KR20200037319A

KR20200037319A - 개선된 처리 강화 유동 반응기

Info

Publication number: KR20200037319A
Application number: KR1020207005861A
Authority: KR
Inventors: 엘레나 다니엘라 라브릭; 패트릭 진
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-04-08
Also published as: EP3661640A1; US11679368B2; CN115193359B; KR102588588B1; JP2020529309A; TW201929955A; CN115178206A; CN111225739B; KR20230148262A; US20220055009A1; CN111225739A; JP2023040249A; TW202410963A; CN115193359A; EP4268947A3; CN115155480B; CN115155480A; EP4268947A2; EP3661640B1; JP7212671B2

Abstract

유동 반응기는 내부 표면을 갖는 처리 유체 통로를 가진 모듈을 가지고, 상기 통로의 일 부분은 단면 형상, 및 상기 통로를 따라 다수의 미니마를 갖는 단면적을 가진, 상기 일 부분을 따른 단면을 포함한다. 상기 단면 형상은 상기 부분을 따라 연속적으로 변화하고, 상기 부분의 내부 표면은 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들을 포함하지 않거나, 상기 부분을 따라 상기 대향하는 평평한 평행 측면들 사이의 거리의 4 배 이하의 길이만큼 연장되는 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들만을 포함하며, 상기 부분은 상기 부분을 따라 분배된 복수의 장애물들을 포함한다.

Description

개선된 처리 강화 유동 반응기

본 출원은 35 U.S.C.§ 119 하에 2017년 7월 31일 자로 출원된 미국 가출원 제62/539,541호의 우선권 주장 출원이며, 상기 가출원의 내용은 전반적으로 참조로 본 명세서에 병합된다.

본 교시는 일반적으로 유동 반응기, 특히 최적화된 채널 구조들을 가진 유동 반응기에 관한 것이다.

처리 강화는 반응기 크기를 크게 줄임과 동시에 대량- 및 열-전달 효율을 극대화하는 구성을 사용하여 매우 효율적인 반응 및 처리 시스템을 생산하는 것을 목표로 한다. 대규모의 환경 친화적이지 않은 산업 공정을 더 작고, 더 안전하며, 더 에너지 효율적이며 환경 친화적인 공정으로 변환할 수 있는 가능성으로 인해 화학 공학의 처리 강화에 대한 관심 및 응용이 지속적으로 증가하고 있다.

처리 강화는 오늘날 일반적으로 사용되는 것과 비교하여, 장비 크기/생산-능력 비율, 에너지 소비 및/또는 폐기물 생산을 감소시키는데 있어, 궁극적으로 저렴하고 지속 가능한 기술을 초래하는데 있어, 제조 및 공정에서 매우 중요하고, 심지어 몇 자리 수만큼의 개선 (order(s)-of-magnitude improvements)을 가져올 것으로 예상되는 신규 장치 및 기술의 개발로 구성된다. 다시 말해, 실질적으로 더 작고 더 깨끗하며 더 에너지 효율적인 기술로 이끄는 임의의 화학 공학 개발은 처리 강화이다.

전체 처리 강화 분야는 일반적으로 2 개의 영역으로 나누어질 수 있다: 처리 강화 장비, 예를 들어 신규 반응기들 및 강화 믹싱, 열-전달 및 대량-전달 디바이스들; 및 신규 또는 하이브리드 분리, 반응 및 분리의 통합, 열 교환 또는 상 전이 (phase transition) (소위 다기능 반응기들에 있음), 대체 에너지 소스들 (광, 초음파 등)을 사용하는 기술들, 및 신규 공정 제어 방법 (의도적인 비정상 상태 동작 (unsteady-state operation)과 같음)과 같은 공정-강화 방법들. 분명하게, 일부 겹치는 부분이 있을 수 있다. 신규 방법들은 신규 타입들의 장비가 개발되는 것을 필요로 할 수 있으며, 그 반대의 경우도 있지만, 이미 개발된 신규 장치들은 때때로 새로운 독특한 공정 방법들을 사용한다.

US7939033에는 주어진 채널 또는 디바이스에서의 압력 강하에 대해 우수한 혼합 성능을 생성하는 특징적인 채널 설계를 갖는 "마이크로반응기" 또는 마이크로- 내지 밀리-미터 규모의 유동 반응기가 개시된다. 그러나 더 낮은 압력 강하와 동일하거나 더 나은 혼합과 같은 더 나은 성능을 달성하는 것이 더 바람직할 것이다.

