KR20100127805A - 인젝터 어셈블리 및 이를 통합한 마이크로리액터 - Google Patents

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올리비에 로베
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피에르 우엘
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Abstract

유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)를 포함하는 마이크로리액터 어셈블리(100)가 제공된다. 상기 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유입구(22), 가스 유입구(24), 액체 유출구(26), 가스 유출구(28), 상기 액체 유입구(22)에서 액체 유출구(26)까지 연장되는 액체 유동부(30), 및 상기 가스 유입구(24)에서 가스 유출구(28)까지 연장되는 가스 유동부(40)를 포함한다. 더욱이, 상기 인젝터 어셈블리(20)는 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 입력 포트(14)와 인젝션 인터페이스를 규정한다. 인젝터 어셈블리(20)는, 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)의 상류로 액체 유동부(30)에, 액체 유출구(26)에서 액체 유동부(30)에, 또는 액체 유출구(26)의 하류로 액체 유동부(30)의 연장부(35)에 주입하기 위해 위치되도록 구성된다. 더욱이, 인젝터 어셈블리(20)는 가스가 액체 유동부(30)에 주입되거나 일련의 가스 버블로서 그 연장부에 주입되도록 구성된다. 다양한 마이크로리액터 디자인이 사용될 수 있는 마이크로리액터 어셈블리(100), 및 그 안에 사용된 인젝터 어셈블리는 마이크로채널 크기의 초과 감소를 필요로 하지 않고 마이크로구조 내의 계면 표면 영역을 효과적으로 향상시킨다.

Description

인젝터 어셈블리 및 이를 통합한 마이크로리액터{INJECTOR ASSEMBLIES AND MICROREACTORS INCORPORATING THE SAME}
본 출원은 "인젝터 어셈블리 및 이를 통합한 마이크로리액터"로 명칭된 2008년 2월 29일자 출원된 유럽특허출원 제08305039.3호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 마이크로리액터 기술에 관한 것이다.
마이크로리액터는 통상 마이크로구조 리액터, 마이크로채널 리액터, 또는 마이크로플루이딕 장치와 관련된다. 그러한 사용된 특정 명칭에 상관없이, 마이크로리액터는 샘플이 수용되어 처리될 수 있는 장치이다. 상기 샘플이 통상 움직이는 샘플일 지라도, 그 샘플은 움직이거나 고정될 수 있다. 몇몇 경우, 그러한 처리는 화학반응의 분석을 포함한다. 다른 경우, 그러한 처리는 2개의 다른 반응물을 이용하여 일부의 제조공정으로서 실행된다. 또 다른 경우, 움직이는 또는 고정된 타겟 샘플은 이 샘플과 그 관련된 열 교환 유체 사이에서 열이 교환됨에 따라 마이크로리액터에 수용된다. 상기 어떠한 경우이든, 수용 공간의 크기는 약 1mm 정도가 된다. 마이크로채널은 대부분 그와 같은 통상적인 수용 형태이며, 마이크로리액터는 보통 배치 리액터(batch reactor)와 달리 연속 유동(흐름)의 리액터이다. 마이크로채널의 감소된 내부 크기는 상당히 향상된 양 및 열 전송비율을 제공한다. 또한, 마이크로리액터는 크게 향상된 에너지 효율성, 반응 속도, 반응 수율, 만족성, 신뢰성, 확장성 등을 포함한 기존 규모의 리액터 이상의 많은 장점들을 제공한다.
마이크로리액터는 종종 반응물이 액체 및 가스를 포함하는 화학적 공정에 사용되며, 마이크로리액터는 하나 또는 그 이상의 특정 생성 분자를 생성하기 위해 가스와 액체 반응물 상(phase)을 혼합하도록 디자인된다. 높은 수율 또는 높은 선택성 가스/액체 반응을 수행하기 위해, 종종 반응의 기상(gas phase)과 액상(liquid phase)간 비교적 높은 계면(interfacial) 표면 영역을 제공할 필요가 있다. 비록 기상 및 액상이 다양한 혼화성(miscibility)을 나타낼 지라도, 많은 경우 반응물은 통상 조건하에서는 혼합할 수 없다. 따라서, 본 발명자들은 비교적 혼합 불가능한 가스 및 액체 반응물, 특히 제조 레벨에서 미세반응 기술에서 조차 수율 및 선택성을 향상시킬 수 있는 마이크로리액터 체계의 필요성을 인식했다.
