KR102176637B1 - 테일러 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 테일러 반응기에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기는, 제1회전체; 상기 제1회전체의 외부면을 따라 배치된 제1반응부; 제2회전체; 상기 제2회전체의 외부면을 따라 배치된 제2반응부; 상기 제1반응부로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부; 상기 제2반응부로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부; 및 상기 제1반응부로부터 상기 제2반응부로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부;를 포함한다.

Description

테일러 반응기{Tayler Reactor}
본 발명은 테일러 반응기에 관한 것이다.
쿠에트 테일러 와류는 중심이 같은 두 개의 원통 사이를 유체가 흐를 때 내부 원통 혹은 외부 원통이 회전하면, 원심력과 코리올리 힘에 의해 내부 원통 쪽에 존재하는 유체들이 외부 원통 방향으로 나가려는 힘이 생기고, 회전속도가 올라갈수록 불안정하게 되어, 축 방향에 따라 규칙적이며 서로 반대방향으로 회전하는 고리쌍 배열의 와류가 형성되는 것을 말한다.
상기 쿠에트 테일러 와류(또는 테일러 와류)를 일으킬 수 있는 반응기를 쿠에트 테일러 반응기라고 한다(이하 CT반응기, 테일러 반응기 또는 반응기로 지칭할 수 있다). 테일러 반응기는 생물, 물리, 및 화학반응에서 사용될 수 있으며 공침 공정을 수행하는 용도로도 활용되고 있다.
테일러 반응기는 일반적으로 회전체의 외부면 및 고정체의 내부면에 의해 형성된 반응 공간을 포함하며, 상기 반응 공간 내에 반응 물질을 투입하여 반응을 일으킨다. 종래의 테일러 반응기는 단면이 원형 또는 타원형의 회전체 및 고정체를 포함하기 때문에 반응이 일어나는 반응 공간의 형상이 일정하였다. 이로 인하여 반응 공간 내에 형성되는 쿠에트 테일러 와류를 다양하게 변형하거나 제어하기 어려웠으며, 사용자가 원하는 다양한 반응 조건을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
대한민국 공개공보 10-2011-0135623 (2011.12.19)
본 발명은 각 반응 영역 내에서의 선속도를 다르게 제어함으로써 반응 영역 내에 발생하는 테일러 와류를 제어할 수 있는 테일러 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 반응물의 반응조건을 다양하게 제어할 수 있고, 효율적인 테일러 반응기를 제공할 수 있다.
또한, 순차적인 반응 공간의 반응 물질 및 반응 조건을 다르게 함으로써 다양한 구조의 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기는, 제1회전체; 상기 제1회전체의 외부면을 따라 배치된 제1반응부; 제2회전체; 상기 제2회전체의 외부면을 따라 배치된 제2반응부; 상기 제1반응부로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부; 상기 제2반응부로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부; 및 상기 제1반응부로부터 상기 제2반응부로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부;를 포함한다.
상기 제1회전체의 회전축으로부터 상기 제1회전체의 외부면까지의 길이 및 상기 제2회전체의 회전축으로부터 상기 제2회전체의 외부면까지의 길이는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기는, 상기 제2회전체는 중공형이고, 내부면이 상기 제1회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 제1반응부는 상기 제1회전체의 외부면 및 상기 제2회전체의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다. 또한, 중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 고정체를 더 포함하고, 상기 제2 반응부는 상기 제2회전체의 외부면 및 상기 고정체의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다.
상기 제2회전체의 일단 및 상기 제1회전체의 외부면과, 상기 제2회전체의 타단 및 상기 제1회전체의 외부면에 각각 배치되어 상기 제1반응부를 외부와 차단하는 제1밀폐부 및 상기 고정체의 일단 및 상기 제2회전체의 외부면과, 상기 고정체의 타단 및 상기 제2회전체의 외부면에 각각 배치되어 상기 제2반응부를 외부와 차단하는 제2밀폐부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기는, 중공형이고, 내부면이 상기 제1회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제1고정체; 및 중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제2고정체;를 더 포함하고, 상기 제1반응부는 상기 제1회전체의 외부면 및 상기 제1고정체의 내부면 사이 영역에 배치되고, 상기 제2반응부는 상기 제2회전체의 외부면 및 상기 제2고정체의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다.
