KR102337597B1 - 마이크로 반응기 - Google Patents

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따라 마이크로 반응기(reactor)가 개시된다. 상기 마이크로 반응기는, 1종 이상의 유체들을 포함하는 혼합물이 내부에 유동할 수 있는 하나 이상의 유로부; 및 상기 혼합물을 나누어 유동시키 위해 상기 유로부 내에 위치되는 하나 이상의 혼합 제어 요소들을 포함할 수 있다.

Description

마이크로 반응기{MICRO REACTOR}

본 개시는 마이크로 반응기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유체 혼합물의 균일한 혼합 및 화학 반응을 위한 반응기에 관한 것이다.

최근 화학, 제약, 생명과학 분야에 있어서 공정 공학을 위한 마이크로 크기의 부품에 대한 중요함이 증가되고 있다. 이에 따라, 마이크로 반응기, 열교환기, static mixer 등과 같은 다른 공정 기기들은 최대 밀리미터의 작은 장치로도 제작이 가능하며, 여기에는 마이크로미터 크기의 미세한 공정이 요구된다. 특히 화학 산업, 자동차 산업, 환경 기술 부문에 있어서, 마이크로 공정 공학에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며 마이크로 구조의 반응기, 열교환기 및 혼합기 등과 같은 장치들이 개발되고 있다.

이 중 마이크로 반응기(Micro reactor)는 연속 유동 반응기로도 불리며, 흐를 수 있는 2종 이상의 유체들의 화학 반응을 통해 생산물을 얻기 위한 장치이다. 마이크로 반응기는 작은 크기임에도 넓은 비표면적 덕분에 유체들의 화학 반응으로 인한 열 전달 및 물질 전달에 효율적이기 때문에 많은 유동 화학 및 연속 프로세스 공정에 사용된다. 마이크로 반응기를 사용하여 생산물을 얻는데 있어서, 안전한 반응 조건에서 순도 높은 생산물을 얻는 것이 중요하다.

이에 따라, 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능하여 안전하고 높은 품질의 생산물을 획득할 수 있는 마이크로 반응기가 필요한 실정이다.

대한한국 등록특허 제 10-1200929호

본 개시는 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 유체 혼합물의 균일한 혼합 및 화학 반응을 위한 마이크로 반응기를 제공하기 위한 것이다.

본 개시의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라 마이크로 반응기(reactor)가 개시된다. 상기 마이크로 반응기는, 1종 이상의 유체들을 포함하는 혼합물이 내부에 유동할 수 있는 하나 이상의 유로부; 및 상기 혼합물을 나누어 유동시키 위해 상기 유로부 내에 위치되는 하나 이상의 혼합 제어 요소들을 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 하나 이상의 혼합 제어 요소들은, 사각형의 형상을 가지며, 상기 사각형의 내각들 중 적어도 하나는 90도 초과 120도 이하이고, 그리고 상기 혼합 제어 요소들로 인해 나뉘어 유동하는 상기 혼합물의 적어도 일부를 합칠 수 있는 부분 공간을 하나 이상 형성하도록 상기 유로부 내에 위치될 수 있다.

대안적으로, 상기 유로부는, 상기 혼합물의 혼합 효율을 위해 상기 혼합 제어 요소들의 위치 및 내각들에 대응하는 형상을 가지는 유로부 내벽을 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 혼합물을 상기 유로부에서 다른 유로부로 전달하기 위해 상기 유로부와 상기 다른 유로부 사이에 위치되는 튜브 형상의 회전부를 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 회전부는 상기 혼합물과의 유동 마찰을 최소화할 수 있도록 상기 회전부의 내벽에 코팅층을 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 혼합물에 대해 모니터링 하는 하나 이상의 센서들을 포함하는 모니터링부; 및 상기 혼합물의 화학 반응을 위해 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 혼합물의 상태를 제어하기 위한 상태 제어부를 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 하나 이상의 센서들은, 상기 혼합물의 온도를 센싱하여 온도 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 온도 센서; 및 상기 혼합물에 포함된 성분들 중 적어도 하나를 센싱하여 성분 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 화학 센서를 포함할 수 있다.

본 개시의 다른 일 실시예에 따라 하나 이상의 유로부들을 포함하는 마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 상기 유로부들 중 하나에 1종 이상의 유체들을 주입하여 상기 혼합물을 생성하는 단계; 상기 혼합물을 하나 이상의 혼합 제어 요소들을 포함하는 상기 유로부들에 통과시켜 상기 혼합물의 분리, 혼합 및 화학 반응을 유도하는 단계; 및 상기 혼합물로부터 생성물을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 마이크로 반응기는 상기 유로부들 사이에 위치된 회전부를 하나 이상 더 포함하고, 그리고, 상기 혼합물을 하나 이상의 혼합 제어 요소들을 포함하는 상기 유로부들에 통과시켜 상기 혼합물의 분리, 혼합 및 화학 반응을 유도하는 단계는, 상기 유로부들 중 하나의 유로부를 통과한 상기 혼합물을 상기 회전부에 통과시켜 상기 혼합물의 균일한 혼합을 유도하는 단계; 및 상기 회전부를 통과한 상기 혼합물을 상기 유로부들 중 다른 유로부로 주입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 마이크로 반응기는 모니터링부 및 상태 제어부를 더 포함하고, 그리고 상기 모니터링부에서 생성된 센싱 데이터들에 기초하여 상기 상태 제어부를 통해 상기 혼합물의 온도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 기술적 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 기존의 마이크로 반응기에 비해 유체 혼합물의 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능한 마이크로 반응기를 제공할 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따라 마이크로 반응기를 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 마이크로 반응기의 유로부들 및 혼합부들이 연결된 모습을 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 하나의 유로부 내에 포함된 혼합 제어 요소들 및 유로부 내벽을 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 4a는 도 3의 절단선 A-A에 대한 유로부의 단면도를 예시적으로 도시하는 예시도이다.
도 4b는 도 3의 절단선 B-B에 대한 예시적인 유로부의 다른 단면도를 예시적으로 도시하는 예시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 유로부 내부에서 혼합 제어 요소들 및 유로부 내벽에 의해 형성된 미세 유로를 따라 유동하는 혼합물의 유동 방향을 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 유로부 내벽 및 혼합 제어 요소들의 내각에 대해 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 7은 본 개시의 실험에 따른 혼합 제어 요소들의 상이한 내각들에 따라 획득되는 생성물의 투과율을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 하나 이상의 유로부들을 포함하는 마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법에 관한 순서도이다.

