KR101074831B1 - 무동력 냉매주입이 가능한 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 가능하고 내부에 나선형 냉매유로가 형성된 내부원통; 반응물투입구와 생성물 배출구를 갖고, 상기 내부원통을 내부에 포함하며 내부원통의 외주면과 일정간격 이격되어 반응공간을 형성하는 외부원통; 상기 내부원통을 회전시키는 회전모터; 및 상기 나선형 냉매유로에 냉매를 연속적으로 공급하는 냉매라인을 포함하며;
상기 내부원통의 전단에 냉매라인으로부터 유입되는 냉매를 수용하는 제1냉매수용함이 연결되고, 상기 제1냉매수용함 내에 상기 나선형 냉매유로의 유입단이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유입단을 통해 냉매유로에 유입되도록 구성됨을 더 포함하며;
상기 내부원통의 후단에 냉매유로를 통해 배출되는 냉매를 수용하는 제2냉매수용함이 연결되고, 상기 제2냉매수용함 내에 상기 나선형 냉매유로의 유출단이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유출단을 통해 제2냉매수용함으로 배출되도록 구성됨을 더 포함하며;
상기 냉매라인 상에 설치되어 냉매를 순환시켜주는 서큘레이터를 더 포함하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기를 제공한다.

Description

무동력 냉매주입이 가능한 반응기{REACTOR CAPABLE OF COOLER INJECTION WITH NO POWER}

본 발명은 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 냉매 투입을 위한 펌프를 사용하지 않고도 내부원통을 회전시키는 것만으로 내부원통내에 냉매를 자동으로 주입할 수 있어 반응과정에서 냉매가 연속적으로 순환되어 냉각결정화를 포함한 다양한 반응과정에서 미세한 온도조절을 위해 효과적으로 사용될 수 있는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기에 관한 것이다.

종래의 반응기는 도 1에 도시한 바와 같이 회전가능한 내부원통(2); 반응물투입구(5)와 생성물 배출구(6)를 갖고, 상기 내부원통(2)을 내부에 포함하며 내부원통의 외주면과 일정간격 이격되어 반응공간을 형성하는 외부원통(1); 및 상기 내부원통을 회전시키는 회전모터(4)로 이루어진 구조를 취한다.

이러한 구조에서 내부원통의 내부로 화살표와 같이 냉매를 직선형으로 주입하는 경우 회전시 냉매가 일방향으로 쏠림현상이 나타나 냉매의 흐름이 원활하지 않아 회전체의 밸런스가 무너져 장시간 가동시 고장의 원인이 될 수 있고, 냉매의 회전시 발생하는 공동으로 인해 냉각효율이 현저히 떨어지는 문제가 있어 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 별도의 냉매 투입을 위한 펌프를 사용하지 않고도 내부원통을 회전시키는 것만으로 내부원통내에 냉매를 자동으로 주입할 수 있어 반응과정에서 냉매가 연속적으로 순환되어 냉각결정화를 포함한 다양한 반응과정에서 미세한 온도조절을 위해 효과적으로 사용될 수 있는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 회전 가능하고 내부에 나선형 냉매유로가 형성된 내부원통;
반응물투입구와 생성물 배출구를 갖고, 상기 내부원통을 내부에 포함하며 내부원통의 외주면과 일정간격 이격되어 반응공간을 형성하는 외부원통;
상기 내부원통을 회전시키는 회전모터; 및
상기 나선형 냉매유로에 냉매를 연속적으로 공급하는 냉매라인을 포함하며;
상기 내부원통의 전단에 냉매라인으로부터 유입되는 냉매를 수용하는 제1냉매수용함이 연결되고, 상기 제1냉매수용함 내에 상기 나선형 냉매유로의 유입단이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유입단을 통해 냉매유로에 유입되도록 구성됨을 더 포함하며;
상기 내부원통의 후단에 냉매유로를 통해 배출되는 냉매를 수용하는 제2냉매수용함이 연결되고, 상기 제2냉매수용함 내에 상기 나선형 냉매유로의 유출단이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유출단을 통해 제2냉매수용함으로 배출되도록 구성됨을 더 포함하며;
상기 냉매라인 상에 설치되어 냉매를 순환시켜주는 서큘레이터를 더 포함하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.

(2) 제 1항에 있어서, 냉매유로는 나선형의 관통로인 것을 특징으로 하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.

(3) 제 1항에 있어서, 냉매유로는 내부원통의 회전축에 스크류가 장착되어 형성된 것을 특징으로 하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.

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상기 본 발명에 의하면, 별도의 냉매 투입을 위한 펌프를 사용하지 않고도 내부원통을 회전시키는 것만으로 내부원통내에 냉매를 자동으로 주입할 수 있어 반응과정에서 냉매가 연속적으로 순환되어 냉각결정화를 포함한 다양한 반응과정에서 미세한 온도조절을 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 반응장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 반응장치의 구성도

본 발명은 회전가능하고 내부에 나선형의 냉매유로가 형성된 내부원통; 반응물투입구와 생성물 배출구를 갖고, 상기 내부원통을 내부에 포함하며 내부원통의 외주면과 일정간격 이격되어 반응공간을 형성하는 외부원통; 상기 내부원통을 회전시키는 회전모터; 및 상기 나선형의 냉매유로에 냉매를 연속적으로 공급하는 냉매라인을 포함하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기를 제공한다.

