KR20200081819A - 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치는 높은 열전도율로 균일하게 온도를 정밀제어 할 수 있고, 낮은 열용량을 가져서 빠르게 온도를 고속으로 올리고 내릴 수 있어, 측정 시간이 현저히 빠른 효과를 갖는 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치에 관한 것이다. GC 컬럼이 균일한 온도를 가지는 보빈에 접촉되어 있음에 따라, 각 GC 컬럼에 대한 온도 균일성이 우수한 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치는 상기 효과들을 가지면서, 장치를 보다 소형화할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 히터 일체형 GC 컬럼 장치에 관한 것이다.
종래의 일반적인 가스 크로마토그래피 컬럼(GC column) 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부의 공기를 강제적으로 대류시켜 온도 분포를 감소시키는 강제 대류식 오븐 안으로 분리 컬럼을 수용함으로써 분리 컬럼의 온도가 제어된다. 이러한 강제 대류식 오븐에 의한 분리 컬럼의 가열은 열 균일성이 우수하고 주위 온도의 영향을 크게 받지 않는 장점이 있다.
그러나 오븐 자체의 열용량이 크기 때문에 컬럼의 승온속도 및 강온속도의 제어가 용이하지 않고, 정밀한 온도 구배의 조절이 어려우며, 장치가 매우 커질 수밖에 없는 단점이 있다. 이러한 강제 대류식 오븐이 구비된 장치는 온도의 증가 및 감소, 즉, 온도가 설정 온도로 변화하는 데에 걸리는 반응 시간이 높음에 따라, 설정 온도로 안정화될 때까지의 시간에 영향을 주어 분석 요구 시간이 증가되는 것은 물론, 분석의 정확도 또한 감소하게 된다.
최근, 공기를 통하지 않고 히터로부터의 열전도에 의해 분리 컬럼의 온도를 제어하는 열전도식 온도조절 유닛을 구비한 가스 크로마토그래피 장치가 제안되었다. 이러한 열전도식 온도조절 유닛은 대류식 오븐보다 열용량이 작기 때문에 보다 빠른 반응속도로 온도를 제어할 수 있다.
그러나 열전도율을 더욱 향상시키기 위한 기술적 발전이 더 요구되고 있고, 또한 보다 정밀한 온도의 제어가 가능하며, 고속 온도 구배 및 측정 시간의 현저한 감소, 이와 함께 장치를 보다 소형화할 수 있는 기술적 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 높은 열전도율로 균일한 온도를 정밀제어 할 수 있고, 낮은 열용량을 가져서 빠르게 온도를 고속으로 올리고 내릴 수 있어, 측정 시간이 현저히 빠른 효과를 갖는 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 효과를 가지면서 각 GC 컬럼에 대한 온도 균일성하여 컬럼의 분해능이 우수한 효과를 갖는 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 효과들을 가지면서, 장치를 보다 소형화할 수 있는 구조를 가지는 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 높은 열전도성을 가진 금속으로 이루어진 보빈; 상기 보빈의 내면에 형성된 금속산화피막을 포함하는 절연층; 상기 절연층에 접착되는 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브-금속 복합체 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 발열층; 상기 발열층에 접하여 형성된 전극; 및 상기 보빈의 외면에 인접하여 감겨진 GC 컬럼;을 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는 상기 보빈의 외면 및 상기 GC 컬럼 사이에 형성된 접합층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접합층은 고전도성 에폭시 수지로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서,
상기 금속은 구리, 마그네슘, 알루미늄, 또는 이들을 포함한 합금일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접합층의 평균두께는 10 내지 500 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속산화물 절연층은 상기 보빈의 내면이 산화처리되어 형성된 구리 산화피막, 마그네슘 산화피막, 알루미늄 산화피막일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층은 탄소나노튜브-금속 복합체를 포함할 수 있으며, 상기 탄소나노튜브-금속 복합체의 금속은 은, 백금, 금, 구리, 니켈, 철, 코발트 및 알루미늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층은 면저항이 2 내지 15 Ω/sq일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는 상기 금속전극을 덮어 형성되는 귀금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 절연층의 평균두께는 2 내지 100 ㎛일 수 있으며, 상기 발열층의 평균두께는 20 내지 100 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 GC 컬럼은 충진 컬럼 또는 캐필러리 컬럼일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 보빈의 내측 또는 외측에 구비되며, 열전쌍(Thermocouple) 온도 센서, 저항 온도 센서(Resistive temperature detector, RTD) 및 서미스터(Thermistor) 온도 센서 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 접촉식 온도 감지기 및 적외선 온도 센서를 포함하는 비접촉 온도 감지기 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치는 높은 열전도율을 가지고 있어 균일하고 정밀한 온도제어가 가능하고, 낮은 열용량을 가지고 있어서 고속 온도 구배가 가능하여 측정 시간이 현저히 감소되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치는 GC 컬럼이 균일한 온도를 가지는 보빈에 접촉되어 있음에 따라, 각 GC 컬럼에 대한 온도가 균일하여 분해능이 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치는 상기 효과들을 가지면서, 장치를 보다 소형화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 강제 대류식 오븐이 구비된 종래의 GC 컬럽 장치 시스템을 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 실제 이미지(좌측) 및 상기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치의 실제 이미지(좌측) 및 상기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 히터 일체형 가스 크로마토그래피 컬럼 장치를 상세히 설명한다.
