KR102038899B1

KR102038899B1 - 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버

Info

Publication number: KR102038899B1
Application number: KR1020180131469A
Authority: KR
Inventors: 김재혁; 정영진
Original assignee: 숭실대학교산학협력단; 김재혁
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-10-31

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성되는 탄소나노튜브 집합체의 흐름을 최상단의 첫 번째 챔버에서 육안으로 확인하면서 방사되도록 하고, 이 첫 번째 챔버를 반(半) 밀폐구조로 형성하여 주변의 공기유입을 차단함으로서 수소에 의한 폭발 가능성과 외부 기류에 의한 탄소나노튜브 집합체의 흔들림을 제거하며, 두 번째 챔버는 외부와 열려있어서 합성된 탄소나노튜브 집합체의 밖으로의 인출이 가능하도록 하며, 세 번째 챔버에는 팬을 설치하여서 두 번째 챔버내의 공기를 흡입하여서 외부로 연결된 배기구로 배출되도록 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 반응기에 의해 탄소나노튜브 집합체를 방사하는 합성로에 설치하며 로라에 탄소섬유 나노튜브 집합체가 공급되는 안전챔버에 있어서,
상기 반응기가 상측으로 연결 및 분리되어 탄소나노튜브 집합체가 방사되고 반 밀폐되는 구조로 이루어지는 제1챔버와;
상기 제1챔버의 하측으로 설치하며 로라가 설치되고 외부의 투명도어가 개폐되는 제2챔버와;
상기 제2챔버에 유입된 공기를 외부로 배출하는 제3챔버와;
상기 반응기의 정중앙에 위치하며 제1챔버와 제2챔버 및 제3챔버를 관통하는 인출막대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버{Carbon nanotube aggregate chamber Triple-structured safety chamber}

본 발명은 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성되는 탄소나노튜브 집합체의 흐름을 최상단의 첫 번째 챔버에서 육안으로 확인하면서 방사되도록 하고, 이 첫 번째 챔버를 반(半) 밀폐구조로 형성하여 주변의 공기유입을 차단함으로서 수소에 의한 폭발 가능성과 외부 기류에 의한 탄소나노튜브 집합체의 흔들림을 제거하며, 두 번째 챔버는 외부와 열려있어서 합성된 탄소나노튜브 집합체의 밖으로의 인출이 가능하도록 하며, 세 번째 챔버에는 팬을 설치하여서 두 번째 챔버내의 공기를 흡입하여서 외부로 연결된 배기구로 배출되도록 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버에 관한 것이다.

본 발명은 탄소나노튜브 집합체가 합성되어진 후에 안정적으로 권취하기 위한 발명에 관한 것으로서, 종래에는 밀폐된 공간에서 탄소나노튜브 집합체를 직접적으로 권취하거나(문헌 1), 또는 밀폐된 공간에서 탄소나노튜브 집합체만을 밖으로 인출하는 방식(문헌 2)으로 이루어지고 있다.

밀폐된 공간에서 권취를 하는 방식은 와인더의 크기와 작업성에 많은 제약이 있으며, 탄소나노튜브 집합체만을 인출하는 방식은 합성로 내부에서 절사가 발생하는 경우에 조치하기가 어렵다는 문제가 있다.

또한, 수조를 이용하여 밀폐를 하는 경우(문헌 4)도 있으나, 제조된 탄소나노튜브 집합체는 물에 의해서 수축되어서 섬유형상만으로 제조가능하며, 물에 의해서 젖은 탄소나노튜브 집합체는 건조공정을 반드시 필요로 하게 된다.

이와 같이 상기의 장치는 합성로에서 배출되는 수소를 차단하기 위하여 합성로 하단부가 밀폐된 형태로 만들어지며, 이는 와인더의 크기와 작업성에 영향을 미치게 된다. 합성로 하단부를 개방된 상태에서 탄소나노튜브 집합체를 권취하게 되면 작업은 용이하나, 배출되는 수소가스의 폭발성과 외부 기류에 의한 탄소나노튜브 집합체의 흔들림으로 인하여 절사가 많이 일어나게 되는 문제점이 있다.

