KR101115342B1

KR101115342B1 - Reaction chamber for carbon nano tube with rupture disc

Info

Publication number: KR101115342B1
Application number: KR1020080112279A
Authority: KR
Inventors: 김성수
Original assignee: 금호석유화학 주식회사
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2012-03-06
Also published as: KR20100053246A

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 합성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)에 있어서 반응기 내부에서 폭발이 발생하여 순간 압력 상승시 설정 압력에서 스스로 파열되어 폭발에 따른 압력을 외부로 강제 배출시킬 수 있는 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것이다. The present invention in the reactor (or reactor) of the reaction chamber for synthesizing carbon nanotubes explosion occurs inside the reactor and bursts by itself at the set pressure when the momentary pressure rises to force discharge of the pressure due to the explosion to the outside A carbon nanotube reaction chamber having a disk.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버는, 합성기판이 로딩되거나 언로딩되어 합성기판 상에 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 반응기의 일측에 배치되는 제1 플랜지, 반응기의 타측에 배치되는 제2 플랜지, 반응기의 외부에 배치되어 반응기를 가열하는 가열기, 가열기를 제어하는 제어기 및 제1 플랜지 또는 제2 플랜지의 일측에 선택적으로 구비되어 반응기의 내부에 소스가스가 산소와 결합하여 고온 고압의 폭발 압력의 발생시 상기 폭발 압력의 발생 초기에 스스로 파열되어 폭발 압력을 신속히 외부로 강제 배출시키도록 하는 파열디스크를 포함한다.Carbon nanotube reaction chamber having a rupture disk according to a preferred embodiment of the present invention, the synthesis substrate is loaded or unloaded to produce the carbon nanotubes on the synthesis substrate, a first flange disposed on one side of the reactor, A second flange disposed on the other side of the reactor, a heater disposed outside the reactor to heat the reactor, a controller for controlling the heater, and a first flange or a second flange selectively provided on one side of the reactor so that the source gas is oxygen in the reactor. And a bursting disc which bursts itself at the initial stage of the explosion pressure when the explosion pressure of the high temperature and high pressure is generated so as to forcibly discharge the explosion pressure to the outside.

탄소나노튜브, CNT, 반응기, 반응로, 반응챔버, 가스, 폭발, 파열, 디스크, 배출 Carbon nanotubes, CNTs, reactors, reactors, reaction chambers, gases, explosions, bursts, discs, exhausts

Description

Reaction chamber for carbon nano tube with rupture disc

본 발명은 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 합성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)에 있어서 반응기 내부에서 폭발이 발생하여 순간 압력 상승시 설정 압력에서 스스로 파열되어 폭발에 따른 압력을 외부로 강제 배출시킬 수 있는 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube reaction chamber, and more particularly, in the reactor (or reactor) of a reaction chamber for synthesizing carbon nanotubes, an explosion occurs inside the reactor, which causes itself to rupture at a set pressure when the instantaneous pressure rises. The present invention relates to a carbon nanotube reaction chamber having a rupture disk capable of forcibly discharging pressure due to an explosion to the outside.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tubes)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 육각환형을 이루고, 이러한 육각환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브를 이룬 형태를 가진다.Carbon nanotubes (Carbon Nano Tubes) form a hexagonal ring by combining three carbon atoms adjacent to one carbon atom, and the hexagonal ring is a honeycomb-shaped plane is rolled to form a cylindrical or tube.

상기 탄소나노튜브는 그 구조에 따라서 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타낼 수 있는 성질의 재료로서 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 슈퍼 커패시터(Super-Capacitor)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용 가능하다.The carbon nanotubes are attracting attention as new materials of the future because they can be widely applied in various technical fields as materials having properties of metal or semiconductor conductivity depending on their structure. For example, carbon nanotubes can be applied to electrodes of electrochemical storage devices such as secondary batteries, fuel cells, or super-capacitors, electromagnetic shielding, field emission displays, or gas sensors.

이러한 탄소나노튜브를 생성하는 반응챔버의 반응기(또는 반응로)는 하나의 가열장치에 의해 내부가 가열되는데, 예컨대, 종래 기술에 따른 반응챔버는 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 상기 반응기의 양측에 설치되는 제1 및 제2 플랜지를 포함하며, 일반적으로 상기 제2 플랜지의 일측에 반응기 내부의 가스를 외부로 배기하는 가스배기수단 등이 구비된다.The reactor (or reactor) of the reaction chamber for producing such carbon nanotubes is heated inside by one heating device. For example, the reaction chamber according to the prior art is a reactor in which carbon nanotubes are generated, and both sides of the reactor. It includes a first and a second flange installed in, generally one side of the second flange is provided with a gas exhaust means for exhausting the gas inside the reactor to the outside.