본 발명에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별 다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 도 2에 일 예로 도시된 바와 같이, 알루미늄 재질의 보빈; 상기 보빈의 내면에 형성된 알루미늄 산화피막을 포함하는 절연층; 상기 절연층에 적층되며, 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브-금속 복합체 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 발열층; 상기 발열층에 접하여 형성된 금속전극; 및 상기 보빈의 외면에 인접하여 감겨진 GC 컬럼;을 포함한다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 금속전극에 전기 에너지가 인가되어 발열층에서 높은 에너지효율로 상기 전기에너지가 열에너지로 변환되며, 이 열에너지는 보빈에 전달된 후, GC 컬럼에 전달되거나 후술하는 접착층을 거쳐 GC 컬럼에 전달된다. 이때 에너지의 변환 및 전달은 에너지 손실을 최소화하여 진행됨에 따라 시간당 변화시킬 수 있는 최대 온도 범위가 현저히 증가되는 효과가 있고, 보다 정밀한 온도 조절이 가능하며, 전체 GC 컬럼에 대한 온도 편차를 최소화할 수 있도록 제어가 가능하다.
상기 보빈은 내면과 외면을 가지는 통상적인 것으로, 에너지가 인가되어 열을 외면 또는 외측으로 발산할 수 있는 것이라면 무방하며, 이러한 보빈은 히터 기술분야에서 통상적으로 사용되므로 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 일 예로, 내부에 공간을 가지며, 관형 또는 실린더형의 구조를 가지는 금속 재질의 보빈일 수 있다.
상기 보빈의 규격, 예컨대 길이, 너비, 두께 등의 크기, 그리고 형상은 장치의 규모에 따라 적절히 조절할 수 있으므로, 크게 제한되지 않으나, 높은 열전도율 및 낮은 열용량을 가지는 특성 및 정밀한 온도의 제어가 가능하고 고속 온도 구배 및 측정 시간이 현저히 감소되는 특성을 효과적으로 구현하기 위한 측면에서 소형화되는 것이 바람직하다. 구체적인 일 예로, 상기 보빈의 평균두께, 즉, 보빈의 외면과 내면 사이의 평균거리는 장치 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 100 내지 500 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 보빈은 보빈의 내면, 구체적인 하나의 실시예로 상기 내면의 표면에 알루미늄 산화피막이 형성된 절연층을 포함한다. 이렇게 알루미늄 산화피막이 내면에 형성된 알루미늄 재질의 보빈이 전술한 각 층을 포함하는 구조를 취함에 따라 낮은 열용량(Low thermal mass)을 가져 고속 온도구배가 가능하고 분석 시간을 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 절연층은 상기 보빈의 내면을 아노다이징 처리하여 형성된 알루미늄 산화피막일 수 있다. 상기 ‘아노다이징’은 금속 재질의 표면을 의도적으로 산화(부식)시켜 표면부에 산화막을 형성시키는 것으로, 산화막 자체가 외부의 영향으로부터 제품을 보호하는 역할을 하고 그 표면 위에 착색도 가능하게 할 수 있다. 알루미늄 금속의 경우 통상 양극산화법을 이용할 수 있으며, 양극산화법 등을 이용한 알루미늄 금속의 아노다이징 처리는 널리 공지된 기술에 속하므로, 공지된 다양한 문헌을 참고하여 적용하면 된다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 알루미늄 재질의 보빈은 다양한 종류의 알루미늄계 금속으로 제조된 것이 사용될 수 있으며, 알루미늄 6061이 예시될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 알루미늄 산화피막이 내면에 형성된 알루미늄 재질의 보빈은 비열용량(Specific heat capacity)이 0.150 내지 0.400 cal/g·℃, 일 실시예로 0.214 cal/g·℃인 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 GC 컬럼은 상기 보빈에 권취되어 보빈의 외면에 인접하여 위치하며, 이때 GC 컬럼의 외면은 보빈의 외면에 접하거나 또는 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다. 구체적으로, 도 2 및 도 3에 일 예로 도시된 바와 같이, GC 컬럼이 보빈에 권취되는 과정에서 초기 권취된 GC 컬럼은 보빈의 외면에 접하여 위치할 수 있다. 