(문헌 1). 미국특허등록번호 US 7,323,157 B2 (문헌 2). 일본특허번호 P2010-65339A (문헌 3). 특허등록번호 제1099882호(2011. 12. 21. 등록) [논문] (문헌 4) 논문 Adv. Mater. 2009, 21, p1-5

따라서 본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결과제는, 방사되는 탄소나노튜브 집합체가 반(半) 밀폐된 상태를 유지하는 제1챔버 내부에서 외부와 직접적으로 개방되지 않은 상태를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 제1챔버의 하측으로 제2챔버를 설치해 탄소나노튜브 집합체의 방사 상태를 외부에서 육안으로 확인되도록 투명한 상태로 설치하며, 한 부분에 도어를 설치하여 개폐되므로 회전로라에 탄소나노튜브 집합체가 감기거나 외부로 공급되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 제2챔버의 하측으로 제3챔버를 설치해 팬으로 제2챔버의 공기를 배출하도록 하고, 팬으로 배출되는 공기는 후드를 통해 외부로 배출되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 반응기에 의해 탄소나노튜브 집합체를 방사하는 합성로에 설치하며 로라에 탄소섬유 나노튜브 집합체가 공급되는 안전챔버에 있어서,
상기 반응기가 상측으로 연결 및 분리되어 탄소나노튜브 집합체가 방사되고 반 밀폐되는 구조로 이루어지는 제1챔버와;
상기 제1챔버의 하측으로 설치하며 로라가 설치되고 외부의 투명도어가 개폐되는 제2챔버와;
상기 제2챔버에 유입된 공기를 외부로 배출하는 제3챔버와;
상기 반응기의 정중앙에 위치하며 제1챔버와 제2챔버 및 제3챔버를 관통하는 인출막대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 방사되는 탄소나노튜브 집합체가 반(半) 밀폐상태를 유지하는 제1챔버 내부에서 외부와 반(半) 밀폐된 상태를 제공함으로써 탄소나노튜브 집합체 방사에 따른 수소가 공기와 접촉하지 않아 폭발위험성이 없도록 하는 효과와 외부 기류에 의한 방해를 차단함으로서 안정적인 방사환경을 제공하는 것이다.

본 발명은 제1챔버의 하측으로 제2챔버를 설치해 회전로라에 감기거나 통과되도록 하고 투명창을 설치해 탄소나노튜브 집합체의 방사 상태를 외부에서 육안으로 확인되도록 설치하며, 한 부분에 도어를 설치하여 개폐되므로 회전로라를 통해서 섬유가 외부로 공급될 수 있도록 하는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 제2챔버의 하측으로 제3챔버를 설치해 팬으로 제2챔버의 공기를 제3챔버로 배출하도록 하고, 팬에 의해서 배출되는 공기는 후드를 통해 외부로 완전하게 배출되어서 챔버내부의 온도가 상승되는 것을 억제하며, 외부 공기로 인하여 방사에 문제가 발생하지 않는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 정면도
도 2 는 본 발명의 안전챔버에 대한 삼중 구조의 설치상태 정면 단면도
도 3 은 본 발명의 안전챔버에 대한 삼중 구조의 설치상태 측면 단면도
도 4 는 본 발명의 제2챔버에 대한 설치상태 평면 단면도
도 5 는 본 발명의 제2챔버에 대한 측면도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라 상세하게 설명하기로 한다.

도 1는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 정면도를 나타낸 것으로,

원료를 공급하는 합성로(10)에 설치한 반응기(11)에서 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되어 공급되는 제1챔버(20)와, 상기 제1챔버(20)에 방사된 탄소나노튜브 집합체(15)가 배출되어 감기거나 통과되어 외부로 공급되도록 하는 제2챔버(30) 및 상기 제2챔버(30)에 유입된 공기를 외부로 배출하는 제3챔버(40)가 설치되는 것이다.

