KR100933030B1 - 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

탄소나노튜브 제조장치는 반응기 및 반응기 안에 구비된 커튼유닛을 구비한다. 커튼유닛은 반응기 측벽으로 진행하는 금속촉매 입자의 경로를 변경시키는 차단막을 형성하여 금속촉매 입자가 반응기 측벽에 유착되는 것을 방지한다. 이에 따라, 탄소나튜브 제조장치는 금속촉매의 유실을 감소시키고, 생산성을 향상시키며, 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD OF PRODUCING CARBON NANO TUBE}

본 발명은 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 촉매 입자를 유동시켜 탄소나노튜브를 생성하기 위한 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

탄소나노튜브(Carbon Nanotubes : CNTs)는, 서로 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 무늬로 결합되어 탄소 평면을 이루고 탄소 평면이 원통형으로 말려서 튜브 형상으로 이루어진 것을 말한다.

탄소나노튜브는 그 구조에 따라 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타내며, 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 커패시터와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용 가능하다.

이러한 탄소나노튜브는 고온의 반응기 안에 금속 촉매 입자와 탄화수소 계열의 소스 가스를 분산 및 반응시켜서 생성된다. 즉, 반응기 안에서 금속촉매를 소스 가스에 의해 부유시키면서 소스가스와 금속촉매를 열분해시켜 금속촉매에 탄소나노튜브를 성장시킨다.

일반적으로, 금속촉매는 철을 포함하고, 반응기는 철과 반응하기 쉬운 스테인리스 재질로 이루어진다. 특히, 탄소나노튜브는 고온에서 생성되기 때문에, 반응기는 섭씨 600도 이상으로 가열된다. 이로 인해, 반응기 내에서 부유하는 금속촉매 입자가 반응기 측벽에 부착되어 반응기와 합성된다. 이에 따라, 이를 제거하는 별도의 작업이 요구되며, 생산성이 저하되고, 금속촉매가 유실된다.

본 발명의 목적은 금속촉매와 반응기의 유착을 방지할 수 있는 탄소나노튜브 제조장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기한 탄소나노튜브 제조장치를 이용하여 탄소나노튜브를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 탄소나노 튜브 제조장치는, 반응기 및 커튼유닛으로 이루어진다.

반응기는 금속촉매와 소스가스가 서로 반응하여 탄소나노튜브가 생성되는 반응공간을 제공한다. 커튼유닛은 상기 반응공간에 구비되고, 상기 반응기 측벽을 향하는 금속촉매 입자의 경로를 변경하는 차단막을 형성하여 상기 반응기의 측벽에 금속촉매 입자가 유착되는 것을 방지한다.

차단막은 상기 반응기의 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 반응기의 측벽을 따라 연속적으로 형성되어 링 형상을 갖는다.

구체적으로, 상기 커튼유닛은, 적어도 하나의 차단노즐 및 적어도 하나의 가스 공급라인을 구비한다. 차단노즐은 상기 반응기의 측벽과 인접하게 위치하고, 상기 반응기의 길이 방향으로 차단가스를 분사하여 상기 차단막을 형성한다. 가스 공급라인은 차단노즐에 상기 차단가스를 제공한다.

또한, 상기 커튼유닛은 서로 이격되어 마주하는 두 개의 차단노즐을 구비할 수 있고, 상기 두 개의 차단노즐은 서로를 향해 상기 차단가스를 분사한다. 여기서, 상기 차단막은 상기 두 개의 차단노즐 사이에 형성된다.

상기 차단노즐은, 상기 반응기 내측벽을 따라 연속적으로 형성되어 링 형상을 갖고, 내부에 상기 차단가스가 유입되는 가이드 공간을 제공하며, 상기 가스 공급라인으로부터의 차단가스가 유입되는 적어도 하나의 유입홀과 상기 가이드 공간에 유입된 상기 차단가스를 배기하는 적어도 하나의 분사홀을 갖는다.

