KR100646375B1 - 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기에 관한 것이다. 이를 위해, 각 모서리 영역에 제 1, 2, 3, 4 연결공(520, 522, 523, 524)가 각각 관통 형성되고, 미세채널을 가진 금속판을 적층하여 이루어지고, 매니폴드에 제1반응 입구와 출구 및 제2반응 입구와 출구가 각각 형성된 미세채널 반응기에 있어서, 금속판은, 유체의 진행방향에 대해 3차원 형상을 갖고, 다수의 미세 관통공(516)을 갖는 미세채널부(510); 미세채널부(510)의 일측과 제 1 연결공(520) 사이에 연속적으로 형성된 배출분배구(530); 및 미세채널부(510)의 타측과 제 2 연결공(522) 사이에 연속적으로 형성된 공급분배구(540);로 구성된 미세채널판(500)이고, 미세채널판(500)을 복수개 적층하여 반응부를 형성하고, 반응부의 일면에는 블랭크판(800)이 적층되어 미세채널부(510)를 차단하는 것이 제공된다.

미세채널, 3차원, 제1반응, 제2반응, 부반응, 촉매, 블랭크, 적층, 화학, 개질

Description

3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기{Microreactor using a 3-dimensional Micro channels}

도 1은 종래의 미세채널 반응기(300)에서 사용하는 금속판(100)의 정면도,

도 2는 도 1에 도시된 종래의 금속판(100)을 연속적으로 적층하여 형성된 미세채널 반응기(300)의 분해사시도,

도 3은 도 2에 도시된 미세채널 반응기(300)의 단면도,

도 4는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 1 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층체(150)의 단면도,

도 5는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 2 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층체(150)의 단면도,

도 6는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 3 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층채(150)의 단면도,

도 7는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 4 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층채(150)의 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 미세채널 반응기에 사용되는 3차원 미세채널판(500)의 사시도와 부분 확대도,

도9은 도 8에 도시된 미세채널판(500)을 연속적으로 적층하여 형성된 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기의 분해사시도,

도 10 내지 도 12은 도 9에 도시된 미세채널 반응기중 적층체(650)에 관한 제 1, 2, 3 실시예의 단면도,

도 13은 블랭크판(800)의 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

100 : 금속판, 100a : 제2반응 금속판,

100b : 제1반응 금속판, 110 : 미세채널,

120 : 제 2 연결공, 122 : 제 1 연결공,

123 : 제 3 연결공, 124 : 제 4 연결공,

130 : 배출분배채널, 140 ; 공급분배채널,

150 : 적층체, 160 : 촉매층,

200 : 제 1 매니폴드, 210 : 제1반응입구,

220 : 제2반응입구, 230 : 제2반응출구,

240 ; 제1반응출구, 250 : 제 2 매니폴드,

300 : 미세채널 반응기, 500 : 미세채널판,

510 : 미세채널부, 512 : 제 1 파형부,

514 : 제 2 파형부, 516 : 미세관통공,

520 ; 제 1 연결공, 522 : 제 2 연결공,

523 : 제 3 연결공, 524 : 제 4 연결공,

530 : 배출분배공, 540 : 공급분배공,

550 : 촉매층, 650 : 적층체,

700 : 제 1 매니폴드, 710 : 제1반응입구,

720 : 제2반응입구, 730 : 제2반응출구,

740 : 제1반응출구, 750 : 제 2 매니폴드,

800 : 블랭크판, 900 : 제2반응부,

1000 : 제1반응부.

본 발명은 미세채널 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 미세채널 반응기는 미세채널 내부에 촉매층을 코팅한 다음, 발열반응이 일어나는 경로와 흡열반응이 일어나는 경로를 접근시킴으로서 양 반응사이에 열전달이 쉽게 이루어지도록 한 것이다. 이러한 미세채널 반응기의 적용분야는 연료전지 등의 에너지 분야, 석유 산업에서 필요로 하는 화학 반응분야, 환경 장치 분야 등에 응용이 가능하다.

도 1은 종래의 미세채널 반응기(300)에서 사용하는 금속판(100)의 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 매우 얇은 사각형의 금속박판의 각 모서리 영역에는 제 1, 2, 3, 4 연결공(122, 120, 123, 124)이 관통형성되어 있다. 이러한 금속박판은 열전도성과 기계 가공성이 좋은 알루미늄이나 구리, 내열성과 내식성을 확보하 기 위해 스테인레스나 니켈 혹인 코발트 계열의 합금 등의 재질을 사용한다. 그리고 중앙영역에는 미세채널(110)이 위치한다. 미세채널(110)은 가로방향(도 1 기준)으로 유체를 진행시키기 위하여 미세한 홈이 금속판(100) 두께의 절반 깊이로 촘촘하게 파여져 있는 형상이다.