그러나 상기 가스배기수단은 탄소나노튜브 생성 공정후 반응기 내부의 가스를 외부로 단순히 배기하도록 하기 때문에, 탄소나노튜브 생성 공정 중 또는 생성 공정 후 반응기 내부에 존재하는 수소를 포함하는 소스가스(유해/폭발성 가스)가 반응기 외부로 누출되어 반응기 내부에서 소스가스가 산소와 반응하여 폭발이 발생하는 경우 고온 고압의 폭발 압력에 따라 막대한 인적/물적 피해가 발생하게 되는 문제점이 있다. However, since the gas exhaust means simply exhausts the gas inside the reactor after the carbon nanotube generation process to the outside, source gas containing hydrogen present in the reactor during or after the carbon nanotube generation process (harmful / explosive) Gas) leaks to the outside of the reactor, when the source gas reacts with oxygen in the reactor to cause an explosion, there is a problem that enormous human / material damage occurs according to the explosion pressure of high temperature and high pressure.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 상기 가스배기수단에 진공펌프 등의 감압부재가 설치되도록 하고 있으나, 상기와 같은 감압부재는 반응기 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상일 경우에만 압력을 외부로 배기되도록 하기 때문에, 상기와 같이 소스가스가 산소와 반응하여 폭발이 발생하는 경우 순간적으로 반응기 내부는 고온 고압의 폭발 압력이 발생하기 때문에 상기와 같은 진공펌프 등을 이용한 감압부재를 통해서는 순간적으로 상승하는 고온 고압의 폭발 압력이 발생 초기에 외부로 신속하게 배기되도록 제어하기 어려운 문제점이 있다.On the other hand, in order to solve the above problems, conventionally, a pressure reducing member such as a vacuum pump is installed on the gas exhaust means, but the pressure reducing member as described above is external pressure only when the pressure inside the reactor is more than a predetermined pressure. Since the explosion of the source gas reacts with the oxygen as described above, the inside of the reactor generates an explosion pressure at a high temperature and high pressure. As a result, the decompression member using the vacuum pump or the like is instantaneously. There is a problem that it is difficult to control the explosion pressure of the rising high temperature and high pressure to be quickly exhausted to the outside in the early stage of occurrence.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 탄소나노튜브의 반응챔버에 있어서 반응기 내부의 소스가스가 산소와 반응하여 폭발하는 경우 스스로 파열되어 반응기 내부의 고온 고압의 폭발 압력을 발생 초기에 신속하게 외부로 강제 배출시킬 수 있는 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, in the reaction chamber of the carbon nanotubes when the source gas inside the reactor is detonated by reacting with oxygen to rupture itself to generate an explosion pressure of high temperature and high pressure inside the reactor It is an object of the present invention to provide a carbon nanotube reaction chamber having a bursting disc capable of being forced out quickly.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버는, 합성기판이 로딩되거나 언로딩되어 합성기판 상에 탄소나노튜브의 생성이 이루어지는 반응기, 반응기의 일측에 배치되는 제1 플랜지, 반응기의 타측에 배치되는 제2 플랜지, 반응기의 외부에 배치되어 반응기를 가열하는 가열기, 가열기를 제어하는 제어기 및 제1 플랜지 또는 제2 플랜지의 일측에 선택적으로 구비되어 반응기의 내부에 소스가스가 산소와 결합하여 고온 고압의 폭발 압력의 발생시 상기 폭발 압력의 발생 초기에 스스로 파열되어 폭발 압력을 신속히 외부로 강제 배출시키도록 하는 파열디스크를 포함한다.Carbon nanotube reaction chamber having a rupture disk according to a preferred embodiment of the present invention, the synthesis substrate is loaded or unloaded to produce the carbon nanotubes on the synthesis substrate to achieve the above object, one side of the reactor A first flange disposed in the reactor, a second flange disposed on the other side of the reactor, a heater disposed outside the reactor to heat the reactor, a controller for controlling the heater, and optionally provided on one side of the first flange or the second flange reactor In the interior of the source gas is combined with oxygen, when the explosion pressure of the high temperature and high pressure includes a burst disk to burst itself by the initial burst of the explosion pressure to force the explosive pressure quickly to the outside.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파열디스크는, 제1 플랜지 또는 제2 플랜지의 일측에 형성된 압력배출구에 연장 설치되는 압력배출관, 압력배출관에 고정되며 리브에 의해 구획되는 개구부를 가지는 제1 디스크홀더, 제1 디스크홀더에 결합부재에 의해 결합되며 리브에 의해 구획되는 개구부를 가지는 제2 디스크홀더 및 제1 디스크홀더와 제2 디스크홀더 사이에 구비되며 결합부재의 결합력(Torque)에 따라 파열 가능한 특정 압력이 설정되어 상기 결합력에 따른 특정 압력에 대응되는 반응기 내부의 폭발 압력 발생 초기에 파열되어 반응기 내부의 고온 고압의 폭발 압력이 신속히 외부로 강제 배출되도록 하는 디스크를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the rupture disk, the first disk holder having a pressure discharge pipe extending to the pressure discharge port formed on one side of the first flange or the second flange, an opening fixed to the pressure discharge pipe and partitioned by ribs And a second disk holder coupled to the first disk holder by the coupling member and having an opening partitioned by the rib, and provided between the first disk holder and the second disk holder and being rupturable according to the coupling force of the coupling member. The pressure is set to include a disk that bursts at the initial generation of explosion pressure inside the reactor corresponding to a specific pressure according to the bonding force to quickly expel the high pressure and explosion pressure inside the reactor to the outside.

