專利名稱：蜂窩體交錯(cuò)混合器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及蜂窩體流體混合器，具體涉及蜂窩體交錯(cuò)混合器以及這種混合器的制備方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明人和/或其同事先前已經(jīng)提出了基于擠出蜂窩體的低成本連續(xù)流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器的制造技術(shù)，例如，如已轉(zhuǎn)讓給當(dāng)前受讓人的EP公開(kāi)第2098285號(hào)所述。本發(fā)明的目的是擴(kuò)大此類反應(yīng)器的范圍，提供能使物料流精細(xì)交錯(cuò)的蜂窩體反應(yīng)器，并提供制備這種混合器的實(shí)際方法。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施方式包括在蜂窩體內(nèi)形成的交錯(cuò)混合器，所述蜂窩體具有沿共同方向延伸的平行孔道，所述混合器包含在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸的第一流體路徑，所述第一流體路徑限定在第一多條所述孔道中，至少第一流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第一路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1 ;還包含在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第二路徑方向延伸的第二流體路徑，所述第二流體路徑限定在第二多條所述孔道中，至少第二流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第二路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1，其中第一流體路徑與第二流體路徑在其相應(yīng)的高縱橫比部分通過(guò)一組孔流體連接，該組孔在共同方向上延伸，它們總體上在共同方向上的高度與垂直于共同方向的寬度之比至少為3:1。另一個(gè)實(shí)施方式包括在蜂窩體內(nèi)形成交錯(cuò)混合器的方法，所述方法包括提供蜂窩體，所述蜂窩體具有沿共同方向延伸并被孔道壁分隔的平行孔道；形成在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸，并至少具有高縱橫比部分的第一流體路徑，所述高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第一路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1 ;形成在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸，并至少具有高縱橫比部分的第二流體路徑，所述高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第二路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1，并且這樣形成所述第一和第二路徑，使得在擠出體的至少一個(gè)孔道壁處，所述第一和第二路徑沿其相應(yīng)的高縱橫比部分僅被所述至少一個(gè)孔道壁分隔；以及形成穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁的孔，使得所述孔成組排布，該組孔總體上在共同方向上的高度與垂直于共同方向的寬度之比至少為3:1。所得混合器可在能實(shí)現(xiàn)高熱交換的高強(qiáng)度擠出體中提供精細(xì)交錯(cuò)的流體流。在以下的詳細(xì)描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。
應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的，用來(lái)提供理解權(quán)利要求的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。


了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋各種實(shí)施方式的原理和操作。

圖I是蜂窩體一端的平面圖；圖2A-2D是圖I和圖4中所標(biāo)示的橫截面在一些實(shí)施方式的制造過(guò)程中的相繼視圖；圖3A-3D是圖I和圖4中所標(biāo)示的橫截面在一些實(shí)施方式的制造過(guò)程中的相繼視圖；圖4和7是與圖I相同的視圖，對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施方式的制造過(guò)程中的相繼時(shí)點(diǎn)；
