KR100658361B1 - 마이크로 채널 리액터 - Google Patents

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KR100658361B1
KR100658361B1 KR1020050084531A KR20050084531A KR100658361B1 KR 100658361 B1 KR100658361 B1 KR 100658361B1 KR 1020050084531 A KR1020050084531 A KR 1020050084531A KR 20050084531 A KR20050084531 A KR 20050084531A KR 100658361 B1 KR100658361 B1 KR 100658361B1
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plate
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이상희
홍환표
최민수
손택준
이성배
송기연
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/432—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
    • B01F25/4323—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa using elements provided with a plurality of channels or using a plurality of tubes which can either be placed between common spaces or collectors
    • B01F25/43231—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa using elements provided with a plurality of channels or using a plurality of tubes which can either be placed between common spaces or collectors the channels or tubes crossing each other several times
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/051—Micromixers, microreactors

Abstract

본 발명은 마이크로 채널 리액터에 관한 것으로, 본 발명에 따른 마이크로 채널 리액터는 혼합될 유체가 투입되는 투입관이 각각 구비된 유체 투입부와, 투입된 유체가 혼합되는 유체 혼합부와, 혼합된 유체가 배출되는 유체 배출부로 이루어지고, 상기 유체 혼합부는, 상면에 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되어 길이방향의 유로채널이 형성된 하부플레이트와, 상면과 배면은 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되며, 배면에 형성된 도넛형 채널은 상기 연통부가 상기 하부플레이트의 도넛형 채널의 중앙에 위치되어 상기 하부플레이트의 유로채널과 연통되고, 상면에 형성된 도넛형 채널은 상기 하부플레이트의 도넛형 채널과 동일축선상에 위치되어 하부에 형성된 도넛형 채널 및 하부플레이트의 유로채널과 연통되며, 투입된 유체가 상하방향 및 길이방향으로의 이동이 반복되는 3차원 유로채널이 형성되고 상기 하부플레이트의 상부에 적층되는 중간플레이트 및 상기 중간플레이트의 상부에 적층되는 상부플레이트로 이루어져 일체로 접합되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 이종 유체가 길이방향 및 상하방향으로 반복 이동되도록 하여 분기 및 합류가 되도록 형성된 3차원 유로를 통과하게 되어 서로 직접적으 로 충돌함으로써 유체를 짧은 시간 내에 혼합할 수 있을 뿐만 아니라, 단위체적당 유로를 최대로 길게 형성함으로써 균일한 혼합이 되도록 하여 반응효율을 높일 수 있고, 화학반응의 성질 및 제어를 동시에 조절할 수 있으며, 소형화할 수 있고, 이종 유체가 혼합될 때의 반응열의 흡수 및 방출이 가능하여 반응효율을 향상시킬 수 있으며, 에칭에 의해 유로가 형성된 금속박판을 브레이징 접합으로 적층하여 제작함으로써 정밀하게 가공할 수 있고 제조가 용이하여 경제적이며 내구성이 우수한 효과가 있다.
마이크로, 채널, 리액터, 도넛형 채널, 연통부, 3차원, 유로채널, 금속박판, 플레이트, 에칭, 브레이징, 적층, 반응열

Description

마이크로 채널 리액터{Micro Channel Reactor}
도 1은 종래의 마이크로 채널 리액터를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 열교환기를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터의 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터의 분해사시도.
도 5는 도 3의 A-A 단면도.
도 6은 도 3의 B-B 단면도.
도 7은 도 3의 C-C 단면도.
도 8은 도 3의 D-D 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 형태의 마이크로 채널 리액터를 나타낸 사시도.
도 10은 도 9의 분해사시도.
도 11은 도 10의 하부플레이트의 평면도.
도 12는 도 10의 중간플레이트의 평면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 형태의 마이크로 채널 리액터의 분해사시도.
도 14는 도 10의 하부 및 중간플레이트의 변형예를 나타낸 사시도.
