TW201109078A - Minireactor array - Google Patents

Description

201109078 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係_蜂巢體結構，其使用縣反應n，熱交換 器’或"迷你反應器’’形成為陣列，以及特別是關於連接結構 之方法以碱通道經㈣财向垂直於蜂雜單元共同方 向。 【先前技術】 本發明為新穎的技術，無先前技術。 【發明内容】 在形成陣列或蜂巢體裝置作為反應器或反應器陣列時 ，通道可以被加工到蜂巢體基板的選定側面，使得當基板接 合在一起時可以形成一個或多個高長寬比的通道以垂直於 蜂巢體單元共同方向的方向通猶列。基板可以在選定側 面上，使用玻璃料或膠合劑，或者如果想要的話甚至可以使 用壓縮密封接合在一起。 根據一個實施例，蜂巢體基板陣列包含蜂巢體基板，它 們當中有多個都含有基板單元，從各別基板的第一端延伸 到第二端，以及基板側面，從第一端延伸到第二端。這多個 基板排列成陣列，其中各別基板的側面彼此面對，而各別基 板的單元以共同方向延伸。一個或多個通道是由這多個基 板中兩個或更多基板的對向基板侧面界定出這一個或多 個通道以垂直於共同方向的方向延伸。 根據另一個實施例，蜂巢體基板陣列包含蜂巢體基板 它們當中有多個都含有基板單元，從各別基板的第一端延 3 201109078 伸到第二端，以及基板側面從第一端延伸到第二端。這多 個基板排列成陣列，其中各別基板的側面彼此面對，而各別 基板的單元以共同方向延伸。一個或多個通道沿著這多個 基板中兩個或更多基板的單元界定出，這些通道從多箇中 的第一個基板内，延伸通過它的基板側面，進入這多箇中的 第一個基板，通過它的基板側面。這一個或多個通道通過 的各別侧面可以彼此密封。 根據此項發明的又另一個實施例，提供製造蜂巢體基 板陣列的方法，此方法包括提供多個含有側面的蜂巢體基 板，並且以大致上垂直於基板單元方向的方向將通道加工 到多個蜂巢體基板的選定側面中；然後將選定側面跟多個 蜂巢體基板的其他側面密封，如此來密封通道。此方法可 以進一步包括在密封步驟之前，在垂直於基板單元方向的 方向，將通道加工到多個蜂窩基板的其他側面中。 本發明這些實施例的其他使用或應用是可以提供非常 彈性的方法，將橫流熱交換通道合併在較大的基板陣列中， 其中的橫流通道有低壓降和大的開口正向面積可以形成具 有熱交換的大蜂巢體-為主熱交換器或反應器。 【實施方式】 加工通道12可以形成在長方形蜂巢體基板1〇的一個側 面上如圖1所示。此通道12最好在燒結之前，透過簡單的研 磨，鋸切，或帶式砂磨操作，形成在未淬火的基板10中，但是 如果想要的話也可以形成在完全-燒結或部分—燒結的基板 上。加工通道12的深度（垂直於基板1〇的側面測量）可以是 4 201109078 一個單元，如®所示，歧深。錢道12區義基板1〇單元 壁最好除去’以便沿著加頌道12形成平滑_壁表面Μ 加工通道的寬度(平行於基板1〇單元的方向來測量)應該 少於最好只稍微少於基板i0的長度使兩個相當窄的單元 列16,18可以接近各別的端面2〇, 22。 接著燒結基板(假定執行未淬火—基板通道加工操作） 。如圖2所示，根據本發明的―個實_，在基板燒結之後 將玻璃料密封材料24施加到基板的選定侧面26, 28。在其 他實施例中’密㈣料也可以是膠合劑24，或某種有機黏 劑24,決定於所產生之陣列的預定使用需求。 