본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 생성 공정 진행 중이나 공정 전/후 반응기 내부의 소스가스가 산소와 결합하여 폭발이 발생하는 경우, 이때 순간적으로 초래되는 폭발 압력의 상승 초기에 제1 플랜지 또는 제2 플랜지에 선택적으로 구비되는 제1 및 제2 디스크홀더 사이의 디스크가 파열되어 상기 반응기 내부의 폭발 압력을 외부로 신속하게 강제 배출시킴으로써 폭발에 의한 피해를 최소화 할 수 있다.According to the present invention, the first flange or the second flange at the initial stage of the explosion pressure rise that occurs when the source gas in the reactor during the carbon nanotube generation process or before and after the process is combined with oxygen when the explosion occurs The disk between the first and second disk holder optionally provided at the rupture is bursting to quickly discharge the explosion pressure inside the reactor to the outside can minimize the damage caused by the explosion.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비의 일예를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 파열디스크와 파열디스크홀더를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 반응기를 나타낸 도면이다.1 is a schematic view showing an example of a carbon nanotube production facility to which a carbon nanotube reaction chamber having a burst disk according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a carbon nanotube having a burst disk of FIG. 1. 3 is a perspective view schematically illustrating a rupture disc and a rupture disc holder of a reaction chamber, and FIG. 3 is a view illustrating a reactor of a carbon nanotube reaction chamber having a rupture disc of FIG. 2.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비는, 합성기판(10) 상에 탄소나노튜브를 생성하는 공정을 수행하는 반응챔버(100)와, 합성기판(10)을 반응챔버(100)에 로딩/언로딩하여 합성기판(10)에 대한 전처리 공정 및 후처리 공정을 수행하는 전후처리설비(200)를 포함한다.1 to 3, a carbon nanotube production apparatus to which a carbon nanotube reaction chamber having a rupture disk according to a preferred embodiment of the present invention is applied, generates carbon nanotubes on a composite substrate 10. Pre- and post-treatment facility 200 for performing a pre-treatment process and a post-treatment process for the synthesis substrate 10 by loading / unloading the reaction chamber 100 and the synthesis substrate 10 to perform the process. It includes.

여기서, 전후처리설비(200)는 합성기판(10)에 촉매를 도포하고 합성기판(10)에 생성된 탄소나노튜브를 회수하기 위한 스테이션부(210), 제1 이송부(220), 기판저장부(230), 촉매도포부(240), 회수부(250) 및 제2 이송부(260)를 포함한다.Here, the post-processing facility 200 is a station 210, the first transfer unit 220, the substrate storage unit for applying the catalyst to the synthetic substrate 10 and recovering the carbon nanotubes generated in the synthetic substrate 10 230, a catalyst coating unit 240, a recovery unit 250, and a second transfer unit 260.

상기 전후처리설비(200)의 스테이션부(210)는 반응챔버(100)로부터 언로딩되는 합성기판(10)이 대기 중에 노출되는 것을 방지하고, 기판저장부(230)는 반응챔버(100)에 로딩되거나 언로딩되는 합성기판(10)을 저장한다. 또한, 촉매도포부(240)는 합성기판(10)이 반응챔버(100)로부터 로딩되기 전에 합성기판(10) 상에 촉매를 도포하는 공정을 수행하고, 회수부(250)는 반응챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10) 상에 생성된 탄소나노튜브를 합성기판(10)으로부터 회수하는 공정을 수행한다. 또한, 제2 이송부(260)는 기판저장부(230), 촉매도포부(240) 그리고 회수부(250) 사이에 합성기판(10)을 이송한다. The station unit 210 of the post-processing equipment 200 prevents the unloaded composite substrate 10 from the reaction chamber 100 from being exposed to the atmosphere, and the substrate storage unit 230 is connected to the reaction chamber 100. The composite substrate 10 loaded or unloaded is stored. In addition, the catalyst coating unit 240 performs a process of applying a catalyst on the synthetic substrate 10 before the synthetic substrate 10 is loaded from the reaction chamber 100, the recovery unit 250 is the reaction chamber 100 The carbon nanotubes generated on the unloaded synthetic substrate 10 from the composite substrate 10 is recovered. In addition, the second transfer unit 260 transfers the composite substrate 10 between the substrate storage unit 230, the catalyst coating unit 240, and the recovery unit 250.