본 발명은 인젝터 어셈블리 및 이를 통합한 마이크로리액터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 마이크로구조 및 인젝터 어셈블리를 포함하는 마이크로리액터 어셈블리가 제공된다. 상기 인젝터 어셈블리는 액체 유입구, 가스 유입구, 액체 유출구, 가스 유출구, 상기 액체 유입구에서 액체 유출구까지 연장되는 액체 유동부, 및 상기 가스 유입구에서 가스 유출구까지 연장되는 가스 유동부를 포함한다. 더욱이, 상기 인젝터 어셈블리는 유체 마이크로구조의 마이크로채널 입력 포트와 밀봉(sealed) 인젝션 인터페이스를 규정한다. 인젝터 어셈블리는, 가스 유동부의 가스 유출구가 가스를 액체 유출구의 상류로 액체 유동부에, 액체 유출구에서 액체 유동부에, 또는 액체 유출구의 하류로 액체 유동부의 연장부에 주입하기 위해 위치되도록 구성된다. 더욱이, 인젝터 어셈블리는 가스가 액체 유동부에 주입되거나 일련의 가스 버블로서 그 연장부에 주입되도록 구성된다. 다양한 마이크로리액터 디자인이 사용될 수 있는 마이크로리액터 어셈블리, 및 그 안에 사용된 인젝터 어셈블리는 마이크로채널 크기의 초과 감소를 필요로 하지 않고 마이크로구조 내의 계면 표면 영역을 효과적으로 향상시킨다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 인젝터 어셈블리 및 이를 통합한 마이크로리액터를 제공할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예와 관련된 이하의 상세한 설명은 이하의 도면을 참조함으로써 좀더 잘 이해될 수 있으며, 그러한 구조를 도면참조번호로 표기하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로리액터 어셈블리의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로리액터 어셈블리의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 어셈블리의 일부의 횡단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인젝터 어셈블리의 분해도이다.
도 5는 도 3 및 4의 인젝터 어셈블리의 가스/액체 유동부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인젝터 어셈블리를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리 클램핑 메카니즘을 포함하는 마이크로리액터 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로리액터 어셈블리(100)가 도시되어 있다. 일반적으로, 그러한 마이크로리액터 어셈블리(100)는 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)를 포함한다. 유체 마이크로구조(10)는 다양한 글래스, 세라믹, 글래스/세라믹, 또는 소정 다른 적절한 재료로 형성되고, 다수의 유체 마이크로채널(12)을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 마이크로채널 입력 포트(14) 및 하나 또는 그 이상의 마이크로 채널 출력 포트(16)가 유체 마이크로채널(12)과 유체 소통으로 제공된다. 도 3~5에 상세히 도시된 일 실시예의 인젝터 어셈블리(20)는 주어진 액체 반응물(A)을 위한 액체 유입구(22), 주어진 가스(G)를 위한 가스 유입구(24), 액체 유출구(26), 가스 유출구(28), 액체 유입구(22)에서 액체 유출구(26)까지 연장된 액체 유동부(30), 및 가스 유입구(24)에서 가스 유출구(28)까지 연장된 가스 유동부(40)를 포함한다. 마이크로리액터 프러덕트(P; product)는 마이크로채널 출력 포트(16)에서 어셈블리를 빠져 나간다.
상기 액체 유입구(22)는 또 다른 유체 마이크로구조 또는 액체 소스를 포함하는 액체 반응물 공급부와 용이하게 체결 및 분리가능한 밀봉 인터페이스를 규정하도록 구성된다. 유사하게, 가스 유입구(24)는 가스 반응물 공급부와 용이하게 체결 및 분리가능한 밀봉 인터페이스를 규정하도록 구성된다. 상기 양쪽의 경우, 용이하게 체결 및 분리가능한 밀봉 인터페이스는 제한하진 않지만 O-링 개스킷 등을 포함한 소정 적절한 밀봉(sealing) 구성을 이용하여 기존의 또는 개발되고 있는 유체 피팅(fluid fitting)의 형태로 제공될 것이다. 열거된 액체 유입구 또는 액체 유출구가 도 3~5의 실시예의 경우와 같이 액체 유입구 또는 유출구를 통해 가스 및 액체가 함께 유동하는 인젝터 어셈블리(20)의 동작 또는 액체 유입구(22)를 통해 가스/액체 유동이 도입되는 소정 실시예의 동작을 배제하지 않는다는 것에 주목하자.