도 15는 본 발명의 또 다른 형태의 마이크로 채널 리액터의 분해사시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10: 유체 투입부 20: 유체 혼합부
21,21',21",21''': 하부플레이트 22,22',22",22''': 중간플레이트
21a,22a',22a": 도넛형 채널 21b,22b',22b": 연통부
21c,22c',22c": 돌출부 23: 상부플레이트
24: 수용부 25: 분기부
25a: 미세채널 26: 합류부
27: 연결부 30: 유체 배출부
40: 열교환기 41: 미세채널
50: 마이크로 채널 리액터
본 발명은 마이크로 채널 리액터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종유체를 상하로 반복 이동되도록 형성된 유로를 통과하도록 하여 서로 충돌하면서 반응하도록 하는 마이크로 채널 리액터에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로 채널 리액터는 수십 또는 수백미크론 크기의 채널을 가공하여 미세 유로를 형성하고, 이 유로 사이를 유체가 통과하면서 혼합되도록 하고 이 혼합된 유체를 배출하기 위한 기기이다.
서로 다른 이종유체를 혼합하기 위한 현존하는 장치들을 이용하여 유체를 혼 합하는 방법은 기계적 장치를 이용하여 축에 달린 블레이드의 회전운동이나 상승 또는 하강운동을 통하여 유체들을 혼합하게 된다. 하지만 이러한 장치들의 가장 큰 문제점은 유체를 혼합하는데 있어서 소요되는 시간이 길고 크기가 제한되어 있어 많은 양의 유체를 혼합하는 데에는 적합하지 않다는 것이다. 따라서, 많은 양의 혼합유체를 생산하고자 할 때는 혼합하는데 많은 시간이 소요되고, 많은 양의 혼합유체를 수용하기 위하여 대형화되며, 이에 따라 설비비용이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다. 또한, 이러한 혼합기의 대부분은 용기 내에서 혼합날개에 의한 혼합방법을 이용하기 때문에 정해진 혼합량에 따라 용기를 교체해야 되는 번거러움 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 사용된 마이크로 채널 리액터의 일예로 특허출원번호 제2000-7004186호(발명의 명칭: 마이크로 믹서)가 개시된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.
도시된 바와 같이, 하우징 저부(101)와 하우징 상부(102)가 서로를 향해 대면하는 접속표면(103,104) 상에 밀봉식으로 서로 지탱되며, 유입통로(105a,105b)와 유출구(106)가 접속표면(103,104)에 의해서 형성된 분리면으로 개방되고 혼합부(107)를 형성하는 통로 그루브(108,109)는 2개의 접속표면(103,104) 중 적어도 하나에 형성되어 있다.
종래에 사용된 마이크로 채널 리액터의 다른예로 수백개의 마이크로 미세채널을 통해 유체를 분사함으로써 확산에 의한 혼합이 이루어지는 마이크로 채널 리액터가 제안되었으나, 서로 다른 평면에서 서로 다른 방향으로 분사됨으로써 확산 에 의한 혼합에 불과하여 혼합성능이 제한되는 문제점이 있었다. 또한, 통로 그루브(108,109)의 가공이 어려워 제조비용이 많이 소요되고, 유체가 서로 혼합되는 부분이 많아 압력손실이 많이 발생되어 혼합효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 유출구(106)로 혼합유체가 배출될 때 소정의 압력을 유지하기 위해서는 유입통로(105a,105b)에서 고압으로 유체를 유입시켜야 하므로 마이크로 채널 리액터를 고압용기로 제조되어야 하는 문제점이 있었다.
한편, 다수의 미세채널이 형성된 금속판을 브레이징 접합하여 제작한 열교환기로 본인이 출원하여 등록받은 등록특허공보 제437135호(발명의 명칭: 마이크로 열교환기 및 제작방법)를 도 2에 도시하였다.