다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 감지될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.

이하, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

구성 요소(elements) 또는 층이 다른 구성 요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소 또는 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.

예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 개시의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 개시를 설명하는데 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 개시의 마이크로 반응기(micro reactor)는 마이크로미터 크기의 미세 유로들을 통과하는 1종 이상의 유체들의 화학 반응 합성을 통해 생산물을 획득하기 위해 사용되는 장치일 수 있다. 본 개시의 마이크로 반응기는 마이크로 리액터, 연속 유동 반응기(Continuous flow reactor) 또는 연속 흐름 반응기 등일 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기는 성형이 용이하고 내부식성, 불연성 및 화학 내구도가 높은 재료로 구성될 수 있다. 구체적으로, 화학 내구도가 높은 재료는 화학 반응으로 인한 폭발에도 견딜 수 있는 재료를 의미한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 반응기는 폭발성, 산성 및 열발생 등 가혹한 화학 반응 환경에서도 견딜 수 있는 기계적 특성을 가진 재료로 구성될 수 있다. 가혹한 화학 반응 환경에 견딜 수 있는 기계적 특성에 대해 예를 들면, 내부식성, 불연성, 높은 강도 및 화학 내구도가 높은 것 등일 수 있다. 또한, 재료에 대해 구체적인 예를 들면 금속 재료, 세라믹 재료, 플라스틱, 플라스틱 복합 재료, 세라믹 복합 재료 등의 재료일 수 있다. 또한, 마이크로 반응기는 부식 및 열에 강한 세라믹 재료로 코팅될 수도 있다.

본 개시의 혼합물은 1 종 이상의 유체들을 포함하는 물질을 의미한다. 보다 구체적으로, 본 개시의 혼합물은 물리적 또는 화학적인 혼합으로 인해 화학 반응이 일어날 수 있는 1 종 이상의 유체들로 구성된 물질을 의미할 수 있다.

본 개시의 유체는 유동 가능한 유체적인 성질을 가지는 물질일 수 있다. 구체적으로, 유체는 상이한 하나 이상의 성분 또는 입자들을 포함하여 유동 가능한 물질일 수도 있다. 예를 들어, 유체는 슬러리(slurry)와 같은 고체 입자들을 포함하는 유동 가능한 물질일 수도 있다. 전술한 슬러리는 유체의 예시일 뿐, 본 개시의 유체는 슬러리에 제한되지 않는다.

본 개시의 유체들의 종류는 유체들 각각의 구성 화학식 또는 상(phase)에 따라 구분 될 수 있다. 이에 따라 1종 이상의 유체들은 상이한 화학식을 가지거나 상이한 상을 가진 유체들을 의미할 수 있다.

예를 들어, 1종 이상의 유체들은 액체 및 기체와 같은 상(phase)을 가지는 유동적인 물질을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 다른 예를 들면, 디아조메탄(diazomethane) 기체 및 벤조산 용액은 1종 이상의 유체들일 수 있다. 전술한 유체들 각각의 구성 성분들 및 상은 예시들일 뿐, 전술한 예시들로 인해 본 개시의 유체들 각각의 구성 성분들 및 상에 대해 제한되어 해석되지 않아야 할 것이다.

본 개시의 화학 반응은 생성물을 생성하는 화학적인 합성 반응으로, 예를 들어, 소화 반응, 산화 반응, 할로겐화, 질화, 독성 가스를 사용하는 반응 등일 수 있으나, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 이에 따라, 본 개시의 혼합물의 화학 반응은 혼합물을 구성하는 유체들의 화학적인 합성 반응일 수 있다. 또한, 본 개시의 생성물은 혼합물의 화학 반응을 통해 생산되는 물질을 의미한다.

또한, 본 개시의 화학 반응은 연속적으로 발생되는 둘 이상의 단계들을 가지는 여러 단계의 화학 반응일 수 있다. 구체적으로, 연속적인 둘 이상의 단계들을 가지는 화학 반응에서는 순차적이며 연속적인 단계를 거쳐 중간 생성물 및 최종 생성물을 생성한다. 보다 구체적으로, 둘 이상의 단계들을 가지는 화학 반응에서는 최종 단계 이전의 단계들 각각에서 중간 생성물들을 생성하며, 최종 단계에서 생성되는 최종 생성물은 이전 단계에서 생성된 중간 생성물의 화학 반응을 통해 생성될 수 있다.

예를 들어, 3단계의 화학 반응에서 1단계에서 생성된 중간 생성물은 2단계에서 다시 화학 반응을 하여 다른 중간 생성물을 생성한다. 또한, 최종 단계인 3단계에서 생성되는 최종 생성물은 2단계에서 생성된 다른 중간 생성물의 화학 반응을 통해 생성될 수 있다. 본 개시의 화학 반응에서 하나의 단계는 2종의 물질들이 화학 반응을 통해 적어도 다른 1종의 새로운 물질을 생성하는 경우를 의미할 수 있다.