인젝터 어셈블리(20)는 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 입력 포트(14)와 밀봉 인젝션 인터페이스를 규정한다. 도 3~5에 도시된 실시예에 있어서, 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)의 상류로 액체 유동부(30)에 주입하기 위해 위치되도록 구성된다. 예컨대, 실현가능한 치수의 변경이 예상될 지라도, 액체 유출구(26)가 가스 유출구(28)로부터 약 2mm 이하의 하류 방향으로 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)에서 액체 유동부(30)에 주입하거나, 또는 도 6~8을 참조하여 이하 보다 상세히 기술되는 바와 같이 액체 유출구(26)의 하류로 상기 액체 유동부(30)의 연장부에 가스를 주입하기 위해 위치되도록 구성된다. 어떠한 경우이든, 인젝터 어셈블리(20)는 가스가 일련의 가스 버블로서 액체 유동부(30)에, 또는 그 연장부에 주입되도록 구성된다.
주입된 가스 버블의 크기 분포가 비교적 넓다고 생각될 지라도, 액체 유동부(30)에 주입된 대다수의 버블은 약 100㎛와 약 400㎛ 사이의 직경을 가질 것이다. 가스 유출구(28)의 직경이 약 60㎛로 제한되고, 하류의 유체 마이크로구조(10)가 가스 유출구에 걸쳐 약 1.5bar의 배압(back pressure)을 제공하는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 가장 우세한 버블 크기는 약 250㎛와 약 350㎛ 사이가 될 것이다. 배압이 가스 유출구에 걸쳐 약 3.0bar로 근접하면, 가장 우세한 버블 크기는 약 200㎛와 약 300㎛ 사이가 될 것이다. 이러한 크기의 버블 생성에 적절한 가스 유출구 직경이 일반적이지만, 반드시 그렇지는 않고, 약 100㎛ 이하, 또는 보다 바람직하게는 약 30㎛와 약 80㎛ 사이가 될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 3~5에 도시된 다른 실시예에 따르면, 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30)가 부분적 수렴(converging) 횡단면을 규정하고 가스가 가스 유동부(40)에서 액체 유동부(30)의 부분적 수렴 횡단면의 바로 아래의 액체 유동부(30)의 비-수렴 횡단면으로 거의 직접 주입되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30) 및 가스 유동부(40)가 만나는 가스/액체 유출구(50)를 포함하는 것으로 도시될 수 있다(도 5 참조). 이러한 가스/액체 유출구(50)는 적절한 버블 주입을 촉진하여 그 주입된 버블의 크기 분포를 감소시키기 위해 인젝터 어셈블리(20)의 비교적 제한된 노즐부로 규정될 수 있다.
좀더 적절한 버블 주입 및 최적의 크기 분포를 촉진하기 위해, 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30) 및 가스 유동부(40)가 액체 유동부(30)에 가스가 주입된 지점에 비교적 가까운, 즉 가스 유출구(28)에 가까운 거의 동축의 유로(flow path)를 규정하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 가스 유동부(40)가 액체 유출구(26)에 액체 유동부(30)에 의해 규정된 액체 주입 벡터(VL)에 거의 평행한 가스 주입 벡터(VG)를 따라 가스를 액체 유동부(30)에 주입하도록 위치되어 구성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 바람직한 인젝터 어셈블리 재료가 테플론, PFA, 티타늄, 스테인레스 스틸, 하스테로이(Hastelloy), 및 사파이어일 지라도, 본 발명에 따른 인젝터 어셈블리는 글래스, 세라믹, 글래스/세라믹 합성물, 또는 어떤 다른 적절한 종래의 재료나 현재 개발중인 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명자들은 인젝터 어셈블리(20) 및 가스 유입구(24)에 결합될 연관된 유체관(fluid tubing)을 위치결정하여 설치함에 있어, 이것은 종종 소정 다양한 위치로 상기 인젝터 어셈블리(20)의 가스 유입구(24)를 방향지울 수 있는 능력을 가질 수 있는 장점이 있다는 것을 인식했다. 따라서, 본 발명에 따른 인젝터 어셈블리는 이 인젝터 어셈블리(20)의 나머지에 대해 가스 유입구(24)의 활동 방위를 허용하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 3에 따르면, 인젝터 어셈블리(20)는 회전체부(21) 및 부동체부(23)를 포함한다. 밀봉 인젝션 인터페이스는 부동체부(23)의 액체 유출구(26)에 규정되고, 인젝터 어셈블리(20)의 O-링 오목부(32)에 안착된 O-링을 포함한다. 회전체부(21) 및 부동체부(23)는 화살표 방향(R)으로 나타낸 바와 같이 회전체부(21)의 활동 방위를 허용하도록 구성된다. 추가의 한쌍의 O-링 오목부(34, 36)는 회전체부(21) 및 부동체부(23)의 계면부를 따라 위치되고, O-링은 활동 방위 동안 유체-기밀 밀봉을 유지하도록 이들 오목부에 안착된다. 유사한 구조가 도 6~8을 참조하여 이하 기술된 인젝터 어셈블리(20)에 제공될 수 있다.
