KR101035275B1 - 적층 반응 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투입되는 원료 물질에 따라서 채널 길이(즉, 반응 시간)의 조절이 가능하여 충분한 시간 동안 원료 물질의 반응이 일어날 수 있으며, 반응시 형성되는 침전물이 채널(유로)에 쌓여 원료 물질(또는 반응 생성물)의 흐름을 저해하는 요인을 제거할 수 있는 반응 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 반응 장치는 적어도 두 종류의 원료 물질이 각각 유입되는 투입구 및 투입구와 연결된 채널이 하부 표면에 형성되어 있는 상부 블록; 및 상부면에는 상부 블록의 채널과 대응하는 상부 채널이, 하부면에는 부재를 관통하는 연결로에 의하여 상부 채널과 연결되는 하부 채널이 각각 형성되어 있는 단위 블록을 포함하며, 상부 블록과 단위 블록의 결합시 상부 블록의 채널과 단위 블록의 상부 채널에 의하여 원료 물질의 흐름 경로인 유로가 형성된다.

반응 장치

Description

적층 반응 장치{Stack type reactor}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반응 장치를 구성하는 각 블록을 도시하기 위한 분리 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 상부 블록과 제 1 단위 블록 사이에 형성된 유로를 설명하기 위한 개념도.

도 3은 도 1에 도시된 제 1 단위 블록의 평면도.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 A-A선 및 B-B선을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 상부 블록의 일부를 함께 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반응 장치를 구성하는 각 블록을 도시한 분리 사시도.

본 발명은 반응 장치에 관한 것으로서, 특히 반응 시간 및 채널 길이의 조절이 가능하며 원료 물질의 충분한 혼합을 통하여 반응의 효율을 최대화할 수 있는 반응 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 두 가지 이상의 원료 물질을 서로 접촉(또는 혼합)/반응시켜 반 응물을 생성하는 반응 장치에는 원료 물질이 유동하는 채널이 형성되어 있다. 원료 물질이 채널을 따라 유동하는 과정에서 서로 접촉/혼합되어 화학 반응을 일으키며, 이 반응의 결과로서 반응물이 생성된다.

일반적인 반응 장치에는, 원료 물질들이 각각 투입되는 투입구, 투입구에 연결되어 반응 물질이 유동하는 채널, 채널에 연결되어 생성된 반응 물질이 배출되는 단일의 배출구를 포함한다.

이러한 구조의 반응 장치는 반응과 동시에 생성물이 배출되는 구조를 갖고 있기 때문에 원료 물질에 따라 완전한 반응이 일어나기 어려운 경우가 발생한다. 즉, 원료 물질들은 그 종류에 따라 반응 시간, 즉 접촉/혼합 시간이 달라진다.

그러나, 투입구와 배출구 사이의 거리가 한정되어 있어 있는 구조에서는 원료 물질(특히, 긴 반응 시간을 필요로 하는 원료 물질)들은 획일적으로 한정된 시간 동안만 반응됨으로써 완전한 반응을 할 수 없다.

이 밖에, 일반적인 반응 장치에서는, 원료 물질이 채널을 따라서 단순히 유동하기 때문에 원료 물질들이 충분하게 접촉/혼합되는 것을 기대하기 어려우며, 이 결과 완전한 반응 생성물을 얻기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 반응 장치에서 나타날 수 있는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 투입되는 원료 물질에 따라서 채널 길이(즉, 반응 시간)의 조절이 가능하여 충분한 시간 동안 원료 물질의 반응이 일어날 수 있는 반응 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 투입된 원료 물질을 완전히 혼합시켜 반응의 효율을 최대화할 수 있는 반응 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응시 형성되는 침전물이 채널(유로)에 쌓여 원료 물질(또는 반응 생성물)의 흐름을 저해하는 요인을 제거할 수 있는 반응 장치를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 반응 장치는 다른 종류의 원료 물질이 각각 유입되는 투입구 및 투입구와 연결된 채널이 하부 표면에 형성되어 있는 상부 블록; 및 상부면에는 상부 블록의 채널과 대응하는 상부 채널이, 하부면에는 부재를 관통하는 연결로를 통하여 상부 채널과 연결되는 하부 채널이 각각 형성되어 있는 단위 블록을 포함하며, 상부 블록과 단위 블록의 결합시 상부 블록의 채널과 단위 블록의 상부 채널에 의하여 원료 물질의 흐름 경로인 유로가 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 반응 장치는 단위 블록의 하부에 결합되며, 상부면에는 이웃하는 블록의 하부 표면에 형성된 하부 채널과 대응하여 유로를 형성하는 상부 채널이, 하부면에는 연결로를 통하여 상부 채널에 연결된 하부 채널이 각각 형성된 적어도 하나의 보조 단위 블록을 더 포함하며, 여기서 각 보조 단위 블록의 연결로는 이웃하는 블록의 연결로가 형성된 채널의 종단과 반대 종단에 형성된다.

각 단위 블록의 상부면에 형성된 상부 채널은 복수의 직선 채널 및 이웃하는 2개의 직선 채널을 연결하는 적어도 하나의 절곡 채널을 포함하며, 각 절곡 채널은 어느 한 직선 채널에서 분기된 제 1 및 제 2 분기 채널로 이루어지고, 제 1 및 제 2 분기 채널은 서로 간격을 두고 연장되어 종단부가 이웃한 다른 직선 채널에서 합류한다.

