KR20130065040A

KR20130065040A - 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치

Info

Publication number: KR20130065040A
Application number: KR1020110131727A
Authority: KR
Inventors: 강득주; 김주희
Original assignee: 주식회사 제이오
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-19
Also published as: KR101344747B1

Abstract

본 발명은 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 반응길이를 조절하거나, 각각 고유한 특성을 갖는 반응유닛들을 적절하게 조합하여 사용할 수 있도록 함으로써 독특한 특성의 결정체를 생산할 수가 있다.

Description

반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치{Couette-Taylor vortices reaction equipment for controlling reactive environment}

본 발명은 쿠에트-테일러 와류 반응장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 각각의 고유한 반응 환경을 갖는 반응유닛들의 순서와 개수를 조절하여 조립할 수 있도록 함으로써 필요한 반응 환경을 조성하여 사용할 수 있는 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치에 관한 것이다.

쿠에트-테일러 와류(Couette-Taylor vortex)란 두 개의 원통 사이에서 유체가 흐를 때 내통 또는 외통이 회전함으로써 특별한 유동 특성이 나타나는 것을 말한다. 즉 도1에 도시된 종래의 쿠에트-테일러 와류 반응장치(1)를 참조하면, 반응장치(1)의 내통(3)이 회전을 할 경우 원심력에 의해 내통(3) 가까이 존재하고 있는 유체들은 고정된 외통(2) 방향으로 나가려는 경향이 있는데, 이로 인하여 유체는 불안정하게 되어 축 방향에 따라 규칙적이며 서로 반대 방향으로 회전하려는 고리쌍 배열의 와류(4)가 형성되고, 이를 '테일러 와류' 또는 '쿠에트-테일러 와류'라고 한다.

이러한 두 동심 원통 사이에서 반경방향으로 생성된 와류셀은 각각 하나의 회분식 반응(batch reaction) 공정으로, 이러한 와류를 축방향으로 균일하게 생성할 경우 여러단의 회분식 반응 공정을 연속적으로 수행하는 효과를 가진다. 이러한 테일러 와류는 내통(3)의 회전 속도가 임계값 이상일 때 나타나며 Taylor수가 640 이상이 되면 테일러 난류가 발생하고, 이 때 매우 이상적인 교반이 이루어지게 된다.

이러한 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 생물, 물리 및 화학 분야에서 혼합, 추출, 침전(결정화), 분리, 배양을 위한 특수한 반응 환경을 제공하기 위해 교반탱크형 반응기를 대체하여 사용된다. 특히 액체에 섞인 특정한 성분을 결정화시키는 공정을 위해 필수적으로 사용된다.

쿠에트-테일러 와류를 이용한 결정화 공법으로는, 모액에 제3의 용매를 첨가하여 용질의 과포화를 유도함으로써 결정을 석출하는 Drowning-out crystallization, 모액에 제3의 물질 중 salt를 첨가하여 용질의 용해도를 변화하여 결정을 석출하는 Salting-out crystallization, 물질의 용해도가 온도에 민감한 경우 용액을 냉각하여 대상 물질이 녹아 있는 모액의 포화도를 증가시켜 결정을 석출하는 Cooling crystallization, 용융점 이상의 온도에서 물질을 녹인 후 온도를 낮추어 순수한 성분으로 분리하는 Melting crystallization, 그리고 화학반응을 통해 고체를 석출하는 Reaction crystallization 등 다양하다.

쿠에트-테일러 와류를 이용한 결정화 공정은 생산 공정의 자동화와 운전이 용이하며, 균일한 물성의 제품을 연속적으로 생산할 수가 있다. 또한 비교적 적은 공간을 사용하며 생산 비용 및 에너지 소비가 적게 든다는 장점도 있으며, 입자크기 조절 및 균일한 입도 분포의 제품 생산이 가능하고 작업시간을 단축시킬 수도 있다.

이러한 쿠에트-테일러 결정화 공법은 각종 고순도 첨가제 정제 공정, 난연제 정제 공정, 중금속 제조 공정, 단백질 제조 공정, 탈염소 제조 공정, 이차전지 원료물질 제조 공정, 고순도 발광재료 정제 공정 등과 같은 정밀화학, 제약산업, 석유화학, 환경산업, 식품산업, 전자재료 및 신소재 등 다양한 분야로의 적용이 가능하다.