상기 제1, 2, 3챔버(20, 30, 40)가 안전챔버(100)의 내부에 상측으로부터 차례로 설치되어 삼중 구조로 이루어지는 것이다.

상기 제2챔버(30)의 내부에 설치된 로라(12)를 통해서 공급되는 탄소나노튜브 집합체(15)는 외부의 와인더에 의해서 권취되어진다.

도 2는 본 발명의 안전챔버에 대한 삼중 구조의 설치상태 정면 단면도이고, 도 3은 본 발명의 안전챔버에 대한 삼중 구조의 설치상태 측면 단면도, 도 4는 본 발명의 제2챔버에 대한 설치상태 평면 단면도를 나타낸 것이다.

합성로(10)는 반응기(11)가 설치되어 안전챔버(100)에 챔버 분리장치를 통하여 결합 및 분리할 수 있도록 설치하는 것이다.

상기 안전챔버(100)는 제1, 2, 3챔버(20, 30, 40)가 상측으로부터 차례로 설치되어 삼중 구조로 이루어지는 것이며,

제1챔버(20)는, 내부에 도시하지 않은 질소 에어커텐 파이프를 반응기(11)의 출구쪽에 설치하여 반응기로부터 나오는 수소의 농도를 희석시켜 폭발을 방지할 수 있도록 하고, 질소 에어커텐 분사 파이프의 중앙에 탄소나노튜브 집합체(15)의 위치를 정확하게 잡아주어 방사가 정상적으로 이루어지는 역할을 하는 것이다.

제2챔버(30)는, 제1챔버(20)의 하측에 설치되며 회전모터(31)가 연결되어 회전하는 로라(12)가 중앙 부분에 설치되고, 평면에서 볼때 사각형 중 한 방향 안내판(34)을 통하여 개폐되는 투명도어(35)가 설치되며, 상기 투명도어(35)가 설치된 방향을 제외한 한쪽 방향으로 투명창(33)이 설치되어 내부를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이다.

제3챔버(40)는, 제2챔버(20)의 하측에 설치되며 제2챔버(20)와의 사이에 적어도 하나 이상의 냉각 배출 팬(41)이 설치되어 제2챔버(20)의 공기가 하측으로 배출되어 냉각되도록 할 뿐 아니라 외부의 공기가 제1챔버로 유입되지 못하도록 하며, 하측의 한 방향에는 배출후드(42)가 설치되어 제2, 3챔버(30, 40)에 유입되는 공기를 모두 외부로 배출되도록 하고, 제3챔버(40)의 한 가운데와 반응기(11)의 중앙부까지 관통하는 인출막대(18)를 설치하고, 이 인출막대(18)의 상,하운동으로 반응기(11) 내부의 탄소나노튜브 집합체(15)를 로라(12)에 권취되도록 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2챔버에 대한 측면도를 나타낸 것으로, 제2챔버(30)의 한 방향에 설치하는 안내판(34)의 내부에 개폐 가능하도록 투명도어(35)를 설치해 탄소나노튜브 집합체(15)를 외부 와인더로 배출하는 경우 개방시키고, 로라(12)에 직접 감는 경우 차단하도록 설치하며, 상기 안내판(34)은 제2챔버(30)에 고정핀(36)으로 일정한 간격에 고정되도록 하는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 안전챔버(100)를 합성로(10)에 결합한 후에는 탄소나노튜브 집합체(15)가 합성로(10)의 반응기(11)에서 방사되어 하측의 제1챔버(20)를 통과하여 제2챔버(30)의 로라(12)에 공급되면, 로라(12)는 모터(31)의 동력으로 회전하면서 방사되는 탄소나노튜브 집합체(15)를 와인딩되도록 하거나, 외부의 와인더로 공급하는 것이다.

상기와 같이 탄소나노튜브 집합체(15)가 합성되는 합성로(10)에 설치된 제1챔버(20)는 제2챔버(30)에 연결되어 있어서 챔버내의 압력이 상승하지 않도록 하며, 도시하지 않은 상측의 질소 에어커텐 분사 파이프에는 질소탱크가 연결되어 질소가스를 공급하게 되는 것이다.