공급분배채널(140)은 제 1 연결공(122)과 미세채널(110)의 일변 사이를 연결하도록 파여져 있으며, 깊이는 금속판(100) 두께의 절반이다. 이러한 공급분배채널(140)은 제 1 연결공(122)에서 나온 유체가 미세채널(110)로 신속히 그리고 균일하게 전달될 수 있도록 기능을 하며, 이를 촉진하기 위하여 3 ~ 4 개의 비드를 더 포함한다.

배출분배채널(130)은 제 2 연결공(120)과 미세채널(110)의 일변 사이를 연결하도록 파여져 있으며, 깊이는 금속판(100) 두께의 절반이다. 이러한 배출분배채널(130)은 미세채널(110)을 나온 유체가 제 2 연결공(120)으로 신속히 그리고 균일하게 전달될 수 있도록 기능을 하며, 이를 촉진하기 위하여 3 ~ 4 개의 비드를 더 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 금속판(100)을 연속적으로 적층하여 형성된 미세채널 반응기(300)의 분해사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 미세채널 반응기(300)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 금속판(100)을 다수 적층하여 적층체(150)를 형성하고, 적층체(150)의 일면에는 제 1 매니폴드(200)가 고정되며, 타면에는 제 2 매니폴드(250)가 고정된다.

제 1 매니폴드(200)는 비교적 두꺼운 후판으로 제작되며, 각 모서리 영역에 제1반응입구(210), 제2반응입구(220), 제2반응출구(230), 제1반응출구(240)가 형성되어 있다. 여기서 제1반응은 발열반응 또는 흡열반응이 형성되면, 제2반응은 제1반응을 돕기 위한 반대적인 흡열반응(또는 냉각유체에 의한 냉각) 또는 발열반응을 의미한다.

즉,제1반응입구(210)는 제 4 연결공(124)과 연통하고, 제2반응입구(220)는 제 1 연결공(122)과 연통하며, 제2반응출구(230)는 제 2 연결공(120)과 연통하고, 제1반응출구(240)는 제 3 연결공(123)과 연통한다.

제 2 매니폴드(250)는 대부분의 경우 연결공이나 미세채널, 출구, 입구 등이 형성되어 있지 않고, 적층체(150)를 고정 지지하는 역할을 하며, 경우에 따라서는 전체 유로의 길이를 동일하게 해주기 위해 제 1 매니폴드의 출구, 입구를 분담하여 가지기도 한다. 그리고 이와 같은 고정지지 및 정렬유지를 위해 별도의 고정용 구멍을 가질 수 있다.

적층체(150)에서는 제1반응 금속판(100b)과 제2반응 금속판(100a)이 교대로 적층된다. 제1반응 금속판(100b)과 제2반응 금속판(100a)의 형상은 도 1에 도시된 금속판(100)과 같고, 다만, 제1반응용인지 제2반응용인지에 따라 공급분배채널(140)과 배출분배채널(130)의 위치가 달라질 뿐이다.

그리고, 도 3의 확대단면도에 도시된 바와 같이, 각 미세채널(110)의 내벽에는 촉매층(160)이 매우 얇게 코팅되어 있다. 이러한 촉매층(160)은 제2반응 금속판(100a)에서는 제1반응 금속판(100b)에서 진행되는 화학반응과 열적으로 반대되는 개념의 화학반응을 촉진하는 역할을 한다. 즉 제1반응층에서 발열반응이 일어날 경 우 제2반응층에서는 촉매에 의한 흡열반응이 일어나거나 냉각유체에 의한 냉각이 일어나게 되면, 제1반응층에서 흡열반응이 일어날 경우 반대로 반응이 진행된다. 이와 같은 촉매층(160)은 미세채널 반응기(300)의 기계적 조립이 모두 완성된 후, 제1반응 입구(210)와 제2반응 입구(220)에 서로 다른(또는 동일한) 촉매물질을 주입시켜 내벽을 코팅하는 방식으로 이루어진다.