玻璃料可以透過各種方式來施加，包括刮刀成膜法，網 板印刷，喷濺施加，或細玻璃料翻件。將多個基板1〇放 置成列，讓端面或選定側面碰觸彼此(沒有顯示）就可以以 連續的方式來施加玻璃料。—般來說，玻璃料的施加最多 只需要在兩個相鄰的基板侧面26, 28,如此可以簡化施加過 程’因為在玻璃料施加期間可以將每個基板1〇放在無_玻璃 料塗覆的綱30’ 32上(無法直接在圖2 +翻）。在其他實 施例中，直接在加通道上方或下方的端面單元16,18也必 須以玻璃料34,或以其他適合的堵塞材料34(只顯示在單元 18中）來塞住。⑨可以避免加錢道中的紐流動跟基板 開口單元中的液體流動不預期的混合。例如，可以先將欲 保留打開的那些單元遮蔽起來，然後施加玻璃料糊衆來塞 住單元。 參考圖3和4,在施加玻璃料或其他密封劑之後將基板 5 201109078 m^3°J 5〇〇J * f ^ - * ° °中，圖中顯示在組合成陣列500期間的已力i 且塗覆密封劑的苴把m在人inn , ⑴力口工 W的基板10集合100。雖然圖中顯示的是相同 形狀的規則陣列500,但是如果想要的話不規則陣列500和 ，有不同截面和形狀的基板10也可以結合。顯示實施例之 土板10的方位，使加工通道12彼此對準，在箭頭％指示的方 向形成通過組合陣列1⑼的高長寬比通道1G2’圖4中有一個 *^反ίο尚雜合。當基板丨卜起捆紮在圖4的陣列漏 ’它們的玻璃料'塗覆對向側面彼此接觸。在接下來的玻璃 料燒結_，玻餐會軟化而流動，跟對__成密封。 ，果想要的話，基板陣列可以以45度角的V形塊(沒有顯示） 來燒結’使得當玻璃料在燒結收縮時，重力可以協助避免各 別基板之間任何的間隙打開。 、在玻璃料燒結之後就形成了基板陣列，其巾的短平直 通道相當接近-系列高長寬比的橫流通道。這種陣列結構 可以作為有效的大面積橫流熱交換器。整體的熱轉換效能 決定於基板材_熱傳導性，基板通道的佈局和幾何，加工 高長寬比通道的幾何，以及侧流_·。圖5是在基板 10之間形成加工通道102之組合陣列5〇〇的平面圖。 在另-方面，基板通道加工操作可以在多侧面上實 施如圖6所示，其中基板10的相鄰側面❿和仙被加工。這 類基板10可以-起接合在陣列5⑼中含有交叉内通道卿 和102b如圖7的平面圖所示。這些内通道腦腦可以連 接到在陣列500四個側面上的外部入口和出口進料歧管。 6 1 201109078 透過選擇性地將高長寬比通道加工到各別基板的側面 中’了以穿過陣列形成更複雜的通道途徑結構。例如，圖8 顯示一個陣列結構的平面圖，其中陣列外部的單一進料入 口和出口通道1〇4,1〇6,往内分支到高長寬比通道1〇2陣列 108。在圖9平面圖顯示的另一個結構中，在基板1〇之間行 進的高長寬比通道102經過排列，在垂直於基板1〇開口單元 的平面上形成蜿蜒110,此蜿蜒110通過幾乎陣列500中的所 有基板10。 基板通道加工操作可以在對立基板側面i la,丨lc上實 施’如圖10所示。當這些基板10在基板陣列5⑼中接合在一 起時’如圖11之平面圖所示可以形成雙倍—寬的高長寬比通 道103。這個實施例可以用來降低高長寬比加工通道1〇3中 的壓降，_是縣鮮元尺寸非常小的結構。例如，需要 透過大的側壁表面積，和從單元中央到單元側壁短的平均 熱轉換距離，在開口單元中達到高熱轉換時。如果想要的 話，也可以使用三倍或四倍寬和更大的通道，可以透過在基 板側面上加工更_猶來製造。