또한 권취된 GC 컬럼은 보빈의 외면에 접하여 위치할 수도 있지만, 이후 권취된 GC 컬럼은 초기 권취된 GC 컬럼에 접할 수 있고 보빈의 외면과 소정 간격 이격되어 위치할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 도 3에 일 예로 도시된 바와 같이, 상기 보빈의 외면 및 상기 GC 컬럼 사이에 형성되는 접합층을 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 접합층은 고열전도율 및 고탄성율을 가지는 것이 바람직할 수 있으며, 보빈의 외면과 GC 컬럼이 보다 밀착되도록 고정하는 역할은 물론, 특히 열전도율 향상 역할 및 급격한 온도 변화에 의한 GC 컬럼의 팽창에 따른 접촉 불량 등의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
상세하게, 본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는 높은 온도 반응성을 가짐에 따라 급격한 온도 변화가 유발되며, 따라서 급격한 온도 변화에 따른 GC 컬럼의 팽창이 현저히 증가될 수 있다. GC 컬럼의 급격한 팽창은 장치의 유격, GC 컬럼과 보빈과의 접촉 불량 등 다양한 문제를 야기하므로, GC 컬럼과 보빈 외면 사이에 고탄성의 접착층을 형성함으로써 GC 컬럼과 보빈과의 이격에 따른 열전도율 저하를 방지할 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, GC 컬럼은 보빈의 외면과 소정 간격 이격되어 위치할 수도 있으므로, 이 이격 위치에 상기의 접합층이 형성될 경우, 보빈의 열에너지가 GC 컬럼에 보다 잘 전도될 수 있도록 하는 효과가 있다. 상기 접합층은 고열전도율 및 고탄성율을 가지는 것이라면 무방하며, 예컨대 고전도성 내열실리콘, 에폭시 수지, 보다 바람직하게는 고내열성/고탄성의 개질된 실리콘, 에폭시 수지로 형성된 것일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예로 설명된 것일 뿐, 이와 유사한 효과를 갖는 것이라면 다양한 물질이 사용될 수 있으므로, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접합층의 평균두께는 권취되는 GC 컬럼의 부피에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 100 내지 500 ㎛, 구체적으로 100 내지 200 ㎛일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 GC 컬럼의 직경은 통상 사용되는 규격이라면 무방하고, 다양한 GC 컬럼이 사용될 수 있으므로 제한되지 않는다. 예를 들어 GC 컬럼은 충진 컬럼(Packed column) 또는 캐필러리 컬럼(Capillary column)가 사용될 수 있으나, 이 외에 다양한 종류의 GC 컬럼이 적용되어도 본 발명의 효과가 그대로 구현될 것이고 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않을 것이므로, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 발열층은 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브-금속 복합체 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하며, 이 발열층은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체를 포함하는 면상 발열체로 형성된 필름(박막)일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 필름은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체를 포함하고, 실리콘 점착제를 포함할 수 있다. 상기 발열층이 탄소나노튜브-금속 복합체를 포함할 경우, 이의 금속은 은, 백금, 금, 구리, 니켈, 철, 코발트 및 알루미늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 발열층은 고온 안정성 측면에서 실리콘 점착제를 더 포함하는 것이 좋을 수 있다. 구체적으로, 상기 발열층은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체 20 내지 80 중량% 및 실리콘 점착제 20 내지 80 중량%를 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 발열층은 특정 조성을 가지는 조성물로 형성된 것일 수 있으며, 조성물로 발열층을 형성하는 방법은 크게 제한되지 않으며, 보빈에 조성물을 도포한 후 건조 또는 열처리는 방법이 예시될 수 있다. 이때 도포 조건(온도, 습도, 시간 등), 건조/열처리 조건(온도, 습도, 시간 등)은 적절히 조절되면 된다.