또한, 도 3~5에는 인젝터 어셈블리의 교환가능 유동 조절유닛(60)이 도시되어 있다. 상기 교환가능 유동 조절유닛(60)은 액체 및 가스 유동부(30, 40)의 규정을 돕고, 그 결과 특히 가스 버블의 크기, 분배, 또는 주입 특성을 변경하는데 필요한 좀더 다재다능한 어셈블리를 제공하는 편리한 교환 구성요소를 허용한다. 일반적으로, 교환가능 유동 조절유닛(60)은 가스 유출구(28) 및 액체 유동 제한기(62)를 포함한다. 액체 유동 제한기(62)는 가스 유출구(28)의 상류에 위치되어 액체 유동부(30)에 따른 유체의 유동을 조절하도록 제공된다.
도 2에 따르면, 본 발명에 따른 마이크로리액터 어셈블리(100)가 다수의 유체 마이크로구조(10) 및 그와 유체 소통하는 하나 또는 그 이상의 인젝터 어셈블리(20)를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그와 같은 실시예에서, 인젝터 어셈블리는 동일하거나 동일하지 않은 노즐 치수를 가질 수 있다. 더욱이, 각각의 인젝터 어셈블리(20)는 추가의 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 출력 포트(16)와 추가의 밀봉 인터페이스를 규정한다. 이러한 방식으로, 액체 유동부(30)가 하나의 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 출력 포트(16)에서 또 다른 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 입력 포트(14)로 연장된다. 이러한 타입의 구성은 추가의 반응물(A, B, C) 및 다른 기능의 추가의 유체 마이크로구조(10)의 도입을 허용한다. 본 명세서에서는, 특정 마이크로리액터 구성의 사용 또는 특정 마이크로구조의 사용으로 한정되지 않는다는 것에 주목하자. 예컨대, 한정하지 않으며, 상기 유체 마이크로구조(10)는 단일의 반응물을 분배하고, 2개의 반응물을 혼합하고, 하나 또는 그 이상의 반응물과 열 유체간 열 교환을 제공하거나, 냉각-유동, 가수분해, 체류시간, 또는 다른 유사한 기능들을 제공하도록 구성될 수 있다. 유체 결합부(15)는 도 2에 도시된 형태로 각각의 마이크로채널 입력 포트(14)와 출력 포트(16)간 연장된다.
만약 유체 마이크로구조(10)가 2개의 반응물(A, G)을 혼합하도록 구성되면, 통상 다수의 반응물 유로를 가로질러 그 반응물들을 분배하도록 구성된 유체 마이크로채널을 포함할 것이다. 이들 각각의 반응물 유로는 반응물이 혼합되어 반응하는 유체 마이크로구조(10) 내의 혼합 존(mixing zone)으로 향하게 된다. 또한, 유체 마이크로구조(10)는 이 유체 마이크로구조(10)에 규정된 유체 마이크로채널의 반응물 유체와 열 유체 마이크로채널의 열 유체간 열 교환을 위해 구성된 열 유체 마이크로채널을 포함한다. 선택적으로, 유체 마이크로구조(10)는 단지 단일 기능 마이크로구조, 즉 유체 분배 마이크로구조, 열 교환 마이크로구조, 반응물 혼합 마이크로구조, 또는 다중채널 냉각-유동 또는 가수분해 마이크로리액터로서 구성될 수 있다. 이들 기능들의 소정 조합을 위한 유체 마이크로구조의 특정 디자인은 코닝 인코포레이티드가 제공한 유럽특허출원 EP 1 679 115 A1, EP 1 854 536 A1, EP 1 604 733 A1, EP 1 720 650 A0, 및 다른 유사하게 분류된 유럽특허 및 특허출원을 포함한 다양한 종래기술들로부터 알 수 있을 것이다.