한편, 각 단위 블록의 상부 채널의 제 1 분기 채널은 이웃하는 직선 채널부터 절곡 지점까지의 상향 경사 영역과 절곡 지점부터 이웃하는 또다른 직선 채널까지의 평면 영역으로 구분되되, 평면 영역 일부에는 돌기부가 형성되며, 각 단위 블록의 상부 채널과 대응하는 또 다른 단위 블록의 하부 채널의 분기 채널은 상부 채널의 제 1 분기 채널의 상향 경사 영역과 대응하는 부분은 상향 경사면으로, 평면 영역과 대응하는 부분은 하향 경사면으로 구성된다.

또한, 각 단위 블록의 상부 채널의 제 2 분기 채널은 어느 한 직선 채널부터 절곡 지점까지의 하향 경사 영역과 절곡 지점부터 또다른 직선 채널까지의 상향 경사 영역으로 구분되고, 각 단위 블록의 상부 채널과 대응하는 또 다른 단위 블록의 하부 채널의 분기 채널은 상부 채널의 제 2 분기 채널의 하향 경사 영역과 대응하는 부분은 하향 경사면으로, 상향 경사 영역과 대응하는 부분은 평면 영역으로 구성되며, 평면 영역에는 돌기부가 형성되어 있다.

여기서, 각 분기 채널의 유입단의 폭은 대응하는 인접한 직선 채널 폭의 약 1/2이고, 배출단은 대응하는 직선 채널의 폭과 동일하며, 제 1 분기 채널의 배출단은 대응하는 직선 채널의 상부에 대응하며, 제 2 분기 채널의 배출단은 대응하는 직선 채널과 대응하며, 각 블록의 하부 채널에 형성된 각 절곡 채널은 상부 채널에 형성된 절곡 채널과 상하 좌우 대칭된 구조를 갖는다.

위와 같은 구성을 갖는 2개의 블록이 대응할 때 상부 채널 및 하부 채널에 의하여 형성되는 유로는, 적어도 2개 이상의 일체 유로 및 2개의 일체 유로를 연결하는 연결 유로를 포함하며, 각 연결 유로는 어느 한 일체 유로에서 분기된 제 1 및 제 2 분기 유로로 이루어지고, 제 1 및 제 2 분기 유로는 서로 간격을 두고 연장되어 배출단이 이웃한 다른 직선 유로에서 합류하게 된다. .

한편, 각 블록은 상부면과 하부면이 서로 반대 방향으로 경사진 구조를 가질 수 있으며, 각 블록의 표면은 결합된 블록의 대응 표면과 동일한 방향으로 경사져 있다. 각 블록의 상부면과 하부면의 경사 방향은 원료 물질이 유로를 따라 하향 유동될 수 있도록 설정되어야 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 반응 장치는 2개의 블록 사이에 각각 위치하여 원료 물질의 외부 누출을 방지하는 가스켓을 더 포함한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반응 장치를 구성하는 각 블록을 도시하기 위한 분리 사시도로서, 본 실시예에 따른 반응 장치(500; reactor)는 상부 블록(10) 및 다수의 단위 블록(20, 30, 40 및 50)을 포함한다.

상부 블록(10)의 일측에는 적어도 2개의 원료 물질이 각각 투입되는 투입구(11, 12)가 형성되어 있으며, 이 투입구(11, 12)에서 연장된 유로(11-1, 12-1)는 상부 블록(10)을 관통하여 그 종단이 하부면에 대응한다.

상부 블록(10)의 하부면에는 소정 깊이 및 길이를 갖는 채널(13)이 형성되어 있다. 채널(13)의 일단에는 유로(11-1, 12-1)와 채널(13)을 연결하는 연결 채 널(13-1)이 형성되어 있다.

상부 블록(10)의 하부에 위치하는 제 1 단위 블록(20)의 상부면은 상부 블록(10)의 하부면과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 제 1 단위 블록(20)의 상부면에는 소정 깊이 및 길이를 갖는 상부 채널(23)이 형성되어 있다. 또한 상부 채널(23)의 제 1 종단에는 상부 블록(10)의 연결 채널(13-1)과 대응하는 연결 채널(23-2)이 형성되어 있다.

따라서, 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)을 결합하였을 경우, 상부 블록(10)의 채널(13) 및 연결 채널(13-1)이 제 1 단위 블록(20)의 상부 채널(23) 및 연결 채널(23-2)과 대응됨으로써 양단이 개방된 밀폐형 유로가 형성된다.

여기서, 제 1 단위 블록(20)의 상부면에 형성된 상부 채널(23)의 제 2 종단은 제 1 단위 블록(20)을 수직 관통하는 연결로(23-1)와 대응된다.

한편, 제 1 단위 블록(20)의 하부면에는 소정 깊이 및 길이를 갖는 하부 채널(25)이 형성되어 있다. 한편, 하부 채널(25)은 도면의 간략화를 위하여 평면 형태로 도시하였다.

하부 채널(25)의 제 2 종단은 제 2 단위 블록(20)을 관통하는 연결로(23-1)와 대응한다. 따라서, 제 1 단위 블록(20)의 상부 채널(23)과 하부 채널(25)은 서로 연결된다.

