can be used.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 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.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be understood that the invention may be embodied otherwise. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비의 일예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating an example of a carbon nanotube production facility to which a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

도 2는 도 1의 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device of FIG.

도 3은 도 2의 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 반응기를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing a reactor of a carbon nanotube reaction chamber having a rapid cooling device of FIG. 2. FIG.

*도면 부호 설명** Reference numerals *

10 : 합성기판 100 : 반응챔버10: composite substrate 100: reaction chamber

110 : 반응기 120 : 제1 플랜지110: Reactor 120: First flange

121 : 가스공급라인 122 : 실링부재121: gas supply line 122: sealing member

130 : 제2 플랜지 131 : 가스배기라인130: second flange 131: gas exhaust line

132 : 실링부재 140 : 가열기132: sealing member 140: heater

150 : 제어기 160 : 보트150: controller 160: boat

170 : 급속냉각장치 171 : 흡입블록170: Rapid cooling device 171: Suction block

172 : 배기블록 173 : 에어패스172: exhaust block 173: airpass

177 : 에어블로어 178 : 제어수단177: air blower 178: control means

Claims

탄소나노튜브를 생성하는 반응챔버에 있어서,In a reaction chamber for producing carbon nanotubes,

합성기판이 로딩되거나 언로딩되어 상기 합성기판 상에 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기;A reactor in which a composite substrate is loaded or unloaded to produce carbon nanotubes on the composite substrate;

상기 반응기의 외부에 배치되어 반응기를 가열하는 가열기;A heater disposed outside the reactor for heating the reactor;

상기 가열기를 제어하는 제어기; 및A controller for controlling the heater; And

상기 가열기의 내부에 구비되어 탄소나노튜브 생성 공정후 상기 가열기에 의해 가열된 반응기의 외부에 강제적으로 상온의 에어를 주입하여 반응기를 냉각시키도록 하는 급속냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속냉각장치를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버.And a rapid cooling device provided inside the heater for forcibly injecting air at room temperature outside the reactor heated by the heater after the carbon nanotube production process to cool the reactor. And a reaction chamber.

제1항에 있어서, 상기 급속냉각장치는, 2. The apparatus according to claim 1,

상기 가열기의 내부 양측에 소정간격으로 반응기의 외부면과 이격된 상태에서 반응기의 외부를 감싸면서 각각 형성되는 흡입블록과 배기블록;A suction block and an exhaust block which are respectively formed on both sides of the inside of the heater while being spaced apart from an outer surface of the reactor at a predetermined interval,

상기 흡입블록과 배기블록 사이에 위치되어 가열된 반응기가 냉각되도록 흡입블록을 통해 유입되는 상온의 에어가 배기블록에 경유되어 외부로 배기되도록 하는 에어패스; 및An air valve positioned between the intake block and the exhaust block for allowing air at room temperature flowing through the intake block to pass through the exhaust block to be exhausted to the outside so that the heated reactor is cooled; And

상기 배기블록의 일단에 구비되어 흡입블록에 상온 상태의 에어를 흡입시켜 에어패스를 경유하게 하고 상기 배기블록을 통해 배기되도록 하는 에어블로어를 포 함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 반응챔버.And an air blower provided at one end of the exhaust block for sucking air at a normal temperature into the suction block to pass through the air pass and exhaust through the exhaust block.