상기 본 발명에서 「반응기」는 화학적, 물리적, 내지 생물학적 반응공정을 수행하기 위해 사용되는 반응기로서, 수평형 반응기이거나 수직형 반응기일 수 있고, 연속식이거나 회분식, 반회분식의 어떠한 형태의 반응기로 사용되어질 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 실시예를 도시한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 반응장치의 구체적인 구성도로서, 외부원통(11), 모터(30)에 의해 회전되어지며 내부에 나선형 냉매유로(20)를 가지는 내부원통(12), 밀폐된 구조로서 내부원통의 양단부를 둘러싼 제1 및 제2 냉매수용함(23,24), 상기 제1 냉매수용함에 냉매를 공급하는 냉매공급라인(40)을 포함한다. 상기 제2냉매수용함(24)에 배출된 냉매는 냉매공급라인(40)을 통해 배출되거나 순환되어진다.

상기 외부원통(11)과 내부원통(12)의 사이 공간(16)은 반응이 일어나는 장소로서 반응공간으로 사용되어진다.

반응에 사용되는 반응물은 외부원통의 상단에 구비된 반응물 투입구(13)를 통해 투입되고, 이러한 반응물 투입구는 적어도 하나 이상 설치되어질 수 있다. 생성물은 반응종료 후 마찬가지로 상기 반응물 투입구(13)를 통해 배출되어 수득되어질 수 있다. 따라서, 반응에 필요한 촉매나 기타 첨가제들은 외부원통(11)의 상단에 구비된 다른 반응물 투입구(13)를 통해 필요에 따라 투입되어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 외부원통(11)의 내부는 냉매를 수용할 수 있는 냉매수용함이 구비되어진다. 이러한 구조에 의하면 냉매는 냉매유입구(14a)를 통해 냉매수용함(17)에 유입되어 흐른 후 냉매유출구(14b)로 배출되어진다. 이와 같이 외부원통(11)의 내부에 냉매를 흐르게 함으로써 반응공간(16)의 상단에서 중심부로 반응물의 온도를 서서히 냉각시킬 수 있는 효과를 제공하여 결정화 반응과 같은 다양한 반응의 온도제어를 위해 사용될 수 있다.

상기 외부원통(11)의 하단에는 냉매수용함(17)에 저장된 냉매를 반응에 따라 교체하기 위하여 배출구(15)를 두는 것이 바람직하다.

또한, 내부원통(12)은 외부에 회전모터(30)에 의해 회전되어지며, 내부에는 냉매가 통과하는 나선형 유로(20)가 형성되어 있다. 내부원통의 회전속도가 임계치 이상을 나타내면 내부원통(12) 주위의 유체들이 회전축으로부터 연직방향으로 원심력을 받아 이동하고 이에 의해 와류가 형성된다. 이에 의해 유동은 매우 규칙적이고 온도분포가 매우 균일한 상태가 얻어진다.

이와 같이 내부원통(12)이 회전되어짐에 따라 반응공간(16) 내에서의 반응물의 흐름은 축을 따라 주기적으로 배열되는 와류 셀이 형성되고, 이들 와류셀에 의해 반응물의 혼합은 매우 균일한 상태로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 반응기(100)는 회전가능한 내부원통(12)의 내부에 냉매가 관통할 수 있도록 나선형의 유로(20)가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 냉매유로는 도 2에 도시된 바와 같은 나선형의 관통로의 형태로 구현되어질 수 있다. 이 경우 나선형의 관통로는 직경이 균일한 나선형의 관형 유로가 회전축을 중심으로 나선형으로 감아 진행하도록 형성되어질 수 있다. 이 경우 바람직하게는 상기 나선형의 유로는 그 두께가 내부원통의 표면에 근접하도록 형성하는 것이 좋다. 이러한 형상의 내부원통은 주형을 이용하여 주조하는 방식으로 제조되어질 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉매유로(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부원통(12)에 스크류(20')를 장착하여 내부원통(12)의 내부로 유입되는 냉매가 일정한 속도에 의해 스크류의 날개에 따라 선회하면서 축을 따라 진행하도록 할 수 있다.