도시된 바와 같이, 미세채널(121)이 가공된 금속판(122)을 접합용 박판과 교번 적층하고 브레이징 접합을 실시하여 형성되어 있으며, 이렇게 구성된 열교환기는 미세채널(121)이 이루는 각 유로에 대한 내열성, 내압력성이 극대화될 수 있도록 한 것이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이종 유체가 상하로 반복 이동되도록 형성된 3차원 유로를 통과하게 되어 서로 직접적으로 충돌함으로써 유체를 짧은 시간 내에 효과적으로 혼합할 수 있도록 하는 마이크로 채널 리액터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유로를 길게 형성하며 소형화할 수 있으며 이종 유체가 혼합될 때의 반응열을 흡수 및 방출이 용이하도록 하며 반응효율을 향상시키는 마이크로 채널 리액터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에칭에 의해 유로가 형성된 금속박판을 브레이징 접합으로 적층하여 제작함으로써 정밀하게 가공할 수 있고 제조가 용이하여 경제적이며 내구성이 우수한 마이크로 채널 리액터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 혼합될 유체가 투입되는 투입관이 각각 구비된 유체 투입부와, 투입된 유체가 혼합되는 유체 혼합부와, 혼합된 유체가 배출되는 유체 배출부로 이루어지고, 상기 유체 혼합부는, 상면에 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되어 길이방향의 유로채널이 형성된 하부플레이트와, 상면과 배면은 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되며, 배면에 형성된 도넛형 채널은 상기 연통부가 상기 하부플레이트의 도넛형 채널의 중앙에 위치되어 상기 하부플레이트의 유로채널과 연통되고, 상면에 형성된 도넛형 채널은 상기 하부플레이트의 도넛형 채널과 동일축선상에 위치되어 하부에 형성된 도넛형 채널 및 하부플레이트의 유로채널과 연통되며, 투입된 유체가 상하방향 및 길이방향으로의 이동이 반복되는 3차원 유로채널이 형성되고 상기 하부플레이트의 상부에 적층되는 중간플레이트 및 상기 중간플레이트의 상부에 적층되는 상부플레이트로 이루어져 일체로 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 하부플레이트의 도넛형 채널은 에칭에 의해 형성되며, 상기 중간플레이트의 상면 및 배면에 형성된 도넛형 채널은 상하로 연통되도록 상기 중간플레이트 두께의 절반깊이로 에칭된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 하부플레이트의 도넛형 채널의 깊이는 상기 중간플레이트의 상면과 배면에 형성된 도넛형 채널의 깊이와 동일하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 상기 유체 혼합부는 상기 유체 투입부로부터 투입된 유체가 수용되는 수용부와 상기 수용부로부터 분기되도록 다수개의 미세채널이 형성된 분기부와 상기 분기부로부터 합류되며 상기 유체혼합부의 3차원 유로채널과 연결되는 합류부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 유체 혼합부의 유로채널은 인접하여 다수개 구비되며 유로채널의 각각의 단부를 연결하는 연결부가 구비된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 유체 혼합부의 하부플레이트, 중간플레이트 및 상부플레이트는 브레이징 접합되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 상기 유체 혼합부의 하부플레이트와 중간플레이트는 둘이상 반복 적층되며 유로채널의 출구와 적층되어 형성된 유로채널의 입구가 서로 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 유체 혼합부의 하부플레이트의 하부에 접합되며 냉각수 유입구 및 배출구가 형성되고 상면에 다수의 마이크로 채널이 형성된 마이크로 열교환기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터의 분해사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A 단면도이고, 도 6은 도 3의 B-B 단면도이며, 도 7은 도 3의 C-C 단면도이고, 도 8은 도 3의 D-D 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 채널 리액터(50)는, 혼합될 유체가 투입되는 유체 투입부(10)와, 투입된 유체가 혼합되는 유체 혼합부(20) 및 혼합된 유체가 배출되는 유체 배출부(30)로 구성된다.
상기 유체 투입부(10)는 이종의 유체가 투입되는 투입관이 각각 구비되며, 이 투입관을 통해 투입된 이종 유체가 유체 혼합부(20)로 이동되어 혼합되게 된다.
상기 유체 혼합부(20)는, 상기 유체 투입부(10)와 상기 유체 배출부(30)와 각각 결합되어 연통되며, 박판으로 된 하부플레이트(21), 중간플레이트(22) 및 상부플레이트(23)가 적층되게 된다. 이때 각 플레이트(21,22,23)은 브레이징 접합되는 것이 바람직하다.