在基板之間更深的加工 ’和/或雙倍寬或更寬的通道可以應用於基板陣列内的任何 尚長寬比通道佈局，包括這裡提出的所有實施例或其他實 施例。 根據本發明的另-項目，構成基板陣列之基板的端面 可以經過加:n，形成u-形彎曲區域，以便形成沿著基板單元 方向上下延伸的婉蜒通道，在基板末端細近從單元行進 到單元，且在垂直於開口單元的方向進人及離開基板的侧 201109078 面或陣列的側面。一個例子顯示在圖12中，其中有三個蜿 I通道112a，U2b，112c平行橫過基板1〇。通道侧壁孔 鑽入基板側面lla，llc中，使流體傳送過蜿蜒通道 112b，112c。 ’ 侧面11a的孔114是在通道12内，如圖所示。這些基板 10可以組合成圖13顯示的基板陣列5〇〇，其中在基板1〇之間 行進的高長寬比通道1〇2,將流體分配到通過每個基板1〇或 選定基板10的婉挺通道112。U—形彎曲和所產生之蜿蜒通 道的截面例子顯示在圖18 +。從圖巾可以看出，形彎曲 116疋由蜂巢體基板末端的下降(加工除去)側壁118和沒有 延伸到下降側壁118的塞子120組合形成。 也可以製造使每個基板只提供蜿蜒通道。圖14顯示這 樣的基板10,其中端面經過加工產生婉蜒通道的U—形彎曲， 和作為蜿蜒入口和出口埠的通道側壁孔114。這樣的基板， 10可以在兩個相鄰側面塗覆玻璃料組合成圖15顯示的基板 陣列500。可以將基板組合使得側面埠孔114彼此對齊在 基板陣列500内形成從-個基板1〇内延伸到另一個基板1〇 内的長婉蜒通道122,或者甚至延伸過整個陣列_，如本實 施例所示。 側面通道鑽孔的另-種選擇是跟s 18所示相同的端面 u-形彎曲區域加工處理可以產生化形彎曲缺口 115延伸到 基板的側面，如圖16的透視圖和圖19的截面所示。像這樣 的基板10可以在選定側面上塗覆玻璃料，然後將多個基板 組合成類似圖15所示的基板陣列。如圖所示，心形彎曲缺 8 201109078 口 115可以在組合期間彼此對齊，在基板陣列内產生從一個 基板10内延伸到另一個基板10内的長蜿蜒通道122，甚至如 果想要的話可以延伸過整個陣列500,如圖15所示。 基板之間之側面加工高長寬比通道，和端面加工蜿蜒u 形彎曲通道的不同組合，可以形成具有最佳壓降和熱交換 效月b的整合歧管結構和通道佈局。除了 u—形彎曲婉蜒通道 之外，其他類型的通道也可以形成在基板中，例如由切入式 加工操作形成的高長寬比通道，像圖20截面中顯示的高長 寬比通道124。跟圖18和19實施例中只除去側壁末端不同， 其中使用切入式加工或其他適當處理以交替模式從基板的 交替末端除去幾乎整個侧壁118。用塞子12〇封住通道124 上方基板的兩端，就可以形成高長寬比通道124。可以如圖 所示鑽出一個或多個孔114,或使用其他適當方式來提供出 入0 本發明的又另一個實施例，可以不用加工通道或加工 基板，就可以在基板之間形成高長寬比通道。這些高長寬 比通道區域可以透過選擇性地將厚炫體層沉積在一個或多 個基板側壁上，或者使用填隙絲形成如圖17的透視圖所 示三在這種方式中的厚熔體層126或填隙片126提供形成高 長見比通道12所需要關隔。這種方式不需要實施額外步 驟將直接在π長寬比通道12上方或下方的端面通道塞住。 在不而要呵長寬比通道的基板側面上施加薄溶體層128。 =果，用填隙片126的話，可以在填隙片126的兩側上使用 蓴玻啕料在知加玻璃料之後，將基板1〇堆疊成類似圖3和 9 201109078 1顯示的陣·0並燒結。