본 개시의 생성물은 혼합물의 화학 반응을 통해 생산되는 임의의 물질을 의미한다. 또한, 생성물은 유체로 한정되지 않으며, 고체, 액체, 기체 등의 상(phase)을 가질 수 있다. 둘 이상의 단계들의 화학 반응에서, 생성물은 최종 생성물 또는 중간 생성물 중 적어도 하나를 포함하는 생성물일 수 있다. 중간 생성물은 짧은 시간에 강한 에너지를 가지며 불완전한 분자를 의미할 수 있으며, 반응 중간체(reaction intermediate) 또는 중간체일 수 있다. 이에 따라, 중간 생성물은 반응성이 높아 안정적이지 못 하며, 안정적인 최종 생성물로 전환되기 위해 다른 물질 또는 다른 분자와의 화학 반응이 빨리 일어날 수 있다. 즉, 본 개시에서 최종 생성물은 화학적으로 안정한 상태이고, 중간 생성물은 불안정한 상태이다. 이후 생성물에 대한 설명은 최종 생성물 또는 중간 생성물로 따로 구분하여 기재하지 않는 한, 모든 생성물에 대한 설명일 수 있다.

본 개시의 유동이란 유체가 확산(Diffusion) 또는 외부 힘에 의해 유체가 흐르면서 이동하는 것을 의미할 수 있다. 여기서 외부 힘이란 예를 들어 중력 또는 모세관 현상의 부착력 등을 의미할 수도 있으나, 본 개시의 유동과 관련된 외부 힘은 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 본 개시에서 1종 이상의 유체를 포함하는 혼합물이 유동하는 것은 일정한 방향으로 흐르면서 이동하는 것을 의미할 수 있다.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따라 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능한 마이크로 반응기에 대해 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 반응기를 예시적으로 도시한 예시도이다. 그리고 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 마이크로 반응기의 유로부들 및 혼합부들이 연결된 모습을 예시적으로 도시한 예시도이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 1종 이상의 유체들을 포함하는 혼합물이 내부에 유동할 수 있는 하나 이상의 유로부(100)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 유로부(100)는 그 내부에 유체를 유동시킬 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 유로부(100)는 유체들이 유동할 수 있는 내부 공간을 가진 튜브(tube) 형상의 구조물을 의미할 수 있다. 본 개시의 유로부(100)는 평판(plate) 상에 에칭(etching) 공정을 통해 제조된 유로일 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 유로부(100)는 평판 상에 에칭 공정을 통해 제조된 유로일 수 있다.

전술한 평판 상에 에칭 공정을 통해 형성된 유로는 유로부(100) 예시일 뿐이며, 전술한 예시들로 인해 본 개시의 유로부(100)의 제조 방법 및 공정에 대해 제한되어 해석되지 않아야 할 것이다. 구체적으로, 본 개시의 유로부(100)는 에칭 공정이 아닌 다른 공정으로 제조될 수도 있으며, 평판 외에도 두께가 두꺼운 다각형 구조물 등에 제조될 수도 있다.

또한, 본 개시의 유로부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 직선형의 튜브일 수 있으나, 본 개시의 유로부(100) 형상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 개시의 유로부(100)는 직선형의 튜브 외에도 T형, L형 또는 U형 등과 같이 구부러진 튜브 형상을 가질 수도 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로 반응기(1000)는 혼합물을 유로부(100)에서 다른 유로부(100)로 전달하기 위해 유로부(100)와 다른 유로부(100) 사이에 위치되는 튜브 형상의 회전부(300)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 회전부(300)는 유로부(100)와 같이 내부 공간에 혼합 제어 요소(200)들을 포함하지 않고 빈 내부 공간을 가진 튜브 형상을 가질 수 있으며, 회전부(300)는 이전의 유로부(100)를 통과한 혼합물의 유속을 평준화 시킬 수 있다.

구체적으로, 본 개시의 일 실시예에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이, 1종 이상의 유체들이 화살표 a의 유동 방향으로 유로부(100)의 내부 공간으로 주입될 수 있다. 이 경우, 본 개시의 유로부(100) 내부에는 1종 이상의 유체들을 포함하는 혼합물이 형성되고, 혼합물은 유로부(100) 내부에서 유동할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 유로부(100) 내부에서 유동하는 혼합물은 파이프 내부에서 흐르는 층류의 유체로 볼 수 있다. 즉, 혼합물을 유체들이 혼합된 혼합 유체이기 때문에 혼합물 전체가 같은 속도로 유동하지 않고 혼합물의 적어도 일부분은 다른 속도로 유동할 수도 있다. 구체적으로, 유로부 내벽(110)을 따라 유동하는 혼합물의 일부분은 마찰력을 받기 때문에 제 1 속도로 유동하는 한편, 유로부(100) 중앙에서 유동하여 마찰력을 덜 받는 혼합물의 다른 일부분은 제 2 속도로 유동하며, 제 1 속도는 제 2 속도에 비해 느릴 수 있다. 이처럼, 유로부(100) 내부에서 유동하는 유체들은 유로부(100) 내에서의 위치에 따라 이동 속도가 상이해질 수 있다.

또한, 본 개시의 유로부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 혼합 제어 요소(200)들을 포함함에 따라 혼합물은 유로부(100) 내부 공간에 배치된 혼합 제어 요소(200)들과의 충돌에 의해 마찰력을 받을 수도 있다. 이에 따라, 혼합 제어 요소(200)들에 의해 혼합물의 유동 속도도 영향을 받게 된다. 예를 들어, 혼합 제어 요소(200)들과 3번 충돌한 혼합물 일부분에 포함된 유체들의 유동 속도가 제 1 속도인 경우, 혼합 제어 요소(200)들과 10번 충돌한 혼합물의 다른 일부분의 유동 속도는 제 2 속도일 수 있다. 여기서 제 1 속도 와 제 2 속도는 상이한 속도이며, 제 1 속도보다 제 2 속도가 느린 속도일 수 있다. 전술한 혼합 제어 요소(200)들의 충돌 횟수는 예시들일 뿐, 전술한 예시들로 인해 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들에 대해 제한하여 해석하지 않아야 할 것이다.