한편, 상기 반응기는 측벽은, 내열성 재질로 이루어진 제1 층, 및 상기 제1 층의 내면에 형성되고 상기 제1 층과 서로 다른 재질로 이루어진 제2 층을 포함한다. 구체적으로, 상기 제1 층은 스테인리스 재질로 이루어지고, 상기 제2 층은 석영을 포함한다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 탄소나노 튜브 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 반응기에 금속촉매와 소스가스를 제공한다. 상기 반응기 안에서 상기 금속촉매와 상기 소스가스를 반응시켜 탄소나노튜브를 형성하고, 이와 동시에, 상기 반응기 안에 차단막을 형성하여 상기 반응기의 측벽으로 진행하는 금속촉매 입자의 경로를 변경시킨다.

구체적으로, 상기 차단막을 형성하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기 반응기의 길이 방향으로 차단 가스를 분사하여 상기 반응기의 측벽과 인접하게 상기 차단막을 형성한다. 상기 차단막으로 진입한 금속촉매 입자를 상기 차단가스의 진행 방향으로 이동시킨다.

본 발명에 따르면, 커튼유닛은 반응기 내부에 차단막을 형성하여 반응기 측벽으로 유입되는 금속촉매 입자를 반응기 중앙부로 가이드한다. 이에 따라, 탄소나노튜브 제조장치는 금속촉매 입자가 반응기 측벽에 유착되어 반응기 측벽과 반응하는 것을 방지한다. 따라서, 탄소나노튜브 제조장치는 금속촉매의 유실을 감소시키고, 생산성을 향상시키며, 제조 원가를 절감할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes : CNTs) 제조장치(100)는 반응기(130), 촉매 공급노즐(140), 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152), 분산판(160), 제1 및 제2 히팅부(171, 172), 및 회수라인(180)을 포함한다.

구체적으로, 상기 반응기(130)는 바디부(110) 및 커버부(120)로 이루어진다. 상기 바디부(110)는 상면이 개구된 원통 형상을 갖고, 예열공간(PHS)과 반응공간(RS)을 제공한다. 여기서, 상기 예열공간(PHS)은 소스가스(SG)가 상기 반응공간(RS)에 유입되기 전에 예열되는 공간이다. 상기 반응공간(RS)은 상기 예열공간(PHS)의 상부에 위치하고, 상기 소스가스(SG)와 금속촉매(MC)가 반응하여 탄소나 노튜브(CNT)가 생성된다.

상기 바디부(110)는 바닥면(111) 및 상기 바닥면(111)으로부터 상기 예열공간(PHS)과 상기 반응공간(RS)을 형성하도록 연장된 측벽(112)을 포함한다. 상기 바닥면(111)은 상기 측벽(112)과 함께 상기 예열공간(PHS)을 정의하고, 상기 소스가스(SG)가 유입되는 제1 및 제2 가스 공급홀(111a, 111b)이 형성된다. 이 실시예에 있어서, 상기 바디부(110)는 두 개의 가스 공급홀(111a, 111b)을 구비하나, 상기 가스 공급홀(111a, 111b)의 개수는 상기 소스가스 라인(151, 152)의 개수에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.

상기 바디부(111)의 측벽(112)은 내열성 금속재질, 예컨대, 스테인레스로 이루어진 제1 층(112a) 및 상기 제1 층(112a)의 내면에 형성된 제2 층(112b)을 포함한다. 상기 제2 층(112b)은 열에 강하고 철과 반응하지 않는 석영 또는 비철금속, 예컨대, 크롬을 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 층(112a)은 열과 압력에 강한 스테인리스 재질로 이루어져 공정 오류로 인해 상기 반응기(130)의 내부 압력이 급격하게 상승하더라도 상기 반응기(130)가 폭발하는 것을 방지한다.

그러나, 상기 제1 층(112a)은 철과 반응하는 스테인리스 재질로 이루어지기 때문에 상기 금속촉매(MC)와 반응할 수 있다. 즉, 상기 금속촉매(MC)는 자성체를 갖는 유기금속 화합물, 예컨대, 철, 코발트, 니켈 등을 포함한다. 이러한 금속촉매(MC)의 성분으로 인해 상기 탄소나노튜브(CNT)를 생성하기 위한 열분해 과정에서 상기 제1 층(112a)에 합성될 수 있다.