한편 결정화 공정을 이용하여 특정한 성분을 결정화시켜 생산물을 얻고자 할 때에는, 얻고자 하는 최종 생산물이 무엇인지 등의 필요성에 따라 반응 환경을 달리해줄 필요가 있다. 즉 앞서 설명한 바와 같은 다양한 결정화 공법이 존재하듯이, 공정이 이루어지는 동안의 반응 환경을 적절하게 변화시킬 수 있도록 장치가 지원해야만 한다. 그러나 종래의 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 한번 제작되면 제작된 상태의 반응 환경만 제공해주기 때문에 다른 목적의 생산물을 얻기 위해서는 또 다른 장치를 구비해야만 하는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 반응유닛들을 다단으로 구비하고 원하는 개수를 조립하여 반응길이를 조절하거나, 다양한 형태의 반응유닛들을 조합하여 독특한 특성의 결정체를 생산할 수 있는 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치는, 회전동력을 발생하여 모터축을 회전시키는 모터; 전방 및 후방이 개방되고 내측으로 반응공간을 갖는 외통과, 상기 외통의 반응공간에 위치하고 상기 모터의 모터축에 연동되어 회전함으로써 쿠에트-테일러 와류를 발생시키는 회전내통을 포함하는 2 이상의 반응유닛; 및 상기 2 이상의 반응유닛 중 최후방 반응유닛의 후방에서 결합되는 터미널유닛;을 포함하되, 상기 2 이상의 반응유닛은 최전방의 반응유닛으로부터 최후방의 반응유닛까지 순차적으로 상기 모터 측과 결합 및 해체가 가능함으로써 상기 반응공간에서 발생되는 쿠에트-테일러 와류에 의한 액체의 반응 환경 조절이 가능하다.

여기서, 상기 2 이상의 반응유닛은 각각 상기 반응공간을 이루는 내측의 형태와 상기 회전내통 둘레의 형태를 달리함으로써 각각의 고유한 반응 환경을 가지며, 상기 고유한 반응 환경을 갖는 2 이상의 반응유닛들의 순서와 개수를 변경하여 조립이 가능하다.

또한, 상기 2 이상의 반응유닛은, 전방에 위치하는 반응유닛의 후방 또는 모터와 결합하기 위한 전방프레임과, 후방에 위치하는 반응유닛의 전방 또는 터미널유닛과 결합하기 위한 후방프레임과, 상기 전방프레임 및 후방프레임 사이에 결합되는 상기 외통과, 상기 결합된 전방프레임, 외통 및 후방프레임의 내측에 형성되는 반응공간에 위치하는 회전내통을 포함하며, 상기 전방프레임의 둘레에는 상기 반응공간에서 반응되는 반응물질이 투입될 투입구가 하나 이상 형성되어 있고, 상기 터미널유닛에는 상기 반응공간에서 반응을 마친 반응물질이 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 모터의 모터축은 수평한 상태, 또는 수직한 상태로 회전이 이루어지도록 설치되고, 이에 대응하여 상기 2 이상의 반응유닛 및 터미널유닛은 상기 모터의 설치 상태에 따라 수평하게 또는 수직하게 상호 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 필요에 따라 반응유닛의 개수를 늘리거나 줄임으로써 공정길이를 조절할 수가 있다. 즉 반응유닛을 다수개 연결하면 투입된 반응물질이 비교적 긴 반응공간들을 모두 통과하면서 반응시간이 증가하기 때문에 시간당 반응물질의 투입량이 늘어나더라도 고품질의 결정체를 얻어낼 수가 있다.

또한, 후방에 위치하는 반응유닛으로 갈수록 pH가 낮아질 수 있는데, 각각의 반응유닛에 투입구를 구비하여 NaOH를 추가 투입할 수 있어서 모든 반응구간에서 균일한 pH 분위기를 유지시킬 수 있다. 물론 각각의 반응유닛의 투입구를 통해 필요한 추가 물질(예컨대 공침제)을 더 첨가해줄 수 있어서 반응구간의 분위기 제어가 수월하다.