다음은 상세한 설명에서 기술된 일부 예시적인 실시예들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시의 간략화된 요약을 제공한다.

일부 실시예들에서, 유동 반응기는 내부 표면을 갖는 처리 유체 통로를 가진 모듈을 가지고, 상기 통로의 일 부분은 단면 형상, 및 상기 통로를 따라 다수의 미니마를 갖는 단면적을 가진, 상기 일 부분을 따른 단면을 포함한다. 상기 단면 형상은 상기 부분을 따라 연속적으로 변화하고, 상기 부분의 내부 표면은 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들을 포함하지 않거나, 상기 부분을 따라 상기 대향하는 평평한 평행 측면들 사이의 거리의 4 배 이하의 길이만큼 연장되는 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들만을 포함하며, 상기 부분은 상기 부분을 따라 분배된 복수의 장애물들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 부분은 노즐형 입구 및 좁은 출구를 갖는 연속 챔버들 각각을 더욱 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 연속 챔버들의 챔버는 상기 연속 챔버들의 다음-연속 챔버와 포개져서 (nested), 상기 하나의 챔버의 좁은 출구는 다음 인접한 연속 챔버의 노즐형 입구를 형성한다.

일부 실시예들에서, 상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 제 1 챔버 내에 위치되고, 상기 제 1 챔버의 입구 중심에 위치된 제 1 종점 및 상기 제 1 챔버의 출구 중심에 위치된 제 2 종점을 가진 직선과 교차한다.

일부 실시예들에서, 상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 상기 제 1 챔버의 입구 내의 제 1 종점 및 상기 제 1 챔버의 출구 내의 제 2 종점을 가진 모든 직선과 교차한다.

일부 실시예들에서, 상기 제 1 챔버에서 장애물들을 가진 반응기는 적어도 하나의 장애물과 제 1 챔버의 내부 표면 사이에서, 즉 복수의 장애물들 중 적어도 하나의 장애물 주위에 위치된 하나 이상의 바이패스 경로들을 가진다.

일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 장애물은 상기 적어도 하나의 장애물을 통해 연장되는 개구들을 가지지 않는다.

일부 실시예들에서, 상기 장애물 주위에서 2 개 이상의 바이패스 경로들을 갖는 경우, 상기 바이패스 경로들은 상기 챔버의 출구의 최대 직경의 적어도 2 배의 또는 적어도 2.5, 3, 3.5, 또는 심지어 4 배의 거리만큼 장애물에 의해 분리된다.

일부 실시예들에서, 상기 유동 반응기는 상기 처리 유체 통로의 일 부분의 내부 표면 상에서 내부 스크류 나사산 구조를 더욱 포함한다.

상기의 실시예들은 예시적인 것이며, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않고 단독으로 제공될 수 있거나, 본 명세서에 제공된 임의의 하나 이상의 실시예들과의 임의의 조합으로 제공될 수 있다. 게다가, 전술한 일반적인 설명 및 본 개시의 다음과 같은 상세한 설명 둘 다는 기술 및 청구되는 바와 같이 실시예들의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면들은 실시예들의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께, 그 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.

본 개시의 이들 및 다른 특징들, 실시예들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 읽을 때 더 이해될 수 있다:
도 1 (종래 기술)은 종래 기술 유동 반응기에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 2 (종래 기술)는 도 1의 통로의 개별 챔버를 도시하고;
도 3 (종래 기술)은 도 2의 챔버의 단면을 사시도로 도시하고;
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 6은 도 5의 통로의 단면도를 도시하고;
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 8-10 각각은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 단면도를 도시하고;
도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 반투명 사시도를 도시하고;
도 12는 도 11의 실시예와 같은, 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 단면도를 도시하고;
도 13은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 절개 사시도를 도시하고;
도 14는 도 13의 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 대안적인 절개 사시도를 도시하고;
도 15-18 각각은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 절개 사시도를 도시하고;
도 19는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 20은 도 19의 통로의 챔버의 단면도를 도시하고;
도 21은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 22는 도 21의 통로의 개별 챔버를 도시하고;
도 23은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 24는 도 23의 통로의 챔버의 단면도를 도시하고;
도 25는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 26은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 27은 도 26에서 처리 유체 통로의 일 부분의 투명한 평면도를 도시하고;
도 28은 도 26에서 처리 유체 통로의 일 부분의 반투명 사시도를 도시하고;
도 29는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하고;
도 30은 도 29의 통로의 챔버의 단면도를 도시하고;
도 31은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 평면도를 도시하고;
도 32는 도 31의 통로의 챔버의 평면도를 도시하고;
도 33은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로들로부터 얻어진 바와 같이, 유량의 함수로서 측정된 압력 강하의 그래프이고;
도 34는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로들로부터 얻어진 바와 같이, 유량의 함수로서 측정된 압력 강하의 그래프이고;
도 35는 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로들로부터 얻어진 바와 같이, 특정 전력 소비의 함수로서 측정된 용량 물질 전달 계수(volumetric mass transfer coefficient)의 그래프이고;
도 36은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로들로부터 얻어진 바와 같이, 특정 전력 소비의 함수로서 측정된 용량 물질 전달 계수의 그래프이고;
도 37은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 벽들 각각의 절개 사시도를 도시하며; 그리고
도 38은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 챔버의 단면 평면도를 도시한다.