상기 제1회전체의 회전축으로부터 상기 제1회전체의 외부면까지의 길이 및 상기 제2회전체의 회전축으로부터 상기 제2회전체의 외부면까지의 길이는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기는, 각 반응 영역 내에서의 선속도를 다르게 제어함으로써 반응 영역 내에 발생하는 테일러 와류를 제어할 수 있다.
또한, 반응물의 반응조건을 다양하게 제어할 수 있고, 효율적인 반응을 제공할 수 있다.
또한, 순차적인 반응 공간의 반응 물질 및 반응 조건을 다르게 함으로써 다양한 구조의 물질을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기의 일측의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 테일러 반응기의 운용 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 테일러 반응기를 전면에서 바라본 모습을 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 테일러 반응기를 후면에서 바라본 모습을 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기의 작동예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기를 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 각기 다른 실시 예인 구동부를 포함하는 테일러 반응기의 일측의 단면을 도시한 것이다.
도 12는 도 11의 테일러 반응기 중 제1회전체를 회전하는 구성(폴리 및 벨트)과 제1회전체의 연결관계를 도시한 것이다.
도 13은 도 11의 테일러 반응기 중 제2회전체를 회전하는 구성(폴리 및 벨트)과 제2회전체의연결관계를 도시한 것이다.
도 14는 구동부를 포함하는 다른 실시 예의 테일러 반응기의 일측의 단면을 도시한 것이다.
도 15 내지 도 17은 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기의 운용예를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1 및 도 14는 각각 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100, 200)의 일측의 단면을 도시한 것이다.
도 1 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100, 200)는, 제1회전체(110, 210); 상기 제1회전체(110, 210)의 외부면을 따라 배치된 제1반응부(140, 240); 제2회전체(120, 220); 상기 제2회전체(120, 220)의 외부면을 따라 배치된 제2반응부(150, 250); 상기 제1반응부(140, 240)로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부(Ia); 상기 제2반응부(150, 250)로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부(Oa, Ob); 및 상기 제1반응부(140, 240)로부터 상기 제2반응부(150, 250)로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부(C);를 포함한다.
상기 제1회전체(110, 210) 및 제2회전체(120, 220)는 특정한 축을 기준으로 회전함으로써 각각의 외부면 상에 배치된 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250) 내부에 테일러 와류를 생성할 수 있다. 이를 통해 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250) 내부 유입된 반응 물질을 효과적으로 반응시킬 수 있다.
상기 제1회전체(110, 210)의 회전축으로부터 상기 제1회전체(110, 210)의 외부면까지의 길이 및 상기 제2회전체(120, 220)의 회전축으로부터 상기 제2회전체(120, 220)의 외부면까지의 길이는 서로 다를 수 있다. 이 경우, 상기 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250) 내부에서의 선속도가 다르게 제어되며, 이를 통해 테일러 와류를 제어할 수 있다. 또한, 반응 물질의 반응조건을 다양하게 제어할 수 있고, 효율적인 반응을 제공할 수 있다. 반응 물질을 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250)를 순차적으로 거치도록 하는 경우에는 각 반응부에서 첨가되는 첨가물질 및 반응 조건을 다르게 함으로써 다양한 구조의 물질을 제조할 수 있다.
상기 제1회전체(110, 210) 및 제2회전체(120, 220)는 외부는 원기둥 형상일 수 있다. 또한, 내부에 중공을 가질 수 있다. 상기 제1회전체(110, 210) 및 제2회전체(120, 220)는 반응 물질에 의해 부식되거나 파손되는 것을 방지하기 위해 스테인리스스틸 등의 재질로 이루질 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.
제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250)는 반응물질을 반응시키는 공간으로서, 각각 제1회전체(110, 210)의 외부면 및 제2회전체(120, 220)의 외부면에 접하여 배치된다.
투입부(Ia, Ib), 토출부(Oa, Ob) 및 연결부(C)는 반응물질의 이동통로를 제공하는 것으로서, 배관일 수 있다. 상기 투입부(Ia, Ib), 토출부(Oa, Ob) 및 연결부(C)는 필요에 따라 밸브 등의 구성을 더 포함할 수 있으며, 내경 및 형상이 특별히 제한되지 않는다. 또한, 각 반응부 내부로 별도의 첨가 물질을 첨가할 수 있는 통로를 제공하는 배관을 더 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 투입부(Ia, Ib) 및 토출부(Oa, Ob)는 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 도 1 및 도 14를 참조하면, 투입부(Ia)는 고정체(130)의 외부면의 하단에 배치되고, 토출부(Oa)는 고정체(130)의 외부면 상단에 배치될 수 있다.
