專(zhuān)利名稱(chēng)：結(jié)合互連元件的微型反應(yīng)器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型反應(yīng)器技術(shù)。微型反應(yīng)器通常稱(chēng)作微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、微通道反應(yīng)器 或微流體裝置。不管使用哪種具體術(shù)語(yǔ)，微型反應(yīng)器是一種裝置，運(yùn)動(dòng)或靜止目標(biāo)樣本被限 定在其中并進(jìn)行處理。在一些情況下，處理包含化學(xué)反應(yīng)分析。在其他情況下，處理作為利 用兩種不同反應(yīng)物的制造工藝的一部分。在任一種情況下，被限定形狀的尺寸近似約1mm。 微通道是這種限定的最典型的形式且微型反應(yīng)器相比于間歇反應(yīng)器來(lái)說(shuō)一般是連續(xù)流動(dòng) 反應(yīng)器。微通道的內(nèi)部尺寸減小提供了質(zhì)量和傳熱速率的顯著改進(jìn)。另外，微型反應(yīng)器對(duì) 于傳統(tǒng)比例反應(yīng)器來(lái)說(shuō)提供了很多優(yōu)點(diǎn)，包括在能量效率、反應(yīng)速度、反應(yīng)產(chǎn)率、安全性、可 靠性、可擴(kuò)展性等中的大量改進(jìn)。
背景技術(shù)：
微型反應(yīng)器經(jīng)常被用來(lái)將兩種分開(kāi)的反應(yīng)物引入共用微通道網(wǎng)絡(luò)。典型地，微通 道網(wǎng)絡(luò)和用于將反應(yīng)物引入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的正確微通道的相關(guān)部件相當(dāng)復(fù)雜且需要構(gòu)造成在高 溫和高壓下工作。結(jié)果，例如在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)W0-2007-036513中公開(kāi)的傳統(tǒng)微型反應(yīng)器構(gòu) 造采用了多種流體導(dǎo)管、配件、適配器、0形環(huán)、螺釘、夾子和其他類(lèi)型的連接元件來(lái)互連微 型反應(yīng)器構(gòu)造內(nèi)的各種微結(jié)構(gòu)。這些元件中的每個(gè)元件增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性并是系統(tǒng)內(nèi)的 潛在泄漏源或其他誤差源。本發(fā)明總體涉及微型反應(yīng)器組件的設(shè)計(jì)，其減少了很多前述部 件的使用并且因此解決了這些設(shè)計(jì)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種微型反應(yīng)器組件，其包括流體互連主干和 多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)。流體微結(jié)構(gòu)由流體互連主干的相應(yīng)部分支承。流體微結(jié)構(gòu)中的每個(gè)流 體微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)流體微通道，該流體微通道包括相應(yīng)的微通道輸入端口和微通道輸出端 口。流體互連主干包括至少一個(gè)互連微通道，該互連微通道包括互連輸入端口和互連輸出 端□。微型反應(yīng)器組件包括與互連輸入端口和互連輸出端口相關(guān)聯(lián)的多個(gè)非聚合互連 密封件。流體互連主干的互連輸入端口在一個(gè)非聚合互連密封件處與第一流體微結(jié)構(gòu)的微 通道輸出端口接口連接。流體互連主干的互連輸出端口在另一個(gè)非聚合互連密封件處與第 二流體微結(jié)構(gòu)的微通道輸入端口接口連接?；ミB微通道完全由流體互連主干限定，并且構(gòu) 造成使得其從第一流體微結(jié)構(gòu)的微通道輸出端口處的非聚合互連密封件延伸到第二流體 微結(jié)構(gòu)的微通道輸入端口處的非聚合互連密封件，而不被另外的密封接口中斷。


本發(fā)明的具體實(shí)施例的下列詳細(xì)描述在結(jié)合附圖閱讀時(shí)能夠被最好地理解，其中 相同的結(jié)構(gòu)由相同的附圖標(biāo)記指代，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型反應(yīng)器組件的示意圖；以及
4
圖2是圖1所示的微型反應(yīng)器組件的一部分的詳細(xì)示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1和2，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型反應(yīng)器組件100。微型反應(yīng) 器組件100包括流體互連主干10和多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)20、30、40。雖然本發(fā)明不限于使用具 體類(lèi)型的流體微結(jié)構(gòu)，但是在所示實(shí)施例中，反應(yīng)物A和B最初被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的熱交換微 結(jié)構(gòu)20以幫助調(diào)節(jié)反應(yīng)物的溫度。第一反應(yīng)物A然后按路線通過(guò)反應(yīng)物分配微結(jié)構(gòu)30，在 此處反應(yīng)物A的流體流動(dòng)路徑橫跨多個(gè)反應(yīng)物流動(dòng)路徑31分配。這些反應(yīng)物流動(dòng)路徑31 中的每條反應(yīng)物流動(dòng)路徑隨后被引導(dǎo)向混合微結(jié)構(gòu)40，在此處反應(yīng)物A和B被允許反應(yīng)。如上所述，圖1所示的具體流體微結(jié)構(gòu)構(gòu)造不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。