여기서, 상기 촉매는 예를 들면, 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이금속과 이들의 합금 및 산화마그네슘(MgO), 알루미나(Al203), 이산화규소(SiO2) 등의 다공성 물질이 혼합된 분말형태이거나 액상일 수 있다.Here, the catalyst is, for example, a mixture of transition metals such as iron, platinum, cobalt, nickel, yttrium, and alloys thereof, and porous materials such as magnesium oxide (MgO), alumina (Al203), and silicon dioxide (SiO2). It may be in powder form or in liquid form.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 스테이션부(210)는 반응챔버(100)의 일측에 반응챔버(100)와 나란하게 배치된다. 스테이션부(210)는 제1 영역(211)과 제2 영역(212)을 가지는데, 기판저장부(230)가 위치되는 제1 영역(211)은 반응챔버(100)와 인접하게 배치되고, 반응챔버(100) 내부에 합성기판(10)을 로딩/언로딩하는 제1 이송부(220)가 위치되는 제2 영역(212)은 제1 영역(211)을 기준으로 반응챔버(100)와 반대 방향에 제공된다. 여기서, 반응챔버(100)와 제2 영역(212)은 동일 선상에 위치되도록 배치된다. 제1 영역(211)은 상부영역(211a)과 하부영역(211b)을 가지는데, 상부영역(211a)은 반응챔버(100) 및 제2 영역(212)과 동일 선상에 위치되는 영역이고, 하부영역(211b)은 상부영역(211a)으로부터 제1 방향(x) 과 수직한 제2 방향(y)으로 연장되는 영역이다. 촉매도포부(240)와 회수부(250) 그리고 제2 이송부(260)는 스테이션부(210)와 인접하게 위치되며, 제1 영역(211)의 상부영역(211a)을 기준으로 하부영역(211b)과 반대되는 위치에 제1 방향(x)과 평행한 방향으로 나란하게 배치된다. 제2 이송부(260)는 스테이션부(210)의 제1 영역(211)과 대향되는 위치에 배치되고 또한, 촉매도포부(240)와 회수부(250) 사이에 위치된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the station unit 210 is disposed side by side with the reaction chamber 100 on one side of the reaction chamber (100). The station unit 210 has a first region 211 and a second region 212. The first region 211 where the substrate storage unit 230 is located is disposed adjacent to the reaction chamber 100. The second area 212 in which the first transfer part 220 for loading / unloading the composite substrate 10 in the reaction chamber 100 is located is opposite to the reaction chamber 100 based on the first area 211. Direction is provided. Here, the reaction chamber 100 and the second region 212 are arranged to be located on the same line. The first region 211 has an upper region 211a and a lower region 211b, and the upper region 211a is a region located on the same line as the reaction chamber 100 and the second region 212 and the lower region. The area 211b is an area extending from the upper area 211a in a second direction y perpendicular to the first direction x. The catalyst application part 240, the recovery part 250, and the second transfer part 260 are positioned adjacent to the station part 210, and the lower area 211b based on the upper area 211a of the first area 211. Are arranged side by side in a direction parallel to the first direction (x) at a position opposite to). The second transfer unit 260 is disposed at a position opposite to the first region 211 of the station unit 210 and is located between the catalyst coating unit 240 and the recovery unit 250.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버(100)는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 반응기(110), 제1 및 제2 플랜지(120,130), 가열기(140), 제어기(150), 보트(160) 및 제1 플랜지(120) 또는 제2 플랜지(130)의 일측에 선택적으로 구비되어 반응기(110)의 내부에 소스가스가 산소와 결합하여 고온 고압의 폭발 압력의 발생시 상기 폭발 압력의 발생 초기에 스스로 파열되어 폭발 압력을 신속히 외부로 강제 배출시키도록 하는 파열디스크(170)를 포함한다.Carbon nanotube reaction chamber 100 having a rupture disk according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in Figure 1 and 2, the reactor 110, the first and second flanges (120, 130), the heater ( 140, the controller 150, the boat 160, and one side of the first flange 120 or the second flange 130 are selectively provided so that the source gas is combined with oxygen in the reactor 110 to provide high temperature and high pressure. When the explosion pressure is generated includes a burst disk 170 to burst itself by the initial burst of the explosion pressure to expel the explosive pressure quickly to the outside.