따라서, 어느 한 유로부(100)를 통과한 혼합물은 그 다음의 다른 유로부(100)로 주입하기 전에 혼합물의 유동 속도를 전체적으로 균일하게 만들 필요가 있다. 본 개시의 회전부(300)는 유로부(100)들 사이에 배치됨에 따라 한 유로부(100)를 통과한 혼합물 전체의 유동 속도를 균일하게 만든 다음에 다음의 다른 유로부(100)로 주입시킬 수 있다. 도 2에 도시된 유로부(100)들의 배치에 따라 회전부(300)는 U자 형상으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며 본 개시의 회전부(300)의 형상은 도 2에 도시된 바에 따라 제한되지 않는다.

또한, 본 개시의 회전부(300)는 혼합물과의 유동 마찰을 최소화할 수 있도록 회전부(300)의 내벽(110)에 코팅층을 포함할 수 있다. 본 개시의 회전부(300)의 코팅층은 성형이 용이하고 내부식성, 불연성 및 화학 내구도가 높은 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, SiC과 같은 세라믹 재료나 흑연과 같은 재료로 구성될 수 있으나, 본 개시의 회전부(300)의 코팅층은 세라믹 재료나 흑연 재료로 제한되지 않는다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 혼합물을 나누어 유동시키 위해 유로부(100) 내에 위치되는 하나 이상의 혼합 제어 요소(200)들을 포함할 수 있다. 본 개시의 혼합 제어 요소(200)는 혼합물의 혼합을 제어하기 위한 구성 요소일 수 있으며, 유로부(100)의 내부 공간을 둘 이상의 미세 유로들로 나눌 수 있는 구성 요소일 수도 있다. 여기서 미세 유로는 혼합물의 적어도 일부분이 유동할 수 있는 넓이의 내부 공간을 가진 유체 통로일 수 있다.

구체적으로, 혼합 제어 요소(200)들 및 미세 유로들에 대해 도 3를 참조하여 설명하면 하기와 같다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 하나의 유로부 내에 포함된 혼합 제어 요소들 및 유로부 내벽을 예시적으로 도시한 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 혼합 제어 요소(200)들은 혼합물의 적어도 일부분이 유동할 수 있도록 서로 일정 간격을 두고 배치될 수 있으며, 유로부 내벽(110)과 그 내벽(110)에 인접한 혼합 제어 요소(200) 사이의 간격도 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격에 대응되도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 제 3 혼합 제어 요소가 유로부 내벽(110)에 가장 가까운 혼합 제어 요소이고, 제 1 혼합 제어 요소와 제 2 혼합 제어 요소의 사이 간격이 n일 수 있다. 이 경우, 제 3 혼합 요소와 유로부 내벽(110) 사이의 간격, 즉 사이 거리도 n일 수 있다. 전술한 혼합 제어 요소들은 예시들일 뿐, 전술한 예시들로 인해 혼합 제어 요소들의 개수가 제한되어 해석되지 않아야 할 것이다.

본 개시에서 혼합물은 혼합 제어 요소(200)들을 직접 통과할 수 없으며, 본 개시의 유로부 내벽(110) 및 혼합 제어 요소(200)들을 제외한 내부 공간에서 혼합물이 유동할 수 있다. 즉, 혼합물은 혼합 제어 요소(200)와 충돌하는 경우 혼합물은 혼합 제어 요소(200)의 외벽을 따라 나뉘어 유동하게 된다. 이와 같이, 나뉘어 유동하는 혼합물의 적어도 일부분은 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격들 및 혼합 제어 요소(200)와 유로부 내벽(110) 사이 간격들을 따라 유동할 수 있다. 본 개시의 유로부(100) 내부 공간에서 혼합 제어 요소(200)들 및 유로부 내벽(110)을 제외한 혼합물이 나뉘어 유동할 수 있는 내부 공간들을 미세 유로로 볼 수 있다. 즉, 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격은 미세 유로일 수 있으며, 또한 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격도 미세 유로일 수 있다.

본 개시의 미세 유로의 단면적은 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격 또는 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이 간격에 대응할 수 있다. 예를 들어, 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격이 n인 경우, 혼합 제어 요소(200)들 사이의 미세 유로의 단면적은 n에 대응하는 넓이일 수 있다. 다른 예를 들어, 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200) 사이 간격이 m일 경우, 유로부 내벽(110)과 혼합 제어 요소(200) 사이의 미세 유로의 단면적은 m에 대응하는 넓이 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)에서 혼합물의 유동이 용이하도록 유로부(100)의 위치에 따라 미세 유로들의 총 단면적이 상이하게 구성되도록 형성될 수 있다. 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 유로부(100)에서 상이한 위치의 절단선 A-A 및 B-B에 따라 절단된 유로부(100)에 대해 도시한 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

도 4a는 도 3의 절단선 A-A에 대한 유로부의 단면도를 예시적으로 도시하는 예시도이다. 그리고 도 4b는 도 3의 절단선 B-B에 대한 예시적인 유로부의 다른 단면도를 예시적으로 도시하는 예시도이다.

도 3에 도시된 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격은 일정하며, 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격도 일정한 모습을 도시하고 있다. 즉, 도 3에 도시된 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격이 모두 n인 경우, 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격도 모두 n일 수 있다. 이에 따라, 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명하면, 도 4a에 도시된 유로부 내벽(110) 및 혼합 제어 요소(200)들을 제외한 미세 유로들은 3개이며, 도 4b에 도시된 미세 유로는 4개이다. 즉, 도 4a의 미세 유로들의 총 단면적과 도 4b의 미세 유로들의 총 단면적은 상이한 것으로 볼 수 있다. 이와 같이 미세 유로의 상이한 총 단면적으로 인해 미세 유로를 통해 유동하는 혼합물의 유속을 변화시킬 수 있다.