上面所提將加工通道觸成陣列 、所有封技術都可簡於這些以玻璃料_為邊的高長寬 比通道。 、在根據本發明的各個實施例及其變異中，高長寬比加 工通道跟短平直通道的接近度很容易經由設計來調整以符 合熱交換需求，同時制口正向_最大。高 和短平細__嫌㈣侧細換效能 低壓降。各個實施例特別是當使用玻璃料密封時，可以讓 基板之間的玻璃料密封以壓縮或剪切放置達到最大強度， 使基板的辦直和單元在紐下操作。基細面上ς玻 璃料密封面積可以調整，視需要增加來增加玻璃料-基板介 面的機械強度。 本發明的一個潛在優勢但是非限定特性是可以讓較小 ，基板單獨在短燒顧_燒結，科f要長獅來燒結 單-較大本體。即使在使用玻璃料將基板接合在一起時， 可能需要魏喊結週期，但是此週期也是相對較短。因 此’跟大截面的蜂巢體基板比較起來，燒結時間對裳置截面 可以降低。平坦的側面可以透過膝合埠或0_環密封來巧化 跟其他裝置的介面。當只使料部通道戦操作時基板 加工處理姆簡單。這·面通道加卫處理可以自動化。 不同的高長寬比通道也可以使用"混搭”方式來佈局，使且 有不同側面加工樣式的基板視需要接合在一起，形成預2 的橫流熱交換通道路徑。 整體來說，本發明的陣列提供相當的彈性，因為透過側 201109078 面通道加工以及内部基板蜿蜒或高長寬比通道可以形成 相對任意尺寸的橫流熱交換通道。 本文所揭示之陣一般適用於進行任何牵涉到混合，分 離，提煉，結晶，沉澱或其他處理液體或液體混合物的製程， 包含多相態的液體混合物並且包含含有亦納入有部份固體 之多相態液體混合物的液體或液體混合物。該處理可包含 物理性製程，經定義如製程而可獲致有機，無機或有機和無 機兩者物種之互變的化學性反應，一生物化學性製程或是 任何其他形式的處理。可於本揭方法及/或裝置内進行下 列非限制性的反應列表：氧化;還原；取代；消除;加成聚合 ;配位基錢;箱交換及軒錢。餅細地說可於本 揭方法及/或裝置内進行下列非_性聽驗何反應： 聚合;烧基化;脫絲化;硝化;過氧化;硫氧化，·環氧化；氨 氧化；氫化;脫氯化;有機金屬反應；貴金屬化學/均相催化 劑反應；幾基化;硫碳醯化;烧氧基化；齒化；脫齒化氯化· 脫鹵化;稀烴路化，·雜化;脫縣化;胺化；芳基化;肽耦 合，祕縮合;環合;脫氫環化;醋化;醜胺化;雜環合成;脫 水;醇解;水解’·氨解化;酶促合成;縮嗣;專化;異構化； 季銨化；f酰化;相轉移反應;矽烷化，·腈合成；磷酸化；臭 氧化，宜氮化學，·複分解;石夕氫化;輕合反應；以及酶反應。 【附圖簡單說明】 圖1為依據本發明一個或多個實施例配製之蜂巢體基 板的透視圖。 圖2為依據本發明一個或多個實施纖示出圖1其他 201109078 步驟之基板透視圖。 圖3及4為依據本發明一個或多個實施例多個蜂巢體 基板組合的透視圖。 圖6為依據本發明一個或多個其他實施例配製之蜂巢 體基板的透視圖。 圖7為依據本發明一個或多個其他實施例組合迷你反 應器陣列或蜂巢體基板陣列之平面圖。 圖8及9為依據本發明一個或多個其他實施例組合迷你 反應器陣列或蜂巢體基板陣列之平面圖。 圖10為依據本發明-個或多個其他實施例配製之蜂巢 體基板的透視圖。 圖11為依據本發明一個或多個其他實施例組合迷你反 應器陣列或蜂巢體基板陣列之平面圖。 圖12為依據本發明一個或多個其他實施例配製之蜂巢 體基板的透視圖。 圖13為依據本發明一個或多個其他實施例組合迷你反 應器陣列或蜂巢體基板陣列之平面圖。 圖14為依據本發明一個或多個其他實施例配製之蜂巢 體基板的透視圖。 。。