상기 연결부(C)는, 상기 제1반응부(140, 240) 및 외부를 연결하는 통로를 제공하는 제1입출부(CIOa) 및 상기 제2반응부(150, 250) 및 외부를 연결하는 통로를 제공하는 제2입출부(CIOb)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연결부(C)에 배치되어 상기 연결부(C) 내부로 반응물질의 이동여부를 제어하는 밸브(V)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(C)에 배치된 밸브(V)의 온/오프 동작을 통해 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250) 내부의 반응물질의 이동경로가 변경될 수 있다. 이를 통해 사용자가 다양한 반응조건 및 반응순서를 설계하여 실험할 수 있다. 일 예로, 사용자는 반응물질을 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250)의 순서로 반응시키거나, 제2반응부(150, 250) 및 제1반응부(140, 240)의 순서로 반응시킬 수 있으며, 제1반응부(140, 240) 및 제2반응부(150, 250) 중에서 어느 하나의 반응부만을 이용하여 반응시킬 수 있다.
이하 도 1 내지 도 13을 기초로 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)의 일측의 단면을 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 테일러 반응기(100)의 운용 예를 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 테일러 반응기(100)를 전면에서 바라본 모습을 도시한 것이고, 도 4은 도 1의 테일러 반응기(100)를 후면에서 바라본 모습을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)는, 제1회전체(110); 상기 제1회전체(110)의 외부면을 따라 배치된 제1반응부(140); 제2회전체(120); 상기 제2회전체(120)의 외부면을 따라 배치된 제2반응부(150); 상기 제1반응부(140)로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부(Ia, Ib); 상기 제2반응부(150)로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부(Oa, Ob); 및 상기 제1반응부(140)로부터 상기 제2반응부(150)로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부(C);를 포함하고, 상기 제2회전체(120)는 중공형이고, 내부면이 상기 제1회전체(110)의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 제1반응부(140)는 상기 제1회전체(110)의 외부면 및 상기 제2회전체(120)의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다. 또한, 중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체(120)의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 고정체(130)를 더 포함하고, 상기 제2 반응부는 상기 제2회전체(120)의 외부면 및 상기 고정체(130)의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)는 필요에 따라 동일한 축을 중심으로 회전할 수 있다(각각 r1 및 r2 방향으로 회전). 또한, 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)는 필요에 따라 동일한 방향으로 회전하거나 다른 방향으로 회전할 수 있으며, 각속도가 서로 상이하도록 회전할 수 있다. 또한, 회전축(X)으로부터 제1회전체(110)의 외부면까지의 길이 l1 및 회전축으로부터 제2회전체(120)의 외부면까지의 길이 l2는 서로 다를 수 있다. 제1반응부(140)는 제1회전체(110)의 외부면 및 제2회전체(120)의 내부면 사이의 공간에 배치되므로, 제1회전체(110)와 제2회전체(120)의 회전에 의하여 2면이 회전하는 반응 공간을 형성할 수 있다. 이 경우 제1반응부(140) 내부에서 발생하는 테일러 와류는 하나의 면만이 회전하는 반응부에 비하여 더 강하게 형성될 수 있다. 제2반응부(150)는 제2회전체(120)의 외부면 및 고정체(130)의 내부면 사이의 공간에 배치되므로 통상적인 테일러 반응기(100)의 반응부와 유사한 반응을 기대할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)는 각 반응부를 효과적으로 밀폐하기 위해 밀폐부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2회전체(120)의 일단 및 상기 제1회전체(110)의 외부면과, 상기 제2회전체(120)의 타단 및 상기 제1회전체(110)의 외부면에 각각 배치되어 상기 제1반응부(140)를 외부와 차단하는 제1밀폐부(160) 및 상기 고정체(130)의 일단 및 상기 제2회전체(120)의 외부면과, 상기 고정체(130)의 타단 및 상기 제2회전체(120)의 외부면에 각각 배치되어 상기 제2반응부(150)를 외부와 차단하는 제2밀폐부(170)를 포함할 수 있다. 