而 是，圖1所示的選定微結(jié)構(gòu)起到了的一般目的為示出了根據(jù)本發(fā)明的微型反應(yīng)器組件能夠 利用流體互連主干10來(lái)支承并操作性互連各種流體微結(jié)構(gòu)100，其包括但不限于圖1所示 的流體微結(jié)構(gòu)。共同參照?qǐng)D1和2，流體微結(jié)構(gòu)20、30、40中的每個(gè)流體微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)流體微通 道25、35、45，流體微通道包括相應(yīng)的微通道輸入端口 22、32、42和微通道輸出端口 24、34、 44。類(lèi)似地，流體互連主干10包括對(duì)應(yīng)的互連微通道15，每個(gè)互連微通道包括互連輸入端 口 12和互連輸出端口 14。微型反應(yīng)器組件100還包括與互連輸入和輸出端口 12、14相關(guān) 聯(lián)的多個(gè)非聚合互連密封件50。如圖2清楚地示出，流體互連主干10的互連輸入端口 12在一個(gè)非聚合互連密封 件50處與第一流體微結(jié)構(gòu)20的微通道輸出端口 24接口連接。類(lèi)似地，流體互連主干10 的互連輸出端口 14在另一個(gè)非聚合互連密封件50處與第二流體微結(jié)構(gòu)30的微通道輸入 端口 32接口連接?；ミB微通道15完全由流體互連主干10限定并且構(gòu)造成使得其從第一 流體微結(jié)構(gòu)的微通道輸出端口 24處的非聚合互連密封件50延伸到第二流體微結(jié)構(gòu)30的 微通道輸入端口 32處的非聚合互連密封件50，而不被另外的密封接口中斷。結(jié)果，微型反 應(yīng)器組件100利用互連主干10來(lái)提供流體微結(jié)構(gòu)之間的高性能連接——在耐化學(xué)性和工 作壓力及溫度方面?；ミB主干10還通過(guò)急劇地減小微結(jié)構(gòu)和相關(guān)固定及密封硬件之間的 外部連接數(shù)量而簡(jiǎn)化了微型反應(yīng)器組件100。此外，互連主干10能夠改進(jìn)微型反應(yīng)器組件中的工藝控制，因?yàn)槠溥€結(jié)合了熱互 連微通道16。更特別地，共同參照?qǐng)D1和2，流體微結(jié)構(gòu)20、30、40均可包括熱流體微通道 26、46，熱流體微通道構(gòu)造用于流體微通道25、35、45中的反應(yīng)物流體和熱流體微通道26、 46中的熱流體之間的熱交換。類(lèi)似地，互連微通道15可包括熱互連微通道16，熱互連微通 道通過(guò)對(duì)應(yīng)的非聚合互連密封件而專(zhuān)用于流體微結(jié)構(gòu)20、30、40的熱流體微通道26、46。如圖2所示，流體互連主干10構(gòu)造成多層歧管，其包括跨層開(kāi)口 18和層間阻塞物 19的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成使多層歧管的單獨(dú)層隔離成多個(gè)獨(dú)立互連微通道。結(jié)果，流體互連 主干10能夠構(gòu)造成補(bǔ)充不同復(fù)雜性的各種流體微結(jié)構(gòu)。跨層開(kāi)口 18的相應(yīng)位置能夠選擇 成使得互連輸入和輸出端口 12、14補(bǔ)充各種微流體的標(biāo)準(zhǔn)I/O型號(hào)或高度專(zhuān)門(mén)應(yīng)用的定制 I/O型號(hào)。微型反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，此處所示的反應(yīng)物和熱交換微通道的 復(fù)雜性能夠廣泛地變化并且僅在圖1和2中以相對(duì)簡(jiǎn)單的示意形式示出。為了描述和限定本發(fā)明的目的，僅注意到前述互連和反應(yīng)物微通道15、25、35、45用來(lái)引導(dǎo)兩種或多種反應(yīng) 物A、B到微型反應(yīng)器組件100的一個(gè)或多個(gè)共用部分以促進(jìn)將產(chǎn)生一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物C 的反應(yīng)。熱流體微通道16、26、46利用熱流體H的循環(huán)來(lái)控制微型反應(yīng)器組件100的溫度 和其中的各種流體循環(huán)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，預(yù)期到的是輸入熱流體H入的溫度能 夠在預(yù)定值之間變化以促進(jìn)不同模式或不同條件下的工作?；ミB密封件50選擇為非聚合的以在相對(duì)高或相對(duì)低的工作溫度下(即，其中聚合 密封件將失效或退化的溫度)改進(jìn)性能。尤其在本發(fā)明中，非聚合互連密封件50可以各種 方式構(gòu)成。例如，非聚合互連密封件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括由流體微結(jié)構(gòu)20、30、40之一 的材料、流體互連主干10的材料和居間的非聚合結(jié)合材料共同形成的密封接口。替代地， 非聚合互連密封件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括玻璃/玻璃密封接口，其可由流體微結(jié)構(gòu)20、 30、40之一的玻璃和流體互連主干10的玻璃共同形成。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，非聚合 互連密封件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括玻璃/熔塊/玻璃密封接口，其可由流體微結(jié)構(gòu)20、 30、40之一的玻璃、流體互連主干10的玻璃和居間的玻璃熔塊層共同形成。在另一構(gòu)想實(shí) 施例中，非聚合互連密封件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括玻璃/陶瓷密封接口，其可由流體微 結(jié)構(gòu)20、30、40之一的玻璃或陶瓷和流體互連主干10的玻璃或陶瓷共同形成。