또, 생산 현장에서의 필요에 따라 다양한 반응 환경을 갖는 반응유닛들을 조합하여 원하는 생산물을 얻을 수가 있다.

도1은 종래의 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 통해 테일러 와류를 설명하기 위한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 설명하기 위한 도면.
도3은 도2에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치에서 어느 일 반응유닛의 정면을 바라본 도면.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 설명하기 위한 도면.
도6은 도5에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치의 주요 구성들의 분해도.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치(이하 '쿠에트-테일러 와류 반응장치'라고 함)를 설명하기 도면이다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 모터(20), 제1반응유닛a(100), 제2반응유닛b(200), 제3반응유닛c(300), 제4반응유닛d(400) 및 터미널유닛(500)을 포함한다. 설명에 앞서 반응유닛(100,200,300,400)들에서 각 구성부의 동일한 명칭을 구분하기 위해 명칭뒤에 a,b,c,d를 각각 표기하였으며, 소문자 알파벳에 특별한 의미를 두지는 아니한다.

모터(20)는 모터축(21)을 구비하고 있으며 회전동력을 발생하여 모터축(21)을 회전시킨다. 이러한 모터(20)는 모터지지대(23)에 받쳐져 지지프레임(10)에 고정되어 있다. 또한 모터축(21)이 구비된 측면에는 제1반응유닛a(100)와 결합하기 위한 결합프레임(22)이 마련되어 있다.

이러한 모터(20)의 결합프레임(22)에 제1반응유닛a(100)가 볼팅 결합되고 그 후방으로 순차적으로 제2반응유닛b(200), 제3반응유닛c(300), 제4반응유닛d(400) 및 터미널유닛(500)이 순차적으로 볼팅 결합된다. 각각의 반응유닛(100,200,300,400)은 동일한 구성들로 이루어져 있으며, 이하에서는 제1반응유닛a(100)를 기준으로 설명하되 설명되지 아니한 반응유닛(200,300,400)들의 구성은 제1반응유닛a(100)의 구성 설명으로 대체한다.

제1반응유닛a(100)는 전방프레임a(110), 제1외통a(120), 제1회전내통a(130) 및 후방프레임a(140)를 포함한다.

전방프레임a(110)와 후방프레임a(140)는 각각 제1외통a(120)의 전방과 후방에서 결합되고, 결합된 전방프레임a(110), 제1외통a(120) 및 후방프레임a(140)의 내측은 전방과 후방이 개방되어 개방된 전후방을 관통하는 제1반응공간a(121)를 갖는다.

전방프레임a(110)의 둘레에는 내측의 제1반응공간a(121)와 연결되는 투입구a(111)가 다수개 형성되어 있다. 도3에 도시된 전방프레임a(110)의 정면도를 참조하면, 전방프레임의 둘레를 따라 총 5개의 투입구a(111)가 마련되어 있고 각각의 투입구에는 투입파이프a(112)가 연결되어 밸브에 의해 투입량이 조절된다. 각각의 투입구a(111)를 통해 반응시킬 물질, 예컨대 NaOH, Ni, Co, Mn, 공침제 등을 투입하면 제1반응공간a(121)로 유입된다.

이러한 전방프레임a(110)는 모터(20)의 결합프레임(22)에 볼팅결합되고, 후방프레임a(140)의 후방으로는 제2반응유닛b(200)의 전방프레임b(210)가 볼팅결합된다.

제1외통a(120)의 내부에는 제1반응공간a(121)의 둘레를 감싸도록 순환파이프a(122)가 마련되어 있고, 이러한 순환파이프a(122)는 제1외통a(120) 외부의 입수파이프a(123) 및 배수파이프a(124)와 연결된다. 따라서 입수파이프a(123)를 통해 냉각수를 투입하면 제1반응공간a(121)의 온도를 낮춰줄 수가 있다. 물론 순환파이프a(122)를 통해 유입되는 유체는 반드시 냉각수인 것은 아니며, 제1반응공간a(121)의 분위기를 어떻게 설정해주느냐에 따라 중온 또는 고온의 물이나 스팀을 유입시켜줄 수도 있다. 또한 도면에 도시된 순환파이프a(122)는 제1외통a(120) 내부에 구비되지 아니하고, 제1외통a(120)을 둘러싸는 형태일 수도 있으며, 실시하기에 따라서는 나선형의 파이프 형태가 아닌 제1외통a(120) 내부가 비워진 형태일 수도 있다.