상기 제2 층(112b)은 상기 제1 층(112a)의 내면에 구비되어 상기 금속촉매(MC)와 상기 제1 층(112a) 간의 접촉을 방지한다. 상기 제2 층(112b)은 상기 열분해 과정에서 상기 금속촉매(MC)와 반응하지 않으므로, 상기 금속촉매(MC)가 상기 측벽(112)에 부착 및 합성되는 것을 방지한다. 본 발명의 일례로, 상기 제2 층(112b)은 상기 반응공간(RS)에만 구비되나, 상기 예열공간(PHS)에도 구비될 수 있다.

이와 같이, 상기 반응기(130)는 상기 바디부(110)의 측벽(112)이 이중막으로 형성되고, 내부막이 상기 금속촉매(MC)와 반응하지 않는 재질로 이루어진다. 이에 따라, 상기 반응기(130)는 상기 금속촉매(MC)가 상기 바디부(110)의 측벽(112)에 부착되어 상기 측벽(112)과 합성되는 것을 방지하므로, 제품의 수율 및 생산성을 향상시킨다.

상기 바디부(110)의 상부에는 상기 커버부(120)가 구비된다. 상기 커버부(120)는 상기 바디부(110)와 결합하여 상기 바디부(110)를 밀폐시킨다. 이 실시예에 있어서, 상기 커버부(120)는 단일막으로 형성되나, 상기 바디부(110)의 측벽(112)과 같이 이중막으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 커버부(120)의 내부막은 상기 제2 층(112b)과 동일한 재질로 이루어진다.

상기 커버부(120)의 중앙부에는 상기 탄소나노튜브(CNT)를 형성하는 과정에서 생성된 배기가스(EG)를 외부로 배출하는 배기구(121)가 형성된다. 상기 배기구(121)는 배기장치(미도시)에 연결되어 상기 배기가스(EG)를 상기 배기장치에 제공한다.

한편, 상기 촉매 공급노즐(140)은 상기 바디부(110)의 일측에 구비되어 상기 바디부(110)에 상기 금속 촉매(MC)를 제공한다. 상기 촉매 공급노즐(140)의 출력단은 상기 바디부(110)의 측벽(112)을 관통하여 상기 반응공간(RS)에 구비되고, 상기 금속 촉매(MC)를 상기 반응공간에 유입시킨다.

상기 바디부(110)의 하부에는 상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)이 구비된다. 이 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 제조장치(100)는 두 개의 소스가스 라인(151, 152)을 구비하나, 상기 소스가스 라인(151, 152)의 개수는 상기 반응기(130)의 크기에 따라 증가하거나 감소 될 수도 있다.

상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)은 상기 바디부(110)의 바닥면에 결합되고, 상기 소스가스(SG)를 상기 바디부(110)로 제공한다. 여기서, 상기 소스 가스(SG)는 탄화수소 계열 가스, 예컨대, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 중 적어도 어느 하나의 가스를 포함한다. 상기 소스가스(SG)는 상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)으로부터 상기 가스 공급홀들(111a, 111b)을 통해 상기 예열공간(PHS)으로 유입된다.

한편, 상기 분산판(160)은 상기 반응공간(RS)과 상기 예열공간(PHS)의 경계부에 구비된다. 상기 분산판(160)은 상기 바디부(110)의 바닥면(111)과 마주하고, 상기 촉매 공급노즐(140)의 아래에 배치된다. 상기 분산판(160)은 상기 소스가스(SG)를 균일하게 분산시키는 다수의 분산홀(161)을 갖는다. 즉, 상기 소스가스(SG)는 상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)으로부터 상기 예열공간(PHS)으로 유입되고, 상기 예열공간(PHS)에 유입된 소스가스(SG)는 상기 분산홀들(161)을 통해 상기 반응공간(RS)에 분산된다.

상기 분산판(160)의 상부로 유입된 상기 금속촉매(MC)는 상기 분산홀들(161)을 통과한 소스가스(SG)에 의해 상기 반응공간(RS)을 부유하면서 상기 소스가스(SG)와 반응한다. 이에 따라, 상기 금속촉매(MC)에 상기 탄소나노튜브(CNT)가 성장된다. 이와 같이, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 상기 금속촉매(MC)가 상기 반응 공간(RS)을 부유하면서 생성되기 때문에, 상기 금속촉매(MC)의 부유가 활성화될수록 상기 탄소나노튜브(CNT)의 성장이 활성화된다.

