KR101943089B1 - Device for manufacturing carbonnanotube yarn - Google Patents

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KR101943089B1
KR101943089B1 KR1020180147982A KR20180147982A KR101943089B1 KR 101943089 B1 KR101943089 B1 KR 101943089B1 KR 1020180147982 A KR1020180147982 A KR 1020180147982A KR 20180147982 A KR20180147982 A KR 20180147982A KR 101943089 B1 KR101943089 B1 KR 101943089B1
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carbon
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김세훈
정근수
정연수
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어썸레이 주식회사
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/133—Apparatus therefor

Abstract

A device for manufacturing carbon nanotube yarn according to an embodiment of the present invention includes: a carbon raw material and catalyst supply part supplying a carbon raw material and a catalyst in a liquid state; a gas supply part refining hydrogen gas and inert gas; a main body part connected to the carbon raw material and the catalyst supply part and the gas supply part and having a space in which the material supplied from the supply part is synthesized into carbon nanotube yarn; a heating part heating the main body; and a space part through which the carbon nanotube yarns synthesized in the main body part move. The carbon raw material and catalyst supply part is connected to an ultrasonic vibration device, and by ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration device, the carbon raw material and catalyst are supplied to the main body part while the carbon raw material and catalyst supply part vibrates. More specifically, the present invention provides the device for manufacturing the carbon nanotube in which the carbon raw material and catalyst are miniaturized and uniformized in performance when the carbon raw material and the catalyst are introduced into a reactor.

Description

탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치{DEVICE FOR MANUFACTURING CARBONNANOTUBE YARN}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a device for manufacturing carbon nanotube yarns,

본 발명은 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing carbon nanotube yarns.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)는 흑연면이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 물질로서, 우수한 기계적 특성, 열적 특성, 전기적 특성 등을 갖는다. 예를 들어, 탄소나노튜브의 인장 강도는 강철의 약 100배이며, 열전도율은 다이아몬드와 유사하고, 전기 전도율은 구리의 약 1000배에 해당한다. 다양한 산업 분야에서 탄소나노튜브의 우수한 물성을 활용하기 위하여 활발한 연구가 진행되고 있다.Carbon Nano Tube (CNT) is a graphite surface rounded to a nanometer diameter and has excellent mechanical, thermal and electrical properties. For example, tensile strength of carbon nanotubes is about 100 times that of steel, thermal conductivity is similar to diamond, and electrical conductivity is about 1000 times that of copper. Active research is being conducted to utilize the excellent properties of carbon nanotubes in various industrial fields.

탄소나노튜브 얀을 제작하는 방법에는 포레스트 방사법(Forest Spinning)과 직접 방사법(Direct Spinning)이 있다.There are Forest Spinning and Direct Spinning methods for making carbon nanotube yarns.

포레스트 방사법은 밀폐된 전기로 안에서 실리콘 기판 위에 촉매를 증착시킨 후 탄소나노튜브를 수직으로 성장시킨 뒤 꼬임을 주면서 풀어내어 탄소나노튜브 얀을 방사하는 방법을 말한다. 포레스트 방사법은 탄소나노튜브를 성장시키는데 소요되는 시간이 길고, 기판 단위로 얀을 방사해야 하는 불연속적인 생산 방식으로 인하여 생산 효율이 현저히 떨어진다는 문제가 있다.Forest spinning refers to a method in which carbon nanotubes are grown vertically after depositing a catalyst on a silicon substrate in a closed electric furnace, and then unwound while twisting to spin the carbon nanotube yarn. The forest spinning has a problem that the time required for growing the carbon nanotubes is long and the production efficiency is remarkably deteriorated due to the discontinuous production method in which the yarn is radiated on a substrate basis.

직접 방사법은 고온의 전기로에 탄소 원료와 촉매를 이송 가스와 함께 주입하여 전기로 상단에서 탄소나노튜브를 합성하고 하단으로 내려온 연속적인 탄소나노튜브 집합체를 권취하여 섬유를 얻는 방식이다. 직접 방사법의 경우, 전기로에 탄소나노튜브 합성에 필요한 물질을 공급해주면 연속적인 섬유 제조가 가능하기 때문에 포레스트 방사법에 비하여 생산 효율이 높다는 장점이 있다.The direct spinning method is a method of synthesizing carbon nanotubes at the upper end of an electric furnace by injecting a carbon source and a catalyst into a high-temperature electric furnace together with a transfer gas and winding a continuous carbon nanotube aggregate downward to obtain fibers. In the case of direct spinning, it is advantageous that the production efficiency is higher than the forest spinning method because continuous fiber production is possible by supplying materials necessary for carbon nanotube synthesis to an electric furnace.

직접 방사법으로 탄소나노튜브 얀을 합성하기 위하여 촉매를 주입하는데 있어서, 촉매의 크기 및 형태에 따라서 탄소나노튜브의 직경 및 벽의 개수가 정해지는 특성이 있기 때문에, 주입되는 촉매 입자 크기를 미세화, 균일화 하는 것이 중요하다. 촉매를 주입하는 방법에 있어 종래 기술에서는 버블링, 에어로졸 방식이 사용되었으나, 이들 방식에 의하면 촉매 입자 크기의 균일성이 만족스러운 정도로 달성되지 못하였다. 촉매 입자 크기가 균일하지 않으면 탄소나노튜브 얀이 균일하게 합성되지 않는 경우가 발생하였다.In the injection of a catalyst for synthesizing carbon nanotube yarns by direct spinning, since the diameter and the number of walls of the carbon nanotubes are determined according to the size and shape of the catalyst, the size of the injected catalyst particles can be miniaturized, It is important to do. In the method of injecting the catalyst, bubbling or aerosol method was used in the prior art, but according to these methods, uniformity of the catalyst particle size could not be achieved satisfactorily. If the catalyst particle size is not uniform, carbon nanotube yarns may not be uniformly synthesized.

또한, 탄소 원료가 높은 에너지를 가진 상태에서 주입되면 탄소나노튜브 얀이 형성되는 합성 반응이 잘 일어난다는 장점이 있기에 종래기술에서는 가스인 탄소 원료를 예열하여 반응기 내부로 주입하는 방식을 사용하였다. 이를 위하여 종래기술의 탄소나노튜브 얀 제조 장치에서는 가스인 탄소 원료를 예열하는 보조 히터를 구비하였다. 그런데, 보조 히터로 탄소 원료를 예열하여 반응기 내부로 주입하는 종래 기술의 탄소나노튜브 얀 제조 장치에서, 보조 히터는 반응기와는 별도로 제공되는 구성요소이자 에너지를 소모하는 열원으로서, 장치의 복잡화를 가중시켰으며 보조 히터의 가동을 위한 별도의 에너지가 필요하다는 문제가 있었다.In addition, since the carbon nanotube yarn is formed when the carbon raw material is injected in a state of high energy, the synthesis reaction is advantageous. Therefore, in the prior art, a method of preheating the carbon raw material, which is a gas, is injected into the reactor. For this purpose, a conventional carbon nanotube yarn manufacturing apparatus has an auxiliary heater for preheating carbon raw material, which is a gas. However, in the conventional apparatus for manufacturing a carbon nanotube yarn in which the carbon raw material is preheated by the auxiliary heater and injected into the reactor, the auxiliary heater is provided separately from the reactor and is a heat source consuming energy, And there is a problem that extra energy is required for operating the auxiliary heater.

한국등록특허 제10-0661795호(등록일: 2006.12.20)Korean Registered Patent No. 10-0661795 (Registered on December 20, 2006)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 탄소 원료와 촉매를 반응기 내부로 투입하는데 있어서 탄소 원료와 촉매의 미세화, 균일화 성능이 종래 기술에 비하여 향상된 탄소나노튜브 얀의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art. More specifically, the present invention aims to provide an apparatus for manufacturing carbon nanotube yarns in which the carbon raw material and the catalyst are improved in fineness and homogenization performance when the carbon raw material and the catalyst are introduced into the reactor.

