KR101433008B1 - 촉매 공급 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 촉매 공급 장치는 촉매 투하부, 분산판, 진동 제공부 및 이동 쉴드를 포함한다. 촉매 투하부는 내부에 수용된 촉매를 하방으로 투하한다. 분산판은 촉매 투하부의 하부에 배치되고, 복수개의 분산홀들을 구비하며, 분산홀들을 통하여 투하되는 촉매를 분산시킨다. 진동 제공부는 분산판과 연결되고, 분산판에 투하된 촉매가 분산판 전체에 분산되도록 분산판에 진동을 제공한다. 이동 쉴드는 분산판의 하부에 배치되고, 좌우로 개폐 가능한 셔터를 포함하며, 하부에 배치되어 일 방향으로 이동하는 원형 기판의 넓이에 따라 셔터의 개방 정도를 변경시켜 투하되는 촉매를 기판에 균일하게 공급한다. 따라서, 원형 기판 전체에 촉매를 균일하게 공급하여 촉매의 공급량을 감소시킬 수 있다.

Description

촉매 공급 장치{APPARATUS OF PROVIDING CATALYST PARTICLES}

본 발명은 촉매 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원형 기판에 촉매를 도포하기 위한 촉매 공급 장치에 관한 것이다.

탄소동소체인 탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형의 벌집 무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질로써, 수 나노미터(nm)의 직경을 갖는다. 특히, 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 갖는다. 그러므로, 탄소나노튜브는 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전 등의 폭넓은 기술 분야에 그 적용이 가능하다.

상기 탄소나노튜브를 합성하기 위한 탄소나노튜브 합성 장치는 반응기의 내부에 기판을 제공하고, 상기 기판에 촉매를 도포한다. 그리고, 상기 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성하기 위한 반응 가스를 반응기 내부로 공급한다. 이에 상기 반응기를 일정한 온도로 가열하는 경우, 상기 촉매와 반응 가스가 반응하여 탄소나노튜브가 합성된다.

한편, 상기 반응기는 제작상의 어려움과 상기 반응기에 배치되는 부속 장치와의 관련성 등을 고려하여 그 단면이 원의 형상으로 이루어진다. 이에 공간적 효율성을 위하여 상기 반응기 내부에 제공되는 상기 기판의 단면도 원의 형상으로 이루어진다.

이 때, 상부에서 상기 촉매를 투하하여 상기 기판에 도포하는 경우, 상기 촉매의 일부는 상기 원형 기판이 배치되지 않은 가장 자리로 투하된다. 따라서, 촉매의 일부는 기판으로 투하되지 않으므로, 허비되는 촉매가 발생하여 전체적인 공정 비용이 증가되는 문제점이 발생한다. 또한, 촉매와 반응 가스가 기판 이외의 장소 에서 반응하여 탄소나노튜브가 합성되는 경우, 상기 합성된 탄소나노튜브를 쉽게 회수하지 못하고 반응기 내부가 오염되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 일 목적은 촉매를 원형 기판 전체에 균일하게 도포되도록 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급 장치를 제공하는데 있다.

상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치는 투하부, 분산판, 진동 제공부 및 이동 쉴드를 포함한다. 상기 촉매 투하부는 내부에 수용된 촉매를 하방으로 투하한다. 상기 분산판은 상기 촉매 투하부의 하부에 배치되고, 복수개의 분산홀들을 구비하며, 상기 분산홀들을 통하여 상기 투하되는 촉매를 분산시킨다. 상기 진동 제공부는 상기 분산판과 연결되고, 상기 분산판에 투하된 촉매가 상기 분산판 전체에 분산되도록 상기 분산판에 진동을 제공한다. 상기 이동 쉴드는 상기 분산판의 하부에 배치되고, 좌우로 개폐 가능한 셔터를 포함하며, 하부에 배치되어 일 방향으로 이동하는 원형 기판의 넓이에 따라 상기 셔터의 개방 정도를 변경시켜 상기 투하되는 촉매를 상기 기판에 균일하게 공급한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 진동 제공부는 상기 분산판으로 투하된 촉매의 양에 대응하여 진동 주파수, 진동 세기를 변경하여 상기 분산판에 제공한다. 또한, 상기 원형 기판이 일 방향으로 이동할 때, 상기 이동 쉴드는 상기 이동하는 원형 기판의 가장 자리에서 중앙부까지 상기 셔터의 개방을 점차적으로 증가시키고, 상기 이동하는 원형 기판의 중앙부에서 상기 가장 자리까지 상기 셔터의 개방을 점차적으로 감소시킨다.