상기 제1밀폐부(160)는 상기 제2회전체(120)와 물리적으로 구별된 구성이거나 상기 제2회전체(120)와 일체로 형성된 구성일 수 있으며, 제2밀폐부(170)는 상기 고정체(130)와 물리적으로 구별된 구성이거나 상기 고정체(130)와 일체로 형성된 구성일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1밀폐부(160)는 상기 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)의 회전운동에 의해 회전하지 않도록 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)와 물리적으로 구별된 구성일 수 있다. 또한, 상기 제1회전체(110)는 상기 제1밀폐부(160)에 대하여 독립적으로 회전하고, 상기 제2회전체(120)는 상기 제1밀폐부(160) 및 제2밀폐부(170)에 대하여 독립적으로 회전할 수 있다. 이와 같이 제1밀폐부(160)를 분리된 구성으로 포함시킴으로써, 지지대를 상기 제1밀폐부(160)에 연결하여 배치할 수 있어 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)를 안정적으로 회전시킬 수 있다. 또한, 제1밀폐부(160)는 회전을 하지 않기 때문에 제1반응부(140) 및 제2반응부(150)를 연결하는 연결부(C) 및 투입부(Ia)를 안정적으로 고정하여 배치할 수 있다. 구체적으로 상기 제2회전체(120)의 일단에 배치된 제1밀폐부(160)는 상기 제1반응부(140)와 연통하는 제1연통구(160a)를 포함하고, 상기 제2회전체(120)의 타단에 배치된 제1밀폐부(160)는 상기 제1반응부(140)와 연통하는 제2연통구(160b)를 포함하고, 상기 투입부(Ia) 중 제1반응부(140)와 연결되는 투입부(Ia)는 상기 제1연통구(160a)에 연결되어 배치되고, 상기 연결부(C)는 일단이 상기 제2연통구(160b)와 연결되어 배치될 수 있다.
상기 고정체(130)의 내부면 및 외부면을 관통하는 제3연통구(130a)를 포함하고, 상기 연결부(C)의 타단은 상기 제3연통구(130a)와 연결되어 배치되고, 상기 고정체(130)의 내부면 및 외부면을 관통하고 상기 제3연통구(130a)와 이격하여 배치된 제4연통구(130b)를 포함하고, 상기 제2반응부(150)와 연결되는 배출구는 상기 제4연통구(130b)와 연결되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 고정체(130)의 내부면 및 외부면을 관통하는 제5연통구(130c)를 포함하고, 상기 제2반응부(150)와 연결되는 투입부(Ia)는 상기 제5연통구(130c)에 연결되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 투입부(Ia, Ib), 토출부(Oa, Ob) 및 연결부(C)는 복수개가 포함될 수 있으며, 각각의 위치 및 개수는 특별히 제한되지 않는다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)의 작동예를 도시한 것이다.
도 5는 연결부(C)의 밸브가 닫힌 상태이다. 따라서, 제1반응부(140) 및 제2반응부(150)는 독립적으로 운용된다. 도 5에서 제1반응부(140)에 연결된 연통부(Ia)를 통해 유입된 반응물질은 1번 화살표를 따라 이동하여 제1반응부(140)에 연결된 토출부(Oa)를 통해 배출된다. 또한, 제2반응부(150)에 연결된 연통부(Ib)를 통해 유입된 반응물질은 2번 화살표를 따라 이동하여 제2반응부(150)에 연결된 토출부(Ob)를 통해 배출된다. 이를 통해 서로 다른 공정 조건을 갖는 2개의 테일러 반응기를 이용하여 실험하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 6 및 도 7은 연결부(C)의 밸브가 열린 상태로서, 제1반응부(140) 및 제2반응부(150)가 연통되어 운용된다. 이 경우, 제1반응부(140) 및 제2반응부(150)의 순서로 공정을 진행하거나, 제2반응부(150) 및 제1반응부(140)의 형태로 공정을 진행할 수 있다. 도 6은 제1반응부(140)에 연결된 연통부(Ia)를 통해 반응물질을 투입하고, 투입된 반응물질이 1번 화살표를 따라 이동하여 제2반응부(150)에 연결된 토출부(Ob)를 통해 배출됨을 보여준다. 도 7은 제2반응부(150)에 연결된 연통부(Ib)를 통해 반응물질을 투입하고, 투입된 반응물질이 2번 화살표를 따라 이동하여 제1반응부(140)에 연결된 토출부(Oa)를 통해 배출됨을 보여준다.