질소 에어커텐 분사 파이프에 공급되는 질소가스는 내부의 질소 분사노즐을 통하여 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되는 선단 부분에 일정한 압력으로 질소가 분사되며 탄소나노튜브 집합체(15)를 정확하게 잡아 탄소나노튜브 집합체의 방사가 정확하게 이루어져 로라(12)에 권취되도록 하는 것이다.

그리고 질소 에어커텐 분사 파이프에 공급되는 질소가스는 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되면서 발생하는 수소의 농도를 희석시키며, 희석된 기체는 외부로 배출된 후에 폭발로부터 안전하게 되며, 또한 외부에서 제1챔버(20)에 공기가 유입되는 경우에도 질소로 희석된 가스는 폭발로부터 안전하게 되는 것이다.

상기 로라(12)에 공급되는 탄소나노튜브 집합체(15)는 직접 감기거나 외부의 와인더로 공급되는 것으로, 로라(12)에 공급되는 상태를 투명창(33)을 통하여 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되는 동안에 내부를 확인할 수 있으므로 작업상태를 육안으로 판단할 수 있는 것이다.

상기 투명도어(35)는 안내판(34)을 통하여 원하는 방향으로 개폐시킬 수 있으므로 제2챔버(30) 내의 집속로라(32)에 권취된 탄소나노튜브 집합체(15)는 작업 후에 외부로 간편하게 인출할 수 있도록 하는 것이며, 탄소나노튜브 집합체(15)를 외부의 와인더로 공급하는 경우 투명도어(35)를 필요한 만큼 개방시키게 되는 것이다.

상기 투명도어(35)가 개방되면 외부에서 공기가 제2챔버(30)로 유입될 수 있으며, 유입되는 공기는 제1챔버(20)로 이동하지 못하도록 냉각 배출 팬(41)이 설치되어 제3챔버(40)로 신속하게 배출시키게 되므로 제2챔버(30)에 유입된 공기 및 반응기(11)로부터 배출된 기체에 의해 온도가 상승하는 것을 방지하고 이를 하측으로 배출시키는 것이다.

상기 냉각 배출 팬(41)을 통하여 제3챔버(40)로 배출되는 공기는 하측에 설치한 배출후드(42)를 통하여 내부에 남아있지 않고 외부로 신속하게 배출되도록 하는 것이다.

따라서 안전챔버(100)는 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되며 반(半) 밀폐 상태를 유지하는 제1챔버(20)에서 수소가 공기와 접촉하는 것을 차단하여 폭발 가능성이 없도록 하며, 제2챔버(30)에 공급되는 탄소나노튜브 집합체(15)는 로라(12)에 감기거나 로라(12)를 통하여 외부 권취장치로 배출도록 하고, 제2챔버(30)의 하측에 설치하는 냉각 배출 팬(41)이 제2챔버(30)로 유입되는 공기를 제3챔버(40)로 신속하게 배출되어 내부의 온도 상승을 방지하는 동시에 공기가 제1챔버(20)로 이동하는 것을 방지하는 동시에 제3챔버(40)로 배출된 공기는 배출후드(42)를 통하여 내부에 남아있지 않고 외부로 모두 배출되도록 하는 삼중 구조의 챔버형태를 통하여 탄소나노튜브 집합체(15)의 방사로 인한 문제가 전혀 발생하지 않도록 하는 것이다.

합성로(11)를 통한 탄소나노튜브 집합체(15)의 방사작업을 종료한 후에는 안전챔버(100)를 분리할 수 있는 것으로,

반응기(11)의 체결부재(12)에 있는 체결볼트(14)를 체결구멍(13)에서 분리시키고, 챔버 분리장치를 통하여 안전챔버(100)가 하강되면서 반응기(11)와 분리되는 것이다.