圖5A-5B和6A-6B是圖7中所標(biāo)示的橫截面在一些實(shí)施方式的制造過(guò)程中的視圖；圖8是與圖6B相似的橫截面視圖,但顯不了又一個(gè)實(shí)施方式；以及圖9是與圖7相似的視圖，但顯示了再一個(gè)實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明，這些附圖對(duì)本發(fā)明大體描述的方法和裝置的某些例子進(jìn)行圖示說(shuō)明。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或類似的部分。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種形成蜂窩體混合器的方法，所述蜂窩體混合器的形式是蜂窩體擠出基體內(nèi)的交錯(cuò)混合器。從圖1-7可以看出，所述方法包括提供蜂窩體20，其一個(gè)端面的平面視圖如圖1、4和7所示，圖1、4和7中所標(biāo)示的橫截面處的橫截面視圖如圖2、3、5和6所示。蜂窩體20具有沿共同方向D (圖1、4和7未示出，方向D是進(jìn)出紙面的方向)延伸并被孔道壁26分隔和限定的平行孔道22。該方法包括形成第一流體路徑30，如圖6B所示，該流體路徑在蜂窩體20內(nèi)沿垂直于共同方向D的第一路徑方向Pl延伸，并至少具有高縱橫比部分36，所述高縱橫比部分在共同方向D上的高度Hl與垂直于共同方向D并垂直于第一路徑方向Pl的寬度Wl (從圖5B可以看出)之縱橫比至少為3:1。結(jié)合圖5可以最好地看到，該方法還包括形成第二流體路徑40，該流體路徑在蜂窩體20內(nèi)沿垂直于共同方向D的第二路徑方向P2延伸，并至少具有高縱橫比部分46，所述高縱橫比部分在共同方向D上的高度H2與垂直于共同方向D并垂直于第二路徑方向P2的寬度W2 (在圖4標(biāo)出)之縱橫比至少為3: I。第一和第二路徑30、40這樣形成，即它們?cè)跀D出體20的至少一個(gè)孔道壁60處沿其相應(yīng)的高縱橫比部分僅被所述至少一個(gè)孔道壁60分隔。從圖5A-B和6B可以看出，形成穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁60的孔56，使得孔56排列成組54，所述組54的孔56總體上在共同方向D上的高度H3與垂直于共同方向的寬度W3之比至少為3:1。結(jié)果是在蜂窩體內(nèi)形成交錯(cuò)混合器，可使兩股流體流實(shí)現(xiàn)快速、高效的混合，這完全發(fā)生在擠出體中，所述擠出體容易按照下述方法改造，得到混合器結(jié)構(gòu)。較佳的是，擠出體是陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷，目前優(yōu)選氧化鋁。形成步驟優(yōu)選在擠出陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷蜂窩體之后，但在燒成之前，趁擠出體仍為生坯狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。下面具體結(jié)合圖2和3對(duì)形成方法的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。形成第一流體路徑30的工藝或方法的一個(gè)實(shí)施方式包括除去第一多條孔道34的全部或部分選定孔道壁，如圖I和2A所示，然后封閉第一多條孔道34的開(kāi)放端部。從圖2A-D可以看出，孔道34的壁或其部分可優(yōu)選使用插切(plunge cutting)工具62除去,優(yōu)選當(dāng)蜂窩體處于生坯態(tài)時(shí)，即在擠出之后和燒成之前。較佳的是，除了在一端留下一部分70夕卜，交替地從蜂窩體20的另一端除去壁，如圖2B和2C所示。作為圖2B和2C所示的切割或機(jī)械加工的替代形式，可采用特殊的擠出模頭，使擠出的蜂窩體中至少有一條在垂直于共同方向的方向上被拉長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)孔道。通過(guò)封閉所述至 少一條細(xì)長(zhǎng)孔道的開(kāi)放端部，有效消除對(duì)應(yīng)于圖2B和2C中要機(jī)械加工的一些或全部孔道壁，可以在細(xì)長(zhǎng)孔道中形成全部或至少一部分第一流體路徑。封閉孔道的開(kāi)放端部可通過(guò)多種方式進(jìn)行，如插入栓塞或者栓塞材料，在選定孔道的開(kāi)放端部形成各栓塞28或更長(zhǎng)的連續(xù)栓塞28，這從圖6A、6B和7可以看出。例如，栓塞材料可以是插入生坯擠出體中要塞住的孔道里的玻璃或陶瓷燒結(jié)料，該燒結(jié)料與有機(jī)粘結(jié)劑混合，含有或不含可UV固化的組分。若存在可UV固化的組分，將其固化可使粘結(jié)劑在栓塞材料的脫粘和燒成過(guò)程中表現(xiàn)更佳，使栓塞固定不動(dòng)和保持形狀。對(duì)于一些應(yīng)用，甚至可使用可拆裝的彈性體栓塞。