위와 같은 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)은 본 발명에 따른 반응 장치의 최소 구성 단위이며, 이에 더하여 도 1에 도시된 바와 같은 제 2 단위 블록(30) 내지 제 4 단위 블록(50)을 제 1 단위 블록(20) 하부에 추가로 장착할 수 있다.

한편, 제 2 단위 블록(30) 내지 제 4 단위 블록(50)은 동일한 구조를 가지며, 이하에서는 편의상 제 2 단위 블록(30)의 구성만을 설명하기로 한다. 또한, 도 1에서는 상부 블록(10)의 하부면 및 각 단위 블록(20, 30, 40 및 50) 양면에 형성된 채널(13, 23, 33, 43 및 53)을 일직선 형태로 도시하였으나, 각 채널의 세부적인 형상은 도 3, 도 4a 및 4b를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 단위 블록(20)의 하부에 위치하는 제 2 단위 블록(30)의 상부면은 제 1 단위 블록(20)의 하부면과 동일한 구조를 갖는다.

즉, 제 2 단위 블록(30)의 상부면에는 소정 깊이 및 길이를 갖는 상부 채널(33)이 형성되어 있으며, 상부 채널(33)의 양 종단은 제 1 단위 블록(20)의 하부 채널(25)의 양 종단과 대응된다.

따라서, 제 1 단위 블록(20)과 제 2 단위 블록(30)을 결합하였을 경우, 제 1 단위 블록(20)의 하부 채널(25)이 제 2 단위 블록(30)의 상부 채널(33)과 대응됨으로써 양단이 개방된 밀폐형 유로가 형성된다.

여기서, 제 3 단위 블록(20)의 상부면에 형성된 채널(33)의 제 1 종단은 제 3 단위 블록(30)을 수직 관통하는 연결로(33-1)와 대응된다.

한편, 제 2 단위 블록(30)의 하부면에는 소정 깊이 및 길이를 갖는 하부 채널(35)이 형성되어 있다. 하부 채널(35)의 제 1 종단은 제 2 단위 블록(30)을 관통하는 연결로(33-1)와 대응한다. 따라서, 제 2 단위 블록(30)의 상부 채널(33)과 하부 채널(35)은 서로 연결된다.

이와 같은 상부 블록(10) 및 제 1 단위 블록(20)으로 이루어진 반응 장치에 서는 제 1 단위 블록(20)의 연결로(23-1)가 반응 물질 배출로의 기능을 수행하며, 상부 블록(10), 제 1 단위 블록(20) 및 제 2 단위 블록(30)으로 이루어진 반응 장치에서는 제 2 단위 블록(30)의 연결로(33-1)가 반응 물질 배출로의 기능을 수행하게 된다.

또한, 도 1과 같이, 상부 블록(10), 제 1 단위 블록(20), 제 2 단위 블록(30), 제 3 단위 블록(40) 및 제 4 단위 블록(50)으로 이루어진 반응 장치에서는 제 4 단위 블록(50)의 연결로(53-1)가 반응 물질 배출로의 기능을 수행하게 된다.

위와 같이, 2개의 블록(10 및 20)에 의하여 형성된 소정 길이의 유로에 더하여, 단위 블록(30, 40 및 50)을 추가로 장착할 때마다 동일한 길이의 유로가 추가로 연결된다.

한편, 도 1에서는 이해를 돕기 위하여 각 블록에 의하여 형성되는 유로를 따라 유동하는 원료 물질(또는 반응 물질)을 화살표로 도시하였다.

이상에서와 같이, 원료 물질에 따라서 장착되는 블록(10, 20, 30, 40 및 50)의 수를 적절하게 선택함으로써 원료 물질의 흐름 경로인 유로 길이를 조절할 수 있으며, 따라서 충분한 시간 동안 반응이 일어나도록 할 수 있다.

이하에서는 상부 블록(10)의 하부면에 형성된 채널(13)과 제 1 단위 블록(20)의 상부 채널(23)에 의하여 형성되는 유체 유로의 구성을 도 2를 통하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)을 결합할 때, 그 경계면에 형성된 유로를 도시한 사시도로서, 편의상 유로(100)를 박스 형태로 도시 하였다.

여기서, 도 2에 도시된 유로(100)를 형성하기 위한 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)의 구성, 즉 채널의 세부적인 구성 및 형상은 후에 설명하기로 한다.

한편, 도 2에 도시된 유로(100)는 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)의 경계면뿐만 아니라, 제 1 단위 블록(20)과 제 2 단위 블록(30)의 경계면, 제 2 단위 블록(30)과 제 3 단위 블록(40)의 경계면 그리고 제 3 단위 블록(40)과 제 4 단위 블록(50)의 경계면에도 동일한 형상으로 형성되며, 다만 원료 물질의 흐름 방향만 다르게 나타난다.

도 2에 도시된 유로(100)는 위에서 설명한 상부 블록(10) 하부면의 채널(13)과 제 1 단위 블록(20)의 상부면에 형성된 상부 채널(23)에 의하여 형성되며, 양단부에 형성된 일체 유로(111 및 114)를 포함한 다수의 일체 유로(111, 112, 113 및 114) 및 인접한 2개의 일체 유로를 각각 연결하는 다수의 연결 유로(140, 150 및 160)로 구분될 수 있다.