반응기(110)는 석영(Quartz) 또는 그라파이트(Graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 이루어지고 대체로 원통 형상을 가지며, 제1 및 제2 플랜지(120, 130)는 반응기(110)의 양단에 구비되어 반응기(110) 내부를 외부로 밀폐한다. 또한, 가열기(140)는 반응기(110)의 외부를 감싸 반응기(110) 내부를 공정온도로 가열하고, 제어기(150)는 가열기(140)가 반응기(110)의 온도를 기설정된 온도로 조절하도록 제어한다. 또한, 보트(160)는 반응기(110) 내부에 설치되어 합성기판(10)들이 안착되도록 한다. The reactor 110 is made of a heat resistant material, such as quartz or graphite, and has a generally cylindrical shape, and the first and second flanges 120 and 130 are provided at both ends of the reactor 110, thereby providing a reactor. (110) Seal the inside to the outside. In addition, the heater 140 surrounds the outside of the reactor 110 to heat the inside of the reactor 110 to a process temperature, and the controller 150 controls the heater 140 to adjust the temperature of the reactor 110 to a preset temperature. To control. In addition, the boat 160 is installed in the reactor 110 to allow the composite substrate 10 to be seated.

여기서, 합성기판(10)은 탄소나노튜브의 합성이 이루어지는 기저판(Base plate)으로서 사용된다. 탄소나노튜브가 합성되는 합성기판(10)으로는 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer), ITO(Induim Tin Oxide) 기판, 코팅된 유리(ITO-coated glass), 소다라임 유리, 코닝 유리, 전이금속이 증착된 기판, 알루미나 등이 사용될 수 있으나, 탄소나노튜브를 합성시키기에 충분한 강성을 가진다면 상기 종류의 기판 외에 다양한 종류가 사용될 수 있다.Here, the synthetic substrate 10 is used as a base plate on which carbon nanotubes are synthesized. The composite substrate 10 on which carbon nanotubes are synthesized includes a silicon wafer, an induim tin oxide (ITO) substrate, an coated glass (ITO-coated glass), soda-lime glass, corning glass, and a transition metal. A substrate, alumina, or the like may be used, but various kinds may be used in addition to the substrate of the above type, provided that the substrate has sufficient rigidity to synthesize carbon nanotubes.

여기서, 제1 플랜지(120)에는 가스공급부(미도시)로부터 공급되는 소스가스를 반응기(110) 내부로 공급시키는 적어도 하나의 가스공급라인(121)이 설치된다. 가스공급라인(121)은 공정시 가스공급원(미도시)으로부터 반응기(110) 내부로 소스가스를 공급시킨다. 상기 소스가스로는 주로 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 소스가스는 열분해에 의해 라디칼로 분해되고, 상기 라디칼들이 합성기판(10) 상에 도포된 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성한다.Here, the first flange 120 is provided with at least one gas supply line 121 for supplying the source gas supplied from the gas supply unit (not shown) into the reactor 110. The gas supply line 121 supplies a source gas into the reactor 110 from a gas supply source (not shown) during the process. At least one selected from the group consisting mainly of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide may be used as the source gas. The source gas is decomposed into radicals by pyrolysis, and the radicals react with a catalyst applied on the synthetic substrate 10 to synthesize carbon nanotubes.

또한, 제1 플랜지(120)와 반응기(110)의 접촉면에는 반응기(110)의 내부를 외부 환경으로부터 밀폐하는 실링부재(122)가 설치된다. 실링부재(122)로는 오링(O-Ring)이 사용될 수 있다. 실링부재(122)는 반응기(110)가 고온으로 유지된 상태에서 공정이 수행되므로, 반응기(110)로부터 발생되는 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 소정의 냉각유체에 의해 냉각될 수 있는 것이 바람직하다. 일예로, 제1 플랜지(120)에는 냉각유체가 흐르는 냉각라인이 설치될 수 있다.In addition, a sealing member 122 is installed on the contact surface of the first flange 120 and the reactor 110 to seal the inside of the reactor 110 from an external environment. As the sealing member 122, an O-ring may be used. Since the sealing member 122 is performed in a state where the reactor 110 is maintained at a high temperature, the sealing member 122 may be cooled by a predetermined cooling fluid to prevent damage by heat generated from the reactor 110. . For example, a cooling line through which a cooling fluid flows may be installed in the first flange 120.

또한, 제2 플랜지(130)에는 반응기(110) 내부의 공정 수행 후 잔류 가스가 배출되도록 하는 적어도 하나의 가스배기라인(131)이 설치되며, 가스배기라인(131)에는 소정의 감압부재(미도시)가 설치되어 공정시 반응기(110) 내부의 압력을 감소시킬 수 있다. 여기서, 제2 플랜지(130)에는 중앙에 합성기판(10)이 이동될 수 있는 개구가 형성되고, 상기 개구는 공정시 합성기판(10)이 반응기(110)를 출입할 수 있는 통로로 제공된다. In addition, at least one gas exhaust line 131 is installed on the second flange 130 to discharge residual gas after performing the process inside the reactor 110, and a predetermined pressure reducing member (not shown) is provided in the gas exhaust line 131. C) may be installed to reduce the pressure inside the reactor 110 during the process. Here, an opening through which the composite substrate 10 can be moved is formed at the center of the second flange 130, and the opening is provided as a passage through which the composite substrate 10 can enter and exit the reactor 110 during the process. .