그런데, 이와 같은 미세채널 반응기 분야에서 촉매(특히, 촉매의 특성, 촉매의 양 등)는 반응의 속도와 균형을 제어하는데 결정적인 역할을 한다. 대부분의 화학반응이 발열반응이나 흡열반응이고, 반응을 위해 발생된 열을 제거하나 필요한 열을 공급해 주어야 하는데, 이 때, 반응되는 물질의 양과 반응특성을 고려하여 전체적으로 소요되는 열량과 공급되는 열량의 균형 또는 발생되는 열량과 배출하는 열량의 균형을 잡아줘야만 정확한 반응을 유도할 수 있다.

예를 들어, 메탄올을 개질하여 수소를 얻고자 할 때, 메탄올을 촉매반응시켜 수소를 얻는 반응은 흡열반응이므로, 반응에 필요한 열을 공급해 주어야만 하고, 화학적으로는 메탄올이 연소반응을 유도할 수 있는 촉매층을 통과시킴으로서 발열반응을 유도할 수 있다. 이 때, 연소반응로 생성된 열을 개질반응을 일으키는 층에 전달함으로서 전체적인 열량의 균형을 잡을 수 있다.

그러나, 실제의 반응에서 원하는 양의 수소를 얻기 위해서는 다량의 흡열반응이 필요하지만 이에 필요한 반응열은 소량의 메탄올 연소반응으로도 충분하다면, 개질반응층(흡열반응층, 제1반응층)은 충분한 촉매반응 면적을 갖으면서 많은 유량이 통과되도록 설계되고, 연소반응층(발열반응층, 제2반응층)은 작은 반응면적과 작은 유량이 통과하도록 설계하는 것이 바람직하다. 이와 같은 기술적 문제점을 해결하기 위해 종래에는 다음과 같은 3가지 방식이 제시되곤 하였다.

즉, 도 4는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 1 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층체(150)의 단면도이다. 종래기술에서는 가장 손쉬운 방법으로 반응이 많이 일어나는 층의 숫자를 산술적으로 늘림으로써 문제를 해결코자 했다.

그러나, 금속판의 열전도계수가 아무리 높고 열전달 경로가 짧더라도 공급되는 반응열이 인접한 층의 벽면과 유체를 통과하면서 흡수 감소하기 때문에 2층, 3층을 통과하면서 1층과의 온도 균일성에 차이가 생간다는 문제점이 있다.

도 5는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 2 종래기술로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2반응 금속판(100a)는 제1반응 금속판(100b)에 비해 두껍고, 내부에 형성된 채널의 크기도 크다. 이는 촉매와 접하는 면적을 증대시키기 위한 것이다.

그러나, 도 5와 같은 방법은 열유동 및 반응공학적 불균형을 해소하기 위하여 미세채널의 크기를 조절하는 경우 통과하는 반응물질의 유량이 커지지만 촉매의 반응면적은 상대적으로 오히려 작아지기 때문에 적합한 방법이 될 수 없다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이 도 6에 개시된다.

도 6은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 3 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층체(150)의 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2반응 금속판(100a)는 제1반응 금속판(100b)에 비해 훨씬 두껍고, 내부에 형성된 채널의 깊이도 매우 깊다. 이는 촉매와 접하는 면적을 증대시키기 위한 것이다.

도 6와 같은 방식을 채택할 경우, 보다 많은 반응물질이 통과하면서, 촉매와 반응을 일으키게 되지만, 깊은 채널을 형성하는 것은 과다한 제작비용을 수반하게 되기 때문에 경제적인 해결방법이 되지 못한다.

도 7는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 제 4 종래기술로서, 미세채널 반응기(300)중 적층체(150)의 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 경제성을 가지면서 깊은 채널을 형성하기 위해 두개의 채널을 맞대 도6과 같은 방식으 적층체를 구성하였다.