도 6~8은 인젝터 어셈블리(20)가 유체 마이크로구조(10)의 유체 마이크로채널(12)에서 밀봉 인젝터 인터페이스의 하류에 가스 유출구(28)를 위치하도록 구성된 본 발명의 실시예를 도시한다. 특히, 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30)의 연장부(35)가 적어도 부분적으로 유체 마이크로구조(10)에 체류하고, 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 유체 마이크로구조(10) 내에, 액체 유동부(30)의 연장부(35)에 가스 버블을 주입하기 위해 위치하도록 구성된다. 통상, 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구가 밀봉 인젝션 인터페이스로부터 약 2mm 이하의 하류 방향에 배치되도록 구성될 수 있다(이러한 수치의 범위가 유체 마이크로구조의 채널 구성에 크게 좌우되는 것으로 평가될 지라도).
도 6~8 또한 가스 및 액체 유동부(30, 40)가 인젝터 어셈블리(20)에 제공되는 특정 방식으로 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 특히, 도 3~5에서, 가스 유동부(40)의 가스 유입구(24)는 인젝터 어셈블리(20)의 회전체부(21)의 측면에 위치되고, 반면 액체 유동부(30)의 액체 유입구(22)는 회전체부(21) 상에 축으로 위치된다. 반대로, 도 6~8에서, 액체 유동부(30)의 액체 유입구(22)는 인젝터 어셈블리(20)의 회전체부(21)의 측면에 위치되고, 반면 가스 유입구(24)는 회전체부(21) 상에 축으로 연장된다. 이는 또한 인젝터 어셈블리의 통상적인 방향, 즉 그것이 유체 마이크로구조(10) 위 또는 아래에 위치되는지의 여부가 그 사용된 특정 상황의 요건에 따라 변한다는 것을 알 수 있을 것이다. 다른 상태의 본 발명의 소정 실시예에 있어서, 가스 버블은 유체 마이크로구조(10) 위 또는 아래로부터 주입될 수 있다. 유사하게, 유체 마이크로구조(10)는 도 3~8에 도시된 바와 같이 수평 방향으로 놓여지고, 그 경우 인젝터 어셈블리(20)는 통상 수직으로 놓여질 수 있다(일반적인 수평 구성, 또는 소정의 비-수직 또는 비-수평 구성을 취할 필요가 없더라도).
또한, 본 발명의 다양한 실시예의 액체 및 가스 유입구(22, 24)는 인젝터 어셈블리(20)의 노즐부 부근의 트랩(trap)된 공기를 제거하도록 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)에 청정 가스 또는 액체를 도입하기 위해서 액체 유입구(24)만이 제공되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 인젝터 어셈블리(20)는 단지 동작 동안 유체 마이크로구조(10)에 가스를 보내고, 공정의 관점에서 데드 볼륨(dead volume)이 수용될 수 없을 경우 액체 유동부(30)가 제거되는 인젝터 디자인이 고려된다. 그와 같은 경우, 인젝터 어셈블리(20)는 회전체부(21)가 제거된 일체형 디자인의 단품 니들(neddle)과 유사할 것이다.
도 9에 따르면, 본 발명에 따른 마이크로리액터 어셈블리(100) 내에 인젝터 어셈블리(20)의 안정된 설치를 용이하게 하기 위해, 각각의 밀봉 인젝션 인터페이스에서 유체 마이크로구조(10)와 인젝터 어셈블리(20)를 체결하기 위해 각각의 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)와 협력하도록 구성된 다수의 능동 또는 수동 어셈블리 클램핑 메카니즘(70; 클램프)이 상기 마이크로리액터 어셈블리(100)에 제공되는 것을 알 수 있을 것이다. 도 9에는 밀봉 인젝터 인터페이스를 형성하도록 유체 마이크로구조(10)와 인젝터 어셈블리(20) 사이에 제공된 실(seal)에 대해 유체 마이크로구조(10)를 압박하기 위해 클램핑 메카니즘(70)에 유체 결합부(72)가 장착되는 수동 어셈블리 클램핑 메카니즘을 포함하는 마이크로리액터 어셈블리(100)가 도시되어 있다. 선택적으로, 유체 마이크로구조(10)와 인젝터 어셈블리(20) 사이에 실을 채결하기 위한 압박력을 제공하는 압축력을 제공하기 위해 클램프(70)의 각각의 아암(74, 76; arm)이 서로 가까워지는 능동 클램핑 메카니즘으로서 구성될 수 있을 것이다.