또한, 본 발명은 탄소 원료를 예열시킨 후 반응기 내부로 투입함에 있어서 보조 히터를 필요로 하지 않는 탄소나노튜브 얀의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a carbon nanotube yarn which does not require an auxiliary heater in preheating a carbon raw material and then injecting it into a reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치는, 액체 상태의 탄소 원료와 촉매를 공급하는 탄소 원료 및 촉매 공급부와; 수소 가스 및 불활성 기체를 공급하는 가스 공급부와; 상기 탄소 원료 및 촉매 공급부와 상기 가스 공급부와 연결되고, 이들 공급부로부터 공급된 재료가 탄소나노튜브 얀으로 합성되는 공간을 구비하는 본체부와; 상기 본체부를 가열하는 가열부와; 상기 본체부에서 합성된 탄소나노튜브 얀이 이동하는 공간부를 포함한다.An apparatus for producing carbon nanotube yarns according to an embodiment of the present invention includes: a carbon raw material and a catalyst supplier for supplying a carbon raw material in a liquid state and a catalyst; A gas supply unit for supplying a hydrogen gas and an inert gas; A main body portion connected to the carbon raw material and the catalyst supply portion and the gas supply portion and having a space in which the material supplied from the supply portion is synthesized into carbon nanotube yarns; A heating unit for heating the main body; And a space part through which the carbon nanotube yarns synthesized in the main body part move.

상기 탄소 원료 및 촉매 공급부는 초음파 진동 장치에 연결되고, 상기 초음파 진동 장치에 의해서 발생하는 초음파 진동에 의하여 상기 탄소 원료 및 촉매 공급부가 진동하는 동안 탄소 원료 및 촉매가 상기 본체부로 공급된다.The carbon raw material and the catalyst supplying portion are connected to the ultrasonic vibrating device and the carbon raw material and the catalyst are supplied to the main body portion while the carbon raw material and the catalyst supplying portion are vibrated by the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrating device.

본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치는, 기체 상태의 탄소 원료를 공급하는 탄소 공급부와; 촉매를 공급하는 촉매 공급부와; 수소 가스 및 불활성 기체를 고급하는 가스 공급부와; 상기 공급부들과 연결되고, 상기 공급부들로부터 공급된 재료가 탄소나노튜브 얀으로 합성되는 공간을 구비하는 본체부와; 상기 본체부를 가열하는 가열부와; 상기 본체부에서 합성된 탄소나노튜브 얀이 이동하는 공간부를 포함한다.An apparatus for producing carbon nanotube yarns according to another embodiment of the present invention includes: a carbon supply unit for supplying a carbon raw material in a gaseous state; A catalyst supply unit for supplying a catalyst; A gas supply unit for refining the hydrogen gas and the inert gas; A main body connected to the supply portions and having a space in which the material supplied from the supply portions is synthesized into carbon nanotube yarns; A heating unit for heating the main body; And a space part through which the carbon nanotube yarns synthesized in the main body part move.

상기 탄소 공급부는 상기 본체부와의 열교환부를 포함하여 상기 탄소 공급부로부터 공급되는 기체 상태의 탄소 원료는 상기 탄소 공급부를 흐르는 동안 상기 열교환부를 통해 상기 본체부로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 온도가 상승한 상태에서 상기 본체부로 공급된다.Wherein the carbon supply part includes a heat exchange part with the main body part so that the gaseous carbon raw material supplied from the carbon supply part is heated by the heat transmitted from the main body part through the heat exchange part while flowing through the carbon supply part, And is supplied to the main body portion.

이외에도 추가적인 구성이 본 발명에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치에 더 포함될 수 있다.In addition, an additional configuration may be further included in the apparatus for producing carbon nanotube yarns according to the present invention.

본 발명에 따르면, 탄소 원료와 촉매를 반응기 내부로 투입하는데 있어서 탄소 원료와 촉매의 미세화, 균일화 성능이 종래 기술에 비하여 향상된 탄소나노튜브 얀의 제조 장치가 제공될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an apparatus for producing carbon nanotube yarns in which the carbon raw material and catalyst are improved in fineness and homogenization performance when the carbon raw material and the catalyst are introduced into the reactor.

또한, 본 발명에 따르면, 탄소 원료를 예열시킨 후 반응기 내부로 투입함에 있어서 보조 히터를 필요로 하지 않는 탄소나노튜브 얀의 제조 장치가 제공될 수 있다.According to the present invention, there can be provided an apparatus for manufacturing carbon nanotube yarns which does not require an auxiliary heater in preheating a carbon raw material and then injecting it into a reactor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 X 부분과 Y 부분의 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 실시예와 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 탄소나노튜브 얀의 제조 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.1 is a perspective view of an apparatus for producing carbon nanotube yarns according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for producing carbon nanotube yarns according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the X portion and the Y portion shown in Fig.
FIG. 4 is a view showing an embodiment different from the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
5 and 6 are views showing still another embodiment of the apparatus for producing carbon nanotube yarns of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In order to explain the present invention clearly, the description of parts not related to the present invention is omitted, and the same reference numerals are used for the same components throughout the specification. The specific shapes, structures, and characteristics described in the specification may be implemented by changing from one embodiment to another embodiment without departing from the spirit and scope of the present invention, But may be altered without departing from the spirit and scope of the invention.

한편, 본 명세서에서 하나의 구성요소와 다른 구성요소가 연결된다는 것은 이들이 직접 맞닿아 이어지는 것뿐만 아니라 또 다른 구성요소를 통하여 서로 이어지는 것도 포함하는 의미로 사용된다.In this specification, one element and another element are used in this specification to mean that they are not directly in contact with each other but also connected to each other through another element.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치의 사시도 및 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 X 부분과 Y 부분의 단면도이다. 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치의 전체적인 구조에 대한 이해를 위하여 참조된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치(100)는 직접 방사법에 사용되는 장치이다. 직접 방사법은 고온의 반응기에 탄소 원료와 촉매 및 이송 가스를 주입하여 탄소나노튜브 집합체를 합성하는 방법을 말한다. 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치(100)는 탄소나노튜브 얀의 합성에 필요한 물질을 공급하는 공급부(110), 공급부(110)를 통해 공급받은 물질을 탄소나노튜브 얀으로 합성하는 공간을 구비하는 본체부(120), 본체부(120) 내부의 온도를 조절하는 가열부(130), 본체부(120)의 하부에 형성되어 내부에 공간을 갖는 공간부(140), 공간부(140)와 연결되어 본체부(120)에서 합성된 탄소나노튜브 얀을 감는 권취부(150)를 포함한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 흡입부(170)는 후술하는 바와 같이 이송 가스 중 하나인 수소 가스가 공간부(140)의 산소와 반응하여 폭발함으로써 합성 중인 탄성나노튜브 얀을 절단하는 것을 방지하기 위하여 제공되는 구성요소로서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 얀의 제조 장치에 필수적인 구성은 아니다.1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view of an apparatus for producing carbon nanotube yarns according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the X portion and the Y portion shown in Fig. 1 to 3 are referred to for an understanding of the overall structure of an apparatus for producing carbon nanotube yarns according to the present invention. An apparatus 100 for producing carbon nanotube yarns according to an embodiment of the present invention is a device used for direct spinning. Direct spinning is a method of synthesizing carbon nanotube aggregates by injecting carbon source, catalyst and transport gas into a reactor at a high temperature. The apparatus 100 for manufacturing a carbon nanotube yarn includes a supply unit 110 for supplying a material necessary for synthesizing carbon nanotube yarns and a space for synthesizing a material supplied through the supply unit 110 into carbon nanotube yarns A heating unit 130 for adjusting the temperature of the inside of the main body 120; a space 140 formed at a lower portion of the main body 120 and having a space therein; a space 140; And a winding unit 150 wound around the carbon nanotube yarns synthesized in the main body 120. The suction unit 170 shown in FIGS. 1 to 3 prevents the hydrogen nanotube gas, which is one of the transfer gases, from reacting with the oxygen in the space 140 and exploding, thereby cutting the elastic nanotube yarn under synthesis And is not an essential constitution for the apparatus for producing carbon nanotube yarns according to the present invention.