圖7A和7B顯示了封閉孔道34端部的栓塞28或連續(xù)栓塞28，其中，為了便于觀察，圖7A省去了一些特征。第二流體路徑40可用同樣的方式形成，包括除去第二多條孔道44的全部或部分選定孔道壁，如圖I和3A所示，然后封閉第一多條孔道44的開(kāi)放端部。從圖3A-D可以看出，可優(yōu)選使用插切工具62除去孔道44的壁或其部分，如同處理孔道34那樣。同上面一樣，較佳的是，除了在一端留下一部分70外，交替地從蜂窩體20的另一端除去壁，如圖3B和3C所示。第一和第二路徑30、40以及在其中形成所述路徑的相應(yīng)多條孔道34、44這樣設(shè)置和/或選擇使第一和第二路徑30、40在擠出體20的至少一個(gè)孔道壁60處沿其相應(yīng)的高縱橫比部分36、46僅被所述至少一個(gè)孔道壁60分隔。如圖3B-3C所示，該至少一個(gè)孔道壁60沒(méi)有用插切工具62除去。相反，通過(guò)穿透孔道壁60形成連接所述第一和第二流體路徑30、40的孔56。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，這可通過(guò)用插在蜂窩體20 —端的內(nèi)插側(cè)切(plunging side-cutting)工具64切出穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁60的孔56來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3D所示。這樣可以形成許多窄孔56，具體取決于工具64所選的刀頭細(xì)度，一般具有圖6B所示的矩形形狀?；蛘?，孔56可這樣形成鉆出穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁60和根據(jù)需要穿過(guò)至少一個(gè)或多個(gè)其他孔道壁的孔56，從而能夠從蜂窩體20外部到達(dá)所述至少一個(gè)孔道壁60，例如，如圖3D右側(cè)的虛輪廓線鉆頭66所示?？衫脴?biāo)準(zhǔn)機(jī)械或超聲波加工方法，或者在需要時(shí)采用激光鉆孔。通過(guò)這種鉆孔方式開(kāi)孔之后，對(duì)于外孔道壁中不需要的孔或者任何其他不需要的孔，接下來(lái)可通過(guò)填補(bǔ)燒結(jié)料并與栓塞和蜂窩體本身一道燒成，或者通過(guò)其他合適的方式予以封閉。圖8示出了比圖6B所示鉆孔具有更圓滑的周緣的鉆孔56。然后，利用栓塞28或連續(xù)栓塞材料28或其他手段封閉孔道44的開(kāi)放端部，得到如圖5A和5B所示的結(jié)構(gòu)，為了便于觀察，圖5A省略了一些結(jié)構(gòu)。
根據(jù)前述方法可以理解，所得到的如圖5-7所示的結(jié)構(gòu)可描述為一種蜂窩體交錯(cuò)混合器10，該蜂窩體具有沿共同方向D延伸的平行孔道22，所示混合器包含(I)在蜂窩體20內(nèi)沿垂直于共同方向D的第一路徑方向Pl延伸的第一流體路徑30，所述第一流體路徑30限定在第一多條所述孔道34中，第一流體路徑30的至少高縱橫比部分36在共同方向D上的高度Hl與垂直于共同方向D并垂直于第一路徑方向Pl的寬度Wl之縱橫比至少為3:1 ;以及(2)在蜂窩體20內(nèi)沿垂直于共同方向D的第二路徑方向P2延伸的第二流體路徑40，所述第二流體路徑40限定在第二多條所述孔道44中，第二流體路徑40的至少高縱橫比部分46在共同方向D上的高度H2與垂直于共同方向D并垂直于第二路徑方向P2的寬度W2之縱橫比至少為3:1 ;其中第一流體路徑30與第二流體路徑40在其相應(yīng)的高縱橫比部分36、46通過(guò)一組54孔56流體連接，該組54在共同方向D上延伸，該組54的孔56總體上在共同方向D上的高度H3與垂直于共同方向D的寬度W3之比至少為3:1?；旌掀?0優(yōu)選在蜂窩體20中包含第三多條74孔道22，包括如圖I所示的鄰近第一和第二多條孔道34、44的孔道，它在蜂窩體兩端均開(kāi)放，或者以其他方式提供，或者使其能夠接收物料流或者一股或多股熱控流體流。
第一和第二流體路徑30、40的高縱橫比部分36、46的縱橫比優(yōu)選至少為5:1，甚至至少為9:1，該縱橫比仍舊容易通過(guò)本文所述的方法實(shí)現(xiàn)。第一和/或第二流體路徑30、40的相應(yīng)高縱橫比部分36、46可包括相應(yīng)流體路徑的整個(gè)長(zhǎng)度，任選排除可供從蜂窩體外部到達(dá)各路徑的流體端口，如圖2、3、5和6所示?；蛘?，第一流體路徑40可沿孔組54兩側(cè)的相應(yīng)路徑方向Pl延伸，第一流體路徑可包括在孔組54的至少一側(cè)沿著其路徑的低縱橫比部分50，如圖8所示。如圖中實(shí)施方式所示，第二流體路徑可終止于孔組54，但作為另一個(gè)實(shí)施方式，它也可在另一個(gè)方向上繼續(xù)(未不出)。第一和第二路徑30、40的路徑方向Pl和P2不需要保持恒定不變，而是可根據(jù)需要改變，雖然它們通常始終垂直于共同方向D。