이제, 본 개시의 예시적인 실시예들이 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서는 방법 및 장치가 보다 완전하게 설명될 것이다. 가능할 때마다, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용된다. 그러나, 본 개시는 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 제한되는 것으로 이해되어서는 아니된다.

본 발명은 일반적으로 US7939033에 개시된 것과 유사한 모듈들을 사용하는 유동 반응기들에 관한 것으로, 여기에 그 전문이 참조로 포함된다. 그러나, 원한다면, 본 개시의 모듈들은 그 참조의 일반적인 평면의 기하학적인 구조로부터 벗어날 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 통로들을 가진 유동 모듈들은 기계 가공, 몰딩, 3-D 프린팅 등에 의해 형성될 수 있다. 모듈들은 단일일 수 있거나 (분해될 수 없음), 기계적으로 압축되거나 제거 가능한 방식으로 함께 밀봉된 플레이트들 또는 다른 부품들로 구성될 수 있다.

도 1 (종래 기술)은 종래 기술의 유동 반응기에 따른 처리 유체 통로의 일부의 3 차원 사시도를 도시하면서, 도 2 (종래 기술)는 도 1의 통로의 개별 챔버를 도시하며, 그리고 도 3 (종래 기술)은 도 2의 챔버의 단면을 사시도로 도시한다.

도 1 내지 3과 관련하여, 본 명세서에 개시된 일반적 타입의 유동 반응기는 내부에 처리 유체 통로 (20)를 가진 모듈을 포함하고, 처리 유체 통로는 내부 표면 (22)을 포함하고, 처리 유체 통로 (20)는 그의 일 부분 (30)을 더 포함하며, 상기 일 부분은 처리 유체가 사용 동안 일 부분 (30) 안으로 유동하는 입력 말단부 (32) 및 처리 유체가 사용 동안 일 부분 (30) 밖으로 유동하는 출력 말단부 (34)를 더욱 포함한다.

상기 부분 (20)은 또한 그 부분 (30)을 따라 통로 (20)의 내부 표면 (22)에 의해 경계가 정해진, 부분 (30)을 따른 단면 (36)을 포함하고, 상기 단면 (36)은 단면적 및 단면 형상 (38)을 가지며, 상기 단면적은 입력 말단부 (32)와 출력 말단부 (34) 사이에서 통로 (20)를 따른 다수의 미니마 (minima, 40)를 가진다.

도 4 및 5 각각은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 3 차원 사시도를 도시하며, 그리고 도 6은 도 5의 통로의 단면도를 도시한다. 도 4-6에 도시된 통로들에 대하여, 일반적으로 본 개시의 실시예들과 관련하여, 반응기는 통로 (20)의 일 부분 (30)이 (1) 상기 부분 (30)을 따라 연속적으로 변하는 단면 형상 (38)을 가지고, (2) (도 3에 도시된 바와 같이) 대향하는 평평한 평행 측면들 (42)의 쌍들을 포함하지 않거나, (이하에서 논의된 도 12에 도시된) 상기 부분 (30)을 따라 상기 대향하는 평평한 평행 측면들 (42) 사이의 거리 (d)의 4 배 이하의 길이만큼 연장되는 대향하는 평평한 평행 측면들 (42)의 쌍들만을 포함하는 (상기 부분 (30)을 따른) 내부 표면 (22)을 가지며, 그리고 (3) 입력 말단부 (32)와 출력 말단부 (34) 사이의 일 부분 (내에)을 따라 위치된 복수의 장애물들 (50)을 가지는 것 (이 경우에는 오목 표면이 상류를 향한 곡선 벽의 형태를 함)을 특징으로 한다.