在另一替代 中，非聚合互連密封件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括陶瓷/陶瓷密封接口，其可由流體微結(jié)構(gòu) 20、30、40之一的陶瓷和流體互連主干10的陶瓷共同形成。在另一替代中，非聚合互連密封 件50中的一個(gè)或多個(gè)可包括玻璃/玻璃、玻璃/陶瓷或陶瓷/陶瓷密封接口以及居間的非 聚合結(jié)合材料。注意到被以具體方法“構(gòu)造”來(lái)以具體方式實(shí)施具體性質(zhì)或功能的本發(fā)明部件此 處的敘述是與目的用途敘述相對(duì)的結(jié)構(gòu)敘述。更特別地，“構(gòu)造”部件的方式此處的參考表 示部件的現(xiàn)有物理狀態(tài)并且因此被當(dāng)作部件的結(jié)構(gòu)特征的確定敘述。已經(jīng)詳細(xì)地且參照其具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，將明顯的是，在不脫離由所附權(quán) 利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，修改和變型是可行的。更特別地，盡管本發(fā)明的一些 方面在此處被認(rèn)為是優(yōu)選的或特別有利的，但是預(yù)期到本發(fā)明不是必須限制于本發(fā)明的這 些優(yōu)選方面。
權(quán)利要求
一種微型反應(yīng)器組件(100)，所述微型反應(yīng)器組件包括流體互連主干(10)和多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)，其中所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)由所述流體互連主干(10)的相應(yīng)部分支承；所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)中的每個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)流體微通道(25、35、45)，所述流體微通道包括相應(yīng)的微通道輸入端口(22)和微通道輸出端口(24)；所述流體互連主干(10)包括至少一個(gè)互連微通道(15)，所述互連微通道包括互連輸入端口(12)和互連輸出端口(14)；所述微型反應(yīng)器組件(100)包括與所述互連輸入端口和互連輸出端口(12、14)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)非聚合互連密封件(50)；所述流體互連主干(10)的互連輸入端口(12)在一個(gè)所述非聚合互連密封件(50)處與第一流體微結(jié)構(gòu)(20)的微通道輸出端口(24)接口連接；所述流體互連主干(10)的互連輸出端口(14)在一個(gè)所述非聚合互連密封件(50)處與第二流體微結(jié)構(gòu)(30)的微通道輸入端口(22)接口連接；以及所述互連微通道(15)完全由所述流體互連主干(10)限定，并且構(gòu)造成使得所述互連微通道(15)從所述第一流體微結(jié)構(gòu)(20)的微通道輸出端口(24)處的所述非聚合互連密封件(50)延伸到所述第二流體微結(jié)構(gòu)(30)的微通道輸入端口(22)處的所述非聚合互連密封件(50)，而不被另外的密封接口中斷。
2.如權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述流體互連主干(10) 包括多個(gè)獨(dú)立互連微通道(15)并構(gòu)造成多層歧管，所述多層歧管包括跨層開(kāi)口(18)和層 間阻塞物(19)的網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成使所述多層歧管的單獨(dú)層隔離成多個(gè)獨(dú)立互連微 通道(15)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，由所述流體互連主干 (10)支承的所述多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)包括至少一個(gè)反應(yīng)物分配微結(jié)構(gòu)(30)和至少 一個(gè)混合微結(jié)構(gòu)(40)。
4.如權(quán)利要求3所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述流體互連主干(10) 包括多個(gè)互連微通道(15)，所述多個(gè)互連微通道構(gòu)造成通過(guò)所述非聚合互連密封件(50) 與所述反應(yīng)物分配微結(jié)構(gòu)(30)和所述混合微結(jié)構(gòu)(40)的對(duì)應(yīng)流體微通道(35、45)接口連 接。
5.如權(quán)利要求4所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)(20、 30,40)還包括至少一個(gè)熱交換微結(jié)構(gòu)(20)且所述流體互連主干(10)包括多個(gè)互連微通道 (15)，所述多個(gè)互連微通道構(gòu)造成與所述熱交換微結(jié)構(gòu)(20)的對(duì)應(yīng)流體微通道(26、46)接口連接。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)流體 微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的所述流體微通道(25、35、45)包括至少一個(gè)反應(yīng)物微通道(35)和至 少一個(gè)熱流體微通道(26、46)，所述反應(yīng)物微通道構(gòu)造成將反應(yīng)物流體從微通道輸入端口 (32)引導(dǎo)至微通道輸出端口(34)，所述熱流體微通道構(gòu)造用于所述反應(yīng)物微通道(35)中 的反應(yīng)物流體和所述熱流體微通道(26、46)中的熱流體之間的熱交換。