공급부(110)는 후술하는 본체부(120) 내부로 탄소나노튜브 얀을 합성하는데 필요한 물질을 공급할 수 있다. 필요한 물질은 탄소 원료, 촉매 및 이송 가스를 말한다. 공급부(110)는 물질이 주입되는 주입구와 주입된 물질이 내부에서 유동할 수 있는 유로를 구비할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 공급부(110)는 탄소 공급부(111), 촉매 공급부(112), 가스 공급부(113) 및 노즐부(114)를 포함할 수 있다. 탄소 공급부(111)는 탄소 원료를, 촉매 공급부(112)는 촉매를 각각 공급한다. 탄소 공급부(111)와 촉매 공급부(112)는 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치(100)의 상부에 형성된다. 탄소 공급부(111)와 촉매 공급부(112)의 형상은 대략 "Y" 자로 형성될 수 있다. 탄소 공급부(111)는 상부는 우측으로 기울어져 있으며, 중간 부분부터는 하부 방향으로 길게 연장되는 형상을 가질 수 있다. 탄소 공급부(111)는 내부에 유체가 유동할 수 있는 유로를 포함할 수 있다. 촉매 공급부(112)는 상부가 좌측으로 기울어져 있으며, 탄소 공급부(111)와 마찬가지로 중간 부분은 하부 방향으로 길게 연장된다. 촉매 공급부(112)는 탄소 공급부(111)의 상부에 삽입되는 방식으로 탄소 공급부(111)와 연결될 수 있다.The supply unit 110 may supply a material necessary for synthesizing the carbon nanotube yarn into the main body 120, which will be described later. The substances required are carbon raw materials, catalysts and transport gases. The supply unit 110 may include an inlet through which the material is injected and a flow path through which the injected material can flow. More specifically, the supply unit 110 may include a carbon supply unit 111, a catalyst supply unit 112, a gas supply unit 113, and a nozzle unit 114. The carbon supply unit 111 supplies the carbon raw material and the catalyst supply unit 112 supplies the catalyst. The carbon feed 111 and catalyst feed 112 are formed on top of the apparatus 100 for producing carbon nanotube yarns. The shape of the carbon supply part 111 and the catalyst supply part 112 may be formed to be approximately a "Y" The upper part of the carbon supply part 111 may be inclined to the right and the lower part of the carbon supply part 111 may extend in the lower direction. The carbon supply unit 111 may include a flow path through which fluid may flow. The upper part of the catalyst supply part 112 is inclined to the left, and the middle part of the catalyst supply part 112 is elongated in the downward direction like the carbon supply part 111. The catalyst supply unit 112 may be connected to the carbon supply unit 111 in a manner to be inserted into the upper portion of the carbon supply unit 111.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소 공급부(111)를 통해 공급되는 탄소 원료는 탄소 공급부(111)의 하부에서 촉매 공급부(112)를 통해 공급되는 촉매와 혼합될 수 있다. 여기서, 촉매의 공급은 공급되는 탄소 원료의 공급양을 고려하여 적절하게 조절될 필요가 있다. 필요 이상의 촉매는 합성된 탄소나노튜브 얀에 포함된 불순물로 작용하여 합성된 탄소나노튜브 얀의 순도를 저하시킬 수 있기 때문이다. 이를 위하여, 탄소 공급부(111)의 직경은 촉매 공급부(112)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 바람직하게는 탄소 공급부(111)의 직경은 촉매 공급부(112)의 직경에 2배 내지 50배로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon raw material supplied through the carbon supply unit 111 may be mixed with the catalyst supplied through the catalyst supply unit 112 in the lower portion of the carbon supply unit 111. Here, the supply of the catalyst needs to be appropriately adjusted in consideration of the supply amount of the carbon raw material to be supplied. This is because the necessary catalyst can act as an impurity contained in the synthesized carbon nanotube yarn to lower the purity of the synthesized carbon nanotube yarn. For this, the diameter of the carbon supply part 111 may be larger than the diameter of the catalyst supply part 112. Preferably, the diameter of the carbon supply part 111 may be 2 to 50 times the diameter of the catalyst supply part 112.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소 공급부(111)를 통해 공급되는 탄소 원료는 기체 또는 액체 상태의 탄소 화합물일 수 있다. 예를 들어, 탄소 원료는 에탄, 메탄, 에탄올, 메탄올, 프로판올 등과 같은 공지의 물질들을 단일 또는 조합한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon raw material supplied through the carbon supply unit 111 may be a carbon compound in a gaseous or liquid state. For example, the carbon source may be a single substance or a combination of known substances such as ethane, methane, ethanol, methanol, propanol, and the like.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매 공급부(112)를 통해 공급되는 촉매는 탄소나노튜브 얀의 합성을 개시하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 촉매는 페로센, 코발토센, 오스모센 등과 같은 화합물일 수 있다. 촉매 공급부(112)에는 촉매 이외에도 촉매의 작용을 촉진시키는 촉매 활성제가 함께 공급될 수 있다. 다만, 앞서 설명한 탄소 공급부와 촉매 공급부가 반드시 각각 별개의 공급관으로 형성되어야 하는 것은 아니다. 탄소 공급부와 촉매 공급부는 하나의 공급관으로 형성될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the catalyst supplied through the catalyst supply unit 112 may perform the function of initiating the synthesis of the carbon nanotube yarns. For example, the catalyst may be a compound such as ferrocene, cobaltocene, osmocene, and the like. In addition to the catalyst, a catalyst activator for promoting the action of the catalyst may be supplied to the catalyst supply unit 112 together. However, the carbon supply unit and the catalyst supply unit described above are not necessarily formed as separate supply pipes. The carbon supply part and the catalyst supply part may be formed as one supply pipe.

본 발명의 일 실시예 따르면, 가스 공급부(113)는 이송 가스를 공급할 수 있다. 본 실시예에서 가스 공급부(113)는 탄소 공급부(111)의 중간 부분에 장착된다. 구체적으로, 가스 공급부(113)는 가스 유입구(113a)와 순환부(113b)를 포함할 수 있다. 가스 유입구(113)는 일단이 이송 가스 저장부(미도시)와 연결되고 타단은 순환부(113b)에 연결된다. 순환부(113b)는 대략 원통형 형상을 가질 수 있다. 순환부(113b)는 탄소 공급부(111)의 중간 부분 외주면에 결합된다. 탄소 공급부(111)의 외주면에서 순환부(113b)와 결합되는 부분에는 복수의 주입 구멍(111a)이 형성될 수 있다(도 3의 (a) 참조). 탄소 공급부(111)의 주입 구멍(111a)은 탄소 공급부(111)의 외주면에 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 가스 유입구(113a)로 유입된 이송 가스는 순환부(113b)로 이동하여 순환부(113b) 내부에서 순환하다가 탄소 공급부(111)의 외주면에 형성된 복수의 주입 구멍(111a)을 통해 탄소 공급부(111) 내부로 주입된다. 이송 가스는 탄소 원료 및 촉매와 혼합되어 본체부(120) 내부로 공급되었을 때, 탄소나노튜브 얀이 본체부(120)의 내벽에 붙지 않고 본체부(120) 하부 방향으로 용이하게 이동하도록 기능하며, 탄소 원료 및 촉매와 균일하게 혼합될 필요가 있다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 탄소 공급부(111)의 외주면에 형성된 주입 구멍(111a)을 형성하여, 이송 가스는 여러 방향에서 균일하게 주입함으로써, 이송 가스가 탄소 원료 및 촉매에 균일하게 혼합되도록 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the gas supply 113 can supply the transfer gas. In this embodiment, the gas supply part 113 is mounted in the middle part of the carbon supply part 111. Specifically, the gas supply unit 113 may include a gas inlet 113a and a circulation unit 113b. One end of the gas inlet 113 is connected to the transfer gas reservoir (not shown) and the other end is connected to the circulation unit 113b. The circulation portion 113b may have a substantially cylindrical shape. The circulation portion 113b is coupled to the outer peripheral surface of the middle portion of the carbon supply portion 111. [ A plurality of injection holes 111a may be formed in a portion of the outer circumferential surface of the carbon supply unit 111 which is coupled with the circulation unit 113b (see FIG. 3 (a)). The injection holes 111a of the carbon supply part 111 may be formed at regular intervals on the outer circumferential surface of the carbon supply part 111. [ The transfer gas flowing into the gas inlet 113a is circulated in the circulation unit 113b and circulated in the circulation unit 113b and then supplied to the carbon supply unit 111 through a plurality of injection holes 111a formed on the outer circumferential surface of the carbon supply unit 111 Lt; / RTI > When the carrier gas is mixed with the carbon source and the catalyst and supplied into the main body 120, the carbon nanotube yarn functions to easily move in the downward direction of the main body 120 without sticking to the inner wall of the main body 120 , The carbon source and the catalyst. In this embodiment, as described above, the injection holes 111a formed in the outer circumferential surface of the carbon supply unit 111 are formed so that the transfer gas is uniformly injected in various directions so that the transfer gas is uniformly mixed with the carbon raw material and the catalyst can do.