도 7와 같은 방식을 채택할 경우, 보다 많은 반응물질이 통과하면서 촉매와 반응을 일으키게 되지만, 반응물질이나 반응량을 기존 방법의 2배 이상 올리기는 어렵다는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 미세채널 반응기에서 제1반응과 제2반응, 더 나아가서는 제3,제4반응 사이의 전체적인 열적 균형을 제어할 수 있는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 유동하는 반응물질의 양이 증가하더라도 동일 또는 그 이상의 비율로 촉매와의 반응면적이 증가하고, 통과되는 반응물질이 양과 질적으로 균일한 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적들은, 각 모서리 영역에 제 1, 2, 3, 4 연결공 (520, 522, 523, 524)가 각각 관통 형성되고, 미세채널을 가진 금속판을 적층하여 이루어지고, 매니폴드에 제1반응입구와 출구 및 제2반응 입구와 출구가 각각 형성된 미세채널 반응기에 있어서,

금속판은, 유체의 진행방향에 대해 3차원 형상을 갖고, 다수의 미세 관통공(516)을 갖는 미세채널부(510); 미세채널부(510)의 일측과 제 1 연결공(520) 사이에 연속적으로 형성된 배출분배구(530); 및 미세채널부(510)의 타측과 제 2 연결공(522) 사이에 연속적으로 형성된 공급분배구(540);로 구성된 미세채널판(500)이고

미세채널판(500)을 복수개 적층하여 반응부를 형성하고,

반응부의 일면에는 블랭크판(800)이 적층되어 미세채널부(510)를 차단하는 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 반응부는, 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제2반응부(900); 및 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제1반응부(1000);로 구성되고, 제2반응부(900)와 제1반응부(1000) 사이에는 제 2 블랭크판(800)이 삽입되어 적층되는 것이 바람직하다.

또한, 제2반응부(900), 제1반응부(1000) 및 제 2 블랭크판(800)이 반복적으로 적층되는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 반응부는, 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제2반응부(900); 및 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제1반응부(1000);로 구성되고, 제2반응부(900)와 제1반응부(1000) 사이에는 유동방향으로 균일단면을 갖는 미세채널이 음각된 금속판(100)이 삽입되어 적층되는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 제2반응부(900), 제1반응부(1000) 및 금속판(100)이 반복적으로 적층될 수 있다.

아울러, 미세채널부(510)는 일방향으로 반복 형성된 제 1 파형부(512); 제 1 파형부(512)의 배면에 형성되고, 제 1 파형부(512)와 겹치지 않도록 형성된 제 2 파형부(514); 및 제 1, 2파형부(512, 514)를 공통적으로 관통하는 다수의 미세관통공(516)으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 제 1 파형부(512)의 일방향은 미세채널부(510)내에서 유체가 진행방향에 대해 수직방향 또는 평행한 방향인 것이 적합하다.

또한, 제 1 파형부(512)의 두께는 미세채널판(500) 두께의 절반이고, 제 2 파형부(514)의 두께는 미세채널판(500) 두께의 절반인 것이 가장 바람직하다.

그리고, 반응이 일어나는 미세채널부(510)의 표면에는 코팅된 촉매층(590)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기에 관하여 첨부된 도면과 더불어 설명하기로 한다.

우선, 도 8은 본 발명에 따른 미세채널 반응기에 사용되는 3차원 미세채널판 (500)의 사시도와 미세채널 부분의 부분확대도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 매우 얇은 사각형의 금속박판의 각 모서리 영역에는 제 1, 2, 3, 4 연결공(520, 522, 523, 524)이 관통형성되어 있다. 이러한 금속박판은 열전도성과 기계 가공성이 좋은 알루미늄이나 구리, 내열성과 내식성을 확보하기 위해 스테인레스나 니켈 혹은 코발트 계열의 합금 등의 재질을 사용한다. 그리고 중앙영역에는 3차원 형상의 미세채널(110)이 위치한다. 미세채널(110)은 가로방향(도 8 기준)으로 유체를 진행시키기 위하여 미세한 3차원 형상과 관통홈이 촘촘하게 형성되어 있다.

이와 같은 미세채널판(500)은 화학적 부식법이나 건식에칭법을 이용하여 가공할 수 있으며, 금속분말을 몰딩하는 금속사출성형법을 통해서도 가공될 수 있다.

도 8의 부분확대도로부터 알 수 있는 바와 같이, 3차원 미세채널부(510)는 전제적으로 직사각형 또는 정사각형 형상이고, 세부적으로는 제 1, 2 파형부(512, 514)와 다수의 미세관통공(516)으로 이루어져 있다.