7.如權(quán)利要求6所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于 所述流體互連主干(10)包括多個(gè)互連微通道(15)；一個(gè)所述互連微通道(15)包括反應(yīng)物互連微通道，所述反應(yīng)物互連微通道通過(guò)所述 非聚合互連密封件(50)專(zhuān)用于所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的反應(yīng)物微通道；以及另一個(gè)所述互連微通道(15)包括熱互連微通道(16)，所述熱互連微通道通過(guò)所述非 聚合互連密封件(50)專(zhuān)用于所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的熱流體微通道(26、46)。
8.如權(quán)利要求7所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，另一個(gè)所述互連微通道 (15)包括至少一個(gè)另外的反應(yīng)物互連微通道，所述另外的反應(yīng)物互連微通道通過(guò)所述非聚 合互連密封件(50)專(zhuān)用于所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的另外的反應(yīng)物微通道。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)所述 非聚合互連密封件(50)包括密封接口，所述密封接口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40) 的材料、所述流體互連主干(10)的材料和居間的非聚合結(jié)合材料共同形成。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)所 述非聚合互連密封件(50)包括玻璃/玻璃密封接口。
11.如權(quán)利要求10所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述玻璃/玻璃密封接 口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的玻璃和所述流體互連主干(10)的玻璃共同形成。
12.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)所 述非聚合互連密封件(50)包括玻璃/熔塊/玻璃密封接口。
13.如權(quán)利要求12所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述玻璃/熔塊/玻璃 密封接口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的玻璃、所述流體互連主干(10)的玻璃和居 間的玻璃熔塊層共同形成。
14.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)所 述非聚合互連密封件(50)包括玻璃/陶瓷密封接口。
15.如權(quán)利要求14所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述玻璃/陶瓷密封接 口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的玻璃或陶瓷和所述流體互連主干(10)的玻璃或陶 瓷共同形成。
16.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，至少一個(gè)所 述非聚合互連密封件(50)包括陶瓷/陶瓷密封接口。
17.如權(quán)利要求16所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于，所述陶瓷/陶瓷密封接 口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的陶瓷和所述流體互連主干(10)的陶瓷共同形成。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的微型反應(yīng)器組件(100)，其特征在于至少一個(gè)所述非聚合互連密封件(50)包括玻璃/玻璃、玻璃/陶瓷或陶瓷/陶瓷密封 接口 ；以及所述密封接口由一個(gè)所述流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)的玻璃或陶瓷、所述流體互連主干 (10)的玻璃或陶瓷和居間的非聚合結(jié)合材料共同形成。
全文摘要
提供了一種微型反應(yīng)器組件(100)，其包括流體互連主干(10)和多個(gè)流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)。流體微結(jié)構(gòu)(20、30、40)由流體互連主干(10)的相應(yīng)部分支承。微型反應(yīng)器組件(100)包括與互連輸入端口和互連輸出端口(12、14)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)非聚合互連密封件(50)。流體互連主干(10)的互連輸入端口(12)在一個(gè)非聚合互連密封件(50)處與第一流體微結(jié)構(gòu)(20)的微通道輸出端口(24)接口連接。流體互連主干(10)的互連輸出端口(14)在另一個(gè)非聚合互連密封件(50)處與第二流體微結(jié)構(gòu)(30)的微通道輸入端口(22)接口連接?；ミB微通道(15)完全由流體互連主干(10)限定，并且構(gòu)造成使得其從第一流體微結(jié)構(gòu)(20)的微通道輸出端口(24)處的非聚合互連密封件(50)延伸到所述二流體微結(jié)構(gòu)(30)的微通道輸入端口(22)處的非聚合互連密封件(50)，而不被另外的密封接口中斷。
文檔編號(hào)B01J19/00GK101925404SQ200880125612
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者R·唐蓋, S·波爾賽 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司