전술한 도 3에서 설명한 바와 같이, 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들 사이 간격 및 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격은 모두 동일할 수 있으나, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들 사이 간격들 각각은 상이할 수 있고, 그리고 유로부 내벽(110)과 그에 인접한 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격들 각각도 상이할 수도 있다.

또한, 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들은 혼합 제어 요소(200)들로 인해 나뉘어 유동하는 혼합물의 적어도 일부가 합쳐질 수 있는 부분 공간(120)을 하나 이상 형성하면서 유로부(100) 내에 위치될 수 있다. 여기서 부분 공간(120)은 나뉘어 유동하는 혼합물이 다시 합쳐질 수 있는 최소한의 공간으로서 미세 유로들이 겹쳐지는 공간을 의미할 수 있다. 즉, 혼합 제어 요소(200)들은 혼합 제어 요소(200)로 인해 나뉘어 유동하는 혼합물의 적어도 일부분이 다시 합쳐질 수 있는 부분 공간(120)의 간격을 두고 배치될 수 있다. 도 5을 참조하여 부분 공간(120)에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 유로부 내부에서 혼합 제어 요소들 및 유로부 내벽에 의해 형성된 미세 유로를 따라 유동하는 혼합물의 유동 방향을 예시적으로 도시한 예시도이다.

본 개시의 혼합 제어 요소(200)들은 전술한 바와 같이, 혼합물이 유동하는 유로부 내부에 배치된다. 즉, 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들은 혼합물의 유동 방향에 따른 유동 경로 상에 배치되어 혼합물의 유동을 방해하는 장애물 역할을 하게 된다. 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 유로부(100)로 주입된 유체들인 혼합물은 혼합 제어 요소(200)들의 사이에 형성된 미세 유로를 따라 나뉘어져 화살표 a의 유동 방향으로 유동하게 된다. 또한, 이후의 부분 공간(120)에서 혼합물의 적어도 일부분이 다시 합쳐지고, 합쳐진 혼합물이 다음 배치된 혼합 제어 요소(200)들로 인해 다시 나뉘었다가 합쳐지는 과정을 반복하면서 혼합물의 적어도 일부분에 대한 혼합이 반복될 수 있다.

이와 같이, 본 개시에 따르면, 부분 공간(120)을 두고 배치된 혼합 제어 요소(200)들로 인해 혼합물의 적어도 일부분에 대해 반복적인 혼합을 유도하여 균일한 혼합 및 화학 반응을 유도할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바에 따르면, 본 개시의 유로부(100) 내에서 유동하는 혼합물은 화살표 a의 방향을 따라 유동하는데, 혼합물 중 일부분은 혼합 제어 요소(200)와 유로부 내벽(110) 사이의 미세 유로를 따라 유동할 수도 있다. 본 개시의 유로부 내벽(110)은 전술한 바와 같이 혼합 제어 요소(200)들 사이의 간격과 대응되는 간격을 형성하기 위해 인접한 혼합 제어 요소(200)의 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 혼합 제어 요소(200)들의 형상이 마름모 형상일 경우, 유로부 내벽(110)과 인접한 혼합 제어 요소(200)의 형상도 마름모 형상일 수 있으며, 이에 따라 유로부 내벽(110)은 마름모 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다.

이와 같이, 형상을 가진 유로부 내벽(110)을 따라 유동하는 혼합물의 일부분은 와류와 같이 소용돌이 방향(a')으로 유동될 수도 있다. 형상을 가지는 유로부 내벽(110)에 의해 형성되는 소용돌이 방향(a')의 유체 흐름은 혼합물 전체에 대한 유로부(100)를 통과하는 시간을 불균일하게 만든다. 즉, 유로부 내벽(110)에 의해 소용돌이 방향(a')으로 유동하는 혼합물의 일부분은 유로부 내벽(110)과 먼 혼합물의 다른 부분에 비해 유로부(100) 내부를 통과하는 시간이 길어질 수 있다. 이와 같이 혼합물의 통과 시간이 불균일한 경우, 혼합물 전체에 대한 불균일한 혼합 및 화학 반응이 일어날 수 있다.

이를 방지하기 위해서는 혼합 제어 요소(200)들의 형상 및 그에 대응하는 유로부 내벽(110)의 형상에 대한 구체적인 설계가 필요하다. 이에 따라 본 개시에서는 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들의 형상 및 그에 대응하는 유로부 내벽(110)의 형상에 대해 구체적인 내각을 설정하였으며, 이에 대해 도 6을 참조하여 자세히 설명한다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 유로부 내벽 및 혼합 제어 요소들의 내각에 대해 예시적으로 도시한 예시도이다.

본 개시의 유로부(100)는 혼합물의 혼합 효율을 위해 혼합 제어 요소(200)들의 위치 및 내각들에 대응하는 형상을 가지는 유로부 내벽(110)을 포함할 수 있다. 전술한 도 5에 도시된 바와 같이 소용돌이 방향(a')으로 유동하는 혼합물 일부분의 속도는 느려지면서 유로부 내벽(110)에 인접한 혼합물의 일부분은 유로부(100)를 통과하는 시간이 길어질 수 있다.