도 8은 연결부(C)에 형성된 별도의 공급구를 통해 첨가물질을 더 첨가한 것이다. 이를 통해 사용자는 원하는 공정 단계마다 첨가 물질을 첨가하여 다양한 실험을 수행할 수 있고, 다양한 구조를 가진 물질을 제조할 수 있다. 도 8에서 제1반응부(140)에 연결된 연통부(Ia)를 통해 반응물질을 투입하고, 투입된 반응물질이 1번 화살표를 따라 이동하여 제2반응부(150)로 유입된다. 이후, 제2반응부(145)에 연결된 연통부(Ib)를 통해 첨가물질을 첨가하여 제2반응부(150)에서 혼합하여 반응이 일어나도록 할 수 있다. 이후 혼합 반응된 물질은 제2반응부(150)에 연결된 토출부(Ob)를 통해 배출된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기(100)를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 상기 제2회전체(120)의 일단에 배치된 제1밀폐부(160)는 상기 제1반응부(140)와 연통하는 제1연통구(160a)를 포함하고, 상기 제2회전체(120)의 타단에 배치된 제1밀폐부(160)는 상기 제1반응부(140)와 연통하는 제2연통구(160b)를 포함하고, 상기 투입부(Ia)는 상기 제1연통구(160a)에 연결되어 배치되고, 상기 연결부(C)는 일단이 상기 제2연통구(160b)와 연결되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 고정체(130)의 타단에 배치된 제2밀폐부(170)는 상기 제2반응부(150)와 연통하는 제6연통구를 포함하고, 상기 고정체(130)의 타단에 배치된 제2밀폐부(170)는 상기 제2반응부(150)와 제7연통구를 포함하고, 상기 토출부(Oa)는 상기 제7연통구에 연결되어 배치되고, 상기 연결부(C)는 타단이 상기 제6연통구와 연결되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2밀폐부(170)는 제8연통부를 포함하고, 제2반응부(150)로 반응물질을 투입하는 통로를 제공하는 투입부(Ia)는 상기 제8연통부에 연결되어 배치될 수 있다.
이와 같이, 제1반응부(140) 및 제2반응부(150)와 연결된 배관을 모두 밀폐부에 배치시킴으로써, 제1회전체(110)의 외부면, 제2회전체(120)의 내부면 및 외부면, 고정체(130)의 내부면에 불필요한 돌출이나 홈을 배제할 수 있고, 각 반응부 내부에 발생하는 테일러 와류를 효과적으로 제어할 수 있다.
도 10 및 도 11은 각기 다른 실시 예인 구동부(180)를 포함하는 테일러 반응기(100)의 일측의 단면을 도시한 것이고, 도 12는 도 11의 테일러 반응기(100) 중 제1회전체(110)를 회전하는 구성(폴리(181) 및 벨트(182))과 제1회전체(110)의 연결관계를 도시한 것이고, 도 13은 도 11의 테일러 반응기(100) 중 제2회전체(120)를 회전하는 구성(폴리(181) 및 벨트(182))과 제2회전체(120)의연결관계를 도시한 것이다. 도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서, 상기 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)에 회전력을 제공하는 구동부(180a, 180b), 상기 제1회전체(110)에 연결되어 상기 구동부(180a)로부터 제공되는 회전력을 상기 제1회전체(110)에 전달하는 동력전달부재를 포함할 수 있다. 상기 동력전달부재는 폴리, 벨트, 체인 및 기어 등을 포함할 수 있으며, 구동부의 동력을 일정한 비로 가감하여 회전체로 전달할 수 있는 구성이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 동력전달부재는 제1벨트(182a), 및 상기 제2회전체(120)에 연결되어 상기 구동부(180b)로부터 제공되는 회전력을 상기 제2회전체(120)에 전달하는 제2벨트(182b),를 포함할 수 있다.