상기 조성물의 구체적인 예는 한국등록특허공보 제10-1447478호의 세라믹 페이스트 조성물을 참조할 수 있으며, AccuPaste™ CNT Heating Paste(TC-1010, 바이오니아)일 수 있다. 상세하게, 한국등록특허공보 제10-1447478호에 따르면, 세라믹 페이스트 조성물은, 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체 및 실리콘 점착제를 포함하며, 경우에 따라 유기바인더, 분산제 및 유기용매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 조성물이 유기바인더, 분산제, 유기용매 등을 더 포함할 경우, 조성물은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체 1 내지 50 중량% 및 실리콘 점착제 1 내지 30 중량%을 포함할 수 있으며, 유기바인더 1 내지 20 중량%, 분산제 1 내지 20 중량% 및 유기용매 1 내지 90 중량% 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 실리콘 점착제는 규소(Si) 원자와 산소(O)원자가 교대로 되어있는 폴리실록산 주쇄를 가지는 고분자로서, 대게 실리콘은 각각의 규소 원자에 보통 두 개의 메틸, 에틸, 프로필 등의 알킬 또는 페닐(-C6H5)의 유기 원자단이 결합되어 있는 구조로, 본 발명에 따른 실리콘 점착제는 폴리실록산 주쇄에 수소, 히드록시기, 메틸기 또는 페닐기가 결합되어 있을 수 있다. 이때 폴리실록산 주쇄, 즉 SiO2의 함량은 전체 실리콘 점착제 100 중량%에 대하여 45 내지 65 중량%, 바람직하게는 47 내지 63 중량%인 것이 좋을 수 있다. 또한 실리콘 점착제는 건조성을 향상시키면서도 우수한 유연성을 위해 관능기인 히드록시기를 가지는 실라놀(Silanol)의 함량이 일정범위를 갖는 것이 좋으며, 예컨대 전체 100 중량% 중 실라놀기를 0.1 내지 10 중량% 함유하는 것일 수 있으며, 메틸기에 대한 페닐기의 비율이 0.3 내지 2.5 몰비로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
구체적인 일 예로, 상기 유기바인더는 에틸셀룰로스 및 니트로셀룰로스 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 분산제는 아미노 함유 올리고머 또는 폴리머의 포스포러스 에스테르염, 인산의 모노에스테르 또는 디에스테르, 산성 디카르복실산 모노에스테르, 폴리우레탄-폴리아민 부가물 및 폴리알콕실화 모노아민 또는 디아민 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 유기용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 디에틸렌글리콜에틸에테르 및 터피네올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 조성물의 제조 방법은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브-금속 복합체 및 실리콘 점착제를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 분산하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. 이때 상기 혼합 용액은 상술한 유기바인더, 분산제 및 유기용매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 공지된 다양한 종류의 것이 사용될 수 있고 공지된 다양한 길이 및 폭을 가지는 것이 사용되어도 무방하다. 구체적으로, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 특성에 의한 분류로, 상기 탄소나노튜브는 금속성 탄소나노튜브 또는 반도체성 탄소나노튜브일 수 있다. 탄소나노튜브의 평균길이 및 평균직경은 다양한 크기를 가질 수 있으며, 예컨대 평균길이는 0.1 내지 30 ㎛ 및 평균직경은 0.1 내지 10 nm일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 전술한 내용의 탄소나노튜브는 구체적인 일 예로서 설명을 위해 기재한 것이므로, 본 발명이 이에 제한되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층은 면저항이 낮을수록 좋으며, 예컨대 2 내지 15 Ω/sq일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속전극은 발열층 상에 접하여 형성되며, 금속전극은 하나, 또는 둘 이상, 예컨대 제1 금속전극 및 제2 금속전극이 서로 이격하여 발열층 상에 접하여 형성될 수 있다. 금속전극은 일반적으로 사용되는 전극이면 무방하며, 예컨대 구리, 철 등의 전도성 물질로 형성된 전극일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 또한 경우에 따라, 에너지 효율을 향상시키기 위한 측면에서 상기 금속전극을 덮는 귀금속층이 더 형성될 수 있다. 귀금속층에 사용되는 금속의 예로, 금, 백금 등을 들 수 있으나, 이 외에 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 귀금속류라면 제한 없이 사용 가능하다.