상기 하부플레이트(21)는 상면에 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널(21a)이 형성되되 상기 도넛형 채널(21a)의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널(21a) 사이가 연통되도록 연통부(21b)가 구비되어 길이방향의 유로채널이 형성되어 있다. 이종 유체가 상기 유체 투입부(10)로 투입되게 되면 상기 도넛형 채널(21a)을 거쳐 분기되게 되고 연통부(21b)로 이동되면서 합류되게 되어 반응을 하게 된다. 이러한 도넛형 채널(21a)과 이 채널(21a) 사이를 연통시키는 연통부(21b)가 반복적으로 구비되게 되므로 이종유체가 도넛형 채널(21a)과 연통부(21b)를 통과하면서 이종유체의 반응이 촉진되게 된다. 이때, 연통부(21b)는 도넛형 채널(21a)들끼리의 단부가 겹쳐질 때 연통부(21b)에서 이종유체가 합류 및 분기되도록 V자형태의 돌출부(21c)가 구비되도록 겹쳐지는 것이 바람직하다. 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)은 에칭에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 중간플레이트(22)는 상기 하부플레이트(21)의 상부에 적층되며, 전술한 하부플레이트(21)와 마찬가지로 상면 및 배면에 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널(22a',22a")이 형성되되 상기 도넛형 채널(22a',22a")의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널(22a',22a") 사이가 연통되도록 연통부(22b',22b")가 구비되어 있다. 이때, 연통부(22b',22b")는 전술한 하부플레이트(21)와 마찬가지로 도넛형 채널(22a',22a")들끼리의 단부가 겹쳐질 때 연통부(22b',22b")에서 이종유체가 합류되도록 V자형태의 돌출부(22c',22c")가 구비되도록 겹쳐지는 것이 바람직하다.
이때, 배면에 형성된 도넛형 채널(22a')은 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)의 중앙에 위치되어 상기 하부플레이트(21)의 유로채널과 연통되고, 상면에 형성된 도넛형 채널(22a")은 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)과 동일축선상에 위치되어 배면에 형성된 도넛형 채널(22a") 및 하부플레이트(21)의 유로채널과 연통되도록 되어 있다. 따라서, 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a")은 하부플레이트(21)의 유로채널과 연통되게 됨으로써 상하방향으 로의 이동이 가능하게 된다. 결국, 상기 도넛형 채널(21a,22a',22a")은 서로 길이방향 및 상하방향으로 연통됨으로써 이종유체가 길이방향 및 상하방향으로의 이동이 반복가능하게 되는 3차원 유로를 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명은 도넛형 채널(21a,22a',22a")이 3차원 유로채널을 형성함으로써 이종유체가 길이방향으로 분기 및 합류가 되도록 함과 동시에 상하로 이동되어 분기 및 합류가 되도록 하여 이종유체의 혼합반응을 촉진시키게 되는 것이다.
또한, 상기 중간플레이트(22)의 상면 및 배면에 형성된 도넛형 채널(22a',22a")은 상하로 연통되도록 상기 중간플레이트(22) 두께의 절반깊이로 에칭되는 것이 바람직하며, 상면과 배면에 형성된 도넛형 채널(22a',22a")의 깊이는 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)의 깊이와 동일하도록 되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 중간플레이트(22)의 배면에 형성된 도넛형 채널(22a")를 중심으로 상하 대칭되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부플레이트(23)는 상기 중간플레이트(22)의 상면을 덮는 역할을 한다.
도 3 내지 도 8에 도시된 마이크로 채널 리액터는 3차원 유로채널이 한줄로 형성된 것을 나타내며, 도 9 내지 도 15에 도시된 마이크로 채널 리액터는 3차원 유로채널이 인접하여 다수개 구비되며 유로채널의 각각의 단부가 서로 연결되어 있는 것을 나타낸다.
도 5 내지 도 8에 도시된 단면도는 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널 (21a)과 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a')이 동일축선상에 위치된 것을 나타내고 있다.
도 5는 도 3의 A-A 단면도로서, 이종유체가 도 3의 A-A 단면 위치에서는 상기 중간플레이트(22)의 연통부(22b")와 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a') 및 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(22a)이 각각 분기되어 있으며 이에 따라 이종유체가 각각 분기되게 된다.