본 개시의 유로부 내벽(110)의 형상과 관련 있는 혼합 제어 요소(200)들의 형상은 다각형일 수도 있으나, 바람직하게는 사각형일 수 있으며, 보다 바람직하게는 마름모 형상일 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 혼합 제어 요소(200)들이 마름모 형상 또는 사각형일 경우, 내각들 중 적어도 하나는 90도 초과 120도 이하일 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 혼합 제어 요소(200)는 내각(c') 및 다른 내각(c)을 가지는 마름모 형상일 수 있다. 또한, 유로부 내벽(110)의 형상은 혼합 제어 요소(200)들의 형상에 대응함에 따라, 도 6에 도시된 유로부 내벽(110)의 내각(d)도 혼합 제어 요소(200)들의 내각들에 대응될 수 있다. 여기서, 유로부 내벽(110)의 내각(d)은 혼합 제어 요소(200)의 다른 내각(c)과 동일할 수도 있으며, 혼합 제어 요소(200)의 다른 내각(c)은 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 유로부 내벽(110)의 내각(d)은 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')에 대응될 수도 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마름모 형상인 혼합 제어 요소(200)의 내각들 중 내각(c')은 90도 초과 120도 이하인 것이 가장 바람직하다. 본 개시의 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')에 대한 바람직한 범위는 Vellarmaux 방법을 이용한 하기의 실험을 통해 결정되었다.

구체적으로, 본 실험은 60도, 70도, 90도, 100도, 110도, 120도, 130도 및 140도의 상이한 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')으로 구성된 유로부들 각각에 제 1 실험 유체 및 제 2 실험 유체를 주입시키고, 그리고 제 1 실험 유체 및 제 2 실험 유체로부터 생성된 생성물에 대해 UV Spectrometer 장비를 이용하여 353nm의 파장에 대한 생성물의 투과도(T)를 측정하였다.

본 실험의 제 1 실험 유체는 HCl(0.015M),

(0.003M) 및 KI(0.016M)를 포함하는 혼합물이다. 본 실험의 제 2 실험 유체는 NaOH (0.045M) 및

(0.045M)을 포함하는 혼합물이다.

본 실험의 제 1 실험 유체 및 제 2 실험 유체의 혼합으로 유도될 수 있는 화학 반응식은 하기와 같다.

위와 같은 화학 반응식에 따른 화학 반응이 진행될수록 적갈색의 제 1 실험 유체에 포함된

의 농도가 줄어들고, 무색 투명한 아이오딘화 나트륨(Nal)을 포함하는 생산물을 획득할 수 있다. 즉, 제 1 실험 유체 및 제 2 실험 유체의 혼합 정도 및 화학 반응의 정도가 높을수록 유색의

의 농도가 줄어들고 보다 투명한 생성물의 농도가 증가하여 높은 투과율을 가질 수 있다.

이에 따라, 본 실험에서는 제 1 실험 유체 및 제 2 실험 유체를 상이한 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')을 가지는 유로부들 각각에 주입하여 획득되는 생성물에 포함된 아이오딘화 나트륨의 농도에 따른 투과율을 UV spectrometer 장비를 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 상이한 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')을 가지는 유로부들 각각에서 획득되는 생성물들에 대해 UV Spectrometer 장비를 이용하여 353nm의 파장에 대한 투과율을 측정하였으며, 혼합 제어 요소들의 상이한 내각에 따른 투과율에 대한 값을 도 7에 나타내었다.

도 7은 본 개시의 실험에 따른 혼합 제어 요소들의 상이한 내각들에 따라 획득되는 생성물의 투과율을 예시적으로 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바에 따르면, 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')의 각도가 90도 이하일 경우 투과율이 65% 이상으로 높게 나와 혼합 효율이 좋은 것을 볼 수 있다. 다만, 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')에 대응하는 유로부 내벽(110)의 형상에 의해 소용돌이 방향(a')의 혼합물이 거의 유동하지 않는 정체 구간이 발생하여 전체적으로 불균일한 혼합 및 화학 반응이 발생된다. 또한, 혼합 제어 요소(200)의 내각(c')의 각도가 120도를 초과할 경우 혼합 효율이 35%이하로 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있다.

따라서, 마름모 형상인 혼합 제어 요소(200)들의 내각은 90도 초과 120도 이하로 설계하는 것이 바람직하며, 유로부 내벽(110)의 내각(d)도 바람직한 혼합 제어 요소(200)들의 내각에 대응되게 설계되므로, 전체 마이크로 반응기(1000)에 있어서, 적절한 혼합 효율과 정체 구간을 최소화시킨 유로부(100)를 포함할 수 있다.

도 5 내지 도 6에 도시된 혼합물의 유동 방향, 혼합 제어 요소(200)의 형상 및 유로부 내벽(110)의 형상은 본 발명의 설명을 위해 예시적으로 도시한 모습이다. 즉, 본 개시의 혼합물 유동 방향, 혼합 제어 요소(200)의 형상 및 유로부 내벽(110)의 형상이 도 5 내지 도 6에 도시된 바에 따라 제한되지 않는다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 혼합물에 대해 실시간으로 모니터링(monitoring) 하고 센싱 데이터를 생성하는 하나 이상의 센서들을 포함하는 모니터링부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 모니터링부는 혼합물의 화학 반응 및 물리적인 성질을 모니터링 및 센싱하기 위한 구성일 수 있다. 여기서 물리적인 성질은 혼합물의 질량, 온도, 밀도 및 유속 등과 같은 혼합물의 물리 성질을 의미한다.

본 개시의 모니터링부는 혼합물의 화학 반응 및 물리적인 성질에 대한 센싱 데이터를 하나 이상 생성할 수 있는 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 본 개시의 센싱 데이터는 센서들이 혼합물의 화학 반응 및 물리적인 성질에 대해 측정한 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 센싱 데이터는 온도 센서들의 온도 센싱 데이터 및 화학 센서의 성분 센싱 데이터를 포함할 수 있으나, 이는 예시일 뿐 본 개시의 센싱 데이터는 온도 센싱 데이터 및 성분 센싱 데이터에 제한되지는 않는다.