제 1 파형부(512)는 수직방향(도 8 기준)으로 반복 진행하는 파형이며, 두께는 미세채널판(500)의 절반정도이다. 제 2 파형부(514)도 수직방향(도 6 기준)으로 반복 진행하는 파형이며, 두께는 미세채널판(500)의 절반정도이다. 또한, 제 2 파형부(514)의 골과 마루는 제 1 파형부(512)의 마루와 골에 각각 일체로 연결되고, 이러한 제 1, 2 파형부(512, 514)의 교차로 인하여 제 1, 2 파형부(512, 514) 사이에는 무수히 많은 미세관통공(516)이 형성되어 있다. 따라서, 유체는 미세관통공(516)을 통해 진행하면서, 제 1, 2 파형부(512, 514)와 충돌하게 된다.

공급분배공(540)은 제 2 연결공(522)과 3차원 미세채널부(510)의 일변 사이 를 연결하도록 완전히 관통 형성된다. 이러한 공급분배공(540)은 제 2 연결공(522)에서 나온 유체가 미세채널부(110)로 신속히 그리고 균일하게 전달될 수 있도록 기능을 하며, 인접한 미세채널판(500)이나, 블랭크판(800), 금속판(100) 등에 의해 폐쇄단면의 유로를 형성한다.

배출분배공(530)은 제 1 연결공(520)과 미세채널부(510)의 일변 사이를 연결하도록 완전히 관통 형성된다. 이러한 배출분배공(530)은 미세채널부(510)을 나온 유체가 제 1 연결공(520)으로 신속히 그리고 균일하게 전달될 수 있도록 기능을 하며, 인접한 미세채널판(500)이나, 블랭크판(800), 금속판(100) 등에 의해 폐쇄단면의 유로를 형성한다.

도 9은 도 8에 도시된 미세채널판(500)을 연속적으로 적층하여 형성된 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기의 분해사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 미세채널판(500)과 금속판(100)을 반복적으로 적층하여 적층체(650)를 형성하고, 적층체(650)의 일면에는 제 1 매니폴드(700)가 고정되며, 타면에는 제 2 매니폴드(750)가 고정된다.

제 1 매니폴드(700)는 비교적 두꺼운 후판으로 제작되며, 각 모서리 영역에 제1반응입구(710), 제2반응입구(720), 제2반응출구(730), 제1반응출구(740)가 형성되어 있다. 여기서 주반응은 발열반응을 의미하고, 부반응은 흡열반응을 의미한다.

즉, 제1반응입구(710)는 제 4 연결공(524)과 연통하고, 제2반응입구(720)는 제 2 연결공(522)과 연통하며, 제2반응출구(730)는 제 1 연결공(520)과 연통하고, 제1반응출구(740)는 제 3 연결공(523)과 연통한다.

제 2 매니폴드(750)는 연결공이나 미세채널, 출구, 입구 등이 형성되어 있지 않고, 적층체(650)를 고정 지지하는 역할을 하며, 경우에 따라서는 전체 유로의 길이를 동일하게 해주기 위해 제1매니폴드의 출구, 입구를 분담하여 가지기도 한다. 그리고 이와 같은 고정 지지 및 정렬유지를 위해 별도의 고정용 구멍을 가질 수 있다.

적층체(650)에서는 제1반응부(1000)와 제2반응부(900)가 교대로 적층되고, 필요한 경우 블랭크판(800)이 삽입되어 적층된다.

도 10 내지 도 12은 도 9에 도시된 미세채널 반응기중 적층체(650)에 관한 제 1, 2, 3 실시예의 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이 상부로 부터 아래방향을 따라 순차적으로 블랭크판(800), 제2반응부(900), 제1반응부(1000), 블랭크판(800), 제2반응부(900), 제1반응부(1000)가 적층된다. 플랭크판(800)은 도 13에 도시된 바와 같이, 모서리 영역에 4개의 관통공만이 형성되어 있을 뿐이다. 이는 3차원 미세채널판(500)중 미세채널부(510)의 일면을 막는 기능을 한다.

제2반응부(900)는 3개의 3차원 미세채널판(500)을 적층하여 구성된다. 그리고, 제1반응부(1000)는 도 1과 도 3에 도시된 바와 같은 금속판(100)을 사용한다. 발열반응과 흡열반응 사이의 열적 균형을 제어하기 위해 필요에 따라 제2반응부(900)를 이루는 미세채널판(500)의 갯수를 줄이거나 늘일 수 있다.

그리고, 각 미세채널부(510)의 표면에는 코팅된 촉매층(590)을 형성되어 있다. 이러한 촉매층(590)은 제2반응부(900)에만 형성될 수 있고, 제1반응부(1000)에 만 형성될 수 있으며, 제2반응부(900)와 제1반응부(1000)에 모두 형성될 수 있다.