전방프레임a(110), 제1외통a(120) 및 후방프레임a(140)의 내측에 형성된 제1반응공간a(121) 내에 제1회전내통a(130)가 위치하게 되는데, 제1회전내통a(130)의 외경은 제1반응공간a(121)의 내경보다 작아 제1회전내통a(130)의 둘레와 제1외통a(120) 사이에 액체가 반응하게 되는 공간을 남겨둔다.

제1회전내통a(130)의 전방에는 모터축(21)에 결합되는 전방결합홈a(131)이 형성되어 있고, 후방에는 제2반응유닛b(200) 내측에 위치하는 제2회전내통b(230)의 전방결합홈b(231)와 결합되는 후방결합부a(132)가 형성되어 있다.

제1반응유닛a(100)는 제1외통a(120)와 제1회전내통a(130)를 포함하고 있지만, 제1외통a(120)는 모터(20)의 측면에 결합되어 고정된 상태를 유지하고 제1회전내통a(130)는 모터축(21)에 결합되어 회전하기 때문에 물리적으로 이격된 상태이다.

제1회전내통a(130)의 전방결합홈a(131)의 내측과 모터축(21)의 둘레에는 각각 나사산이 형성되어 나사결합되거나, 실시하기에 따라 볼트를 이용한 조임으로 견고한 조립이 이루어질 수도 있다.

제1외통a(120)의 후방에 결합되는 후방프레임a(140)의 저면에는 지지대a(141)가 구비되어 있다. 만약 지지대(141,241,341,441)가 구비되어 있지 않고 반응유닛(100,200,300,400)들이 다수개 연결된다면, 외통(120,220,320,420)들의 하중에 의해 외통(120,220,320,420)들과 회전내통(130,230,330,430)들 사이의 반응공간(121,221,321,421)들의 간격이 불균일해질 수도 있다. 따라서 지지대(141,241,341,441)가 후방프레임(140,240,340,440)을 받치고 지지프레임(10)에 결합시킴으로써 외통(120,220,320,420)이 하중에 의해 기울어지는 것을 막아줄 수 있다. 물론 가장 후방에 위치하는 제4반응유닛d(400)의 제4회전내통d(430)의 후방은 터미널유닛(500)에 회전 가능하게 결합되고, 이렇게 최후방의 제4회전내통d(430)가 터미널유닛(500)에 지지됨으로써 회전내통(130,230,330,430)이 하중에 의해 기울어지는 현상도 막아줄 수가 있다.

상술한바와 같은 제1반응유닛a(100), 제2반응유닛b(200), 제3반응유닛c(300) 및 제4반응유닛d(400)가 모터(20)측으로부터 순차적으로 결합되면, 그 후방에 터미널유닛(500)이 결합된다. 물론 모터(20)의 결합프레임(22)과 반응유닛(100,200,300,400)들 및 터미널유닛(500)의 결합시에는 결합된 틈새를 통해 반응물질들이 새어나오지 못하도록 실링처리가 되어 있다.

터미널유닛(500)은 다수의 반응유닛(100,200,300,400) 중 최후방 반응유닛인 제4반응유닛d(400)의 후방프레임d(440)의 후방에서 결합된다. 이때 터미널유닛(500)은 후방프레임d(440)의 후방으로 개방된 부분을 완전히 막아줌과 동시에 제4회전내통d(430)가 지지되어 회전이 가능하도록 한다.

이렇게 터미널유닛(500)이 제4반응유닛d(400)의 후방에 결합됨으로써 각 반응유닛(100,200,300,400)들의 외통(120,220,320,420) 내측에 위치하는 반응공간(121,221,321,421)들은 상호 연결된다. 또한 터미널유닛(500)에는 전체 반응공간(121,221,321,421)을 통과하면서 반응이 완료된 물질을 배출하기 위한 배출구(510)가 형성되어있어서 배출파이프(530)을 통해 반응을 마친 물질을 배출시킬 수 있다.