본 개시의 모니터링부의 하나 이상의 센서들은 혼합물의 온도를 센싱하여 온도 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 마이크로 단위의 미세 화학 반응 또는 연속 유동 화학 반응에서는 온도가 가장 중요한 요인이다. 이에 따라, 본 개시의 마이크로 반응기(1000) 또는 혼합물의 온도를 모니터링 할 수 있도록 모니터링부는 온도 센서를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 모니터링부의 하나 이상의 센서들은 혼합물에 포함된 성분들 중 적어도 하나를 센싱하여 성분 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 화학 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 화학 센서는 혼합물의 화학 반응 여부에 대해 모니터링 하기 위해 혼합물의 성분 및 화학 반응으로 생성된 생성물의 성분에 대한 성분 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 모니터링부의 화학 센서는 혼합물의 화학 반응의 진행 정도 또는 폭발성이 높은 중간 생성물 성분 검출 등과 관련하여 성분 센싱 데이터를 생성할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 혼합물의 화학 반응을 위해 센싱 데이터에 기초하여 혼합물의 상태를 제어하기 위한 상태 제어부를 포함할 수 있다. 본 개시의 상태 제어부는 혼합물의 상태를 제어할 수 있는 구성일 수 있다. 혼합물의 상태는 혼합물의 화학 반응과 관련된 화학적 및 물리적 상태로서, 혼합물의 온도, 유동 속도, 혼합물의 화학 반응으로 인해 발생된 생성물의 성분, 생성물의 농도 등을 포함할 수 있다.

본 개시의 상태 제어부는 모니터링부로부터 혼합물의 상태에 대한 센싱 데이터를 적어도 하나 이상 수신할 수 있다. 본 개시의 상태 제어부는 모니터링부의 센싱 데이터들에 기초하여 혼합물의 상태에 대해 결정할 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 상태 제어부는 모니터링부의 센싱 데이터들에 기초하여 혼합물의 온도, 유동 속도, 생성물의 여부 및 생성물의 농도 등을 결정할 수 있다.

또한, 본 개시의 상태 제어부는 결정된 혼합물의 상태에 기초하여 혼합물의 상태를 제어할 수도 있다. 구체적으로, 본 개시의 상태 제어부는 혼합물의 상태에 기초하여 혼합물의 상태와 관련된 마이크로 반응기(1000)의 다른 구성들을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 본 개시의 상태 제어부는 모니터링부의 온도 센싱 데이터에 기초하여 혼합물의 온도를 결정할 수 있다. 혼합물의 온도가 사전 결정된 기준 온도보다 높은 경우, 혼합물의 온도를 낮추기 위해 마이크로 반응기(1000)의 냉각수 구성을 동작시켜 혼합물의 온도를 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 본 개시의 상태 제어부는 모니터링부의 온도 센싱 데이터에 기초하여 혼합물의 온도가 사전 결정된 기준 온도보다 낮은 경우, 혼합물의 온도를 높이기 위해 가열기 구성을 동작시켜 혼합물의 온도를 제어할 수 있다. 여기서 사전 결정된 기준 온도는 혼합물의 안정적인 화학 반응과 관련된 온도 또는 온도 범위일 수도 있다.

일반적으로 마이크로 반응기(1000)에는 반응성이 높은 디아조메탄 기체와 같이 폭발 위험이 있는 유체 또는 디비닐술폰(DVS)과 같이 유독성 유체와 같이 위험성이 높은 유체들을 포함하는 혼합물에 대한 위험한 화학 반응에 사용되기도 한다. 여기서 위험한 화학 반응은 수소화 반응, 산화 반응, 할로겐화 반응, 질화 반응, 디아조화 반응(diazotization), 그리나드(Grignard) 반응 및 독성 가스를 사용하는 반응 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 마이크로 반응기(1000)는 모니터링부 및 상태 제어부 구성을 포함하여 혼합물의 상태를 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 네트워크부를 포함할 수도 있다. 구체적으로, 본 개시의 네트워크부는 모니터링부의 센싱 데이터들 및 상태 제어부의 혼합물 상태 제어 관련 데이터들을 외부 단말기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 본 개시는 마이크로 반응기(1000)의 화학 반응에 대한 센싱 데이터들 및 혼합물 상태 제어 관련 데이터들을 외부 단말기로 수신하여 사용자가 직접 모니터링 하거나 센싱 데이터를 저장 및 관리할 수도 있다.