본 실시예에서 이송 가스는 아르곤(Ar) 가스와 수소(H2) 가스를 혼합하여 사용할 수 있다. 아르곤(Ar) 가스는 불활성 가스로서, 고온의 본체부(120) 내부에서 탄소 원료와 반응하지 않은 채 합성된 탄소나노튜브 얀을 이송한다. 또한, 아르곤(Ar) 가스는 촉매의 활동에 영향을 주지 않는다. 수소(H2) 가스는 환원 가스로서 비정질 탄소를 제거하여 고밀도의 탄소나노튜브 얀을 합성하는데 기여할 수 있다. 본 실시예에서 수소(H2) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 주입비는 0.5 : 100 내지 50 : 100로 설정할 수 있으나, 이송 가스의 혼합비가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 불활성 가스와 환원 가스가 아르곤(Ar) 가스 및 수소(H2) 가스로 한정되는 것은 아니며, 불활성 가스로는 질소 가스, 환원 가스로는 암모니아 등과 같은 공지의 가스로 변경될 수 있다.In this embodiment, the transfer gas may be a mixture of argon (Ar) gas and hydrogen (H 2 ) gas. The argon (Ar) gas is an inert gas and carries the synthesized carbon nanotube yarn in the high-temperature body portion 120 without reacting with the carbon raw material. In addition, the argon (Ar) gas does not affect the activity of the catalyst. Hydrogen (H 2 ) gas can contribute to the synthesis of high density carbon nanotube yarns by removing amorphous carbon as a reducing gas. In this embodiment, the injection ratio of hydrogen (H 2 ) gas and argon (Ar) gas can be set to 0.5: 100 to 50: 100, but the mixing ratio of the transfer gas is not limited thereto. In addition, the inert gas and the reducing gas are not limited to argon (Ar) gas and hydrogen (H 2 ) gas, and may be changed to a known gas such as nitrogen gas as the inert gas and ammonia as the reducing gas.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소 원료, 촉매 및 이송 가스가 혼합된 물질(이하, "혼합물"이라 함)은 공급부(110)의 노즐부(114)를 통해 후술하는 본체부(120) 내부로 분사될 수 있다. 노즐부(114)는 공급부(110)의 하부에 형성되며, 본체부(120)의 내부 상부에 위치할 수 있다. 노즐부(114)는 하부로 내려갈수록 직경이 감소하는 대략 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. 노즐부(114)에는 복수의 분사 구멍(114a)이 형성될 수 있다(도 3의 (b) 참조). 공급부(110)의 상부에서 주입된 혼합물은 노즐부(114)에 도달하여, 노즐부(114)에 형성된 복수의 분사 구멍(114a)을 통해 본체부(120)에 균일하게 분사될 수 있다. 혼합물의 균일한 분사는 합성되는 탄소나노튜브 얀이 고른 밀도, 균일한 물성을 갖는데 기여할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a substance (hereinafter referred to as a "mixture") mixed with a carbon source, a catalyst, and a transfer gas is supplied through a nozzle unit 114 of a supply unit 110 Lt; / RTI > The nozzle unit 114 is formed at a lower portion of the supply unit 110 and may be positioned at an upper portion of the interior of the main unit 120. The nozzle portion 114 may have a substantially conical shape with a reduced diameter as it goes downward. A plurality of injection holes 114a may be formed in the nozzle portion 114 (see Fig. 3 (b)). The mixture injected from the upper part of the supply part 110 reaches the nozzle part 114 and can be uniformly injected to the main part 120 through the plurality of injection holes 114a formed in the nozzle part 114. [ The uniform injection of the mixture can contribute to the uniform density and uniform physical properties of the synthesized carbon nanotube yarn.

전술한 공급부(110)의 구성 이외에도 공급부(110)는 유량 조절 밸브와 가압 펌프를 구비하여, 공급부(110) 내에서 유동하는 유체의 공급 압력, 공급량 등을 실시간으로 조절할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 공급부의 구조를 본 실시예를 설명하기 위한 예시적인 구조이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 공급부의 형상이나 본체부에 연결되는 공급부의 위치 등은 다양하게 변경될 수 있다.In addition to the configuration of the supply unit 110, the supply unit 110 may include a flow rate control valve and a pressure pump to adjust the supply pressure and the supply amount of the fluid flowing in the supply unit 110 in real time. Further, the structure of the supply unit described above is an exemplary structure for explaining the present embodiment, and the present invention is not limited thereto. The shape of the supply part, the position of the supply part connected to the main part, and the like can be variously changed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체부(120)의 내부에서는 탄소나노튜브 얀이 합성된다. 본체부(120)는 수직 방향으로 길게 연장된 원통형 형상을 가지며, 내부에 중공 형상의 공간을 포함한다. 본체부(120)의 상부는 앞서 설명한 공급부(110)와 연결되어 있다. 공급부(110)를 통해 본체부(120) 내부로 혼합물이 공급되면, 혼합물은 중력 내지 혼합물의 공급 압력에 의하여 본체부(120) 내부에서 하측으로 이동하게 되고, 이러한 과정에서 탄소나노튜브 얀으로 합성된다. 이때, 본체부(120)의 내부 온도는 후술하는 가열부(130)에 의해 탄소나노튜브 얀이 합성되기 위한 온도로 가열될 수 있다. 합성된 탄소나노튜브 얀은 본체부(120)의 하부로 배출된다. 본체부(120)는 내열성 재질로 이루어지거나 내부가 내열성 물질로 코팅되어 형성될 수 있다. 다만, 전술한 본체부(120)의 형상이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 본체부(120)의 형상, 특히 탄소나노튜브 얀이 합성되는 내부 공간의 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 본체부(120)의 중간 부분에 별도의 주입구를 형성하여 탄소나노튜브 얀의 특성을 개선하는 첨가제 등을 주입하는 것도 가능하다.According to an embodiment of the present invention, carbon nanotube yarns are synthesized inside the body portion 120. The body portion 120 has a cylindrical shape elongated in the vertical direction and includes a hollow space therein. The upper portion of the body portion 120 is connected to the supply portion 110 described above. When the mixture is supplied into the main body part 120 through the supply part 110, the mixture moves downward from the inside of the main body part 120 by gravity or the supply pressure of the mixture. In this process, do. At this time, the internal temperature of the main body 120 may be heated to a temperature at which the carbon nanotube yarns are synthesized by the heating unit 130, which will be described later. The synthesized carbon nanotube yarn is discharged to the lower portion of the main body 120. The body portion 120 may be formed of a heat-resistant material or may be formed by coating the inside with a heat-resistant material. However, the shape of the main body 120 described above does not limit the scope of the present invention. The shape of the main body 120, in particular, the structure of the inner space where the carbon nanotube yarns are synthesized can be variously changed. For example, it is also possible to inject an additive or the like which improves the characteristics of the carbon nanotube yarn by forming a separate injection port in the middle part of the body part 120.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열부(130)는 본체부(120)의 내부 온도를 사전 설정된 온도로 제어할 수 있다. 여기서, 사전 설정된 온도는 고정된 특정 값의 온도를 의미하는 것은 아니다. 탄소나노튜브 얀의 합성 속도는 온도에 의하여 변화할 수 있고, 합성 속도는 탄소나노튜브 얀의 물성에 영향을 줄 수 있으므로 장치 운용자는 이를 고려하여 사전 설정된 온도를 적절하게 설계할 수 있다. 본 실시예에서 가열부(130)는 본체부(120)의 내부 온도를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있는 장치라면 가열 방식에 구애받지 않고 다양한 공지의 가열 장치-예를 들어, 가스 가열식, 전기 가열식 등-로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heating unit 130 may control the internal temperature of the main body 120 to a predetermined temperature. Here, the preset temperature does not mean a fixed specific value of temperature. Since the synthesis rate of the carbon nanotube yarn may vary depending on the temperature and the synthesis rate may affect the physical properties of the carbon nanotube yarn, the apparatus operator can appropriately design the predetermined temperature considering this. In this embodiment, the heating unit 130 may be any device that can uniformly heat the internal temperature of the main body 120 regardless of the heating method, and may be any of various known heating apparatuses such as a gas heating type, -. ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체부(120)의 하부로 배출되는 탄소나노튜브 얀은 공간부(140)로 이동한다. 공간부(140)는 본체부(120)의 하부와 연결되며, 내부가 공간을 구비하는 박스(Box) 형상으로 형성될 수 있다. 공간부(140)에는 탄소나노튜브 얀과 이송 가스를 포함하는 기체 등이 존재할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube yarn discharged to the lower portion of the main body 120 moves to the space portion 140. The space 140 may be connected to a lower portion of the main body 120 and may be formed in a box shape having a space therein. The space 140 may include a gas containing a carbon nanotube yarn and a transfer gas.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간부(140)로 이동한 탄소나노튜브 얀은 공간부(140)의 일측에 연결된 권취부(150)에 의해 권취(winding)될 수 있다. 권취부(150)는 모터와 모터에 체결된 윈치를 포함할 수 있으며, 모터에 의해 윈치가 일 방향으로 회전함에 따라 탄소나노튜브 얀이 윈치에 감길 수 있다. 탄소나노튜브 얀을 감는 윈치의 회전 속도는 탄소나노튜브 얀의 합성 속도 등을 고려하여 적절하게 설계될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube yarn moved to the space 140 may be wound by a winding unit 150 connected to one side of the space 140. The winding unit 150 may include a motor and a winch fastened to the motor, and the carbon nanotube yarn can be wound on the winch as the winch rotates in one direction by the motor. The rotation speed of the winch winding the carbon nanotube yarn can be appropriately designed in consideration of the synthesis speed of the carbon nanotube yarn and the like.