도 1에 도시된 상부 블록(10)의 투입구(11, 12)와 연결된 제 1 일체 유로(111)와 제 2 일체 유로(112)를 연결하는 연결 유로(140)는 제 1 및 제 2 분기 유로(141, 142)로 이루어진다.

2개의 분기 유로(141 및 142)의 유입구(즉, 제 1 일체 유로(111) 대응부)는 제 1 일체 유로(111)의 전 폭에 걸쳐 수평 상태로 연결되며, 배출구(즉, 제 2 일체 유로(112) 대응부)는 서로 중첩된 상태에서 제 2 일체 유로(112)에 연결된다.

즉, 각 분기 유로(141 및 142)의 유입구의 폭은 제 1 일체 유로(111)의 폭의 1/2이며, 배출구의 폭은 제 2 일체 유로(112)의 폭과 동일하다.

한편, 각 분기 유로(141 및 142)는 그 중앙부가 서로 반대 방향으로 절곡된 형상을 갖는다. 즉, 어느 한 분기 유로(예를 들어, 141)는 그 중앙부가 일체 유로(111 및 112)보다 높게 위치하며, 다른 분기 유로(예를 들어, 142)의 중앙부는 일체 유로(111 및 112)보다 낮게 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 구성은 나머지 연결 유로(150 및 160)를 구성하는 분기 유로(151, 152 및 161, 162)에 동일하게 적용된다.

도 1에 도시된 상부 블록(10)의 투입구(11, 12)를 통하여 투입된 2종류 이상의 원료 물질은 제 1 일체 유로(111)로 내에서 1차 접촉, 혼합되어 반응함과 동시에 제 1 연결 유로(140)로 유입된다.

즉, 제 1 일체 유로(111)에서 배출된 (1차 혼합된 상태) 원료 물질은 좌우로 분리되어 2개의 분기 유로(141 및 142)로 각각 유입되며, 이후 2개의 분기 유로(141 및 142) 내에서 상하 유동하는 과정에서 원료 물질의 혼합이 진행된다.

제 1 연결 유로(140)의 2개의 분기 유로(141 및 142)에서 배출된 원료 물질은 제 2 일체 유로(112) 내로 유입되어 더욱 완전하게 혼합된다.

제 2 일체 유로(112)에서 배출된 원료 물질은 제 2 연결 유로(150)의 2개의 분기 유로(151 및 152), 제 3 일체 유로(113) 그리고 제 3 연결 유로(160)의 2개의 분기 유로(161 및 162)를 거치면서 위에서 설명한 동일한 과정을 거쳐 혼합, 반응하게 된다.

제 4 일체 유로(114)에서 배출된 원료 물질은 도 1에 도시된 제 1 단위 블 록(20)과 제 2 단위 블록(30) 사이에 형성된 유로(하부 채널(25)과 상부 채널(33)에 의하여 형성됨) 내로 유입되어 위에서 설명한 바와 같은 동일한 과정을 다시 거치게 된다.

한편, 충분한 시간 동안의 반응을 통하여 생성된 반응 생성물은 외부 저장 장치(도시되지 않음)로 투입된다.

여기서, 도 2 및 위의 설명에서는 2개의 블록에 의하여 형성된 유로(100)가 4개의 일체 유로(111, 112, 113 및 114) 및 2개의 일체 유로 사이에 각각 형성된 3개의 연결 유로(140, 150 및 160)로 구성되어 있음을 도시하고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반응 기기의 종류, 각 유로의 폭 및 높이 그리고 원료 물질의 종류 및 물리적 특성(예를 들어, 점도 등)에 따라 전체 유로의 길이 및 유로를 구성하는 일체 유로와 연결 유로의 개수가 결정되어야 함은 물론이다.

위와 같이, 유로로 투입된 원료 물질은 2개의 블록에 의하여 형성된 유로(100), 특히 다수의 일체 유로(111, 112, 113) 및 다수의 연결 유로(140, 150, 160; 즉, 분기 유로)를 거치면서 분기 유로에 의한 좌/우 분리, 분기 유로의 형상에 의한 상/하(및 하/상) 유동 및 혼합의 과정을 수차례 반복하게 되며, 따라서 2종류의 원료 물질은 충분하게 접촉/혼합되어 완전하게 반응하게 된다.

여기서, 유로를 구성하는 각 블록의 채널 내면에는 원료 물질의 반응을 촉진하기 위하여 촉매층이 형성될 수 있다. 촉매층을 구성하는 재료는 원료 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 따라서 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

한편, 도 1에서의 미설명 부호 "210", "220", "230" 및 "240"는 2개의 블록 사이에 각각 위치하는 가스켓(gasket)이다. 2개의 블록, 예를 들어 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)이 결합되어 각 대응 표면에 형성된 채널(13 및 23)에 의하여 유로(도 2의 100)가 형성된다.

평면이 서로 대응한 상태에서 결합된, 예를 들어 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)의 사이에는 미세하게나마 간격이 존재하게 되며, 따라서 요부 형태로 형성된 채널(13 및 23) 내부를 유동하는 원료 물질은 이 간격을 통하여 외부로 누출될 수 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여 2개의 블록 사이에 가스켓(210, 220, 230 및 240)이 각각 위치한다.