특정 방식으로 특정 특성, 또는 기능을 구체화하기 위해 특정 방식으로 "구성되는" 본 발명 구성요소의 설명들은 의도된 사용의 설명들과 상반된 구조적인 설명들이다. 특히, 구성요소가 "구성되는" 방식에 대한 참조들은 그 구성요소의 기존의 물리적인 조건을 나타내며, 이는 그 구성요소의 구조적 특성들의 뚜렷한 설명으로 채용된다.
본 발명의 설명 및 한정의 목적을 위해, 소정의 양적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 설명에 기여되는 불확실한 정도를 나타내기 위해 여기에서는 용어 "약" 및 "거의"가 사용된다는 것에 주목하자.
본 발명의 상세한 설명 및 특정 실시를 참조함으로써, 본 발명이 수반된 청구항들에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 몇몇 형태들이 여기서 특별히 바람직하거나 유효할 지라도, 본 발명을 이들의 바람직한 형태들로 한정하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
10 : 유체 마이크로구조, 12 : 유체 마이크로채널,
14 : 마이크로채널 입력 포트, 16 : 마이크로채널 출력 포트,
20 : 인젝터 어셈블리, 22 : 액체 유입구,
24 : 가스 유입구, 26 : 액체 유출구,
28 : 가스 유출구, 30 : 액체 유동부,
40 : 가스 유동부, 100 : 마이크로리액터 어셈블리.

Claims (20)

  1. 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)를 포함하는 마이크로리액터 어셈블리(100)에 있어서,
    상기 유체 마이크로구조(10)는 다수의 유체 마이크로채널(12)과, 이 유체 마이크로채널(12)과 각각 유체 소통하는 적어도 하나의 마이크로채널 입력 포트(14) 및 적어도 하나의 마이크로채널 출력 포트(16)를 포함하고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유입구(22), 가스 유입구(24), 액체 유출구(26), 가스 유출구(28), 상기 액체 유입구(22)에서 액체 유출구(26)까지 연장되는 액체 유동부(30), 및 상기 가스 유입구(24)에서 가스 유출구(28)까지 연장되는 가스 유동부(40)를 포함하며,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 상기 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 입력 포트(14)와 인젝션 인터페이스를 규정하고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)의 상류로 액체 유동부(30)에, 액체 유출구(26)에서 액체 유동부(30)에, 또는 액체 유출구(26)의 하류로 액체 유동부(30)의 연장부(35)에 주입하기 위해 위치되도록 구성되고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 가스가 액체 유동부(30)에 주입되거나 일련의 가스 버블로서 그 연장부에 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로리액터 어셈블리(100)는 다수의 유체 마이크로구조(10)를 포함하고, 상기 인젝터 어셈블리(20)는 상기 액체 유동부(30)가 상기 마이크로채널 출력 포트(16)에서 마이크로채널 입력 포트(14)까지 연장되도록 추가의 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 출력 포트(16)와 추가의 인터페이스를 규정하는 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로리액터 어셈블리(100)는 각각의 마이크로채널 출력 포트에서 대응하는 마이크로채널 입력 포트(14)까지 연장되는 액체 유동부(30)를 포함하는 동일하거나 동일하지 않은 치수의 다수의 인젝터 어셈블리 및 다수의 유체 마이크로구조(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로리액터 어셈블리(100)는 각각의 인젝션 인터페이스에서 유체 마이크로구조(10)와 인젝터 어셈블리를 체결하기 위해 각각의 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리와 협력하도록 구성된 다수의 능동 또는 수동 어셈블리 클램핑 메카니즘(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 회전체부(21) 및 부동체부(23)를 포함하고, 인젝션 인터페이스의 방해 없이 인젝터 어셈블리(20)의 나머지에 대해 가스 유입구(24)의 활동 방위를 허용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 인젝션 인터페이스가 액체 유출구(26)에 규정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30) 및 가스 유동부(40)가 액체 유동부(30)에 가스가 주입된 지점에 가까운 동축의 유로를 규정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 유동부(40)가 