본 발명의 일 실시예 따른 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치(100)는 본체부(120)와 권취부(150) 사이에 합성된 탄소나노튜브 얀의 밀도를 향상시키는 수득부(160)를 더 포함할 수 있다. 수득부(160)는 공간부(140)의 내부에 형성될 수 있다. 수득부(160)는 합성된 탄소나노튜브 집합체를 수축시켜 고밀도의 탄소나노튜브 얀을 생성하는데 기여할 수 있다. 수득부(160)는 용매가 담긴 용기(161)를 포함한다. 용매는 물, 아세톤(Acetone), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF) 등을 이용할 수 있다. 수득부(160)는 하나 이상의 이송 롤러(162)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 이송 롤러(162)는 용매가 담긴 용기(161) 하부와 용기(161)의 상부 일측에 각각 하나씩 형성되고, 상부 일측에 형성된 이송 롤러(162)는 권취부(150)와 연결된다.An apparatus 100 for manufacturing a carbon nanotube yarn according to an embodiment of the present invention includes a obtaining unit 160 for improving the density of carbon nanotube yarns synthesized between the main body 120 and the take- . The getter 160 may be formed in the interior of the space 140. The obtaining unit 160 may contribute to the production of high-density carbon nanotube yarn by shrinking the synthesized carbon nanotube aggregate. The obtaining unit 160 includes a container 161 containing a solvent. The solvent may be water, acetone, dimethylformamide (DMF), or the like. The obtaining unit 160 may further include one or more conveying rollers 162. The conveying roller 162 is formed on the lower portion of the container 161 containing the solvent and one side of the upper portion of the container 161 and the conveying roller 162 formed on one side of the conveying roller 162 is connected to the winding portion 150 .

도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 실시예와 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도 4는 특히 공급되는 탄소 원료가 액체 상태일 때 적용되는 실시예를 도시한다.FIG. 4 is a view showing an embodiment different from the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. Fig. 4 shows an embodiment in particular when the feed of carbon is in a liquid state.

도 4에서 도면부호 117로 도시된 구성요소는 초음파 진동 장치이다. 초음파 진동 장치(117)는 도 4에 도시된 실시예에서 개념적으로 도시되어 있으나, 실제로 초음파 진동 장치(117)는 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)에 접촉하도록 설치되어 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)에 진동을 전해줄 수 있는 어떠한 위치에도 장착 가능하다. 초음파 진동 장치(117)는 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)을 감싸는 형태로 장착될 수 있고, 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)을 감싸지 않더라도 그 옆에 접촉식으로 장착될 수도 있다.The component shown at 117 in Figure 4 is an ultrasonic vibrator. 4, the ultrasonic vibration device 117 is provided so as to be in contact with the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116, so that the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116 are disposed in contact with the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116, And can be mounted at any position that can transmit vibration to the motor. The ultrasonic vibration device 117 may be mounted in a form of wrapping the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116 and may be mounted on the side of the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116 without being wrapped.

탄소 원료 및 촉매 공급관(116)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에 설명한 실시예에서와 달리 탄소 원료를 위한 공급관과 촉매를 위한 공급관이 별도로 형성되지 않고 하나로 형성되고 있다. 본 발명의 범주는 양자를 모두 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시예에서는 하나의 공급관으로 탄소 원료 및 촉매가 공급되고 있으나, 이들은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서와 같이 분리될 수도 있다. 분리되는 경우에도 초음파 진동 장치(117)는 이들 모두에 초음파 진동을 전달할 수 있도록 설치되어야 한다.1 to 3, a supply pipe for the carbon raw material and a supply pipe for the catalyst are not formed separately but are formed as one unit, unlike in the above-described embodiment. The scope of the present invention should be understood to encompass both of them. In this embodiment, the carbon source and the catalyst are supplied to one supply pipe, but they may be separated as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3. The ultrasonic vibration device 117 must be installed so as to transmit ultrasonic vibration to all of them.

탄소 원료 및 촉매 공급관(116)의 하부 단부에는 도 3의(b)에 도시된 바와 같이 다공성 팁이 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 탄소 원료 및 촉매가 초음파 진동을 전달받으며 공급관을 통과하기 때문에 초음파 진동을 받지 않는 종래 기술에 비하여 그 입자 크기가 미세화 되어 공급관 하단의 다공성 팁에 이르게 된다. 미세해 진 입자들은 다공성 팁을 통한 분사에 있어서 보다 균일한 분사를 달성할 수 있게 한다. 구멍의 크기는 미세해진 입자의 크기에 대응하여 설정되며, 반복 실험을 통하여 균일한 분사에 적절한 크기가 손쉽게 정해질 수 있다. 도 4의 화살표는 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)을 통한 탄소 원료 및 촉매의 공급되는 양상을 표시한 것이다.A porous tip is formed at the lower end of the carbon source and the catalyst supply pipe 116 as shown in FIG. 3 (b). According to this embodiment, since the carbon raw material and the catalyst receive the ultrasonic vibration and pass through the supply pipe, the particle size of the carbon raw material and the catalyst becomes smaller than that of the prior art which is not subjected to the ultrasonic vibration, leading to the porous tip at the lower end of the supply pipe. The finer particles enable a more uniform injection to be achieved in the case of injection through the porous tip. The size of the hole is set corresponding to the size of the fine particles, and the size suitable for uniform injection can be easily determined through repeated experiments. The arrows in FIG. 4 indicate the aspect of the supply of the carbon raw material and the catalyst through the carbon raw material and the catalyst feed pipe 116.