본 발명의 모든 실시 예에서, 구동부(180, 180a, 180b, 280)는 회전체에 회전력을 줄 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나 바람직하게는 모터일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 모터 및 회전체는 동력전달부재에 의해 연결되어 상기 구동부의 회전력이 회전체로 전해질 수 있다. 상기 동력전달부재는 폴리, 벨트, 체인 및 기어 등일 수 있으며, 도면을 참고하면, 폴리(181, 181a, 181b, 281, 281a, 281b) 및 벨트(182, 182a, 182b, 282)와 같은 구성일 수 있다. 상기 폴리는 벨트가 감겨 회전력을 전달할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 벨트는 고분자, 금속, 섬유 등 다양한 재질로 이루어진 것일 수 있으며, 체인을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)는 각기 다른 구동부(180a, 180b)에 의해 회전할 수 있다. 이를 통해 각 회전체의 회전 속도 및 방향을 자유롭게 제어할 수 있다. 상기 각각의 구동부(180a, 180b)에는 폴리(181a, 181b)가 연결될 수 있으며, 각각의 폴리(181a, 181b) 및 각 회전체의 외부면을 감싸도록 배치된 벨트(182a, 182b)에 의해 모터의 회전력이 회전체로 전달될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)는 하나의 구동부(180)에 의해 구동될 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 제1회전체(110) 및 제2회전체(120)에 회전력을 제공하는 구동부(180), 상기 구동부(180)에 연결되어 상기 구동부(180)로부터 제공되는 회전력을 일정한 비율로 가감하여 상기 제1회전체(110)에 전달하는 제1폴리(181-1, 181-3), 및 상기 구동부(180)에 연결되어 상기 구동부(180)로부터 제공되는 회전력을 일정한 비율로 가감하여 상기 제2회전체(120)에 전달하는 제2폴리(181-2),를 포함할 수 있다. 상기 제1폴리(181-1, 181-3) 및 제2폴리(181-2)는 적절한 변속을 위하여 복수의 폴리를 포함할 수 있다. 도 11 내지 도 13에서는 제1폴리(181-1, 181-2)가 2개의 폴리로 구성되어 있으며, 벨트(182-1, 182-3)를 통해 연결되어 모터의 회전력이 제1회전체(110)에 감속된 상태로 전달될 수 있다. 도 11 및 도 13의 실시 예와는 달리, 동력전달부재는 체인 또는 기어를 통해 구성될 수 있고, 이 경우 기어비를 적절히 배치함으로써 가감속할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 각 반응부의 온도를 측정하고 제어하기 위한 온도측정부재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고정체(130)의 외벽에 배치되어 상기 제1반응부(140) 또는 제2반응부(150)의 온도를 제어하는 온도제어부재를 더 포함할 수 있다. 상기 온도제어부재는 패브릭 등의 단열부재일 수 있으며, 코일 또는 냉각유로를 포함하는 가열장치 또는 냉각장치일 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기(200)의 일측의 단면을 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기(200)는, 제1회전체(210); 상기 제1회전체(210)의 외부면을 따라 배치된 제1반응부(240); 제2회전체(220); 상기 제2회전체(220)의 외부면을 따라 배치된 제2반응부(250); 상기 제1반응부(240)로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부(Ia); 상기 제2반응부(250)로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부(Ob); 및 상기 제1반응부(240)로부터 상기 제2반응부(250)로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부(C);를 포함하고, 중공형이고 내부면이 상기 제1회전체(210)의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제1고정체(230-1); 및 중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체(220)의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제2고정체(230-2);를 더 포함하고, 상기 제1반응부(240)는 상기 제1회전체(210)의 외부면 및 상기 제1고정체(230-1)의 내부면 사이 영역에 배치되고, 상기 제2반응부(250)는 상기 제2회전체(220)의 외부면 및 상기 제2고정체(230-2)의 내부면 사이 영역에 배치될 수 있다.
투입부(Ia, Ib) 및 토출부(Ob)는 상기 제1반응부(240)와 연결되는 투입부(Ia) 및 토출부와, 제2반응부(250)와 연결되는 투입부(Ib) 및 토출부(Ob)가 각각 배치되거나 적당한 수로 배치될 수 있다.