作為一個(gè)例子，在許多情況下，優(yōu)選增加第一路徑30的長(zhǎng)度，特別是在離該組54的孔56較遠(yuǎn)的那側(cè)，兩條路徑30、40在該側(cè)相遇。圖9以平面視圖形式示出了具有這種延長(zhǎng)的第一路徑30，但不具有恒定的路徑方向Pl的蜂窩體交錯(cuò)混合器，類似于圖7所示的視圖。本發(fā)明所揭示的方法和/或裝置通?？捎脕?lái)進(jìn)行任何工藝，所述工藝包括在微型結(jié)構(gòu)中對(duì)流體或流體混合物，包括多相流體混合物進(jìn)行混合、分離、萃取、結(jié)晶、沉淀或其他的工藝過(guò)程一包括含有多相流體混合物而該多相流體混合物還含有固體的流體或流體混合物。所述工藝過(guò)程可以包括物理過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)，生物化學(xué)過(guò)程，或者任意其他形式的工藝過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)被定義為導(dǎo)致有機(jī)物、無(wú)機(jī)物或者有機(jī)物和無(wú)機(jī)物發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。以下列出了可以通過(guò)所揭示的方法和/或設(shè)備進(jìn)行的反應(yīng)的非限制性例子氧化；還原；取代；消去；加成；配體交換；金屬交換；以及離子交換。更具體來(lái)說(shuō)，以下列出了可以通過(guò)所揭示的方法和/或設(shè)備進(jìn)行的反應(yīng)的任一非限制性例子聚合；烷基化；脫烷基化；硝化；過(guò)氧化；磺化氧化；環(huán)氧化；氨氧化；氫化；脫氫；有機(jī)金屬反應(yīng)；貴金屬化學(xué)/均相催化劑反應(yīng)；羰基化；硫羰基化；烷氧基化；鹵化；脫鹵化氫；脫鹵化；加氫甲?；?；羧化；脫羧；胺化；芳基化；肽偶聯(lián)；醇醛縮合；環(huán)化縮合；脫氫環(huán)化；酯化；酰胺化；雜環(huán)合成；脫水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；縮酮化(ketalization);皂化；異構(gòu)化；季銨化；甲酰化；相轉(zhuǎn)移反應(yīng)；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；疊氮化物化學(xué)；復(fù)分解；氫化硅烷化；偶聯(lián)反應(yīng)；以及酶反應(yīng)。 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)的是可以在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情 況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩體交錯(cuò)混合器，所述蜂窩體具有沿共同方向延伸的平行孔道，所述混合器包含 在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸的第一流體路徑，所述第一流體路徑限定在第一多條所述孔道中，至少第一流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第一路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1 ;以及 在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第二路徑方向延伸的第二流體路徑，所述第二流體路徑限定在第二多條所述孔道中，至少第二流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第二路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1 ； 其中第一流體路徑與第二流體路徑在其相應(yīng)的高縱橫比部分通過(guò)一組孔流體連接，該組孔在共同方向上延伸，它們總體上在共同方向上的高度與垂直于共同方向的寬度之比至少為3:1。
2.如權(quán)利要求I所述的混合器，其特征在于，第三多條所述孔道，包括鄰近所述第一和第二多條孔道的孔道，在蜂窩體兩端開(kāi)放，或者以其他方式提供，或者使其能夠接收熱控流體的流動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I和2中任一項(xiàng)所述的混合器，其特征在于，所述第一和第二流體路徑的高縱橫比部分的縱橫比至少為5:1。