또한, 제2 플랜지(130)와 반응기(110)의 접촉면에는 제1 플랜지(120)와 같은 방식으로, 반응기(110) 내부를 외부 환경으로부터 밀폐하는 실링부재(132)가 설치된다. 실링부재(132)로는 오링(O-Ring)이 사용될 수 있다. 실링부재(132)는 반응기(110)가 고온으로 유지된 상태에서 공정이 수행되므로, 반응기(110)로부터 발생되는 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 소정의 냉각유체에 의해 냉각될 수 있는 것이 바람직하다. 일예로, 제2 플랜지(130)에는 냉각유체가 흐르는 냉각라인이 설치될 수 있다.In addition, a sealing member 132 is installed on the contact surface between the second flange 130 and the reactor 110 to seal the inside of the reactor 110 from an external environment in the same manner as the first flange 120. As the sealing member 132, an O-ring may be used. Since the sealing member 132 is performed while the reactor 110 is maintained at a high temperature, the sealing member 132 may be cooled by a predetermined cooling fluid in order to prevent damage by heat generated from the reactor 110. . For example, the second flange 130 may be provided with a cooling line through which the cooling fluid flows.

또한, 가열기(140)는 반응기(110)의 외벽을 감싸도록 설치되어 반응기(110) 내부를 공정 온도로 가열하며, 반응기(110)를 가열하는 방식으로는 발열코일에 의한 방식 또는 발열램프에 의한 방식 등이 사용될 수 있다. 여기서, 가열기(140)는 반응기(110)의 중앙 영역을 가열하는 중앙부가열기, 반응기(110)의 중앙 영역을 제외한 양측 영역을 가열하는 측부가열기로 구분할 수 있으며, 상기 측부가열기는 제1 및 제2 플랜지(120, 130)에 의한 온도변화를 조절하고 상기 중앙가열기는 상기 양측 영역 사이의 온도변화를 조절한다.In addition, the heater 140 is installed to surround the outer wall of the reactor 110 to heat the inside of the reactor 110 at a process temperature, and the method of heating the reactor 110 by the heating coil method or the heating lamp Scheme and the like can be used. Here, the heater 140 may be divided into a central heating unit for heating the central region of the reactor 110, and a side heating unit for heating both regions except for the central region of the reactor 110. And a temperature change by the second flanges 120 and 130, and the central heater controls the temperature change between the two regions.

제어기(150)는 가열기(140)가 반응기(110)의 온도를 기설정된 온도로 조절하 도록 가열기(140)를 제어하며, 반응기(110)의 내부에는 반응기(110) 내부 중앙 영역과 양측 영역의 온도를 감지할 수 있는 복수의 감지부재들(미도시)이 설치되어 상기 감지부재들로부터 반응기(110) 내부 각각의 영역별로 온도를 감지한 신호를 전송받아 반응기(110) 내부 온도를 기설정된 공정온도로 유지하도록 제어한다.The controller 150 controls the heater 140 so that the heater 140 adjusts the temperature of the reactor 110 to a preset temperature, and the inside of the reactor 110 includes a central region and two regions of the reactor 110. A plurality of sensing members (not shown) capable of sensing a temperature are installed to receive a signal detecting a temperature for each region of the reactor 110 from the sensing members to set a predetermined temperature inside the reactor 110. Control to keep at temperature.

예를 들어, 제어기(150)는 중앙가열기와 측부가열기를 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 측부가열기에 의한 가열온도를 중앙가열기에 의한 가열온도 보다 높게 제어하는 것이 바람직하다. 이는, 측부가열기의 가열 영역은 제1 및 제2 플랜지(120, 130)를 냉각시키기 위한 냉각라인에 의하여 상기 가열 영역의 내부 온도가 낮아지게 되기 때문이다.For example, the controller 150 may independently control the central heater and the side heater, and preferably controls the heating temperature by the side heater to be higher than the heating temperature by the central heater. This is because the heating region of the side heater is lowered by the internal temperature of the heating region by a cooling line for cooling the first and second flanges 120 and 130.