각 가스켓(210, 220, 230 및 240)을 구성하는 평판 부재(211, 221, 231 및 241)에는 각 블록(10, 20, 30, 40 및 50)의 채널(예를 들어, 13, 23, 25, 33)에 대응하는 관통 개구(212, 222, 232 및 242)가 형성되어 있다. 따라서 각 블록(10, 20, 30, 40 및 50)의 채널은 이 관통 개구(212, 222, 232 및 242)를 통하여 연통된 상태이며, 결과적으로 가스켓(210, 220, 230 및 240)은 채널에 의한 유로의 형성에는 영향을 미치지 않는다.

이와 같은 구성을 갖는 가스켓(210, 220, 230 및 240)을 2개의 블록 사이(10 및 20, 20 및 30, 30 및 40, 40 및 50)에 각각 위치시킨 상태에서 블록을 결합하면, 블록 사이에 간격이 존재하는 경우에도 각 유로(즉, 각 채널) 외측에 위치하는 각 가스켓(210, 220, 230 및 240)에 의하여 각 유로는 완전히 밀봉된다. 따라서, 유로 내를 유동하는 원료 물질은 외부로 누출되지 않는다.

이하에서는 2개의 블록이 대응할 때, 도 2에 도시된 유로(100)를 형성하는 블록, 즉 블록 표면에 형성된 채널의 구조를 설명하기로 하며, 편의상 도 1에 도시된 제 1 단위 블록(20)에 형성된 상부 채널(23)을 예를 들어 설명한다.

도 3은 도 1에 도시된 제 1 단위 블록의 평면도, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 A-A선 및 B-B선을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같은 유로(100)를 형성하기 위한 제 1 단위 블록(20)의 구성, 즉 상부면에 형성된 상부 채널(23)의 구조를 구체적으로 도시하고 있다. 도 4a 및 도 4b에서, 굵은 실선의 화살표는 원료 물질의 흐름을 나타낸다.

한편, 유로(100)를 더욱 명확하게 나타내기 위하여 단면도인 도 4a 및 도 4b에서는 제 1 단위 블록(20) 상에 위치하여 유로(100)를 구성하는 상부 블록(10)의 일부를 함께 도시하였다.

위에서 설명한 바와 같이, 제 1 단위 블록(20)의 상부면에는 연결 채널(23-2a, 23-2b)과 상부 채널(23)이 형성되어 있으며, 채널(23)의 종단에는 제 2 단위 블록(20)을 관통하는 연결로(23-1)가 형성되어 있다.

연결 채널(23-2a, 23-2b)과 연결로(23-1) 사이에 위치하는 채널(23)은 제 1, 제 2 및 제 3 직선 채널(23a, 23b 및 23c)을 포함한 다수의 직선 채널 및 인접한 2개의 직선 채널(23a, 23b, 23c)을 연결하는 다수의 절곡 채널(23a-1, 23b-1)로 구분된다.

여기서, 각 직선 채널(23a, 23b, 23c)은 도 2에 도시된 일체 유로(111, 112, 113)를 형성하며, 각 절곡 채널(23a-1, 23b-1)은 도 2에 도시된 연결 유로(140, 150)를 형성한다.

한편, 연결 채널(23-2a, 23-2b)은 도 1에 도시된 바와 같이 상부 블록(10)에 대응하는 제 1 단위 블록(20)에만 형성되어 있음은 물론이다.

이하에서는, 제 1 및 제 2 직선 채널(23a, 23b) 및 이 직선 채널(23a, 23b)을 연결하는 하나의 절곡 채널(23a-1)만을 예를 들어 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 절곡 채널(23a-1)은 제 1 직선 채널(23a)에서 분기된 제 1 및 제 2 분기 채널(23a-1-1 및 23a-1-2)로 나누어진다.

제 1 및 제 2 분기 채널(23a-1-1 및 23a-1-2)은 제 1 직선 채널(23a)을 중심으로 소정의 각도를 두고 외측 방향으로 각각 연장되며, 이후 절곡되어 내측 방향, 즉 제 2 직선 채널(23b)을 향하여 연장된다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 분기 채널(23a-1-1 및 23a-1-2)의 종단부는 제 2 직선 채널(23b)에서 합류한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제 1 분기 채널(23a-1-1)은 제 1 직선 채널(23a)부터 절곡 지점(P)까지의 상향 경사 영역(P1~P)과 절곡 지점(P)부터 제 2 직선 채널(23b)까지의 평면 영역(P~P2 구간)으로 구분되며, 평면 영역은 블록(20)의 표면과 수평을 이룬다. 여기서, 절곡 지점(P)과 2 직선 채널(23b) 사이의 평면 영역에는 돌기부(29)가 형성되어 있다.

한편, 이와 대응하는 상부 블록(10)의 하부 채널(13)은 제 1 단위 블록(10)의 상부 채널(25)과 동일한 형상을 가지나, 제 1 분기 채널(23a-1-1)의 상향 경사영역(P1~P)과 대응하는 부분은 상향 경사면으로, 수평면(P~P2)과 대응하는 부분은 하향 경사면으로 이루어진다.