도 4에 도시된 실시예에서 가스 공급부(113)는 도 1 내지 도 3의 실시예와 다른 구조를 가진다. 도 1 내지 도 3, 특히 도 3에 구체적으로 도시된 가스 공급부(113)는 본체부(120)로 직접 가스를 공급하는 구조가 아니라 탄소 원료 및 촉매의 공급관으로 가스를 공급하는 구조를 취하였다. 반면, 본 실시예에서 가스 공급부(113)는 본체부(120)로 직접 가스를 공급하는 구조이다.In the embodiment shown in Fig. 4, the gas supply part 113 has a different structure from the embodiment of Figs. The gas supply unit 113 shown in FIGS. 1 to 3, and specifically in FIG. 3, has a structure for supplying gas to a supply pipe of a carbon raw material and a catalyst, not a structure for directly supplying gas to the main body 120. On the other hand, in the present embodiment, the gas supply unit 113 supplies gas directly to the main body 120.

가스 공급부(113)는 수소와 아르곤 가스를 주입하는 측면에서 이전 실시예와 동일하며, 본 실시예에서는 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)을 감싸고 있는 형태로 형성된다. 또한, 가스 공급부(113)의 가스 주입관은 직접 본체부(120)를 향하여 하방으로 연결되며, 도 4의 실시예에서는 4개의 가스 주입관이 사용되는 것으로 도시된다. 가스 주입구 역시 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)과 마찬가지로 그 단부에 복수개의 미세 구멍을 가진 다공성 팁 구조로 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서 가스 공급부(113)는 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)을 감싸며 접촉하고 있으므로, 초음파 진동 장치(117)에 의한 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)의 진동은 가스 공급부(113)에도 전달될 수 있다.The gas supply unit 113 is the same as the previous embodiment in terms of injection of hydrogen and argon gas. In this embodiment, the gas supply unit 113 is formed to surround the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116. In addition, the gas injection pipe of the gas supply unit 113 is directly connected to the body portion 120 downwardly, and in the embodiment of FIG. 4, four gas injection pipes are used. The gas inlet may also be formed with a porous tip structure having a plurality of fine holes at the ends thereof, like the carbon source and the catalyst supply pipe 116. The vibration of the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116 by the ultrasonic vibration device 117 is transmitted to the gas supply part 116 through the gas supply part 113 113).

도 4를 보면, 가스 공급부(113)의 가스 주입관의 길이가 탄소 원료 및 촉매 공급관(116)의 길이보다 짧은 것을 알 수 있다. 즉, 가스 공급부(113)에 의한 가스 주입이 공급관(116)에 의한 탄소 원료 및 촉매의 본체부(120) 내 공급보다 상부에서 발생한다. 이는 우연히 그렇게 된 것이 아니라 의도적인 설계이다. 4, it can be seen that the length of the gas injection pipe of the gas supply part 113 is shorter than the length of the carbon raw material and the catalyst supply pipe 116. That is, gas injection by the gas supply unit 113 occurs above the supply of the carbon raw material and the catalyst in the main body part 120 by the supply pipe 116. This is not an accident, but an intentional design.

탄소 원료가 주입되는 부분에는 수소 가스가 이미 존재하고 있어야 한다. 즉, 수소 가스가 분위기를 형성한 가운데 탄소 원료가 공급되어야 탄소나노튜브 얀의 합성 반응이 원활하게 일어날 수 있다. 수소 분위기가 형성되지 않은 상태에서 탄소 원료가 공급되면 탄소나노튜브 얀으로 합성되지 않고 이산화탄소화 반응이 일어나거나 탄소나노튜브가 아닌 탄소 물질이 형성될 수 있다.Hydrogen gas must already be present in the area where the carbon source is injected. That is, the synthesis reaction of the carbon nanotube yarn can be smoothly performed if the carbon source is supplied while the hydrogen gas is forming the atmosphere. When a carbon source is supplied in a state where a hydrogen atmosphere is not formed, a carbon dioxide reaction may occur without synthesizing carbon nanotube yarns, or a carbon material other than carbon nanotubes may be formed.

도 4에 도시된 실시예에서 탄소 원료와 촉매의 주입 속도는 5 내지 50ml/시간의 범위인 것이 적당하다. 한편, 수소 가스의 주입 속도는 600 내지 1500ml/시간인 것이, 아르곤 가스의 주입 속도는 100 내지 500ml/시간인 것이 적당하다.In the embodiment shown in FIG. 4, the feed rate of the carbon raw material and the catalyst is suitably in the range of 5 to 50 ml / hour. On the other hand, the injection rate of the hydrogen gas is 600 to 1500 ml / hour, and the injection rate of the argon gas is 100 to 500 ml / hour.

도 5와 도 6은 본 발명의 탄소나노튜브 얀의 제조 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 도면으로서, 도 4의 실시예가 공급되는 탄소 원료가 액체 상태일 때의 바람직한 실시예라면, 도 5와 도 6의 실시예는 공급되는 탄소 원료가 기체 상태일 때의 바람직한 실시예이다.5 and 6 are views showing still another embodiment of the apparatus for producing carbon nanotube yarns of the present invention, in which the embodiment of FIG. 4 is a preferred embodiment when the carbon raw material supplied is in a liquid state, The embodiment of Fig. 6 is a preferred embodiment when the supplied carbon raw material is in a gaseous state.

도 5는 본 발명의 탄소나노튜브 얀의 제조 장치의 탄소 원료, 촉매 및 이송 가스의 공급부를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 장치의 단면도로서 내부 구조를 명확히 도시한다.FIG. 5 is a perspective view showing a supply part of a carbon raw material, a catalyst and a transfer gas in the apparatus for producing carbon nanotube yarns according to the present invention, and FIG. 6 is a sectional view of the apparatus shown in FIG.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 촉매 공급부(112)는 탄소나노튜브 얀의 합성 반응이 일어나는 본체부(120)의 중앙부로 연결된다. 촉매 공급부(112)는 그 단부가 다공성 팁으로 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, the catalyst supply unit 112 is connected to the center of the body 120 where the synthesis reaction of the carbon nanotube yarns takes place. The catalyst supply part 112 may be formed at its end with a porous tip.

가스 공급부(113)로는 수소 가스와 아르곤 가스가 공급되는데, 이러한 가스 공급부(113)는 촉매 공급부(112)를 감싸고 있는 구조이다. 가스 공급부(113)의 반응로, 즉 본체부(120) 내부로 통하는 주입관은 복수개 제공될 수 있다. 도 6의 단면도에는 2개가 도시되어 있으나, 이는 단면을 도시한 관계로 정확한 개수가 도시되지 않은 것이고, 실제로는 4개 이상인 것이 바람직하다. 가스 공급부(113)의 주입관은 반응로, 즉 본체부(120)와 맞닿아 있는 면에 위치한다.The gas supply unit 113 is supplied with hydrogen gas and argon gas. The gas supply unit 113 surrounds the catalyst supply unit 112. A plurality of injection pipes communicating with the gas supply part 113, that is, the inside of the main body part 120, may be provided. 6 are shown in the cross-sectional view of FIG. 6, but the exact number is not shown because of the cross-sectional view, and actually four or more are preferable. The injection tube of the gas supply part 113 is located in the reaction path, that is, the surface in contact with the main body part 120.

본 명세서의 배경기술 부분에 기재하였듯이, 탄소 원료가 높은 에너지를 가진 상태에서 주입되면 탄소나노튜브 얀으로의 합성 반응이 잘 일어난다는 장점이 있다. 종래기술에서는 가스인 탄소 원료를 보조 히터 등으로 예열하여 반응기 내부로 주입하는 방식을 사용하였다. 도 5와 도 6의 실시예에서는 보조 히터를 사용하지 않고 탄소 공급부(111)의 특징적인 구조에 의하여 탄소 원료가 높은 에너지를 가진 상태에서 반응로 내부로 공급되도록 할 수 있다.As described in the background section of this specification, when the carbon raw material is injected in a state of high energy, the synthesis reaction to the carbon nanotube yarn is performed well. In the prior art, a method of preheating a carbon raw material, which is a gas, with an auxiliary heater or the like and injecting the carbon raw material into the reactor was used. In the embodiment of FIGS. 5 and 6, the carbon material can be supplied into the reactor with high energy by the characteristic structure of the carbon supply part 111 without using the auxiliary heater.