통로 (20)의 일 부분 (30)의 내부 표면 (22)에는 다양한 형태들의 곡률이 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 연속적인 챔버가 본질적으로 동일하도록 통로 (20)의 일 부분 (30)의 높이는 챔버들 자체에 따라 주기적으로 변할 수 있다. 대안적으로, 통로 (20)의 일 부분 (20)의 높이의 변동 주기는 도 5의 실시예에서와 같이 길이에 있어 일 부분 (30)을 따라 더 짧아지거나 더 길어질 수 있다. 이는 도 6의 단면에 도시된 바와 같이 가변 높이를 가진 장애물들 (50)을 초래한다. 통로들 (20)의 일 부분들 (30)의 부가적인 실시예들의 단면들은 도 8 내지 10에 도시되고, 이때 상기 단면들은 도 8의 연속 챔버들 (52)에서 가변 높이의 장애물들 (50)을 갖거나, 도 9의 연속 챔버들 (52)에서 동일한 높이의 장애물들을 갖는다. 장애물들 (50)은 또한 도 10의 실시예에 도시된 바와 같이 챔버들 (52)의 높이에 걸쳐 부분적으로만 연장될 수 있다. (그러한 장애물은 복잡한 형상 및 유동 패턴을 가지지만 단일 바이패스 경로만을 효과적으로 가진다.) 통로 (20)의 일 부분 (30)의 높이의 변화는 또한 비대칭일 수 있거나, 연속 챔버들 (52)의 곡률은 비대칭일 수 있다. 도 7의 실시예에서 그리고 도면에 도시된 바와 같이, 모든 다른 챔버 (52)는 챔버의 (하부 내부 표면에 비해) 상부 내부 표면 상에서 더 큰 "벌지 (bulge)" (또는 더 작은 곡률 반경)를 가지는 반면, 나머지 챔버들 (52)은 (상부에 비해) 하부 내부 표면 상에서 더 큰 "벌지" (또는 더 작은 곡률 반경)를 가진다.

장애물 (50)이 챔버 (52)의 높이에 부분적으로만 걸쳐 연장되는 도 10의 실시예에서와 같은 경우에서, 챔버 (52)의 입구의 중심에 위치된 제 1 종점 및 챔버의 출구의 중심에 위치된 제 2 종점을 가진 직선 (60)은 장애물 (50)과 교차된다. 이는 전체 높이 미만의 장애물이 높이 방향으로 유동을 대체하는데 상당한 영향을 줄 만큼 충분히 높다는 것을 보장한다. 바람직하게는, 장애물 (50)은 단지 입구의 중심점으로부터 챔버 (52)의 출구의 중심점까지의 라인 (60)뿐만 아니라 챔버의 입구 내에서 시작하여 챔버의 출구 내에서 끝나는 모든 선분 (line segment)과 교차한다. 다시 말해서, 장애물이 챔버의 높이에 걸쳐 부분적으로만 연장되는 경우에도 챔버 (52)의 입구로부터 출구까지 "시선 (line-of-sight)"이 없는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 통로들 (20)의 부분들 (30)은 예를 들어 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 하나 이상의 바이 패스 경로들 (64)을 포함한다. 바이 패스 경로들 (64)은 장애물 (50)과 연관 챔버 (52)의 내부 표면 사이에 위치되고 장애물 (50) 주위로 이어지는 경로들이다. 그러한 바이 패스 경로들 (64)은 장애물 (50)을 통해 연장되는 개구들과는 구별된다. 그러한 개구부들 (70)은 도 21-22의 실시예에서 보여진다. 실시예들에서, 본 명세서에서 대부분의 다른 도면들에서 보다 일반적으로 보여지는 바와 같이, 장애물 (50)은 장애물 (50)을 통해 연장되는 개구들을 가지지 않는다. 실시예들에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 바이 패스 경로들 (64)은 연관 챔버의 출구의 총 단면적 (68)보다 큰 총 단면적 (66)을 가진다.