결과적으로, 제 1 단위 블록(20)의 제 1 분기 채널(23a-1-1)에 의하여 형성된 유로(도 2에서 제 1 분기 유로(141)는 그 내부를 흐르는 원료 물질을 화살표로 도시된 바와 같이 상승 및 하강시킨다.

여기서, 제 1 분기 채널(23a-1-1)의 유입단(P1 부분; 즉, 제 1 직선 채널(23a)의 대응 종단)의 폭은 제 1 직선 채널(23a)의 폭의 1/2 정도이나, 배출단(P2 부분; 즉, 제 2 직선 채널(23b)의 대응 종단)의 폭은 제 2 직선 채널(23b)의 폭과 동일하다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 제 2 분기 채널(23a-1-2)은 제 1 직선 채널(23a)부터 절곡 지점(P)까지의 하향 경사 영역(P1~P)과 절곡 지점(P)부터 제 2 직선 채널(23b)까지의 상향 경사 영역(P~P2 구간)으로 구분된다.

한편, 이와 대응하는 상부 블록(10)의 하부 채널(13)은 제 1 단위 블록(10)의 상부 채널(25)과 동일한 형상을 가지나, 제 2 분기 채널(23a-1-2)의 하향 경사면(P1~P)과 대응하는 부분은 하향 경사면으로, 상향 경사 영역(P~P2)과 대응하는 부분은 상부 블록(10)의 표면과 수평면을 이룬다.

여기서, 상부 블록(10)의 하부 채널(13)에서 절곡 지점(P)의 인접부에는 소정 높이의 돌기부(19)가 형성되어 있다.

결과적으로, 제 1 단위 블록(20)의 제 2 분기 채널(23a-1-2)에 의하여 형성된 유로(도 2에서 제 2 분기 유로(142))는 그 내부를 흐르는 원료 물질을 화살표로 도시된 바와 같이 하강 및 상승시킨다.

여기서, 제 2 분기 채널(23a-1-2)의 유입단(P1 부분; 즉, 제 1 직선 채 널(23a)의 대응 종단)의 폭은 제 1 직선 채널(23a)의 폭의 1/2 정도이나, 배출단(P2 부분; 즉, 제 2 직선 채널(23b)의 대응 종단)의 폭은 제 2 직선 채널(23b)의 폭과 동일하다.

또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제 2 직선 채널(23b)과 대응하는 제 1 분기 채널(23a-1-1)의 배출단, 즉 평면 영역은 상부 블록(10)의 하부 채널(13)과 제 2 직선 채널(23b)이 형성하는 유로(도 2의 112)의 상부에 대응하며, 따라서, 제 1 분기 채널(23a-1-1)에서 배출된 원료 물질은 유로의 상부로 유입된다.

반대로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 2 직선 채널(23b)과 대응하는 제 2 분기 채널(23a-1-2)의 배출단은 상부 블록(10)의 하부 채널(13)과 제 2 직선 채널(23b)이 형성하는 유로(도 2의 112)의 하부에 대응하며, 따라서, 제 2 분기 채널(23a-1-2)에서 배출된 원료 물질은 유로의 하부로 유입된다.

결과적으로, 이러한 구조에 의하여 도 2에 도시된 제 1 분기 유로(141)와 제 2 분기 유로(142)에서 배출된 원료 물질은 상하 적층된 상태로 제 2 일체 유로(112) 내로 유입되며, 적층된 원료 물질은 이후의 분기 유로(도 2의 151 및 152)로 좌우로 분리되어 유입된다. .

한편, 상부 블록(10)의 저면에 형성된 채널(13)의 구성은 제 1 단위 블록(20)의 상부 채널(23)의 구성(즉, 직선 채널 및 절곡 채널로 이루어진 구성)과 동일하다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상부 블록(10)과 제 1 단위 블록(20)이 대응, 밀착한 상태에서는 상부 블록(10)의 저면 채널(13)과 제 1 단위 블록(20)의 상부 채널(23)이 대응하며, 결과적으로 도 2에 도시된 바와 같은 유 로(100)가 형성된다.

제 1 분기 채널(23a-1-1) 및 제 2 분기 채널(23a-1-2)로 이루어진 제 1 절곡 채널(23a-1)의 구성은 제 2 절곡 채널(23b-1)을 포함한 모든 절곡 채널에 동일하게 적용되며, 또한 모든 단위 블록(30, 40 및 50)에 형성된 채널에도 동일하게 적용됨은 물론이다.

도 4a 및 도 4b는 상부 블록(10) 및 이에 대응하는 제 1 단위 블록(20)만을 도시하였으나, 다른 단위 블록(30, 40, 50)의 상부면 및 하부면에 각각 형성된 채널(33, 43, 53) 역시 위에서 설명한 바와 같은 동일한 형상을 갖고 있으며, 또한 동일한 기능을 수행한다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 장치에서, 채널(유로)을 따라 유동하는 원료 물질의 흐름 방향에 맞추어 각 블록의 상부 채널에 형성된 분기 채널과 하부 채널에 형성된 분기 채널은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 서로 상하 및 좌우 대칭된 구조를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 위에서 설명한 상부 블록 및 각 단위 블록 표면에 형성된 각 채널의 제 1 및 제 2 분기 채널(23a-1-1 및 23a-1-2) 중간 지점에 곡률 반경을 갖는 만곡부(curved portion)가 아닌, 소정 각도의 절곡부(P)를 형성한 이유는 다른 종류의 원료 물질(또는 반응 물질)을 균일하게 혼합하기 위한 것이다.