圖15為依據本發明一個或多個其他實施例組合迷你反 應:陣列或蜂巢體基板_之平面圖，其能夠使關如圖Μ 之I拓。 格盟及17為依據本發明一個或多個其他實施例配製之 蜂巢體基板的透視圖。 201109078 圖18為顯示於圖12及/或14 ^基板通道形式之斷面圖。 圖19為顯示於圖π中基板通道形式之斷面圖。 。 圖18為顯示出本發明不同的多個實施例中圖18及/戈u 所顯示其他通道形式之高長寬比通道的斷面圖。 【主要元件符號說明】 基板10;基板侧面lla，1化，11c;通道12;側壁表面 14;基板單元列16,18;端面2〇, 22;玻璃料密封材料24; 基板側面26, 28, 30, 32;玻壤料34;箭頭36;基板集合 100;通道 102,102a，102b，1〇3;進料入口 104;進料出口 106;通道陣列108;蜿蜒11〇;婉蜒通道112,112a，112b， 112c;側壁孔114;U-形彎曲缺口 115;U形彎曲116;下降 側壁118;塞子120;蜿蜒通道丨22;通道124;厚熔體層 126;薄熔體層128;陣列5〇〇。

Claims (1)

1. 201109078 七、申請專利範圍 1· 一種蜂巢體基板陣列，其包含： 蜂巢體，板，其多個基板之每一基板具有基板單元，從各 別基板的第-端延伸到第二端，以及基板側面從第一端延 伸到第U錄板排顺_，其+各職板的側面彼 此面對以及各別基板的單元以制方向延伸；以及 -個或多個通道是由這多個基板中兩個或更多基板的對 向基板側面界定出，—個或錢通道以垂直於制方向的 方向延伸。 2·依據申請專利範圍第i項之陣列，其中多個基板藉由燒結 玻璃料在對向基板侧面密封在一起。 3. 依據帽翻顧第1項之_，其+多娜域由膠合 劑在對向基板侧面密封在一起。 4. 依據申請專利範圍第丨_ 3項任何一項之陣列，其中一個或 多個基板包含蜿蜒通道沿著基板經選擇單元界定出，該蜿 蜒通道與界定於對向基板側面之間一個或多個通道流體連 通0 5. —種蜂巢體基板陣列，其包含： 蜂巢體基板，其多個基板之每一基板具有基板單元，從各 別基板的第一端延伸到第二端，以及基板侧面從第一端延 伸到第一端，多個基板排列成陣列，其中各別基板的側面彼 此面對以及各別基板的單元以共同方向延伸；以及 一個或多個通道沿著這多個基板中兩個或更多基板的單 元界定出，通道從多個中的第一個基板内延伸通過它的基 201109078 板側面進入多個中的第二個基板，通過它的基板侧面。 6 ·依據申請專利範圍第5項之陣列，其中沿著多個基板中兩 個或更多基板的單元界定出之通道為蜿蜒通道。 7.依據申請專利範圍第6項之陣列，其中沿著多個基板中兩 個或更多基板的單元界定出之通道為高長寬比之通道。 8·依據申請專利範圍第6項之陣列，其中高長寬比之通道為 直的通道。 9 ·依據申請專利範圍第丨_ 3項任何一項之陣列，其中陣列為 規則陣列。 _ 10. 依據申請專利範圍第1_3項任何一項之陣列其中多個 基板側面為平坦的側面。 11. 依據申請專利範圍第i_3項任何一項之陣列，其中多個 基板在垂直於其單元之平面具有長方形斷面。 12· —種製造蜂巢體基板陣列的方法，此方法包括： 提供多個含有侧面的蜂巢體基板； 以垂直於基板單元方向的方向將通道加卫到多個 體基板的選定側面中； =選定側面跟多個蜂巢體基板的其他側面密封以密封 13.依射請專利範圍第12項之方法，其中更進— 密封步驟讀_直於基板單元方⑽方向將通道永3 到多個蜂巢體基板的其他侧面中。