도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 처리 유체 통로의 일 부분의 반투명 사시도를 도시하는 반면, 도 12는 본 개시의 실시예들에 따른 도 11의 실시예의 타입의 처리 유체 통로의 일 부분의 단면도를 도시한다. 여기에 도시된 바와 같은 실시예들에서, 하나 이상의 챔버들 (52)은 동일한 챔버 (52)에 장애물 (50) 및 제 2 장애물 (51)을 둘 다를 가진다. 바람직하게는, 장애물 (50) 및 제 2 장애물 (52)은 챔버 (52)의 높이에 걸쳐 부분적으로만 연장되고 (도 12에서 가장 명확하게 보여짐), 바람직하게는 이들은 챔버 (52)의 "바닥" 및 "천장"에 교대로 부착된다. 그러한 실시예들에서, 장애물 또는 제 2 장애물 (52)은 단독으로, 각각의 챔버의 입구와 출구 사이의 모든 시선 (또는 심지어 이들 사이의 중심선)과 교차하지 않을 수 있지만, 함께 고려할 때 그렇게 하는 것이 바람직하다.

일부 실시예들에서, 챔버들 (52)은 대신에, 챔버들의 높이 및 폭 둘 다가 직경으로 간주되도록 회전 대칭을 가지거나 거의 회전 대칭을 가질 수 있다. 도 13-18 각각은 통로 (20)의 일 부분 (30), 나아가 연속 챔버들 (51)이 회전 대칭을 가진 처리 유체 통로의 일 부분의 절개 사시도를 도시한다. 이들과 같은 실시예들에서, 3 개 이상의 바이패스 경로들이 사용될 수 있다. 실시예들에서, 장애물들 (50)은 처리 유체 통로 (20)의 일 부분 (30)에 일반적으로 수직으로 정렬된 평평한 또는 오목한 표면 (72)을 포함한다. 표면 (72)은 바람직하게는 15, 16, 및 18의 실시예들에서 도시된 바와 같이 상류 방향으로 향할 수 있지만, 대안적인 실시예들에서, 도 17의 실시 예에서와 같이 하류 방향을 향할 수 있다.

도 19 내지 32는 기준 실시예 (도 1-3의 실시예)와 비교하여 제조되고 성능 테스트된 실시예들을 도시한다. 도 25의 실시예는 도 19의 실시예에 비해 상승된 "천장들" 및 하강된 "바닥들" (78)을 제외하고, 도 19의 실시예의 것들과 유사한 챔버들 (52)을 가진다. 결과물은 도 33 내지 36에 도시된다.

도 33 및 34는 측정된 압력 강하의 그래프들이다. 도 33 결과들은 비교적 더 큰 규모의 통로들로부터 나온 것이고, 도 34는 비교적 더 작은 규모의 통로들로부터 나온 것이다. 키들의 숫자들은 도 19-32에서 각 실시예에 대해 주어진 숫자들에 대응한다. 도 33 및 34에 도시된 바와 같이, 테스트된 모든 실시예들은 낮은 압력 강하를 달성함에 있어 기준 실시예보다 성능이 우수했다.

도 35 및 36은 특정 전력 소비의 함수로서, 측정된 용량 물질 전달 계수의 그래프들이고, 이때 도 35는 비교적 더 큰 규모의 통로들로부터의 결과이고 도 36은 비교적 더 작은 규모의 통로들로부터의 결과이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 숫자 2 및 5 이외의 모든 테스트된 실시예들은 이 측정에 관한 기준보다 성능이 우수했고, 도 36에서는 숫자 2 이외의 모든 것에 그러했다. 따라서, (실시예에서 숫자 2에서와 같이) 장애물들을 통해 연장되는 개구들이 없는 것이 바람직한 것으로 여겨진다. 유사하게, 여겨지는 바와 같이 바이패스 경로들을 가지는 것이 바람직하되, 챔버에는 2 개 (또는 가능하면 그 초과)가 있을 때 바람직하며, 여기서 상기 경로들은 포스트 (post) 또는 ?지 (wedge, 80)가 단지 짧은 거리만큼 2 개의 바이패스 경로들을 분리시키는 실시예의 숫자 5와는 달리, 챔버 출구의 최대 직경의 적어도 2, 2.5, 3, 3.5 또는 심지어 4 배의 거리만큼 장애물에 의해 분리된다.

실시예들에 따르면, 통로 (20) (일 부분 (30)의) 내부 표면 (22)은 통로의 일 부분에서 이동하는 유체에 부가적인 나선형 운동을 부여하기 위해 내부 스크류 나사산 구조 (76)를 포함할 수 있다.