상기 제1 및 제2 히팅부(171, 172)는 상기 바디부(110)의 외측에 구비된다. 상기 제1 및 제2 히팅부(171, 172)는 상기 바디부(110)의 측벽(112)에 구비되고, 상기 바디부(110)를 가열하여 상기 반응공간(RS)의 온도를 적정 온도로 유지시킨다. 구체적으로, 상기 제1 히팅부(171)는 상기 예열공간(PHS)과 대응하는 영역에 구비되어 상기 예열공간(PHS)의 온도를 적정 온도로 상승시킨다. 이에 따라, 상기 예열공간(PHS)으로 유입된 소스가스(SG)가 가열된다.

상기 제2 히팅부(172)는 상기 반응공간(RS)과 대응하는 영역에 구비되고, 상기 반응공간(RS)의 온도를 상기 탄소나노튜브(CNT)의 성장을 활성화하기 위한 적정 온도로 유지시킨다.

상기 반응공간(RS)에 형성된 상기 탄소나노튜브(CNT)는 상기 회수라인(180)을 통해 외부로 배출된다. 즉, 상기 회수라인(180)은 상기 바디부(110) 측벽(112)에 연결되고, 상기 탄소나노튜브(CNT)가 흡입되는 입력단이 상기 반응공간(RS)에 구비되어 상기 분산판(160)의 상부에 배치된다. 상기 회수 라인(180)은 상기 탄소나노튜브가 성장된 금속촉매를 상기 반응기(130)로부터 제공받아 외부의 탄소나노튜브 포집 장치(미도시)에 제공한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 탄소나노튜브 제조장치(200)는 반응기(130), 촉매 공급노즐(140), 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152), 분산판(160), 제1 및 제2 히팅부(171, 172), 회수라인(180), 및 커튼 유닛(240)(후술하는 도 3 참조)을 포함한다.

상기 탄소나노튜브 제조장치(200)의 구체적인 설명에 있어서, 상기 반응기(130), 촉매 공급노즐(140), 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152), 분산판(160), 제1 및 제2 히팅부(171, 172) 및 회수라인(180)은 도 1에 도시된 탄소나노튜브 제조장치(100)와 동일하므로, 그 중복된 설명은 생략한다.

상기 반응기(130)는 바디부(110)와 커버부(120)로 이루어지고, 상기 바디부(110)는 바닥면(111) 및 측벽(112)으로 이루어지고, 소스가스(SG)가 예열되는 예열공간(PHS)과 탄소나노튜브(CNT)가 생성되는 반응공간(RS)을 제공한다. 본 발명의 일례로, 상기 측벽(112)은 제1 층(112a)과 제2 층(112b)으로 이루어지나, 상기 측벽(112)은 상기 제1 층(112a)만으로 이루어질 수도 있다.

상기 촉매 공급노즐(140)은 금속촉매(MC)를 상기 반응기(130)에 제공하고, 상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)은 상기 소스가스(SG)를 상기 반응기(130)에 제공한다.

상기 분산판(160)은 상기 예열공간(PHS)에 유입된 소스가스(SG)를 상기 반응 공간(RS)에 분산시키고, 상기 제1 및 제2 히팅부(171, 172)는 상기 반응기(130)를 가열하여 상기 반응기(130) 내부를 적정 온도로 상승 및 유지시킨다.

한편, 상기 커튼 유닛(240)은 상기 반응기(130)의 측벽(112)에 구비되어 상기 반응기(130)의 측벽(112)에 상기 금속촉매(MC)가 부착되는 것을 방지한다.

이하, 도면을 참조하여 상기 커튼 유닛(240)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 커튼 유닛을 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 제1 차단노즐을 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다. 여기서, 도 3은 커튼 유닛(240)에 의해 형성된 차단막(IC)을 보다 명확하게 나타내기 위해 상기 촉매 공급노즐(140)과 상기 회수라인(180)을 생략하여 도시하였다.

도 3을 참조하면, 상기 커튼 유닛(240)은 제1 및 제2 차단노즐(210, 220) 및 다수의 차단가스 라인(231, 232, 233, 234)을 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)은 상기 반응공간(RS)에 구비되고, 상기 바디부(110)의 측벽(112)과 결합한다. 상기 제1 차단노즐(210)은 상기 분산판(160)과 인접하게 구비되고, 상기 제2 차단노즐(220)은 상기 제1 차단노즐(210)로부터 이격되어 상기 제1 차단노즐(210)과 마주한다.