상기 제1회전체(210)의 회전축으로부터 상기 제1회전체(210)의 외부면까지의 길이 및 상기 제2회전체(220)의 회전축으로부터 상기 제2회전체(220)의 외부면까지의 길이는 서로 다를 수 있다. 이와 같이 서로 다른 내경을 같는 반응부를 연결하여 배치함으로써 다양한 조건의 실험을 설계할 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 제1고정체(230-1)의 일단 및 상기 제1회전체(210)의 외부면과, 상기 제1고정체(230-1)의 타단 및 상기 제1회전체(210)의 외부면에 각각 배치되어 상기 제1반응부(240)를 외부와 차단하는 제1밀폐부(260) 및 상기 제2고정체(230-2)의 일단 및 상기 제2회전체(220)의 외부면과, 상기 제2고정체(230-2)의 타단 및 상기 제2회전체(220)의 외부면에 각각 배치되어 상기 제2반응부(250)를 외부와 차단하는 제2밀폐부(270)를 포함할 수 있다. 연결부(C)의 일단 및 타단은 각각 제1고정체(230-1) 및 제2고정체(230-2)의 외부면에 접하여 배치되거나, 제1밀폐부(260) 및 제2밀폐부(270)에 접하여 배치될 수 있다.
제1회전체(210) 및 제2회전체(220)는 구동부(280)에 의해 회전력을 전달받아 회전운동을 할 수 있다. 상기 구동부(280)는 앞서 설명한 것과 같이, 바람직하게는 모터일 수 있다. 상기 구동부(280)는 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)에 각각 연결되어 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)를 개별적으로 제어할 수 있다. 또는 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 구동부(280)에 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)가 모두 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 구동부(280) 또는 회전체에 연결되어 상기 구동부(280)로부터 제공되는 회전력을 일정한 비율로 가감하여 회전체에 전달하는 동력전달부재(구체적으로, 폴리(281, 281a, 281b))를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)에 회전력을 제공하는 구동부(280), 상기 제1회전체(210)에 연결되어 상기 구동부(280)로부터 제공되는 회전력을 일정한 비율로 가감하여 상기 제1회전체(210)에 전달하는 제1폴리(281a), 및 상기 제2회전체(220)에 연결되어 상기 구동부(280)로부터 제공되는 회전력을 일정한 비율로 가감하여 상기 제2회전체(220)에 전달하는 제2폴리(281b),를 포함할 수 있다. 상기 구동부(280), 폴리(281, 281a, 281b) 및 회전체는 벨트(282)로 연결될 수 있으며, 상기 벨트(282)는 앞서 설명한 것과 같을 수 있다.
상기 제1고정체(230-1)의 외벽에 배치되어 상기 제1반응부(240)의 온도를 제어하는 제1온도제어부재 및 상기 제2고정체(230-2)의 외벽에 배치되어 상기 제2반응부(250)의 온도를 제어하는 제2온도제어부재를 포함할 수 있다. 온도제어부재는 앞서 설명한 것과 같을 수 있다.
도 15 내지 도 17은 다른 실시 예를 따르는 테일러 반응기(200)의 운용예를 도시한 것이다.
도 15은 연결부(C)의 밸브(V)가 닫힌 상태이다. 따라서, 제1반응부(240) 및 제2반응부(250)는 독립적으로 운용된다. 이 때, 제1반응부(240)로 유입되어 배출되는 반응물질은 1번 화살표를 따라 이동한다. 반응물질의 배출은 별도의 토출부(Ob)를 통해 배출될 수 있으며, 도 15와 같이 연결부(C)에 형성된 배출부를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 16은 연결부(C)의 밸브(V)가 열린 상태로서, 제1반응부(240) 및 제2반응부(250)가 연통되어 운용된다. 이 경우, 제1반응부(240) 및 제2반응부(250)의 순서로 공정을 진행하거나, 제2반응부(250) 및 제1반응부(240)의 형태로 공정을 진행할 수 있다. 도 16에서는 제1반응부(240)로 유입 및 배출되는 반응물질은 1번 화살표에 따라 이동하며, 연결부(C)를 통해 제2반응부(250)로 이동한다. 제2반응부(250)로 이동한 반응물질은 2번 화살표를 따라 이동하여 토출부(Ob)로 배출된다.
도 17은 연결부(C)에 형성된 별도의 공급구를 통해 첨가물질을 더 첨가한 것이다. 이를 통해 사용자는 원하는 공정 단계마다 첨가 물질을 첨가하여 다양한 실험을 수행할 수 있고, 다양한 구조를 가진 물질을 제조할 수 있다. 도 17에서 제2반응부(250)와 연결된 투입부(Ib)를 통해 첨가물질을 첨가하여 제2반응부(250)에서 제1반응부(240)를 거친 반응물질과 첨가물질이 함께 반응될 수 있도록 할 수 있다. 상기 제2반응부(250)에서 반응된 반응물질과 첨가물질은 토출부(Ob)를 통해 외부로 배출된다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 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.