상술한 본 발명에 따르면, 원형 기판의 넓이에 따라 투하되는 촉매의 경로를 조절함으로써, 원형 기판의 바깥 영역에 촉매가 도포되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 촉매의 소비량을 감소시키고 촉매를 사용한 탄소나노튜브 합성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 분산판, 분산홀, 진동 제공부, 셔터 등은 그 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 이하에서 설명하는 촉매 공급 장치는 수평 반응기, 수직 반응기, 유동층을 이용한 수직 유동 반응기 등에 적용할 수 있다. 그리고, 언급한 적용 예 이외에도 촉매를 이용하여 탄소나노튜브를 합성하는 탄소나노튜브 합성 장치 모두에 적용할 수 있음은 자명하다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 촉매 공급 장치의 일 동작을 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 도 1의 촉매 공급 장치를 측면에서 바라본 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치(100)는 기판(110) 상에 촉매를 공급한다. 즉, 촉매 공급 장치(100)는 기판(110) 상에 촉매가 균일한 두께로 도포될 수 있도록 상부에 일정량만큼 투하하는 방식으로 기판(110)에 촉매를 공급한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 기판(110)은 원형 기판으로 이루어진다. 또한, 원형 기판(110)은 촉매 공급 장치(100)의 하부에서 일 방향으로 이동한다. 예를 들어, 원형 기판(110)은 구동 수단(도시되지 않음)에 의하여 촉매 공급 장치(100의 하부에서 일 방향을 따라 직선으로 이동한다.

촉매 공급 장치(100)는 촉매를 기판(110) 상에 균일하게 도포시키기 위하여 촉매 투하부(200), 분산판(300), 진동 제공부(400) 및 이동 쉴드(500)를 포함한다.

촉매 투하부(200)는 내부에 촉매를 수용한다. 이에 촉매 투하부(200)는 촉매를 수용하기 위한 일정 공간을 마련한다. 예를 들어, 촉매는 분말 형태의 촉매 입자로 이루어질 수 있다. 이 때, 촉매는 철, 코발트 등의 전이 금속을 포함한다.

촉매 투하부(200)는 촉매를 하방으로 투하한다. 한편, 촉매 투하부(200)는 교반기(210) 및 토출구(220)를 포함한다. 교반기(210)는 내부에 수용된 분말 형태의 촉매를 교반시켜 촉매가 상대적으로 더 작은 입자들로 이루어지게 한다. 또한, 토출구(220)는 내부에 수용된 공간으로부터 일정량의 촉매를 공급하기 위하여 상기 수용 공간보다 작은 크기를 가진다. 따라서, 촉매가 상기 수용 공간보다 상대적으로 좁은 토출구(220)를 통하여 사전에 설정된 양만큼 일정하게 토출될 수 있다. 따라서, 촉매 투하부(200)는 하부에 배치된 기판(110)을 향하여 일정량의 촉매를 하 방으로 투하한다.

분산판(300)은 촉매 투하부(200)의 하부에 배치된다. 예를 들어, 분산판(300)은 촉매 투하부(200)의 토출구(220)와 인접한 하부 영역에 배치된다. 예를 들어, 분산판(300)은 촉매 투하부(200)로부터 투하된 촉매를 분산시키는 역할을 하므로, 토출구(220)보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.