다양한 개시된 실시예들이 그 특정 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징들, 요소들 또는 단계들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 하나의 특정 실시예와 관련하여 기술되었지만, 특정 특징, 요소 또는 단계가 도시되지 않은 다양한 조합 또는 순열에서 대안적인 실시예들과 교환 또는 조합될 수 있음을 이해할 것이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시적으로 지시되지 않는 한, 용어들 "그", "하나" 또는 "한"은 "적어도 하나"를 의미하며, "하나만"으로 제한되지 않아야 함을 이해하여야 한다. 이로써, 예를 들어, "구성요소"에 대한 언급은 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 둘 이상의 그러한 구성요소들을 가진 실시예들을 포함한다.

범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값으로부터, 그리고/또는 "약" 또 다른 특정 값까지 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 실시예들은 하나의 특정 값부터 그리고/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 선행 "약"을 사용하여 값들이 근사치로 표현될 때, 특정 값이 또 다른 양태를 형성함을 이해할 것이다. 각각의 범위의 종점이 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 무관하게 중요함을 추가로 이해할 것이다.

달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 제시된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계에 뒤따르는 순서를 인용하지 않거나, 청구 범위 또는 설명에서 단계들이 특정 순서로 제한되어야 한다는 것이 구체적으로 언급되지 않은 경우, 임의의 특정 순서를 추론하려고 의도된 것은 아니다.

특정 실시예들의 다양한 특징들, 요소들 또는 단계들이 전이 문구 "포함하는"을 사용하여 개시될 수 있지만, 전이 문구 "구성하는" 또는 "기본적으로 구성하는"을 사용하여 기술될 수 있는 것을 포함하여, 대안적인 실시예들이 암시됨을 이해하여야 한다. 이로써, 예를 들어, A+B+C를 포함하는 장치에 대해 암시된 대안적인 실시예들은 장치가 A+B+C로 구성하는 실시예들 및 장치가 기본적으로 A+B+C로 구성하는 실시예들을 포함한다.

본 개시의 기술 사상 및 권리 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시에 대한 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이로써, 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 경우 본 개시의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