탄소 공급부(111)는 반응로가 형성되는 본체부(120)의 측면 중간부에서 출발하여, 본체부(120)의 상단을 덮고 가스 공급부(113)를 감싸고 있는 구조이다. 탄소 공급부(111)의 탄소 주입관은 가스 공급부(113)의 주입관과 마찬가지로 복수개 제공되며, 4개 이상인 것이 바람직하고, 반응로, 즉 본체부(120)와 맞닿아 있는 면에 위치한다.The carbon supply unit 111 starts from a side intermediate portion of the main body 120 where the reaction path is formed and covers the upper end of the main body 120 and surrounds the gas supply unit 113. The carbon injection tube of the carbon supply part 111 is provided in the same manner as the injection tube of the gas supply part 113, preferably four or more, and is located on the surface in contact with the reaction tube, that is, the body part 120.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소 공급부(111)는 반응로가 형성되는 본체부(120)의 측면과 상단면에 모두 접하고 있다. 가열부(130)에 의한 가열에 의하여 본체부(120)는 반응로가 되어 매우 고온의 상태이며, 이러한 고온의 열이 공급됨으로 인해 본체부(120) 내부에서 탄소나노튜브 얀의 합성 반응이 일어난다. 탄소 공급부(111)는 이러한 고온의 본체부(120) 외벽에 최대한 넓은 부분에서 접촉한 후에 상술한 주입관을 통해 본체부(120) 내부로 연통된다. 주입관에 이르기 전에 탄소 공급부(111) 내에서의 기체 상태의 탄소 원료는 본체부(120)의 외벽, 보다 구체적으로 측면 벽과 상부면 벽을 통하여 열 교환을 실시한다. 도 5에는 도시되지 않았지만, 이러한 열 교환이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 본체부(120)와 탄소 공급부(111)의 접촉면은 열 교환 면적을 늘릴 수 있는 형상, 예컨대 물결 형상 등을 가질 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, the carbon supply part 111 is in contact with both the side surface and the upper surface of the body part 120 in which the reaction path is formed. The heating of the heating unit 130 causes the main body 120 to become a reaction furnace and is in a very high temperature state and the synthesis reaction of the carbon nanotube yarns takes place inside the main body 120 due to the supply of such high temperature heat . The carbon supply part 111 is brought into contact with the outer wall of the high-temperature body part 120 as wide as possible, and then communicates with the interior of the body part 120 through the above-described injection tube. Before reaching the injection tube, the gaseous carbon feedstock in the carbon feed 111 conducts heat exchange through the outer wall of the body portion 120, and more specifically through the side wall and top wall. Although not shown in FIG. 5, the contact surface between the main body 120 and the carbon supply part 111 may have a shape capable of increasing the heat exchange area, such as a wavy shape, so that the heat exchange can be performed more efficiently.

탄소 공급부(111) 중 반응로, 즉 본체부(120)의 외벽을 감싸면서 이것과 열교환을 실시하는 부분을 열교환부라고 칭할 수 있다. 즉, 탄소 공급부(111)는 본체부(120)와의 열교환부를 포함한다. 열교환부를 중심으로 탄소 공급부(111)의 구조를 기술하자면, 탄소 공급부(111)는 열교환부로의 입구와 열교환부와 열교환부로부터의 출구로 구성된다. 도 5와 도 6을 참조하면, 탄소 공급부(111)의 열교환부로의 입구를 통해서 열교환부로 유입된 탄소 가스는 열교환부 내부를 유동하면서 열교환부와 본체부(120) 사이의 열교환에 의하여 가열되고 가열된 탄소 가스는 열교환부로부터의 출구(주입관)를 빠져나가 본체부(120) 내부로 유입된다. The part of the carbon supply part 111 that surrounds the reaction furnace, that is, the outer wall of the main body part 120 and performs heat exchange therewith can be referred to as a heat exchange part. That is, the carbon supply part 111 includes a heat exchange part with the main body part 120. The structure of the carbon supply part 111 is described with the heat exchange part as a center. The carbon supply part 111 is composed of an inlet to the heat exchange part, an heat exchange part and an outlet from the heat exchange part. 5 and 6, the carbon gas introduced into the heat exchanging unit through the inlet to the heat exchanging unit of the carbon supplying unit 111 is heated by heat exchange between the heat exchanging unit and the main body 120 while flowing inside the heat exchanging unit, The carbon gas flows out of the outlet (injection pipe) from the heat exchanger and flows into the main body 120.

기체 상태의 탄소 원료는 섭씨 300도 내지 500도로 가열된 상태에서 주입관에 의해 반응로 내부로 투입되는 것이 바람직하다. 탄소 공급부의 열교환부의 열교환 면적이나 본체부(120)와의 열교환면의 형상 등을 변형시킴으로써 본체부(120)로부터 탄소 공급부(111)로 전달되는 열량을 조절 가능하고, 이로써 기체 상태의 탄소 원료가 가열되는 온도를 조절 가능하다.The gaseous carbon raw material is preferably introduced into the reactor by an injection tube while being heated at a temperature of 300 to 500 degrees Celsius. The amount of heat transferred from the main body portion 120 to the carbon supply portion 111 can be adjusted by modifying the heat exchange area of the heat exchange portion of the carbon supply portion and the shape of the heat exchange surface with the main body portion 120, Temperature can be adjusted.

한편, 반응로 내부의 가스 공급부(113)의 주입관보다 탄소 공급부(111)의 주입관의 길이가 더 길게 형성되어야 한다. 즉, 반응로 내부에서 가스 공급부(113)의 주입관에 의한 가스의 공급이 탄소 공급부(111)의 주입관에 의한 탄소 원료의 공급보다 상대적으로 더 위쪽에서 이루어져야 한다. 이는 도 6에 도시된 그대로이다. 보다 구체적으로, 탄소 공급부(111)의 주입관의 길이는 가스 공급부(113)의 주입관의 길이의 1.2배 내지 2배의 길이를 가지는 것이 좋다. 탄소 원료가 주입되는 부분에는 수소 가스가 이미 존재하고 있어야 한다. 즉, 수소 가스가 분위기를 형성한 가운데 탄소 원료가 공급되어야 탄소나노튜브 얀의 합성 반응이 원활하게 일어날 수 있다. 수소 분위기가 형성되지 않은 상태에서 탄소 원료가 공급되면 탄소나노튜브 얀으로 합성되지 않고 이산화탄소화 반응이 일어날 수 있다. 이것이 반응로의 상부로부터 수직방향 아래로 연장하는 가스 공급부(113)의 주입관과 탄소 공급부(111)의 주입관의 길이 관계에서, 탄소 공급부(111)의 주입관의 길이가 더 길게 형성되어야 하는 이유이다. 반응로 내부에서의 관의 길이 측면에서는 도 6에 도시된 바와 같이 촉매 공급부(112)의 반응로 내부의 연장 길이가 가장 길게 형성됨이 바람직하다.On the other hand, the length of the injection pipe of the carbon supply part 111 should be longer than the injection pipe of the gas supply part 113 inside the reaction furnace. That is, the supply of the gas by the injection tube of the gas supply part 113 in the reaction furnace must be performed at a position relatively higher than the supply of the carbon raw material by the injection tube of the carbon supply part 111. This is as shown in Fig. More specifically, the length of the injection tube of the carbon supply part 111 is preferably 1.2 to 2 times the length of the injection tube of the gas supply part 113. Hydrogen gas must already be present in the area where the carbon source is injected. That is, the synthesis reaction of the carbon nanotube yarn can be smoothly performed if the carbon source is supplied while the hydrogen gas is forming the atmosphere. If a carbon source is supplied in a state where a hydrogen atmosphere is not formed, a carbon dioxide reaction may occur without being synthesized into a carbon nanotube yarn. The length of the injection pipe of the carbon supply part 111 should be longer in the length relation of the injection pipe of the gas supply part 113 and the injection pipe of the carbon supply part 111 which extends downward from the upper part of the reaction furnace That's why. As shown in FIG. 6, it is preferable that the extension length of the inside of the reaction furnace of the catalyst supply part 112 is formed to be the longest in terms of the length of the pipe in the reaction furnace.