이와 같이 내부원통(12)의 내부를 냉매의 유로가 나선형이 되도록 형성함으로써, 내부원통(12)의 회전에 의해서도 냉매가 어느 한 방향으로 치우침이 없고 회전체의 밸런스가 잘 유지될 수 있을 뿐만 아니라 내부에 공동이 발생하지 않아 냉각효율이 높은 장점을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 내부원통(12)의 전단에 냉매라인(40)으로부터 유입되는 냉매를 수용하는 제1냉매수용함(23)이 결합되고, 상기 제1냉매수용함(23)내에 상기 나선형 냉매유로(20)의 유입단(21)이 위치하도록 구성한다. 이때 나선형 냉매유로(20)의 유입단(21)은 내부원통(12)의 회전으로 함께 회전하므로 상기 제1냉매수용함(23)과의 접촉영역은 누수를 방지하기 위하여 오링 등을 이용하여 실링처리되어야 한다. 이러한 구성에 의하면 상기 냉매유로(20)의 유입단(21)이 회전하면서 그 회전력에 의해 유로내부에 감압(혹은 부압)이 일어난다. 이와 같이 냉매는 일단 냉매라인(40)으로부터 상기 제1냉매수용함(23)에 일시적으로 투입되고, 제1냉매수용함(23)에 투입된 냉매는 내부원통(12)의 회전에 따라 형성된 나선형 유로(20)내 감압(혹은 부압)에 의한 압력차에 의해 나선형 유로내로 공급되어진다. 본 발명에서의 냉매 투입과정은 내부원통(12)의 회전력에 의해 얻어지는 압력차를 이용하고 있으므로 냉매투입을 위한 별도의 펌프를 필요로 하지 않는 무동력을 이용하는 것에 특징이 있다.

또 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 상기 내부원통(12)의 후단에 냉매유로(20)를 통해 배출되는 냉매를 수용하는 제2냉매수용함(24)이 연결된다. 상기 제2냉매수용함(24)은 나선형 냉매유로(20)의 유출단(22)과 연통되어져 유출단으로부터 배출되는 냉매를 일시적으로 수용한다. 이후 냉매는 제2냉매수용함(24)으로부터 냉매라인(40)으로 유입되어진다. 상기 냉매의 배출을 위한 냉매배출구(25)가 반응장치의 하단에 설치될 수 있다.

본 발명의 반응장치에서 상기 냉매라인(40)은 냉매공급장치(미도시)로부터 비순환적으로 냉매를 공급하는 라인이거나, 혹은 순환적으로 상기 내부원통을 관통하도록 구성된 라인일 수 있으며 이 경우에 별도의 펌프가 필요하지 않고 단순히 냉매라인 상에 저수조(미도시)를 두는 것(이때, 바람직하게는 반응기 보다 수평면에 대하여 상측에 위치하도록 한다)만으로 냉매를 순환시키는 것이 가능하다. 본 발명에 의하면 외부원통(11)을 관통하는 냉매라인의 순환을 위해 서큘레이터(미도시)를 장착할 수 있다.

상기 본 발명에 따른 반응기(100)는 냉매의 공급과정이 많은 동력을 요구하는 펌프에 의존함이 없이 기존에 회전하는 내부원통(12)의 회전력만을 이용하여 자연스럽게 냉매가 유로를 통해 순환될 수 있도록 구성함으로써 에너지 절감효과가 크고, 반응장치의 고장율을 현저하게 줄이면서도 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

11: 외부원통
12: 내부원통
13: 반응물 투입구 또는 생성물 배출구
14a: 냉매유입구
14b: 냉매유출구
15: 냉매 배출구
16: 반응 공간
17: 외부원통의 냉매수용함
20: 냉매유로
20': 스크류
21: 유입단
22: 유출단
23: 제1냉매수용함
24: 제2냉매수용함
25: 냉매 배출구
30: 회전 모터
40: 냉매공급라인

Claims (6)

1. 회전 가능하고 내부에 나선형 냉매유로(20)가 형성된 내부원통(12);
   반응물투입구(13)와 생성물 배출구를 갖고, 상기 내부원통(12)을 내부에 포함하며 내부원통(12)의 외주면과 일정간격 이격되어 반응공간(16)을 형성하는 외부원통(11);
   상기 내부원통(12)을 회전시키는 회전모터(30); 및
   상기 나선형 냉매유로(20)에 냉매를 연속적으로 공급하는 냉매라인(40)을 포함하며;
   상기 내부원통(12)의 전단에 냉매라인(40)으로부터 유입되는 냉매를 수용하는 제1냉매수용함(23)이 연결되고, 상기 제1냉매수용함(23) 내에 상기 나선형 냉매유로(20)의 유입단(21)이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유입단(21)을 통해 냉매유로(20)에 유입되도록 구성됨을 더 포함하며;
   상기 내부원통(12)의 후단에 냉매유로(20)를 통해 배출되는 냉매를 수용하는 제2냉매수용함(24)이 연결되고, 상기 제2냉매수용함(24) 내에 상기 나선형 냉매유로(20)의 유출단(22)이 위치하여 회전시 냉매가 상기 유출단(22)을 통해 제2냉매수용함(24)으로 배출되도록 구성됨을 더 포함하며;
   상기 냉매라인 상에 설치되어 냉매를 순환시켜주는 서큘레이터를 더 포함하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.
2. 제 1항에 있어서, 냉매유로(20)는 나선형의 관통로인 것을 특징으로 하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.
3. 제 1항에 있어서, 냉매유로(20)는 내부원통의 회전축에 스크류가 장착되어 형성된 것을 특징으로 하는 무동력 냉매주입이 가능한 반응기.
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