4.如權(quán)利要求I和2中任一項(xiàng)所述的混合器，其特征在于，所述第一和第二流體路徑的高縱橫比部分的縱橫比至少為9:1。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的混合器，其特征在于，所述第一和/或第二流體路徑的相應(yīng)高縱橫比部分包括各流體路徑的整個(gè)長(zhǎng)度，任選排除可供從蜂窩體外部到達(dá)各路徑的流體端口。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的混合器，其特征在于，所述第二流體路徑沿其相應(yīng)的路徑方向在該組孔兩側(cè)延伸，所述第二流體路徑包括在該組孔至少一側(cè)沿所述路徑的低縱橫比部分。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的混合器，其特征在于，所述第一流體路徑終止于該組孔。
8.一種形成蜂窩體混合器的方法，所述方法包括 提供蜂窩體，所述蜂窩體具有沿共同方向延伸并被孔道壁分隔的平行孔道； 形成在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸，并至少具有高縱橫比部分的第一流體路徑，所述高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第一路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1 ； 形成在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸，并至少具有高縱橫比部分的第二流體路徑，所述高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第二路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1，并且這樣形成所述第一和第二路徑，使得在擠出體的至少一個(gè)孔道壁處，所述第一和第二路徑沿其相應(yīng)的高縱橫比部分僅被所述至少一個(gè)孔道壁分隔；以及 形成穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁的孔，使得所述孔成組排布，該組孔總體上在共同方向上的高度與垂直于共同方向的寬度之比至少為3:1。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成第一流體路徑的步驟包括除去第一多條孔道的部分或全部選定孔道壁，并封閉所述第一多條孔道的開(kāi)放端部。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成第一流體路徑的步驟包括擠出蜂窩體，所述蜂窩體具有至少一條在垂直于共同方向的方向上被拉長(zhǎng)的孔道，從而在其中形成全部或至少一部分所述第一流體路徑，并且封閉所述至少一條細(xì)長(zhǎng)孔道的開(kāi)放端部。
11.如權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述形成孔的步驟包括利用插在蜂窩體一端的內(nèi)插側(cè)切工具切出穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁的孔。
12.如權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述形成孔的步驟包括鉆出穿過(guò)所述至少一個(gè)孔道壁和根據(jù)需要穿過(guò)至少一個(gè)或多個(gè)其他孔道壁的孔，以便從蜂窩體外部到達(dá)所述至少一個(gè)孔道壁，所述方法還包括將所述至少一個(gè)或多個(gè)其他孔道壁中得到的孔至少封閉一些。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，鉆孔包括激光鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明揭示了蜂窩體交錯(cuò)混合器及其制備方法，所述蜂窩體具有沿共同方向延伸的平行孔道，所述混合器包含在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第一路徑方向延伸的第一流體路徑，所述第一流體路徑限定在第一多條所述孔道中，至少第一流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第一路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1；還包含在蜂窩體內(nèi)沿垂直于共同方向的第二路徑方向延伸的第二流體路徑，所述第二流體路徑限定在第二多條所述孔道中，至少第二流體路徑的高縱橫比部分在共同方向上的高度與垂直于共同方向并垂直于第二路徑方向的寬度之縱橫比至少為3:1，其中第一流體路徑與第二流體路徑在其相應(yīng)的高縱橫比部分通過(guò)一組孔流體連接，該組孔在共同方向上延伸，它們總體上在共同方向上的高度與垂直于共同方向的寬度之比至少為3:1。
文檔編號(hào)B01J19/00GK102844105SQ201180011287
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月28日
發(fā)明者S·博普特, J·S·薩瑟蘭 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司