한편, 도2에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치에서는 외통(120,220,320,420) 내부에 냉각수를 투입하여 온도 분위기를 유지시키도록 할 수 있지만, 실시하기에 따라 회전내통(130,230,330,430) 내부에도 냉각수를 투입하여 온도 분위기를 유지토록 할 수 있다. 즉, 회전내통(130,230,330,430)들 내부에 냉각수 투입 공간이 마련되어 있고, 터미널유닛(500)에 회전내통(130,230,330,430)의 내부 공간과 연결되는 입수구(520)를 마련하여 냉각수를 투입할 수도 있는 것이다. 이는 로터리 조인트(미도시)를 이용하여 회전하고 있는 회전내통(130,230,330,430)에 냉각수를 투입하는 기술을 이용함으로써 가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략토록 한다.

도2에 도시된 실시예에서, 반응유닛(100,200,300,400)들의 외통(120,220,320,420) 내측면과 회전내통(130,230,330,430)들의 둘레면은 균일한 원형을 유지하고 있다. 따라서 반응공간(121,221,321,421)의 전 구간에서 동일한 와류셀들이 형성되어 결정화 공정이 진행될 수 있다.

또한 제1반응유닛a(100)의 투입구a(111)로 투입된 반응물질들은 반응공간(121,221,321,421)을 통과하면서 pH가 낮아질 수 있다. 따라서 제1반응유닛a(100) 후단에서 결합되는 반응유닛(200,300,400)의 투입파이프(212,312,412)들을 통해 NaOH를 중간 중간 투입해주어 반응공간(121,221,321,421)의 모든 구간에서 균일한 pH를 유지시킬 수가 있다. 물론 투입파이프(212,312,412)들을 통해 중간중간 공침제를 추가로 투입하여 원활한 결정화 공정이 이루어지도록 할 수도 있다.

도2에 도시된 것처럼 다수의 반응유닛(100,200,300,400)들을 연결하여 결정화 공정을 진행하면, 제1반응유닛a(100)의 투입파이프a(112)를 통해 시간당 반응물질의 투입량을 늘려주어 필요한 결정체의 생산량을 늘려줄 수가 있다. 즉, 터미널유닛(500)의 배출구(510)를 통해 배출되는 결정체의 양은 투입구a(111)를 통해 유입되는 반응물질들의 투입량에 비례하게 된다. 하지만 반응물질의 투입량을 무작정 늘리기만 한다면 반응공간에 머무는 시간이 짧아 제대로된 결정체를 생산할 수 없을 것이지만, 본 실시예에서는 그만큼의 반응유닛(100,200,300,400)들을 연결하여 상대적으로 긴 반응공간을 통과토록하여 원하는 결정체를 대량으로 생산할 수 있도록 한 것이다.

물론 생산하고자 하는 목적물이 무엇이냐에 따라 반응시간과는 관계없이 짧은 반응길이를 요구할 때도 있다. 하지만 종래의 반응장치는 한번 구비되고 나면 반응길이를 조절하는 것이 불가능하다.

하지반 본원에 따르면 도4에 도시된 바와 같이 반응유닛(100,200)을 2개만 연결한 후 터미널유닛(500)을 결합하는 것이 가능하다. 따라서 필요에 따라 반응공간의 길이가 짧은 장치로도 사용할 수가 있는 것이다.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응장치를 설명하기 위한 도면이고, 도6은 도5에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치 외통들(120',220',320,420')과 내통들(130',230',330',430')을 분해하여 도시한 도면이다. 도5 및 도6에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 각 반응유닛(100',200',300',400')의 내부 형태와 회전내통(130',230',330',430')들의 형태가 서로 다른 것을 특징으로 하며, 나머지 구성들은 도2에 도시된 장치와 동일하다. 따라서 이하에서는 도2에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치와의 차이점을 중점적으로 설명하되, 설명이 생략된 구성들은 구성의 명칭이 동일한 도2에서의 설명으로 대체하도록 한다.

도5 및 도6에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 모터(20)의 모터축(21)이 마련된 측면으로부터 제1반응유닛a(100'), 제2반응유닛b(200'), 제3반응유닛c(300'), 제4반응유닛d(400') 및 터미널유닛(500)이 순차적으로 결합되어 있다.