보트(160)는 반응기(110) 내에 하나만 제공되거나 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)는 충분히 큰 크기로 제공되어 하나의 보트(160)에 반응기(110)의 길이방향을 따라 복수개의 합성기판(10)이 안착될 수 있다. 선택적으로 보트(160)는 상하방향 및 길이방향으로 각각 복수개의 합성기판(10)이 지지될 수 있는 크기 및 구조를 가질 수 있다. 일예에 의하면, 보트(160)들은 상하로 한 쌍씩 그리고 길이방향으로 한 쌍씩 합성기판(10)들을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가지며 반응기(110) 내에 고정 설치된다.Only one boat 160 may be provided in the reactor 110, or a plurality of boats 160 may be provided. The boat 160 is provided with a sufficiently large size so that a plurality of synthetic substrates 10 may be seated along the longitudinal direction of the reactor 110 in one boat 160. Optionally, the boat 160 may have a size and a structure in which the plurality of composite substrates 10 may be supported in the vertical direction and the longitudinal direction, respectively. In one example, the boats 160 are fixedly installed in the reactor 110 and have a size and structure capable of supporting the composite substrates 10 in pairs up and down and in pairs in the longitudinal direction.

파열디스크(170)는, 제1 플랜지(120) 또는 제2 플랜지(130)의 일측에 형성된 압력배출구(171)에 연장 설치되는 압력배출관(172), 압력배출관(172)에 고정되며 리브(173)에 의해 구획되는 개구부를 가지는 제1 디스크홀더(174), 제1 디스크홀더(174)에 결합부재(175)에 의해 결합되며 리브(173)에 의해 구획되는 개구부를 가 지는 제2 디스크홀더(177) 및 제1 디스크홀더(174)와 제2 디스크홀더(177) 사이에 구비되며 결합부재(175)의 결합력(Torque)에 따라 파열 가능한 특정 압력이 설정되어 상기 결합력에 따른 특정 압력에 대응되는 반응기(110) 내부의 폭발 압력 발생 초기에 스스로 파열되어 반응기(110) 내부의 고온 고압의 폭발 압력이 신속히 외부로 강제 배출되도록 하는 디스크(178)를 포함한다.The bursting disc 170 is fixed to the pressure discharge pipe 172 and the pressure discharge pipe 172 which are installed at the pressure discharge port 171 formed at one side of the first flange 120 or the second flange 130 and the rib 173. The first disk holder 174 having an opening partitioned by the first disk holder 174, the second disk holder having an opening partitioned by the rib 173 and coupled to the first disk holder 174 by the coupling member 175. 177) and a specific pressure provided between the first disk holder 174 and the second disk holder 177 and set to a burstable pressure according to the coupling force of the coupling member 175 to correspond to the specific pressure according to the coupling force. It includes a disk 178 to rupture itself at the initial generation of explosion pressure inside the reactor 110 so that the explosion pressure of the high temperature and high pressure inside the reactor 110 is forced out quickly.

여기서, 디스크(178)는 반응기(110)의 크기에 따라서 그 수를 증가시켜 파열 가능한 특정 압력을 설정하거나 또는 결합부재(175)의 결합력에 따라 파열 가능한 특정 압력을 가변적으로 설정하여 예를 들면, 결합력을 증가시킬 경우 파열 가능한 특정 압력(예를 들면, 3 bar)은 높아지고 결합력을 감소시킬 경우 파열 가능한 특정 압력(예를 들면, 1 bar)은 낮아지게 설정할 수 있다. 또한, 디스크(178)는 스테인레스 316L 재질의 얇은 두께를 가지는 박막 형상을 가지며, 형상은 원형, 사각형 및 육각형 등으로 다양하게 제작될 수 있으나 가장 정확한 파열 압력 설정을 위하여 원형으로 제작되는 것이 바람직하다. Here, the disk 178 increases the number according to the size of the reactor 110 to set a specific burstable pressure or variably set a specific burstable pressure according to the coupling force of the coupling member 175, for example, Increasing the bonding force can be set to increase the specific burstable pressure (eg 3 bar) and to decrease the bonding force to lower the specific burstable pressure (eg 1 bar). In addition, the disk 178 has a thin film shape having a thin thickness of stainless 316L material, the shape can be made in a variety of circles, squares and hexagons, etc., but is preferably manufactured in a circular for the most accurate burst pressure setting.

또한, 상기와 같이 결합부재(175)의 결합력에 따른 디스크(178)의 파열 가능한 특정 압력을 설정하기 위해서 상기 결합부재(175)는 토크렌치 등에 의해 제1 및 제2 디스크홀더(174,177) 사이를 결합시키기 위한 모든 구성 또는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the coupling member 175 is connected between the first and second disk holders 174 and 177 by a torque wrench, etc. in order to set a specific breakable pressure of the disk 178 according to the coupling force of the coupling member 175 as described above. It is preferred to include all configurations or means for joining.