액체 유출구(26)에 액체 유동부(30)에 의해 규정된 액체 주입 벡터에 평행한 가스 주입 벡터를 따라 가스를 액체 유동부(30)에 주입하도록 위치되어 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구(28)가 100㎛ 이하의 유출구 직경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구(28)가 30㎛와 80㎛ 사이의 유출구 직경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30)에 주입된 대다수의 가스 버블이 100㎛와 400㎛ 사이의 직경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 주입된 가스 버블이 가장 우세한 버블 크기가 250㎛와 350㎛ 사이가 되는 버블 크기 분포를 규정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)의 상류로 액체 유동부(30)에 주입하기 위해 위치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 가스가 가스 유동부(40)에서 액체 유동부(30)의 비-수렴 횡단면으로 직접 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30)가 부분적 수렴 횡단면을 규정하고 가스가 액체 유동부(30)의 부분적 수렴 횡단면의 바로 아래의 액체 유동부(30)의 비-수렴 횡단면으로 직접 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 액체 유동부(30)와 가스 유동부(40)가 만나는 가스/액체 유출구(26)를 더 포함하고,
    상기 가스/액체 유출구(26)는 인젝터 어셈블리(20)의 제한된 노즐부로 규정되는 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 유동부(30)의 연장부(35)는 적어도 부분적으로 유체 마이크로구조(10)에 체류하고,
    가스 유동부(40)는 유체 마이크로구조(10) 내에 액체 유출구(26)의 하류로 액체 유동부(30)의 연장부(35)에 가스를 주입하도록 위치된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 어셈블리(20)는 가스 유출구(28)를 포함하고, 액체 유동부(30) 및 가스 유동부(40)의 적어도 일부를 형성하는 교환가능 유동 조절유닛(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
  19. 액체 유입구(22), 가스 유입구(24), 액체 유출구(26), 가스 유출구(28), 상기 액체 유입구(22)에서 액체 유출구(26)까지 연장되는 액체 유동부(30), 및 상기 가스 유입구(24)에서 가스 유출구(28)까지 연장되는 가스 유동부(40)를 포함하는 인젝터 어셈블리(20)에 있어서,
    상기 액체 유입구(22)는 액체 반응물 공급부와 용이하게 체결 및 분리가능한 밀봉 인터페이스를 규정하도록 구성되고,
    상기 가스 유입구(24)는 가스 반응물 공급부와 용이하게 체결 및 분리가능한 밀봉 인터페이스를 규정하도록 구성되고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 가스를 액체 유출구(26)의 상류로 액체 유동부(30)에, 액체 유출구(26)에서 액체 유동부(30)에, 또는 액체 유출구(26)의 하류로 액체 유동부(30)의 연장부(35)에 주입하기 위해 위치되도록 구성되고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 가스가 액체 유동부(30)에 주입되거나 일련의 가스 버블로서 그 연장부에 주입되도록 구성되며,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 액체 유출구(26)에 인젝션 인터페이스를 규정하고, 상기 인젝션 인터페이스는 유체 마이크로구조(10)의 입력 포트와 인터페이스를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인젝터 어셈블리(20).
  20. 유체 마이크로구조(10) 및 인젝터 어셈블리(20)를 포함하는 마이크로리액터 어셈블리(100)에 있어서,
    상기 유체 마이크로구조(10)는 다수의 유체 마이크로채널(12)과, 이 유체 마이크로채널(12)과 각각 유체 소통하는 적어도 하나의 마이크로채널 입력 포트(14) 및 적어도 하나의 마이크로채널 출력 포트(16)를 포함하고,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 상기 유체 마이크로구조(10)의 마이크로채널 입력 포트(14)와 인젝션 인터페이스를 규정하며,
    상기 인젝터 어셈블리(20)는 가스 유동부(40)의 가스 유출구(28)가 가스를 인젝션 인터페이스의 하류로 일련의 가스 버블로서 유체 마이크로구조(10)에 주입하기 위해 위치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로리액터 어셈블리(100).
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