다른 종류의 원료 물질이 제 1 직선 채널(23a)에서 1차 혼합된 후 제 1 및 제 2 분기 채널(23a-1-1 및 23a-1-2)로 분기되어 유동하는 과정에서, 절곡부(P)를 통과할 때 원료 물질의 흐름은 난류로 변화되며, 따라서 원료 물질은 더욱 효과적 으로 혼합될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반응 장치를 구성하는 각 블록을 도시하기 위한 분리 사시도로서, 도 1에 도시된 반응 장치(500)와 동일하게 본 실시예에 따른 반응 장치(600) 역시 상부 블록(610), 다수의 단위 블록(620, 630, 640) 및 다수의 가스켓을 포함한다 (편의상 도 1에 도시된 가스켓(210, 220, 230 및 240)을 도 5에서는 도시하지 않았음).

상부 블록(610) 및 각 단위 블록(620, 630 및 640)의 전체적인 구성 및 각 블록(610, 620, 630 및 640)의 표면에 형성된 채널의 형상 및 기능은 제 1 실시예에서의 상부 블록(10) 및 각 단위 블록(20, 30, 40 및 50)의 전체적인 구성 및 각 블록의 표면에 형성된 채널의 형상 및 기능과 동일하며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 반응 장치(600)의 가장 큰 특징은 각 블록(610, 620, 630 및 640)의 상부면 및 하부면이 평면이 아닌 경사면으로 이루어진 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각 블록, 예를 들어, 제 1 단위 블록(620)은 경사진 상부면(621) 및 상부면의 경사 방향과 반대 방향으로 경사진 하부면(622)을 갖는다. 또한, 제 1 단위 블록(620)에 이웃하는 다른 블록(610 및 630)은 그 대응 표면(612 및 631)이 대응하는 표면(621 및 622)과 각각 동일한 방향의 경사면으로 이루어져 있다.

이때, 각 블록(610, 620, 630 및 640) 표면의 경사 방향은 유로(채널)를 따라 유동하는 원료 물질이 하향 이동될 수 있도록 결정하여야 함은 물론이다.

따라서, 경사 표면을 갖는 다수의 블록(610, 620, 630 및 640)에 의하여 형성된 반응 장치 내에는 수평 유로가 아닌 하향 경사 유로가 구성된다. 이러한 경사 유로에 의하여 다음과 같은 효과를 얻는다.

원료 물질이 서로 반응함으로써 반응 생성물과 함께 침전물이 발생하게 되며, 이 침전물은 반응 생성물과 함께 외부로 배출되나, 그 일부는 유로 내에 잔류하게 된다.

세정 또는 보수 작업 없이 장시간 동안 반응 장치를 사용하는 경우, 이 침전물이 점차적으로 쌓이게 되어 원료 물질의 원활한 흐름을 방해하게 된다. 따라서, 원료 물질 또는 반응 생성물의 흐름이 정체될 수 있으며, 정체가 심한 경우 원료 물질의 반응 자체가 진행되지 않는다.

도 5에서와 같이, 각 블록(610, 620, 630 및 640)의 상부면(611, 621, 631 및 641) 및 하부면(612, 622, 632 및 642)을 경사면으로 구성함으로써 2개의 블록이 결합되어 형성되는 유로 역시 경사진 구조를 갖게 되며, 따라서 이 유로 내부를 유동하는 원료 물질(및 반응 생성물)의 유속은 수평 유로를 통하여 유동하는 원료 물질의 유속보다 빠르게 나타난다.

따라서, 유로 내에 존재하는 침전물은 원료 물질(반응 생성물)에 의하여 함께 유동하게 되며, 결과적으로 유로 내에 침전물이 쌓이는 현상을 크게 줄일 수 있다.

위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시되었다. 따라서, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 반응 장치는 장치를 구성하는 블록의 수를 조절함으로써 반응 시간이 서로 다른 원료 물질에 따라서 반응 시간 및 반응 경로를 적절하게 조절할 수 있어 최적의 반응을 유도할 수 있다.

또한, 원료 물질 (및 반응 생성물)이 유동하는 유로를 경사진 상태로 형성함으로써 침전물이 유로 내에 쌓이는 문제점 역시 개전할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 다른 종류의 원료 물질이 각각 유입되는 투입구 및 투입구와 연결된 채널이 하부 표면에 형성되어 있는 상부 블록;

   상부면에는 상부 블록의 채널과 대응하는 상부 채널이, 하부면에는 부재를 관통하는 연결로를 통하여 상부 채널과 연결되는 하부 채널이 각각 형성되어 있는 단위 블록을 포함하며,

   상부 블록과 단위 블록의 결합시 상부 블록의 채널과 단위 블록의 상부 채널에 의하여 원료 물질의 흐름 경로인 유로가 형성되는 반응 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 단위 블록의 하부에 결합되며, 상부면에는 이웃하는 블록의 하부 표면에 형성된 하부 채널과 대응하여 유로를 형성하는 상부 채널이, 하부면에는 연결로를 통하여 상부 채널에 연결된 하부 채널이 각각 형성된 적어도 하나의 보조 단위 블록을 더 포함하되,