또한, 본 개시의 네트워크부는 외부 단말기로부터 제어 명령을 수신하여 본 개시의 상태 제어부에 제어 명령을 전달할 수도 있다. 구체적으로, 본 개시는 외부 단말기로 전달된 센싱 데이터들에 기초하여 사용자로부터 제어 명령을 직접 입력 받을 수도 있다. 이에 따라 사용자는 사용자의 의도에 따라 혼합물의 상태를 직접 제어할 수도 있다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 하나 이상의 유로부들을 포함하는 마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법에 관한 순서도이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 유로부(100)들 중 하나에 1종 이상의 유체들을 주입하여 혼합물을 생성(710)할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 혼합물을 하나 이상의 혼합 제어 요소(200)들을 포함하는 유로부(100)들에 통과시켜 혼합물의 분리, 혼합 및 화학 반응을 유도(720)할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 반응기(1000)는 유로부(100)들 사이에 위치된 회전부(300)를 하나 이상 포함할 수 있다. 마이크로 반응기(1000)는 유로부(100)들 중 하나의 유로부(100)를 통과한 혼합물을 회전부(300)에 통과시켜 혼합물의 균일한 혼합을 유도할 수 있다. 마이크로 반응기(1000)는 회전부(300)를 통과한 혼합물을 유로부(100)들 중 다른 유로부(100)로 주입시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 모니터링부 및 상태 제어부를 포함할 수 있다. 마이크로 반응기(1000)는 모니터링부에서 생성된 센싱 데이터들에 기초하여 상태 제어부를 통해 혼합물의 온도를 제어할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로 반응기(1000)는 혼합물로부터 생성물을 획득(730)할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 반응기(1000)의 유로부(100)들을 통과하는 혼합물로부터 화학 반응을 통해 생성된 생성물이 획득될 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 마이크로 반응기(reactor)에 있어서, 상기 마이크로 반응기는,
   1종 이상의 유체들을 포함하는 혼합물이 내부에 유동할 수 있으며, 유로부 내벽을 포함하는 하나 이상의 유로부; 및
   상기 혼합물을 나누어 유동시키 위해 상기 유로부 내에 위치되는 하나 이상의 혼합 제어 요소들; 을 포함하고, 그리고
   상기 하나 이상의 혼합 제어 요소들의 형상은 두쌍의 대각의 크기가 같은 사각형이며, 균일한 반응 시간을 위해 상기 혼합 제어 요소들 각각의 내각들 중 상기 유로부 내벽과 인접한 제 1 내각 및 상기 제 1 내각의 대각인 제 2 내각은 90도 초과 120도 이하이고,
   상기 유로부 내벽은 상기 혼합물의 와류 현상을 감소시키기 위해 상기 제 1 내각과 인접하고 상기 제 1 내각의 크기와 동일한 내벽 내각을 하나 이상 가지는 상기 사각형의 내벽 형상을 가지는,
   마이크로 반응기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 혼합 제어 요소들은,
   상기 혼합 제어 요소들로 인해 나뉘어 유동하는 상기 혼합물의 적어도 일부를 합칠 수 있는 부분 공간을 하나 이상 형성하도록 상기 유로부 내에 위치되는,
   마이크로 반응기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 제어 요소들은,
   서로 제 1 간격을 두고 위치되고, 그리고
   상기 유로부 내벽과 인접한 상기 혼합 제어 요소들 사이 간격들 중 적어도 하나는 상기 제 1 간격인,
   마이크로 반응기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합물을 상기 유로부에서 다른 유로부로 전달하기 위해 상기 유로부와 상기 다른 유로부 사이에 위치되는 튜브 형상의 회전부;
   를 더 포함하는,
   마이크로 반응기
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 혼합물과의 유동 마찰을 최소화할 수 있도록 상기 회전부의 내벽에 코팅층을 포함하는,
   마이크로 반응기.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합물에 대해 모니터링 하고 센싱 데이터를 생성하는 하나 이상의 센서들을 포함하는 모니터링부; 및
   상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 혼합물의 상태를 결정하고, 상기 혼합물의 상태를 제어하기 위해 상기 혼합물의 상태와 관련된 상기 반응기의 다른 구성들 중 적어도 하나를 제어하는 상태 제어부;
   를 더 포함하고, 그리고
   상기 하나 이상의 센서들은,
   상기 혼합물에 포함된 성분들 중 적어도 하나를 센싱하여 성분 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 화학 센서를 포함하고,
   상기 상태 제어부는 상기 성분 센싱 데이터에 기초하여 상기 혼합물의 화학 반응에 의해 생성된 중간 생성물의 농도를 결정하는,
   마이크로 반응기.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 센서들은,
   상기 혼합물의 온도를 센싱하여 온도 센싱 데이터를 하나 이상 생성하는 온도 센서;
   를 더 포함하는,
   마이크로 반응기.
   
8. 하나 이상의 유로부들을 포함하는 마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법으로서, 상기 방법은,
   상기 유로부들 중 하나에 1종 이상의 유체들을 주입하여 상기 혼합물을 생성하는 단계;
   상기 혼합물을 하나 이상의 혼합 제어 요소들 및 유로부 내벽을 포함하는 상기 유로부들에 통과시켜 상기 혼합물의 분리, 혼합 및 화학 반응을 유도하는 단계; 및
   상기 혼합물로부터 생성물을 획득하는 단계;
   를 포함하고, 그리고
   상기 하나 이상의 혼합 제어 요소들의 형상은 두쌍의 대각의 크기가 같은 사각형이며, 균일한 반응 시간을 위해 상기 혼합 제어 요소들 각각의 내각들 중 상기 유로부 내벽과 인접한 제 1 내각 및 상기 제 1 내각의 대각인 제 2 내각은 90도 초과 120도 이하이고,
   상기 유로부 내벽은 상기 혼합물의 와류 현상을 감소시키기 위해 상기 제 1 내각과 인접하고 상기 제 1 내각의 크기와 동일한 내벽 내각을 하나 이상 가지는 상기 사각형의 내벽 형상을 가지는,
   마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 마이크로 반응기는 상기 유로부들 사이에 위치된 회전부를 하나 이상 더 포함하고, 그리고,
   상기 혼합물을 하나 이상의 혼합 제어 요소들을 포함하는 상기 유로부들에 통과시켜 상기 혼합물의 분리, 혼합 및 화학 반응을 유도하는 단계는,
   상기 유로부들 중 하나의 유로부를 통과한 상기 혼합물을 상기 회전부에 통과시켜 상기 혼합물의 균일한 혼합을 유도하는 단계; 및
   상기 회전부를 통과한 상기 혼합물을 상기 유로부들 중 다른 유로부로 주입시키는 단계;
   를 더 포함하는,
   마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로 반응기는 모니터링부 및 상태 제어부를 더 포함하고, 그리고
    상기 모니터링부에서 생성된 센싱 데이터들에 기초하여 상기 상태 제어부를 통해 상기 혼합물의 온도를 제어하는 단계; 및
    상기 상태 제어부에서 상기 센싱 데이터들에 기초하여 상기 화학 반응에 의해 생성된 중간 생성물의 농도를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    마이크로 반응기를 이용하여 혼합물로부터 생성물을 획득하는 방법.

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