이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)은 서로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 이하, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)의 구성에 대한 구체적인 설명에 있어서, 상기 제1 차단노즐(210)을 일례로 하여 설명하고, 상기 제2 차단노즐(220)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 차단노즐(210)은 링 형상을 갖고, 상기 바디부(110)의 측벽(112)을 따라 형성된다. 본 발명의 일례로, 상기 제1 차단노즐(210)은 횡단면이 사각 형상을 가지나, 원 형상 또는 반원 형상 등을 가질 수 있다.

상기 제1 차단노즐(210)은 내부에 차단가스(IG1)를 가이드하는 가이드 공간(GS1)이 형성되고, 상기 차단가스(IG1)를 상기 가이드 공간(GS1)으로 유입시키는 다수의 유입홀(211)이 형성된다. 여기서, 상기 차단가스(IG1)로는 불활성 가스가 이용된다.

또한, 상기 제1 차단노즐(210)은 상기 유입홀들(211)이 형성된 면과 마주하는 면에 상기 가이드 공간(GS1)에 유입된 차단가스를 외부로 배출하는 다수의 분사홀(212)이 형성된다. 본 발명에 일례로, 상기 제1 차단노즐(210)은 다수의 분사홀(212)을 가지나, 하나의 분사홀을 구비할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 분사홀은 상기 제1 차단노즐(210)을 따라 링 형상으로 형성된다.

다시, 도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)은 서로를 향해 상기 차단가스(IG1, IG2)를 분사하여 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)과의 사이에 상기 차단막(IC)을 형성한다. 즉, 상기 반응공간(RS)의 하부 영역에 구비된 상기 제1 차단노즐(210)은 분사홀들(212)이 제2 차단노즐(220)을 향하도록 배치된다. 반면, 상기 반응공간(RS)의 상부 영역에 구비된 상기 제2 차단노즐(220)은 분사홀들(222)이 상기 제1 차단노즐(210)을 향하도록 배치된다. 이에 따라, 상기 제1 차단노즐(210)로부터 분사되는 차단가스(IG1)는 상기 제2 차단노즐(220)을 향해 이동하고, 상기 제2 차단노즐(220)로부터 분사되는 차단가스(IG2)는 상기 제1 차단노즐(210)을 향해 이동한다.

상기 차단가스(IG1, IG2)에 의해 형성된 상기 차단막(IC)은 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)의 사이에서 상기 바디부(110)의 측벽(112)을 커버하고, 상기 제2 히팅부(172)와 인접하게 위치하며, 상기 바디부(110)의 측벽(112)을 따라 형성되어 링 형상을 갖는다.

상기 차단막(IC)은 상기 금속촉매(MC)의 입자들 중 상기 바디부(110)의 측벽(112)으로 유입되는 입자들을 상기 차단가스(IG1, IG2)의 진행 방향으로 가이드한다. 이에 따라, 상기 커튼 유닛(240)은 상기 바디부(110)의 측벽(112)에 상기 금속촉매 입자가 부착되는 것을 방지하고, 생산성을 향상시키며, 제조 원가를 절감시킨다.

이 실시예에 있어서, 상기 커튼 유닛(240)은 두 개의 차단노즐(210, 220)을 구비하나, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220) 중 어느 하나만 구비할 수도 있다.

상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)은 상기 다수의 차단라인(231, 232, 233, 234)과 연결되어 상기 차단라인들(231, 232, 233, 234)로부터 상기 차단가스(IG1, IG2)를 제공받는다.

즉, 상기 차단라인들(231, 232, 233, 234)은 제1 내지 제4 차단라인(231, 232, 233, 234)으로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 차단라인(231, 232)은 상기 제1 차단노즐(210)의 유입홀들(211)과 연결되고, 상기 차단가스(IG1)를 상기 제1 차단 노즐(210)의 가이드 공간(GS1)에 제공한다. 상기 제3 및 제4 차단가스 라인(233, 234)은 상기 제2 차단노즐(220)의 유입홀들(221)과 연결되고, 상기 차단가스(IG2)를 상기 제2 차단노즐(220)의 가이드 공간(GS2)에 제공한다.

