[发明专利]微通道器件、制造微通道器件的方法以及进行单元操作的工艺

说明书

本申请为国际申请日2005年6月30日、申请号CN200380108125.6(国际申请 号为PCT/US2003/037936)、标题为“微通道器件、制造微通道器件的方法以及进 行单元操作的工艺”的发明申请的分案申请。

背景技术

近年来，实业界和科学界对研制用于化学处理工艺的微尺度器件有强烈的兴 趣。刊载于Trans.IChemE，Vol.80，Part A，pp.3-30(Jan.2002)的由Gavrilidis等人撰 写的“Technology And Applications Of Microengineered Reactors”已经提供了包括 236个引文的关于微尺度反应器近况的综述。以流体通道尺寸约为5mm或更小为 特征的微尺度化学处理器，由于其很短的传热和传质距离以及其在某些情况中所具 有的不同流动特性，能够提供独特的优点。虽然这类器件具有许多优点，但是这样 的器件的制造存在着许多新的难点，因此需要有创新的制造方法。

近来的专利文献描述了微尺度器件的许多型式和/或制造方法。例如，Wegeng 等人在WO 01/95237 A2中描述了用多种不同设计的层叠薄板制造的集成反应器的 几种新颖型式。Benz等人在美国专利6,220,497中描述了用于把一叠微结构的板锡 銲成一个层叠的叠置体(stack)的方法，在其中锡銲层存在于每两个相邻的板之间。 锡銲是在真空或惰性气体条件下进行，然后施加热和压力而使各个板结合在一起。 Pence等人在US2002/0080563 A1中描述了用于传热的具有分支微通道网络的器 件。

各种不是微尺度的板式热交换器已早为人知。例如，Frolich在美国专利 3,176,763(1965年公布)中揭示了一种热交换器，它是通过把间隔条粘结在平行 的几层板之间而制成的。Nicholson在美国专利4,183,403(1980年公布)中揭示了 一种具有波纹板的热交换器，其中各波纹板由间隔条分离开。该专利描述了弧焊热 交换器组件的工艺，然后涂覆銲剂并通过一钎銲周期。Frauenfeld等人在美国专利 4,651,811(1987年公布)中描述了一种热交换器，其中，板条状的间隔模制件点 焊于板式热交换器零件。

发明内容

在本发明的第一方面，本发明提供一种用于制造一种层叠器件(laminated device)的方法，它包括以下步骤：把一个薄的条形件放置在一个基板上；以及，把 一个对准销(alignment pin)放进薄的条形件上的对准孔。薄条形件上具有一对准孔， 用对准销把薄的条形件对准在基板上。一个薄条形件的面积不超过它所在的叠置体 (stack)的面积的59％。在这种应用中，薄条形件的长度是其最长的尺寸。它的宽度 是垂直于它的长度和厚度。厚度是一个叠置体的叠置方向。在某些较佳实施例中， 随后用诸如钎銲、冲压、HIP(加热均衡施压)和/或焊接的技术方法把对准的条形 件和基板结合起来。或者，可以用本发明的任一方法，例如可以用扩散结合法 (diffusion bonding)。

一块状件、条形件或零件是指一个块、条或零件里的成为一体的全部材料。 与用冲制出一定形状的薄板或在薄板上蚀刻出图形的常规方法制造层叠器件相比， 本发明可以大大地节省成本和降低材料浪费。

在本发明的另一方面，本发明提供一种用于装配一种层叠的微通道器件 (microchannel device)的方法，它包括：把一个第一块状件连接于一个第二块状件； 把第一块状件和第二块状件结合起来而形成一个微通道器件。在这种方法中，在微 通道器件成形之后，第一块状件就已形成至少一部分微通道壁。第一块状件构成微 通道器件的外周面的50％或更少；以及，第二块状件构成微通道器件的外周面的 50％或更少。在这一方面，一个微通道器件的外周面不包括加上去的外表层或涂层 (诸如用HIP工艺加上去的)，而且也不包括诸如固定上去的分支管子之类的“外 部”结构。外周面是外部外周面而不是任何内部结构的外周面。外周面是围绕一个 叠置体测量并且是垂直于叠置方向测量。在某些实施例中，任一个块状件或两个块 状件构成微通道器件的外周面的30％或更少，在某些实施例中，构成其10％或更 少。在某些实施例中，第一块状件构成层叠器件的外周面的一部分，而第二块状件 不构成层叠器件的外周面的一部分。在某些实施例中，第二块状件是一个流动改变 件(flow modifier)。在某些实施例中，是先把第一块状件和第二块状件结合在一 起，而后进行叠置其它块状件的步骤。