탄소 원료 가스의 주입 속도는 50 내지 150ml/시간인 것이 바람직하다. 본 실시예의 탄소 원료의 주입 속도가 도 4와 관련된 실시예의 속도와 다른 것은 도 4와 관련된 실시예의 경우 탄소 원료가 액상으로 공급되고, 도 5 및 도6과 관련된 실시예는 탄소 원료가 기상으로 공급되기 때문이다. 기타 이송 가스 및 촉매의 주입 속도는 도 4의 실시예에서 기재한 바와 동일하게 실시될 수 있다.The injection rate of the carbon source gas is preferably 50 to 150 ml / hour. 4 is different from that of the embodiment according to FIG. 4 in that the carbon source is supplied in the liquid phase in the embodiment related to FIG. 4, and the embodiment related to FIG. 5 and FIG. 6 is that the carbon source is fed in the vapor phase . The other transfer gas and the injection rate of the catalyst can be carried out in the same manner as described in the embodiment of FIG.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.

100: 탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치
110: 공급부
111: 탄소 공급부
112: 촉매 공급부
113: 가스 공급부
114: 노즐부
116: 탄소 원료 및 촉매 공급관
117: 초음파 진동 장치
120: 본체부
130: 가열부
140: 공간부
150: 권취부
160: 수득부
170: 흡입부100: Apparatus for producing carbon nanotube yarns
110:
111: Carbon supplier
112:
113: gas supply section
114:
116: carbon raw material and catalyst feed pipe
117: Ultrasonic vibration device
120:
130:
140:
150:
160:
170:

Claims (7)

액체 상태의 탄소 원료와 촉매를 공급하는 탄소 원료 및 촉매 공급부와,
수소 가스 및 불활성 기체를 고급하는 가스 공급부와,
상기 탄소 원료 및 촉매 공급부와 상기 가스 공급부와 연결되고, 이들 공급부로부터 공급된 재료가 탄소나노튜브 얀으로 합성되는 공간을 구비하는 본체부와,
상기 본체부를 가열하는 가열부와,
상기 본체부에서 합성된 탄소나노튜브 얀이 이동하는 공간부를 포함하고,
상기 탄소 원료 및 촉매 공급부는 초음파 진동 장치에 연결되고, 상기 초음파 진동 장치에 의해서 발생하는 초음파 진동에 의하여 상기 탄소 원료 및 촉매 공급부가 진동하는 동안 탄소 원료 및 촉매가 상기 본체부로 공급되는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
A carbon raw material and a catalyst supplier for supplying a carbon raw material and a catalyst in a liquid state,
A gas supply unit for refining the hydrogen gas and the inert gas,
A main body portion connected to the carbon raw material and the catalyst supply portion and the gas supply portion and having a space in which the material supplied from the supply portion is synthesized into carbon nanotube yarns,
A heating section for heating the main body section;
And a space portion through which the carbon nanotube yarn synthesized in the main body portion moves,
Wherein the carbon source and the catalyst supply unit are connected to the ultrasonic vibration apparatus and the carbon source and the catalyst are supplied to the main body unit while the carbon source and the catalyst supply unit are vibrated by the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration apparatus,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
제1항에 있어서,
상기 탄소 원료 및 촉매 공급부의 단부에는 상기 초음파 진동에 의해 미세화된 탄소 원료 액적의 크기에 대응하는 크기의 복수의 미세 구멍이 형성되는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a plurality of fine holes having a size corresponding to the size of the carbon raw material droplets finely atomized by the ultrasonic vibration are formed at the ends of the carbon raw material and the catalyst supplying portion,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
제2항에 있어서,
상기 탄소 원료 및 촉매 공급부는 상기 본체부 내부에서 상단으로부터 수직 방향 아래로 연장하고,
상기 가스 공급부는 상기 본체부 내부에서 상단으로부터 수직 방향 아래로 연장하고,
상기 탄소 원료 및 촉매 공급부의 수직 방향 아래로의 연장 길이가 상기 가스 공급부의 연장 길이보다 길어 탄소 원료와 촉매는 가스 공급부에 의하여 공급된 가스가 분위기를 형성한 가운데 공급되는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
3. The method of claim 2,
The carbon raw material and the catalyst supply portion extend vertically downward from the upper end inside the body portion,
Wherein the gas supply unit extends vertically downward from the top in the main body,
Wherein the carbon source and the catalyst are supplied while the gas supplied by the gas supply unit is formed while the atmosphere is formed,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
기체 상태의 탄소 원료를 공급하는 탄소 공급부와,
촉매를 공급하는 촉매 공급부와,
수소 가스 및 불활성 기체를 고급하는 가스 공급부와,
상기 공급부들과 연결되고, 상기 공급부들로부터 공급된 재료가 탄소나노튜브 얀으로 합성되는 공간을 구비하는 본체부와,
상기 본체부를 가열하는 가열부와,
상기 본체부에서 합성된 탄소나노튜브 얀이 이동하는 공간부를 포함하고,
상기 탄소 공급부는 상기 본체부와의 열교환부를 포함하여 상기 탄소 공급부로부터 공급되는 기체 상태의 탄소 원료는 상기 탄소 공급부를 흐르는 동안 상기 열교환부를 통해 상기 본체부로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 온도가 상승한 상태에서 상기 본체부로 공급되는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
A carbon supply part for supplying a gaseous carbon raw material,
A catalyst supply unit for supplying the catalyst,
A gas supply unit for refining the hydrogen gas and the inert gas,
A main body connected to the supply portions and having a space in which the material supplied from the supply portions is synthesized into carbon nanotube yarns,
A heating section for heating the main body section;
And a space portion through which the carbon nanotube yarn synthesized in the main body portion moves,
Wherein the carbon supply part includes a heat exchange part with the main body part so that the gaseous carbon raw material supplied from the carbon supply part is heated by the heat transmitted from the main body part through the heat exchange part while flowing through the carbon supply part, And a controller
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
제4항에 있어서,
상기 탄소 공급부의 열교환부는 상기 본체부의 측면과 상부면을 감싸며 상기 본체부와 접촉하는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the heat exchanging unit of the carbon supply unit surrounds the side surface and the upper surface of the main body,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
제5항에 있어서,
상기 탄소 공급부는 상기 본체부 내부에서 상단으로부터 수직 방향 아래로 연장하고, 상기 가스 공급부는 상기 본체부 내부에서 상단으로부터 수직 방향 아래로 연장하고,
상기 탄소 공급부의 수직 방향 아래로의 연장 길이가 상기 가스 공급부의 연장 길이보다 길어 탄소 원료는 가스 공급부에 의하여 공급된 가스가 분위기를 형성한 가운데 공급되는,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the carbon supply portion extends vertically downward from the top in the main body portion and the gas supply portion extends vertically downward from the top in the main body portion,
Wherein the length of an extension of the carbon supply portion in the vertical direction is longer than the extension length of the gas supply portion, so that the carbon material is supplied while the gas supplied by the gas supply portion forms an atmosphere,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
제6항에 있어서,
상기 탄소 공급부의 열교환부의 열교환 면적 또는 열교환면의 형상을 변경함으로써 상기 본체부로부터 상기 탄소 공급부로 전달되는 열량을 조절하고, 이로써 탄소 원료의 승온 정도를 조절 가능한,
탄소나노튜브 얀을 제조하는 장치.The method according to claim 6,
The amount of heat transferred from the main body portion to the carbon supply portion is adjusted by changing the heat exchange area or the shape of the heat exchange surface of the heat exchange portion of the carbon supply portion,
A device for manufacturing carbon nanotube yarns.
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