이 실시예에 있어서, 상기 커튼 유닛(240)은 네 개의 차단가스 라인(231, 232, 233, 234)을 구비하나, 상기 차단가스 라인(231, 232, 233, 234)의 개수는 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)의 크기에 따라 증가하거나 감소될 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 상기 탄소나노튜브(CNT)를 생성하는 과정에서 상기 커튼 유닛(240)에 의해 상기 금속촉매 입자를 가이드하는 과정을 구체적으로 설명한다.

도 6은 도 3에 도시된 탄소나노튜브 제조장치에서 탄소나노튜브를 생성하는 공정 과정을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 'A'부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 먼저, 상기 제1 및 제2 히팅부(171, 172)는 상기 반응기(130)를 가열하여 상기 반응 공간(RS)의 온도를 적정 온도, 예컨대, 약 섭씨 600도로 상승 및 유지시킨다.

상기 촉매 공급노즐(140)은 상기 금속 촉매(MC)를 상기 반응공간(RS)에 제공하고, 상기 제1 및 제2 소스가스 라인(151, 152)은 상기 소스가스(SG)를 상기 반응공간(RS)에 제공한다. 상기 소스가스(SG)는 상기 분산판(160)의 분산홀들(161)을 통해 상기 반응공간(RS)에 유입되고, 상기 금속촉매(MC)를 부유시킨다. 상기 금속촉매(MC)와 상기 소스가스(SG)는 상기 반응공간(RS)에서 열분해되어 상기 탄소나노튜브(CNT)를 생성한다.

여기서, 상기 반응공간(RS)에 유입된 소스가스(SG)는 상기 반응공간(RS)의 중앙부를 따라 상승하면서 상기 바디부(110)의 측벽(112) 측으로 이동하고, 상기 측벽(112)을 따라 하강한다.

이와 같이, 상기 소스가스(SG)가 상기 반응공간(RS)의 측벽(112) 측으로 이동하면서 하강하므로, 상기 반응공간(RS)에 부유된 금속촉매 입자들 중 일부 입자들이 상기 측벽(112)으로 이동한다.

상기 차단막(IC)은 상기 측벽(112)으로 유입된 금속촉매 입자(MCP)를 상기 반응공간(RS)의 중앙부 측으로 가이드하여 상기 측벽(112)에 상기 금속촉매 입자(MCP)가 부착되는 것을 방지한다.

구체적으로, 상기 반응공간(RS)에 상기 금속촉매(MC)가 부유하는 동안, 상기 제1 내지 제4 차단가스 라인(231,232, 233, 234)은 상기 차단가스(IG1, IG2)를 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)에 제공한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1 차단노즐(210)은 상기 차단가스(IG1)를 상기 제2 차단노즐(220) 측으로 분사하고, 상기 제2 차단노즐(220)은 상기 차단가스(IG2)를 상기 제1 차단노즐(210) 측으로 분사하여 상기 차단막(IC)을 형성한다.

상기 측벽(112) 측으로 진행하는 금속촉매 입자(MCP)는 상기 차단막(IC) 안으로 진입하고, 상기 차단막(IC)에 유입된 금속촉매 입자(MCP)는 상기 차단가스(IG1, IG2)의 이동 방향에 따라 이동 경로가 변경되어 다시 상기 반응공간(RS)의 중앙부 측으로 이동한다.

즉, 상기 제1 및 제2 차단노즐(210, 220)로부터 각각 분사되어 서로 다른 방향으로 흐르는 차단가스들(IG1, IG2)은 서로 충돌하여 상기 반응공간(RS)의 중앙부 측으로 진행한다. 이에 따라, 상기 차단막(IC)으로 유입된 금속촉매 입자(MCP)는 상기 제1 차단노즐(210) 또는 상기 제2 차단노즐(220)로부터 분사된 차단가스를 따라 이동하다가 상기 두 차단가스(IG1, IG2)의 충돌에 의해 상기 반응공간(RS)의 중앙부 측으로 가이드된다.