제1반응유닛a(100')는 제1외통a(120')과 제1외통a(120')의 내측에 형성된 제1반응공간a(121')에 위치하는 제1회전내통a(130')를 포함하는데 이때 제1회전내통a(130')의 둘레경사면a(133')은 전방에서 후방으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성되어 있다. 이에 대응하여 제1외통a(120')의 내측경사면a(125') 역시 전방에서 후방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성되어 있다.

이는 회전하는 제1회전내통a(130')의 직경을 달리함으로써 위치에 따른 선속도에 차이를 두어 생성되는 결정체의 입자크기를 조절해주기 위함이다. 즉, 직경이 상대적으로 큰 제1회전내통a(130')의 전방에서는 상대적으로 선속도가 크기 때문에 생성되는 결정체의 입자크기가 작고, 직경이 상대적으로 작은 후방에서는 선속도가 작기 때문에 생성되는 결정체의 입자크기가 커지게 된다.

이렇게 제1반응유닛a(100')에서는 제1회전내통a(130')의 둘레에 경사면을 두어 선속도 차이에 따른 독특한 분위기를 연출할 수 있는 것이다.

제2반응유닛b(200')는 제2외통b(220')와 제2외통b(220')의 내측에 형성된 제2반응공간b(221')에 위치하는 제2회전내통b(230')를 포함한다. 제2회전내통b(230')의 둘레경사면b(233')는 전방에서 후방으로 갈수록 직경이 커지도록 형성되어 있다. 이에 대응하여 제2외통b(220')의 내측경사면b(225') 역시 전방에서 후방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성되어 있다.

제2반응유닛b(200')는 제1반응유닛a(100')와는 반대로 전방에서는 선속도가 낮아 결정체의 입자크기가 커지고, 후방에서는 선속도가 높아 결정체의 입자크기가 작아지도록 한 것이다.

제3반응유닛c(300')는 제3외통c(320')와 제3외통c(320')의 내측에 형성된 제3반응공간c(321')에 위치하는 제3회전내통c(330')를 포함한다. 제3회전내통c(330')의 둘레에는 회전돌기c(333')가 일정 간격으로 형성되어 있고, 이에 대응하여 제3외통c(320')의 내측에는 고정돌기c(325')가 일정 간격으로 형성되어 있다.

제3반응유닛c(300')는 회전돌기c(333')와 고정돌기c(325')에 의해 제3반응공간c(321')가 구분되도록 하여 독특한 와류셀이 형성되도록 한 것이다.

제4반응유닛d(400')는 제4외통d(420')와 제4외통d(420')의 내측에 형성된 제4반응공간d(421')에 위치하는 제4회전내통d(430')를 포함한다. 제4회전내통d(430')의 둘레에는 회전홈d(433')가 일정 간격으로 형성되어 있고, 이에 대응하여 제4외통d(420')의 내측에는 고정홈d(425')가 일정 간격으로 형성되어 있다.

제4반응유닛d(400')는 회전홈d(433')와 고정홈d(425')에 의해 제4반응공간d(421')가 일부 확장되도록 하여 독특한 와류셀이 형성되도록 한 것이다.

도5 및 도6에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 각각의 반응유닛(100',200',300',400')들 내부의 반응공간(121',221',321',421')의 형태를 달리함으로써 독특한 특성을 갖는 와류셀이 형성되도록 하여 필요한 형태의 결정체를 생산하기 위한 것이다. 즉 도6에 도시된 분해도에 도시된 바와 같이, 각각의 고유 특성을 갖는 외통(120',220',320',420')과 내통(130',230',330',430')을 포함하는 반응유닛(100',200',300',400')들을 필요에 따라 조합하여 사용함으로써 다양한 형태의 결정체를 생산할 수가 있는 것이다.