도 6은 도 3의 B-B 단면도로서, 이종유체가 도 5의 단면 위치에서와 같이 각각 분기된 상태에서 도 6의 단면 위치에 도달되면 상기 중간플레이트(22)의 연통부(22b")와 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a) 및 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a')이 서로 연통되어 있게 되므로 서로 합류되게 된다. 도 3의 B-B 단면 위치에 도달되면 상기 중간플레이트(22)의 연통부(22b")에 구비된 V자형태의 돌출부(22c")의 중앙을 지난 위치로 상기 중간플레이트(22)의 연통부(22b")에 구비된 돌출부(22c")에 의해 넓어지면서 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a')과 상기 하부플레이트(21a)에 형성된 도넛형 채널(21a)로 분기되게 된다.
도 7은 도 3의 C-C 단면도로서 이종유체가 도 6의 단면 위치에서 도 7의 단면 위치에 도달되면 상기 중간플레이트(22)의 연통부(22b")에서 합류된 이종유체가 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)과 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a') 및 상기 중간플레이트(22)의 배면에 형성된 도넛형 채널(22a")로 이동되어 합류되게 된다. 이러한 상태는 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)과 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a') 및 상기 중간플레이트(22)의 배면에 형성된 도넛형 채널(22a")이 모두 연통된 상태이다.
도 8은 도 3의 D-D 단면도로서, 이종유체가 도 7의 단면 위치에서 도 8의 단면 위치에 도달되면 상기 하부플레이트(21)의 도넛형 채널(21a)과 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 도넛형 채널(22a') 및 상기 중간플레이트(22)의 배면에 형성된 도넛형 채널(22a")로 이동되어 합류된 이종유체가 길이방향으로는 상기 중간플레이트(22)의 도넛형 채널(22a")로 분기되게 되며 상하방향으로는 상기 중간플레이트(22)의 상면에 형성된 연통부(22b')와 상기 하부플레이트(21)의 연통부(21c)로 분기되게 된다. 이와 같이, 본 발명은 길이방향 및 상하방향으로 분기되도록 3차원 유로채널을 형성함으로써 이종유체의 혼합반응효율을 높일 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 다른 형태의 마이크로 채널 리액터를 나타낸 사시도이며, 도 10은 도 9의 분해사시도이고, 도 11은 도 10의 하부플레이트의 평면도이며, 도 12는 도 10의 중간플레이트의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 상기 유체 혼합부(20)는 상기 유체 투입부(10)로부터 투입된 유체가 수용되는 수용부(24)와 상기 수용부(24)로부터 분기되도록 다수개의 미세채널(25a)이 형성된 분기부(25)와 상기 분기부(25)로부터 합류되며 상기 유체혼합부(20)의 3차원 유로채널과 연결되는 합류부(26)가 더 구비된다. 이때, 상기 분기부(25)와 합류부(26)는 교번되게 복수개로 구비되어도 무방하다. 또한, 3차원 유로채널이 인접하여 다수개 구비되며, 유로채널의 각각의 단부가 서로 연결되는 연결부(27)가 구비되어 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 형태의 마이크로 채널 리액터의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 도 11에 도시된 하부플레이트(21)와 중간플레이트(22)가 교번되게 둘이상 반복 적층되어 있다. 이러한 경우에 맨 상부에 위치한 하부플레이트(21')와 중간플레이트(22')는 유로채널의 배출측이 중간에 위치한 하부플레이트(21")와 중간플레이트(22")의 입구측과 연결되게 된다. 또한, 중간에 위치한 하부플레이트(21")와 중간플레이트(22")의 배출측은 맨 하부에 위치한 하부플레이트(21''')와 중간플레이트(22''')의 입구측과 연결되게 된다. 이와 같이 본 발명은 하부플레이트(21)와 중간플레이트(22)가 교번되게 둘이상 반복 적층됨으로써 3차원 유로채널의 길이를 최대한 길게 할 수 있게 되어 혼합반응효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 14는 도 10의 하부 및 중간플레이트의 변형예를 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이 이종유체가 각각 투입되어 각각 수용되도록 수용부(24)가 각각 구비되어 있으며, 각각 투입되어 각각 수용된 이종유체가 미세채널(25a)이 마주보도록 형성되어 있는 분기부(25)가 형성되어 있다. 따라서, 이종유체가 상기 분기부(25)로부터 분기되어 합류부(26)에서 합류될 때 서로 충돌하여 합류되게 된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 형태의 마이크로 채널 리액터의 분해사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로 채널 리액터는 하부플레이트(21)의 하부에 마이크로 열교환기(40)를 더 적층되는 것이 바람직하다. 상기 마이크로 열교환기(40)는 상기 유체 혼합부(20)의 하부플레이트(21)의 하부에 접합되며 냉각수 유입구 및 배출구가 형성되고 상면에 다수의 마이크로 채널(41)이 형성되어 있다.