상기 금속전극은 다양한 방법으로 발열층에 접하여 형성될 수 있으며, 예컨대 도금법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이 외에 다양한 방법으로 형성되어도 무방하므로, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 절연층의 평균두께는 양극산화 정도에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 20 내지 100 ㎛ 구체적으로 5 내지 50 ㎛일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층의 평균두께는 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 20 내지 100 ㎛, 일 실시예로 60 ㎛일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는, 일 예로, 17~25℃/sec, 일 실시예로 23℃/sec의 매우 빠른 승온속도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는 매우 높은 열 균일성(Thermal homogeneity)을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 히터 일체형 GC 컬럼 장치는 낮은 열 열용량(Thermal mass) 및 높은 에너지 효율을 가질 수 있다.
100 : 보빈, 110 : 보빈 외면, 120 : 보빈 내면
210 : 접합층, 310 : GC 컬럼
420 : 절연층, 520 : 발열층
621 : 제1 금속전극, 622 : 제2 금속전극
720 : 귀금속층, 800 : 온도 감지기
210 : 접합층, 310 : GC 컬럼
420 : 절연층, 520 : 발열층
621 : 제1 금속전극, 622 : 제2 금속전극
720 : 귀금속층, 800 : 온도 감지기
Claims (12)
- 높은 열전도성을 가진 금속 재질의 보빈;
상기 보빈의 내면에 형성된 금속산화피막을 포함하는 절연층;
상기 절연층에 접합되며, 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브-금속 복합체 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 발열층;
상기 발열층에 접하여 형성된 금속전극; 및
상기 보빈의 외면에 인접하여 감겨진 GC 컬럼;
을 포함하는 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 보빈의 외면 및 상기 GC 컬럼 사이에 형성되는 접합층을 더 포함하는 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제2항에 있어서,
상기 접합층은 내열성 실리콘 또는 에폭시 수지로 형성된 것인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제2항에 있어서,
상기 접합층의 평균두께는 10 내지 200 ㎛인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 높은 열전도성을 가진 금속은 구리, 마그네슘, 알루미늄, 구리에서 선택되어진 합금으로 이루어진 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 절연층은 상기 보빈의 내면이 아노다이징되어 형성된 금속산화피막인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 발열층은 탄소나노튜브-금속 복합체를 포함하며, 상기 탄소나노튜브-금속 복합체의 금속은 은, 백금, 금, 구리, 니켈, 철, 코발트 및 알루미늄 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발열층은 면저항이 2 내지 15 Ω/sq인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 금속전극을 덮어 형성되는 귀금속층을 더 포함하는 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 절연층의 평균두께는 2 내지 100 ㎛이며,
상기 발열층의 평균두께는 20 내지 100 ㎛인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
상기 GC 컬럼은 충진 컬럼 또는 캐필러리 컬럼인 히터 일체형 GC 컬럼 장치. - 제1항에 있어서,
보빈의 내측 또는 외측에 구비되며, 열전쌍(Thermocouple) 온도 센서, 저항 온도 센서(Resistive temperature detector, RTD) 및 서미스터(Thermistor) 온도 센서 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 접촉식 온도 감지기 및 적외선 온도 센서를 포함하는 비접촉 온도 감지기 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 히터 일체형 GC 컬럼 장치.
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