도 11에 도시된 제 2 실시예는 도 10의 제 1 실시예와 제2반응부(900)는 동일하고, 제1반응부(1000)에서 금속판(100) 대신 2개의 미세채널판(500)을 사용한 차이가 있다. 그리고, 제2반응부(900)와 제1반응부(1000) 사이에는 제 2 블랭크판(800)이 삽입되어 채널을 차단하는 역할을 한다.

도 12에 도시된 제 3 실시예는 제 2 실시예와 제1반응부(1000)는 동일하고, 제2반응부(900)에 있어서, 블랭크판(800)과 3장의 미세채널판(500) 대신 1장의 금속판(100) 및 2장의 미세채널판(500)으로 구성하였다. 금속판(100)은 채널이 홈형상임으로 블랭크판(800)의 기능을 겸하게 된다.

이와 같이 구성될 경우 미세채널부(510)의 기하학적 3차원 형상에 의해 위 아래가 연통 가능해지고, 반응면적이 공간상에 형성됨으로서 반응면적을 원하는 대로 증대시킬 수 있다.

본 발명에서, 제1반응부(1000)와 제2반응부(900)의 내부 채널에는 모두 다 촉매층을 형성할 수도 있고, 제1반응부(1000)에만 촉매층을 형성할 수도 있으며, 제2반응부(900)에만 촉매층을 형성할 수도 있다.

비록, 본 발명에서는 도 10, 11, 12 으로 대변되는 3가지 실시예만을 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 적층조합이 가능함은 물론이고, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위내에 속함은 자명할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기에 의하면, 미세채널 반응기에서 발열반응과 흡열반응 사이의 열적 균형을 제어할 수 있으며, 한 반응층에서 일어나는 발열반응 또는 흡열반응에 상응하는 냉각 및 가열이 인접한 다른 층에서 가능하도록 구성할 수 있다.

또한, 유동하는 반응물질의 양이 증가하더라도 동일 또는 그 이상의 비율로 촉매와의 반응면적이 증가하고, 통과되는 반응물질의 양이 균일한 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (9)

1. 각 모서리 영역에 제 1, 2, 3, 4 연결공(520, 522, 523, 524)가 각각 관통 형성되고, 미세채널을 가진 금속판을 적층하여 이루어지고, 매니폴드에 제1반응입구와 출구 및 제2반응 입구와 출구가 각각 형성된 미세채널 반응기에 있어서,

   상기 금속판은,

   유체의 진행방향에 대해 3차원 형상을 갖고, 다수의 미세 관통공(516)을 갖는 미세채널부(510);

   상기 미세채널부(510)의 일측과 상기 제 1 연결공(520) 사이에 연속적으로 형성된 배출분배구(530); 및

   상기 미세채널부(510)의 타측과 상기 제 2 연결공(522) 사이에 연속적으로 형성된 공급분배구(540);로 구성된 미세채널판(500)이고

   상기 미세채널판(500)을 복수개 적층하여 반응부를 형성하고,

   상기 반응부의 일면에는 블랭크판(800)이 적층되어 상기 미세채널부(510)를 차단하며,

   상기 반응부는,

   상기 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제2반응부(900); 및

   상기 미세채널판(500)을 2개 ~ 3개를 적층하여 형성된 제1반응부(1000);로 구성되고,

   상기 제2반응부(900)와 제1반응부(1000) 사이에는 유동방향으로 균일단면을 갖는 미세채널이 음각된 금속판(100)이 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2반응부(900), 제1반응부(1000) 및 금속판(100)이 반복적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 미세채널부(510)는

   일방향으로 반복 형성된 제 1 파형부(512);

   상기 제 1 파형부(512)의 배면에 형성되고, 상기 제 1 파형부(512)와 겹치지 않도록 형성된 제 2 파형부(514); 및

   상기 제 1, 2파형부(512, 514)를 공통적으로 관통하는 다수의 미세관통공(516)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 파형부(512)의 일방향은 상기 미세채널부(510)내에서 유체가 진행방향에 대해 수직인 방향인 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 파형부(512)의 두께는 상기 미세채널판(500) 두께의 절반이고, 상기 제 2 파형부(514)의 두께는 상기 미세채널판(500) 두께의 절반인 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.
9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 미세채널부(510)는 표면에 코팅된 촉매층(590)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 미세채널을 이용한 미세채널 반응기.

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