여기에서 열교환기는 미세채널(41)이 형성되며 V자형태로 반복형성되어 있으나 다른 형태의 열교환기를 사용하여도 무방하다. 이와 같이 열교환기(40)를 이용하게 되면 이종유체의 반응에 필요한 반응열의 흡수 또는 방출이 가능하도록 함으로써 반응효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 이종 유체가 길이방향 및 상하방향으로 반복 이동되도록 하여 분기 및 합류가 되도록 형성된 3차원 유로를 통과하게 되어 서로 직접적으로 충돌함으로써 유체를 짧은 시간 내에 혼합할 수 있을 뿐만 아니라, 단위체적당 유로를 최대로 길게 형성함으로써 균일한 혼합이 되도록 하여 반응효율을 높일 수 있고, 화학반응의 성질 및 제어를 동시에 조절할 수 있으며, 소형화할 수 있고, 이종 유체가 혼합될 때의 반응열의 흡수 및 방출이 가능하여 반응효율을 향상시킬 수 있으며, 에칭에 의해 유로가 형성된 금속박판을 브레이징 접합으로 적층하여 제작함으로써 정밀하게 가공할 수 있고 제조가 용이하여 경제적이며 내구성이 우수한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 혼합될 유체가 투입되는 투입관이 각각 구비된 유체 투입부와, 투입된 유체가 혼합되는 유체 혼합부와, 혼합된 유체가 배출되는 유체 배출부로 이루어지고,
    상기 유체 혼합부는,
    상면에 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되어 길이방향의 유로채널이 형성된 하부플레이트와,
    상면과 배면은 일정깊이를 가지며 길이방향으로 배치된 다수개의 도넛형 채널이 형성되되 상기 도넛형 채널의 단부가 서로 연접되어 도넛형 채널 사이가 연통되도록 연통부가 구비되며, 배면에 형성된 도넛형 채널은 상기 연통부가 상기 하부플레이트의 도넛형 채널의 중앙에 위치되어 상기 하부플레이트의 유로채널과 연통되고, 상면에 형성된 도넛형 채널은 상기 하부플레이트의 도넛형 채널과 동일축선상에 위치되어 하부에 형성된 도넛형 채널 및 하부플레이트의 유로채널과 연통되며, 투입된 유체가 상하방향 및 길이방향으로의 이동이 반복되는 3차원 유로채널이 형성되고 상기 하부플레이트의 상부에 적층되는 중간플레이트 및
    상기 중간플레이트의 상부에 적층되는 상부플레이트로 이루어져 일체로 접합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부플레이트의 도넛형 채널은 에칭에 의해 형성되며,
    상기 중간플레이트의 상면 및 배면에 형성된 도넛형 채널은 상하로 연통되도록 상기 중간플레이트 두께의 절반깊이로 에칭된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부플레이트의 도넛형 채널의 깊이는 상기 중간플레이트의 상면과 배면에 형성된 도넛형 채널의 깊이와 동일하도록 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 혼합부는 상기 유체 투입부로부터 투입된 유체가 수용되는 수용부와 상기 수용부로부터 분기되도록 다수개의 미세채널이 형성된 분기부와 상기 분기부로부터 합류되며 상기 유체혼합부의 3차원 유로채널과 연결되는 합류부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 혼합부의 유로채널은 인접하여 다수개 구비되며 유로채널의 각각의 단부를 연결하는 연결부가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 혼합부의 하부플레이트, 중간플레이트 및 상부플레이트는 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 혼합부의 하부플레이트의 하부에 접합되며 냉각수 유입구 및 배출구가 형성되고 상면에 다수의 마이크로 채널이 형성된 마이크로 열교환기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 혼합부의 하부플레이트와 중간플레이트는 둘이상 반복 적층되며 유로채널의 단부끼리 상하로 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 리액터.
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