   각 보조 단위 블록의 연결로는 이웃하는 블록의 연결로가 형성된 채널의 종단과 반대 종단에 형성되어 있는 반응 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각 단위 블록의 상부 채널 및 하부 채널 각각은 복수의 직선 채널 및 이웃하는 2개의 직선 채널을 연결하는 적어도 하나의 절곡 채널을 포함하되,

   각 절곡 채널은 어느 한 직선 채널에서 분기된 제 1 및 제 2 분기 채널로 이루어지고, 제 1 및 제 2 분기 채널은 서로 간격을 두고 연장되어 배출단이 이웃한 다른 직선 채널에서 합류하는 반응 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 제 1 분기 채널 및 제 2 분기 채널에는 직선 채널을 향하여 절곡된 절곡부가 형성되어 있는 반응 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   각 단위 블록의 상부 채널의 제 1 분기 채널은 이웃하는 직선 채널부터 절곡 지점까지의 상향 경사 영역과 절곡 지점부터 이웃하는 또다른 직선 채널까지의 평면 영역으로 구분되되, 평면 영역 일부에는 돌기부가 형성되며,

   각 단위 블록의 상부 채널과 대응하는 또 다른 단위 블록의 하부 채널의 분기 채널은 상부 채널의 제 1 분기 채널의 상향 경사 영역과 대응하는 부분은 상향 경사면으로, 평면 영역과 대응하는 부분은 하향 경사면으로 구성되며,

   각 단위 블록의 상부 채널의 제 2 분기 채널은 어느 한 직선 채널부터 절곡 지점까지의 하향 경사 영역과 절곡 지점부터 또다른 직선 채널까지의 상향 경사 영역으로 구분되고,

   각 단위 블록의 상부 채널과 대응하는 또 다른 단위 블록의 하부 채널의 분기 채널은 상부 채널의 제 2 분기 채널의 하향 경사 영역과 대응하는 부분은 하향 경사면으로, 상향 경사 영역과 대응하는 부분은 평면 영역으로 구성되며, 평면 영역에는 돌기부가 형성되어 있는 반응 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   각 분기 채널의 유입단의 폭은 대응하는 인접한 직선 채널 폭의 1/2이고, 배출단은 대응하는 직선 채널의 폭과 동일하며, 제 1 분기 채널의 배출단은 대응하는 직선 채널의 상부에 대응하며, 제 2 분기 채널의 배출단은 대응하는 직선 채널과 대응하는 반응 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 각 블록의 하부 채널을 구성하는 각 절곡 채널의 분기 채널은 상부 채널을 구성하는 절곡 채널의 대응하는 분기 채널과 상하 좌우 대칭된 구조를 갖는 반응 장치.
8. 제 3 항에 있어서, 2개의 블록이 대응할 때 상부 채널 및 하부 채널에 의하여 형성되는 유로는, 적어도 2개 이상의 일체 유로 및 2개의 일체 유로를 연결하는 연결 유로를 포함하며,

   각 연결 유로는 어느 한 일체 유로에서 분기된 제 1 및 제 2 분기 유로로 이루어지고, 제 1 및 제 2 분기 유로는 서로 간격을 두고 연장되어 배출단이 이웃한 다른 직선 유로에서 합류하는 반응 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 제 1 및 제 2 분기 유로는 중앙부에 직선 유로를 향하여 절곡된 절곡부를 갖는 반응 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    제 1 분기 유로는 유입단에서 절곡 지점까지 상향 경사지고 절곡 지점에서 배출단까지 하향 경사진 형상을 가지며, 제 2 분기 유로는 유입단에서 절곡 지점까지 하향 경사지고 절곡 지점에서 배출단까지 상향 경사진 형상을 갖는 반응 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    제 1 분기 유로 및 제 2 분기 유로는,

    어느 한 직선 유로와 연결되며, 연결된 직선 유로의 폭의 1/2 정도의 폭을 갖는 유입단; 및

    인접한 다른 직선 유로와 연결되며, 연결된 직선 유로의 폭과 동일한 폭을 갖는 배출단을 가지되,

    제 1 분기 유로의 배출단은 연결된 직선 유로의 상부 영역에 대응하며, 제 2 분기 유로의 배출단은 연결된 직선 유로의 하부 영역에 대응하여 제 2 분기 유로의 배출단이 제 1 분기 유로의 배출단 하부에 위치하는 반응 장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2개의 블록 사이에 각각 위치하여 원료 물질의 외부 누출을 방지하는 복수의 가스켓을 더 포함하는 반응 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 각 가스켓은 평판형 부재로서, 각 블록에 형성된 채널과 대응하는 개구가 형성되어 있는 반응 장치.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 블록은 상부면과 하부면이 서로 반대 방향으로 경사진 구조를 가지며, 각 블록의 표면은 결합된 블록의 대응 표면과 동일한 방향으로 경사져 있는 갖는 반응 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 각 블록의 상부면과 하부면의 경사 방향은 원료 물질이 유로를 따라 하향 유동될 수 있도록 설정된 반응 장치.

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