또한, 분산판(300)은 촉매 투하부(200)로부터 투하된 촉매들을 분산시킨다. 예를 들어, 분산판(300)은 촉매들을 분산시키기 위한 복수개의 분산홀(310)들을 구비한다. 따라서, 분산판(300)은 분산홀(310)들을 통하여 투하되는 촉매들을 분산시킨다. 이에 분산판(300)을 통하여 계속 투하되는 촉매들은 분산홀(310)에 의하여 분산되고, 동시에 상기 촉매들은 분산홀(310)이 형성된 영역에 한하여 부분적으로 집중되어 낙하될 수 있다.

진동 제공부(400)는 분산판(300)과 연결된다. 진동 제공부(400)는 분산판(300)에 진동을 제공한다. 예를 들어, 진동 제공부(400)는 진동 모터 등으로 이루어질 수 있다. 이에 진동 제공부(400)는 분산판(300), 특히 분산판(300)의 바닥면에 진동을 제공한다. 따라서, 상기 진동에 의하여 분산판(300)의 상부면에 적층된 촉매가 분산판(300) 전체에 균일하게 분산, 분포될 수 있다.

이동 쉴드(500)는 분산판(300)의 하부에 배치된다. 즉, 이동 쉴드(500)는 분산판(300)을 통해 투하되는 촉매가 낙하하는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 이동 쉴드(500)는 분산판(300)과 인접한 하부 영역에 배치된다.

또한, 이동 쉴드(500)는 좌우로 개폐 가능한 셔터(510) 및 셔터(510)의 개폐 를 구동시키기 위한 구동부(520)를 포함한다. 셔터(510)는 투하되는 촉매들의 낙하 경로를 한정하고, 구동부(520)는 셔터(510)의 개폐를 위하여 셔터(510)를 좌우 방향으로 직선 구동시킨다. 예를 들어, 이동 쉴드(500)는 하부에서 이동하는 기판(110)의 넓이에 따라 셔터(510)의 개방 정도를 변경시킨다. 이에 따라, 원형 기판(110)이 하부에서 직선으로 이동하는 경우, 이동 쉴드(500)는 셔터(510)를 개방 정도를 변경시켜 투하되는 촉매의 낙하 영역을 조절한다.

구체적으로, 이동 쉴드(500)는 고정되고 원형 기판(110)이 이동 쉴드(500)의 하부에서 일정한 속도로 이동한다. 예를 들어, 이동 쉴드(500)의 하부에 기판(110)의 가장 자리가 위치하면, 이동 쉴드(500)는 상기 가장 자리의 넓이에 대응하여 셔터(510)를 상대적으로 좁게 개방한다. 이 때, 상기 셔터(510)를 통과하는 촉매는 기판(110) 가장 자리에 한하여 도포될 수 있다. 이와 달리, 이동 쉴드(500)의 하부에 기판(110)의 중앙부가 위치면, 이동 쉴드(500)는 상기 중앙부의 넓이에 대응하여 셔터(510)를 상대적으로 넓게 개방한다. 이 때, 상기 셔터(510)를 통과하는 촉매는 기판(110)의 중앙부에 도포될 수 있다.

즉, 원형 기판(110)이 하부에서 이동할 때, 이동 쉴드(500)는 이동하는 기판(110)의 가장 자리에서 중앙부까지 셔터(510)의 개방을 점차적으로 증가시키고, 이동하는 기판(110)의 중앙부에서 가장 자리까지 셔터(510)의 개방을 점차적으로 감소시킨다. 따라서, 이동 쉴드(500)는 하부에 배치된 원형 기판(110)의 넓이에 따라 투하되는 촉매의 낙하 영역을 조절함으로써, 기판(110)의 형상, 형태에 상관없이 기판(110) 상에 촉매를 균일하게 공급할 수 있다.