한편, 도2, 도4 및 도5에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 반응유닛들이 수평상태로 결합되어 사용된 것을 도시한 것이나, 필요에 따라서는 도7에 도시된 바와 같이 반응유닛(100',200',300',400')들을 수직으로 결합하여 사용할 수도 있다. 즉 도7에 도시된 쿠에트-테일러 와류 반응장치는 반응유닛(100',200',300',400')들이 수직으로 세워져 있기 때문에 외통(120',220',320',420')들이나 회전내통(130',230',330',430')들이 하중에 의해 기울어져 편심 회전하는 가능성을 없애주도록 한 것이다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 지지프레임
20 : 모터
21 : 모터축
22 : 결합프레임
23 : 모터지지대
100,100' : 제1반응유닛a
110 : 전방프레임a
111 : 투입구a
112 : 투입파이프a
120,120' : 제1외통a
121,121' : 제1반응공간a
122 : 순환파이프a
123 : 입수파이프a
124 : 배수파이프a
125' : 내측경사면a
130,130' : 제1회전내통a
131 : 전방결합홈a
132 : 후방결합부a
133' : 둘레경사면a
140 : 후방프레임a
141 : 지지대a
200,200' : 제2반응유닛b
210 : 전방프레임b
212 : 투입파이프b
220,220' : 제2외통b
221,221' : 제2반응공간b
225' : 내측경사면b
230,230' : 제2회전내통b
231 : 전방결합홈b
233' : 둘레경사면b
240 : 후방프레임b
241 : 지지대b
300,300' : 제3반응유닛c
312 : 투입파이프c
320,320' : 제3외통c
321,321' : 제3반응공간c
325' : 고정돌기c
330,330' : 제3회전내통c
333' : 회전돌기c
340 : 후방프레임c
341 : 지지대c
400,400' : 제4반응유닛d
412 : 투입파이프d
420,420' : 제4외통d
421,421' : 제4반응공간d
425' : 고정홈d
430,430' : 제4회전내통d
433' : 회전홈d
440 : 후방프레임d
441 : 지지대d
500 : 터미널유닛
510 : 배출구
520 : 입수구
530 : 배출파이프

Claims

회전동력을 발생하여 모터축을 회전시키는 모터;
전방 및 후방이 개방되고 내측으로 반응공간을 갖는 외통과, 상기 외통의 반응공간에 위치하고 상기 모터의 모터축에 연동되어 회전함으로써 쿠에트-테일러 와류를 발생시키는 회전내통을 포함하는 2 이상의 반응유닛; 및
상기 2 이상의 반응유닛 중 최후방 반응유닛의 후방에서 결합되는 터미널유닛;을 포함하되,
상기 2 이상의 반응유닛은 최전방의 반응유닛으로부터 최후방의 반응유닛까지 순차적으로 상기 모터 측과 결합 및 해체가 가능함으로써 상기 반응공간에서 발생되는 쿠에트-테일러 와류에 의한 액체의 반응 환경 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치.
제1항에 있어서,
상기 2 이상의 반응유닛은 각각 상기 반응공간을 이루는 내측의 형태와 상기 회전내통 둘레의 형태를 달리함으로써 각각의 고유한 반응 환경을 가지며, 상기 고유한 반응 환경을 갖는 2 이상의 반응유닛들의 순서와 개수를 변경하여 조립이 가능한 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치.
제1항에 있어서,
상기 2 이상의 반응유닛은, 전방에 위치하는 반응유닛의 후방 또는 모터와 결합하기 위한 전방프레임과, 후방에 위치하는 반응유닛의 전방 또는 터미널유닛과 결합하기 위한 후방프레임과, 상기 전방프레임 및 후방프레임 사이에 결합되는 상기 외통과, 상기 결합된 전방프레임, 외통 및 후방프레임의 내측에 형성되는 반응공간에 위치하는 회전내통을 포함하며,
상기 전방프레임의 둘레에는 상기 반응공간에서 반응되는 반응물질이 투입될 투입구가 하나 이상 형성되어 있고,
상기 터미널유닛에는 상기 반응공간에서 반응을 마친 반응물질이 배출되는 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치.
제1항에 있어서,
상기 모터의 모터축은 수평한 상태, 또는 수직한 상태로 회전이 이루어지도록 설치되고, 이에 대응하여 상기 2 이상의 반응유닛 및 터미널유닛은 상기 모터의 설치 상태에 따라 수평하게 또는 수직하게 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 반응 환경의 조절이 가능한 조립식 쿠에트-테일러 와류 반응장치.