상기 인출막대(18)는 수직으로 이동하는 막대로써, 반응기(11)의 내부까지 올라가서 반응기(11) 내부에 있는 탄소나노튜브 집합체(15)를 끄집어 내리는 역할을 하게 되고, 인출막대(18)의 움직임에 의해서 유발되는 공기가 제1챔버(20)에 들어가지 못하도록 냉각 배출 팬(41)이 역할을 하게 되는 것이다.

이상, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여거 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

본 발명은 섬유를 방사하는 과정에서 제1챔버를 완전 밀폐구조로 설치하여 공기와의 접촉에 의한 폭발 가능성을 줄여 섬유의 방사위치가 정확하도록 하고, 제2챔버에서 접촉로라를 통해 섬유가 감기거나 외부로 공급되도록 하며, 유입되는 공기를 제3챔버로 배출한 후 외부로 완전하게 배출되도록 함으로써 온도의 상승을 방지하고 안정된 섬유의 방사 및 와인딩이 가능하도록 하는 매우 유용한 발명을 제공하는 것이다.

10 : 합성로 11 : 반응기
12 : 로라 13 : 체결구멍
14 : 체결볼트 15 : 탄소나노튜브 집합체
18 : 인출막대 20 : 제1챔버
30 : 제2챔버 31 : 모터
33 : 투명창 34 : 안내판
35 : 투명도어 40 : 제3챔버
41 : 냉각 배출 팬 42 : 배출후드
100 : 안전챔버

Claims

반응기(11)에 의해 탄소나노튜브 집합체(15)를 방사하는 합성로(10)에 설치하며 로라(12)에 탄소섬유 나노튜브 집합체(15)가 공급되는 안전챔버에 있어서,
상기 반응기(11)가 상측으로 연결 및 분리되어 탄소나노튜브 집합체(15)가 방사되고 반 밀폐되는 구조로 이루어지는 제1챔버(20)와;
상기 제1챔버(20)의 하측으로 설치하며 로라(12)가 설치되고 외부의 투명도어(35)가 개폐되는 제2챔버(30)와;
상기 제2챔버(30)에 유입된 공기를 외부로 배출하는 제3챔버(40)와;
상기 반응기(11)의 정중앙에 위치하며 제1챔버(20)와 제2챔버(30) 및 제3챔버(40)를 관통하는 인출막대(18)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버.
제 1항에 있어서,
상기 제1챔버(20)는 상측에 반응기(11)가 설치되며, 상기 반응기(11) 출구부에는 질소 에어커텐 분사 파이프를 설치하여 외부로부터 질소가스를 공급받아 수소의 농도를 희석시켜 폭발을 방지할 수 있도록 하고, 질소 에어커텐 분사 파이프의 중앙에 탄소나노튜브 집합체(15)의 위치를 정확하게 잡아주어 방사가 정상적으로 이루어지는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버.
제 1항에 있어서,
상기 제2챔버(30)는 제1챔버(20)의 하측에 설치되며 모터(31)가 연결되어 회전하는 로라(12)가 중앙 부분에 설치되고, 평면에서 사각형 중 한 방향에는 안내판(34)을 통하여 개폐되는 투명도어(35)가 설치되며, 상기 투명도어(35)가 설치된 방향을 제외한 한 방향으로 투명창(33)이 설치되어 내부를 육안으로 확인할 수 있도록 설치하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버.
제 1항에 있어서,
상기 제3챔버(40)는 제2챔버(20)의 하측에 설치되며 제2챔버(20)와의 사이에 적어도 하나 이상의 냉각 배출 팬(41)이 설치되어 제2챔버(20)의 공기가 하측으로 배출되어 냉각되도록 하며, 하측의 한 방향에는 배출후드(42)가 설치되어 제2, 3챔버(30, 40)에 유입되는 공기를 모두 외부로 배출되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버.
제 1항에 있어서,
상기 인출막대(18)는 제3챔버(40)의 한 가운데와 반응기(11)의 중앙부까지 관통하며, 상,하운동으로 반응기(11) 내부의 탄소나노튜브 집합체(15)를 로라(12)에 권취되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 집합체 방사용 삼중 구조의 안전챔버.