이와 같이, 촉매 공급 장치(100)는 촉매가 낙하하는 영역을 변경시켜 하부에서 원형 기판의 형상, 넓이 등에 상관없이 촉매를 기판 전체에 균일하게 공급할 수 있다. 따라서, 기판 외에 도포되는 촉매의 소비량을 감소시켜 공정 비용을 절감할 수 있다. 또한, 기판 외에서 탄소나노튜브가 합성되는 것을 방지하여, 탄소나노튜브 합성 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 전체적인 탄소나노튜브 합성 공정의 수율 및 순도를 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 촉매 공급 장치(100)는 탄소나노튜브 합성이 수행되는 반응 챔버(도시되지 않음) 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 상기 반응 챔버 내부로 제공되고, 촉매 공급 장치(100)가 상기 제공된 기판(110)으로 촉매를 투하함으로써 촉매를 기판(110)에 도포시킨다. 즉, 촉매의 도포가 상기 반응 챔버의 내부에서 이루어질 수 있다. 이와 달리, 촉매 공급 장치(100)가 상기 반응 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 촉매 공급 장치(100)가 상기 반응 챔버의 외부에서 촉매를 기판(110)에 도포시킨 후, 촉매가 도포된 기판(110)을 상기 반응 챔버의 내부로 제공시킬 수도 있다.

본 발명에 따르면, 촉매 공급 장치는 셔터의 개폐를 조절하여 투하한 촉매의 낙하 영역을 제어할 수 있다. 따라서, 촉매 공급 장치는 하부에서 이동하는 원형 기판의 전체에 촉매를 균일하게 투하할 수 있다. 이에 기판 외에 촉매가 공급되는 것을 방지함으로써 촉매의 소비량을 감소시켜 공정 비용을 절감할 수 있다. 또한, 기판 외의 영역에서 탄소나노튜브가 합성되는 것을 방지하여, 탄소나노튜브 합성 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 전체적인 탄소나노튜브 합성 공정의 수율 및 순도를 크게 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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 1은 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1의 촉매 공급 장치의 일 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

도 3은 도 1의 촉매 공급 장치를 측면에서 바라본 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 촉매 공급 장치 200 : 촉매 투하부

300 : 분산판 310 : 분산홀

400 : 진동 제공부 500 : 이동 쉴드

510 : 셔터

Claims (2)

1. ⅰ) 내부에 수용된 촉매를 하방으로 투하하는 촉매 투하부;

   ⅱ) 촉매 투하부의 하부에 배치되고, 복수개의 분산홀들을 구비하며, 분산홀들을 통하여 투하되는 촉매를 분산시키는 분산판;

   ⅲ) 분산판과 연결되고, 분산판에 투하된 촉매가 분산판 전체에 분산되도록 분산판에 진동을 제공하는 진동 제공부;

   ⅳ) 분산판의 하부에 배치되고, 좌우로 개폐 가능한 셔터를 포함하며, 하부 원형 기판의 넓이에 따라 셔터의 개방 정도를 변경시켜 투하되는 촉매를 기판에 균일하게 공급하기 위한 이동 쉴드; 및

   ⅴ) 이동 쉴드 하부에 배치되어 한쪽 방향으로 이동하는 원형 기판;

   을 포함하는 탄소나노튜브 합성용 촉매 공급 장치 에 있어서,

   상기 진동 제공부는 분산판으로 투하된 촉매의 양에 대응하여 진동 주파수, 진동 세기를 변경하여 분산판에 제공하고,

   상기 이동 쉴드는 이동하는 하부 원형 기판의 가장 자리에서 중앙부까지 셔터의 개방을 점차적으로 증가시키고, 이동하는 하부 원형 기판의 중앙부에서 가장 자리까지 셔터의 개방을 점차적으로 감소시켜,

   하부 원형 기판의 넓이에 따라 투하되는 촉매의 낙하 영역을 조절함으로써 기판의 형상 또는 넓이에 관계없이 기판 전체에 촉매를 균일하게 공급하고,

   기판 외부의 촉매 도포를 제어하여 탄소나노튜브의 합성을 방지함

   을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성용 촉매 공급 장치.
2. 삭제

Images