이와 같이, 상기 측벽(112) 측으로 이동하는 금속촉매 입자(MCP)는 상기 측벽(112)에 도달하기 전에 상기 차단막(IC)에 의해 가이드 되어 경로가 변경된다. 이에 따라, 상기 탄소나노튜브 제조장치(200)는 상기 금속촉매 입자(MCP)가 상기 측벽(112)에 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 상기 금속촉매(MC)의 유실 및 제조 원가를 감소시키며, 생산성을 향상시킨다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 커튼 유닛을 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 제1 차단노즐을 나타낸 사시도이다.

도 5는 도 4의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.

도 6은 도 2에 도시된 탄소나노튜브 제조장치에서 탄소나노튜브를 생성하는 공정 과정을 나타낸 도면이다.

도 7은 도 6의 'A'부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100, 200 : 탄소나노튜브 제조장치 130 : 반응기

140 : 촉매 공급노즐 151, 152 : 소스가스 라인

160 : 분산판 171, 172 : 히팅부

180 : 회수라인 210, 220 : 제1, 제2 차단노즐

231, 232, 233, 234 : 차단가스 라인 240 : 커튼유닛

Claims (13)

1. 금속촉매와 소스가스가 서로 반응하여 탄소나노튜브가 생성되는 반응공간을 제공하는 반응기; 및

   상기 반응 공간에 구비되고, 상기 반응기 측벽을 향하는 금속촉매 입자의 경로를 변경하는 차단막을 형성하여 상기 반응기의 측벽에 금속촉매 입자가 유착되는 것을 방지하기 위한 커튼유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차단막은 상기 반응기의 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 반응기의 측벽을 따라 연속적으로 형성되어 링 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 커튼유닛은,

   상기 반응기의 측벽과 인접하게 위치하고, 상기 반응기의 길이 방향으로 차단가스를 분사하여 상기 차단막을 형성하는 적어도 하나의 차단노즐; 및

   상기 차단노즐로 상기 차단가스를 제공하는 적어도 하나의 가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 커튼유닛은 서로 이격되어 마주하는 두 개의 차단노즐을 구비하고,

   상기 두 개의 차단노즐은 서로를 향해 상기 차단가스를 분사하며,

   상기 차단막은 상기 두 개의 차단노즐 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
5. 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단노즐은,

   상기 반응기 내측벽을 따라 연속적으로 형성되어 링 형상을 갖고, 내부에 상기 차단가스가 유입되는 가이드 공간을 제공하며, 상기 가스 공급라인으로부터의 차단가스가 유입되는 적어도 하나의 유입홀과 상기 가이드 공간에 유입된 상기 차단가스를 배기하는 적어도 하나의 분사홀을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 반응기의 측벽은,

   내열성 재질로 이루어진 제1 층; 및

   상기 제1 층의 내면에 형성되고, 상기 제1 층과 서로 다른 재질로 이루어진 제2 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 층은 스테인리스 재질로 이루어지고, 상기 제2 층은 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
8. 삭제
9. 반응기에 금속촉매와 소스가스를 제공하는 단계; 및

   상기 반응기 안에서 상기 금속촉매와 상기 소스가스를 반응시켜 탄소나노튜브를 형성하고, 이와 동시에, 상기 반응기 안에 차단막을 형성하여 상기 반응기의 측벽으로 진행하는 금속촉매 입자의 경로를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 차단막을 형성하는 단계는,

    상기 반응기의 길이 방향으로 차단 가스를 분사하여 상기 반응기의 측벽과 인접하게 상기 차단막을 형성하는 단계; 및

    상기 차단막으로 진입한 금속촉매 입자를 상기 차단 가스의 진행 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 차단 가스는 상기 반응기의 상면 측으로 진행하는 것 을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 차단 가스는 상기 반응기의 바닥면 측으로 진행하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 차단 가스는 상기 반응기의 상면 측으로 진행하는 제1 차단 가스 및 상기 반응기의 바닥면 측으로 진행하는 제2 차단 가스로 형성되고,

    상기 차단막으로 진입한 금속 촉매 입자는 상기 제1 차단 가스 또는 상기 제2 차단 가스를 따라 진행하다가 상기 제1 차단 가스와 상기 제2 차단 가스의 충돌에 의해 상기 반응기 중앙부로 이동되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.

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