100, 200: 테일러 반응기
110, 210: 제1회전체
120, 220: 제2회전체
130, 230-1, 230-2: 고정체
130a: 제3연통구
130b: 제4연통구
130c: 제5연통구
140: 제1반응부
150: 제2반응부
160: 제1밀폐부
160a: 제1연통구
160b: 제2연통구
170: 제2밀폐부
170a: 제6연통구
170b: 제7연통구
170c: 제8연통구
180, 180a, 180b, 280: 구동부
181, 181a, 181b, 281, 281a, 281b: 폴리
182, 182a, 182b, 282: 밸트
Ia, Ib: 투입부
Oa, Ob: 토출부
C: 연결부
CIOa, CIOb: 연결부의 입출부
V: 벨브

Claims (7)

  1. 제1회전체; 상기 제1회전체의 외부면을 따라 배치된 제1반응부; 제2회전체; 상기 제2회전체의 외부면을 따라 배치된 제2반응부; 상기 제1반응부로 반응물질을 공급하는 통로를 제공하는 투입부; 상기 제2반응부로부터 외부로 반응물질을 배출하는 통로를 제공하는 토출부; 및 상기 제1반응부로부터 상기 제2반응부로 반응물질이 이동하는 통로를 제공하는 연결부;를 포함하고,
    상기 투입부, 토출부 및 연결부는 필요에 따라 밸브를 더 포함할 수 있으며,
    각 반응부 내부로 별도의 첨가 물질을 첨가할 수 있는 통로를 제공하는 배관을 더 포함하고,
    상기 제1회전체의 회전축으로부터 상기 제1회전체의 외부면까지의 길이 및 상기 제2회전체의 회전축으로부터 상기 제2회전체의 외부면까지의 길이는 서로 다르며,
    상기 제1반응부 및 제2반응부 내부에서의 선속도가 다르게 제어되며, 이를 통해 테일러 와류를 제어하는,
    테일러 반응기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2회전체는 중공형이고, 내부면이 상기 제1회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되고,
    상기 제1반응부는 상기 제1회전체의 외부면 및 상기 제2회전체의 내부면 사이 영역에 배치되고,
    중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 고정체를 더 포함하고,
    상기 제2 반응부는 상기 제2회전체의 외부면 및 상기 고정체의 내부면 사이 영역에 배치되는,
    테일러 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2회전체의 일단 및 상기 제1회전체의 외부면과, 상기 제2회전체의 타단 및 상기 제1회전체의 외부면에 각각 배치되어 상기 제1반응부를 외부와 차단하는 제1밀폐부 및
    상기 고정체의 일단 및 상기 제2회전체의 외부면과, 상기 고정체의 타단 및 상기 제2회전체의 외부면에 각각 배치되어 상기 제2반응부를 외부와 차단하는 제2밀폐부를 더 포함하는,
    테일러 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2회전체의 일단에 배치된 제1밀폐부는 상기 제1반응부와 연통하는 제1연통구를 포함하고, 상기 제2회전체의 타단에 배치된 제1밀폐부는 상기 제1반응부와 연통하는 제2연통구를 포함하고,
    상기 투입부는 상기 제1연통구에 연결되어 배치되고, 상기 연결부는 일단이 상기 제2연통구와 연결되어 배치되는,
    테일러 반응기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 고정체의 외벽에 배치되어 상기 제1반응부 또는 제2반응부를 제어하는 온도제어부재를 더 포함하는,
    테일러 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    중공형이고, 내부면이 상기 제1회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제1고정체; 및
    중공형이고, 내부면이 상기 제2회전체의 외부면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제2고정체;를 더 포함하고,
    상기 제1반응부는 상기 제1회전체의 외부면 및 상기 제1고정체의 내부면 사이 영역에 배치되고,
    상기 제2반응부는 상기 제2회전체의 외부면 및 상기 제2고정체의 내부면 사이 영역에 배치되는,
    테일러 반응기.


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