따라서 상기와 같은 파열디스크(170)에 의하면, 탄소나노튜브 생성 공정 진행 중이나 공정 전/후 반응기(110) 내부의 소스가스가 산소와 결합하여 폭발이 발생하는 경우, 이때 순간적으로 초래되는 폭발 압력의 상승 초기에 제1 및 제2 디스 크홀더(174,177) 사이에 구비된 디스크(178)가 파열되어 상기 반응기(110) 내부의 폭발 압력을 외부로 신속하게 강제 배출시킴으로써 폭발에 의한 피해를 최소화 할 수 있다.Therefore, according to the rupture disk 170 as described above, when the source gas inside the reactor 110 during the carbon nanotube generation process or before / after the process is combined with oxygen to generate an explosion, the explosion pressure that is instantaneously caused In the early stage of the ascension, the disk 178 provided between the first and second disk holders 174 and 177 is ruptured to quickly discharge the explosion pressure inside the reactor 110 to the outside, thereby minimizing damage caused by the explosion. have.

본 발명의 바람직한 실시예는 탄화수소를 열분해하여 탄소나노튜브를 생산하는 열분해법(Pyrolysis of hydrocarbon)이 적용되는 구조를 가진 반응챔버(100)를 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 예에 불과하며, 본 발명의 탄소나노튜브 생산설비는 레이저증착법, 플라즈마화학기상증착법, 열화학기상증착법, 전기분해방법, 플레임(Flame)합성방법, 그리고 전기방전법 등의 다양한 생성방식이 적용된 구조를 가지는 반응챔버가 사용될 수 있다.Although a preferred embodiment of the present invention describes a reaction chamber 100 having a structure to which a pyrolysis of hydrocarbon is applied to pyrolyze hydrocarbons to produce carbon nanotubes, but this is just one example. , The carbon nanotube production equipment of the present invention is a reaction chamber having a structure in which various production methods such as laser deposition, plasma chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, electrolysis, flame synthesis, and electric discharge are applied. Can be used.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains have various permutations and modifications without departing from the spirit or essential features of the present invention. It is to be understood that the present invention may be practiced in other specific forms, since modifications may be made. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버가 적용된 탄소나노튜브 생산설비의 일예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing an example of a carbon nanotube production facility to which a carbon nanotube reaction chamber having a bursting disc according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

도 2는 도 1의 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 파열디스크와 파열디스크홀더를 개략적으로 나타낸 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a burst disk and a burst disk holder of a carbon nanotube reaction chamber having a burst disk of FIG. 1.

도 3은 도 2의 파열디스크를 가지는 탄소나노튜브 반응챔버의 반응기를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a reactor of a carbon nanotube reaction chamber having a rupture disk of FIG.

*도면 부호 설명** Drawing reference Explanation *

10 : 합성기판 100 : 반응챔버10: synthetic substrate 100: reaction chamber

110 : 반응기 120 : 제1 플랜지110 reactor 120 first flange

121 : 가스공급라인 122 : 실링부재121: gas supply line 122: sealing member

130 : 제2 플랜지 131 : 가스배기라인130: second flange 131: gas exhaust line

132 : 실링부재 140 : 가열기132: sealing member 140: heater

150 : 제어기 160 : 보트150: controller 160: boat

170 : 파열디스크 174 : 제1 디스크홀더170: bursting disc 174: first disc holder

177 : 제2 디스크홀더 178 : 디스크177: second disk holder 178: disk

Claims

A reactor in which a synthetic substrate is loaded or unloaded to generate carbon nanotubes on the synthetic substrate;

A first flange disposed on one side of the reactor;

A second flange disposed on the other side of the reactor;

A heater disposed outside the reactor to heat the reactor;

A controller to control the heater; And

Optionally provided on one side of the first flange or the second flange, the source gas is combined with oxygen in the reactor to rupture at the initial generation of the explosion pressure when the explosion pressure of the high temperature and high pressure to expel the explosive pressure quickly to the outside A ruptured disk to allow;

In the reaction chamber for producing carbon nanotubes comprising:

The bursting disc

A pressure discharge pipe extending to the pressure discharge port formed at one side of the first flange or the second flange;

A first disk holder fixed to the pressure discharge pipe and having an opening defined by a rib;

A second disk holder coupled to the first disk holder by a coupling member and having an opening defined by the rib; And

Is installed between the first disc holder and the second disc holder;

The bursting of the rupture disk is set to a specific pressure that can be ruptured in accordance with the torque or the number of the rupture disk of the coupling member, ruptured when an explosion pressure is generated in the reactor corresponding to the specific pressure, the specific rupturable pressure Reaction chamber for producing carbon nanotubes, characterized in that the variable can be set.

delete

The method of claim 1, wherein the disk

Reaction chamber for producing carbon nanotubes, characterized in that it has a thin film shape having a thin thickness of stainless steel.

The method of claim 1, wherein the disk

Reaction chamber for producing carbon nanotubes, characterized in that it has any shape selected from round, square or hexagon.