유동 반응기에 있어서,
내부에서 처리 유체 통로를 가진 모듈 - 상기 처리 유체 통로는 내부 표면을 포함하고, 상기 처리 유체 통로는 상기 처리 유체 통로의 일 부분을 더욱 포함함;을 포함하며, 상기 일 부분은:
(1) 처리 유체가 사용 동안에 상기 부분 안으로 유동되는 입력 말단부;
(2) 처리 유체가 사용 동안에 상기 부분 밖으로 유동되는 출력 말단부; 및
(3) 상기 부분을 따라 통로의 내부 표면에 의해 경계가 정해진, 상기 부분을 따른 단면 - 상기 단면은 단면적 및 단면 형상을 가지고, 상기 단면적은 상기 입력 말단부와 상기 출력 말단부 사이에서 통로를 따른 다수의 미니마 (minima)를 가지고, 상기 통로는, (1) 상기 부분의 단면 형상이 상기 부분을 따라 연속적으로 변하고, (2) 상기 부분의 내부 표면은 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들을 포함하지 않거나, 상기 부분을 따라 상기 대향하는 평평한 평행 측면들 사이의 거리의 4 배 이하의 길이만큼 연장되는 대향하는 평평한 평행 측면들의 쌍들만을 포함하며, 그리고 (3) 상기 부분이 상기 입력 말단부와 상기 출력 말단부 사이에서 상기 부분을 따라 위치된 복수의 장애물들을 포함하는 것을 특징으로 함;을 더욱 포함하는, 유동 반응기.
청구항 1에 있어서,
상기 부분은 노즐형 입구 및 좁은 출구를 갖는 연속 챔버들 각각을 더욱 포함하는, 유동 반응기.
청구항 2에 있어서,
상기 연속 챔버들 중 하나의 챔버는 상기 연속 챔버들의 다음-연속 챔버와 포개져서 (nested), 상기 하나의 챔버의 좁은 출구는 다음 인접한 연속 챔버의 노즐 형 입구를 형성하는, 유동 반응기.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 제 1 챔버 내에 위치하고, 상기 제 1 챔버의 입구 중심에 위치된 제 1 종점 및 상기 제 1 챔버의 출구 중심에 위치된 제 2 종점을 가진 직선과 교차하는, 유동 반응기.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 상기 제 1 챔버의 입구 내의 제 1 종점 및 상기 제 1 챔버의 출구 내의 제 2 종점을 가진 모든 직선과 교차하는, 유동 반응기.
청구항 4 또는 5에 있어서,
하나 이상의 바이패스 경로들을 가지며, 상기 바이패스 경로들은 적어도 하나의 장애물과 상기 제 1 챔버의 내부 표면 사이에서, 상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나의 장애물 주위에 위치되는, 유동 반응기.
청구항 6에 있어서,
상기 하나 이상의 바이패스 경로들은 상기 제 1 챔버의 출구의 총 단면적보다 큰 총 단면적을 가진, 유동 반응기.
청구항 6에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 상기 적어도 하나의 장애물을 통해 연장되는 하나 이상의 개구들을 가지는, 유동 반응기.
청구항 6에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 상기 적어도 하나의 장애물을 통해 연장되는 개구들을 가지지 않는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 장애물들은 적어도 3 개 이상의 장애물들을 포함하는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나의 장애물은 챔버당 적어도 하나의 장애물을 포함하는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
2 개 이상의 장애물들을 단일 챔버에서 더욱 포함하는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 2 개 이상의 바이패스 경로들을 가지는, 유동 반응기.
청구항 13에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 3 개 이상의 바이패스 경로들을 가지는, 유동 반응기.
청구항 13 또는 14에 있어서,
상기 바이패스 경로들은 상기 챔버의 출구의 최대 직경의 적어도 2 배의 거리만큼 상기 장애물에 의해 분리되는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 단일 바이패스 경로를 가지는, 유동 반응기.
청구항 4 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 장애물은 2 개의 바이패스 경로들을 가지고,
상기 2 개의 바이패스 경로들은 서로에 대해 상기 처리 유체 통로의 대향 측면들 상에 위치되는, 유동 반응기.
청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 일반적으로 상기 처리 유체 통로에 수직으로 정렬된 평평하거나 오목한 표면을 포함하는, 유동 반응기.
청구항 18에 있어서,
상기 평평하거나 오목한 표면은 하류 방향을 향하는, 유동 반응기.
청구항 18에 있어서,
상기 평평하거나 오목한 표면은 상류 방향을 향하는, 유동 반응기.
청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나는 하류 방향으로 가리키는, 길게 형성된 테이퍼형 말단부를 포함하는, 유동 반응기.
청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 장애물들 중 적어도 하나의 장애물은 상류 방향으로 가리키는, 길게 형성된 테이퍼형 말단부를 포함하는, 유동 반응기.
청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 유체 통로의 내부 표면 상에 내부 스크류 나사산 구조를 더욱 포함하는, 유동 반응기.
청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 유체 통로의 일 부분의 내부 표면 상에 내부 스크류 나사산 구조를 더욱 포함하는, 유동 반응기.
유동 반응기에 있어서,
내부에 포함된 처리 유체 통로를 가진 몸체 - 상기 처리 유체 통로는 그의 일 부분을 가지고, 상기 부분은 유체 입력 말단부 및 유체 출력 말단부, 그리고 상기 입력 말단부와 상기 출력 말단부 사이에 연속적인 단면적 미니마를 포함하며, 상기 부분은, 상기 부분을 따른 임의의 위치에서 상기 처리 유체 통로의 단면으로 정의되고 상기 부분의 그 위치에서 각이지게 배향되는 단면 형상을 더욱 가져서, 상기 부분의 입력으로부터 출력 말단부로 유동하는 유체에 대해 상기 단면을 통한 순 유체 유동 (net fluid flow)은 최대화됨;을 포함하며,
상기 부분은 상기 처리 유체 통로의 평면 단면으로서 상기 부분을 따른 임의의 위치에서 정의된 통로 형상을 더욱 가지고, 상기 평면 단면은 그 위치에서 우세한 유동 방향에 수직인 평면으로 상기 위치에서 취해지고;
상기 통로 형상은 폭 및 상기 폭에 수직한 높이 둘 다를 가지며, 상기 폭 및 높이 각각은 유동 통로를 따른 위치에 따라 연속적으로 변화하며;
상기 유동 통로는, 좁은 입구 및 상기 좁은 입구를 형성하는 다음의 인접한 챔버 (있는 경우)로 돌출하는 좁은 출구를 각각 갖는 연속 챔버들, 및 상기 처리 유체 통로의 일 부분의 내부 표면 상에 내부 스크류 나사산 구조를 포함하는, 유동 반응기.