專利名稱：用于蜂窩體連續(xù)流反應器的裝置和方法
用于蜂窩體連續(xù)流反應器的裝置和方法優(yōu)先權本發(fā)明涉及2008年1月31日提交的題為“用于蜂窩體連續(xù)流反應器的裝置和方 法”的美國臨時專利申請序列第61/063，090號和2007年12月31日提交的標題與本發(fā)明 相同的美國臨時專利申請序列第61/018，119號的優(yōu)先權。
背景技術：
本發(fā)明一般性涉及蜂窩體連續(xù)流反應器，更具體地涉及使用蜂窩體連續(xù)流反應器 的裝置和方法，尤其涉及在蜂窩體連續(xù)流反應器中或者與蜂窩體連續(xù)流反應器一道用于流 體發(fā)送(fluid routing)、流體轉向(fluid porting)、歧管(manifolding)和密封的裝置 和方法。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一個實施方式，一種使諸如連續(xù)流中的的流體或間歇流中的流體反 應的反應器，其包括多孔擠出體，具有許多按從所述多孔擠出體的第一端至第二端的方向 平行延伸的孔道，所述多孔擠出體具有多個第一孔道和多個第二孔道，所述第一孔道在多 孔擠出體的兩端開口，所述第二孔道在所述多孔擠出體的一端或兩端封閉，多個第二孔道 是相鄰的且配合起來至少部分地限定至少部分延伸穿過所述多孔擠出體的流體通道。所述 流體通道具有沿多個第二孔道的孔來回盤旋的路徑，所述流體通道在多孔擠出體的端部或 其附近在多個第二孔道內將孔道與孔道橫向連接。附圖簡要說明

圖1是按照本發(fā)明的一個實施方式的反應器的俯視圖，該反應器包括擠出的多孔 體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面的流體路徑。圖2是圖1示出的按照本發(fā)明一個實施方式包括擠出的多孔體或蜂窩體的反應器 的側視圖，示出流體路徑的補充細節(jié)。圖3是在擠出體的一端或兩端封閉時的孔道的截面圖，顯示一種可用于本發(fā)明在 孔道之間互連的方法。圖4是在擠出體的一端或兩端封閉時的孔道的截面圖，顯示另一種可用于本發(fā)明 在孔道之間互連的方法。圖5是按照本發(fā)明的另一個實施方式的反應器的俯視圖，該反應器包括擠出的多 孔體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面的另一流體路徑。圖6是圖5所示包括擠出的多孔體或蜂窩體的反應器的側視圖，該圖示出在擠出 體的一端與輸入口和輸出口連接的流體連接器。圖7是按照本發(fā)明的一個實施方式的反應器的截面圖，該反應器包括擠出的多孔 體或蜂窩體，顯示與擠出體的流體連通。圖8是反應器的分解透視圖，該反應器包括擠出的多孔體或蜂窩體，該圖示出在 擠出體的一側或兩側與輸入口和輸出口連接的流體連接器。
圖9是按照本發(fā)明的另一個實施方式的反應器的截面圖，該反應器包括擠出的多 孔體或蜂窩體，顯示與擠出體的流體連通。圖10是按照本發(fā)明的一個實施方式的反應器的俯視圖，該反應器包括擠出的多 孔體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的又一流體路徑。圖11是按照本發(fā)明的一個實施方式的反應器的俯視圖，該反應器包括擠出的多 孔體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的再一流體路徑。圖12是在擠出體的一端或兩端封閉時的孔道的截面圖，顯示一種可用于本發(fā)明 歧管化(manifold)或劃分流體路徑的方法，具有兩種路徑，一種從擠出體一端開始，一種 在擠出體內開始。圖13是擠出體或蜂窩體結構的一端的局部俯視圖，顯示在擠出體該端的輸入口 始于擠出體內的多個通道。圖14是擠出體或蜂窩體結構的局部俯視圖，顯示在擠出體一側的壁上的輸入口 始于擠出體內的多個通道。圖15是擠出體或蜂窩體結構的截面圖，顯示深的栓體27。圖16是擠出體或蜂窩體結構的截面示意圖，顯示在擠出體一側的輸入口 30始于 擠出體內的兩個通道28。圖17和圖18是擠出體或蜂窩體結構的兩個不同實施方式，具有在擠出體一側的 輸入口 30始于擠出體內的四個通道28。
具體實施例方式下面將詳細參考本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，這些實施方式的例子在附圖中示出。只 要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。本發(fā)明涉及包括多孔擠出體20的反應器12，其實施方式示于圖1的俯視圖。多孔 擠出體20具有多個按從多孔擠出體一端向另一端的方向平行延伸的孔道，孔道端部可參 見圖1。孔道包括多個第一孔道22和多個第二孔道24，所述第一孔道22在多孔擠出體兩 端是開口的，所述第二孔道24在多孔擠出體的一端或兩端被一個或多個設置在多孔擠出 體端部或其附近且部分位于多個第二孔道24的孔道內的栓體26或者是或多或少連續(xù)的堵 塞材料26封閉。多個第二孔道24(閉合的孔道)是相鄰的孔道且配合起來以幫助限定延 伸穿過多孔擠出體20的流體通道。該流體通道沿孔道24按照圖1和圖2的箭頭路徑28 所示的總體方向的上下盤旋的路徑，僅在多孔道體20的端部32、34上或其附近垂直于孔道 24橫向延伸，其中，使孔道24之間的壁縮短或轉向抑或是破裂以允許孔道24之間的流體連
ο在本發(fā)明的另一個實施方式中，路徑不僅在沿圖2所示的孔道的方向而且在垂直 于孔道的平面內盤旋，如圖5的俯視圖所示。在圖5的俯視圖中的多個閉合孔道24在垂直 于孔道24和22的平面內一般以盤旋的路徑排列。因此流體路徑28在圖5的平面內和之 外的方向以相對較高的頻率盤旋，且在該圖的平面內以相對較低的頻率盤旋。這種雙盤旋 路徑的結構使得能夠有高的路徑總體積和長的路徑總長度，同時保持在路徑和開口孔道22 之間大的表面積，并使反應器12的總填充尺寸較小。由圖5可知，閉合孔道的盤旋設置是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式之一；根據應用，其他設置是可能的或者甚至需要的。不過希望，不必考慮圖1或圖5的平面內的路徑的形狀，大 部分的路徑只有一個孔道的寬度。這使得能夠容易地制造能有很高的表面積體積比的流體 路徑。需要時，孔道24中寬度大于一個孔道的分組25的其他孔道可以在路徑的進口和 出口 30周圍進行堵塞，如圖1和圖5所示。這些其他的堵塞孔道可對0形環(huán)密封或燒制的 玻璃料密封或其他密封系統(tǒng)提供支承，以提供與通道28的流體連通，并任選地可以不形成 路徑28的一部分。圖6示出一種供選擇的實施方式，其中，進管36已被密封為堵塞孔道的 兩個分組25。為達到耐久性和化學惰性，擠出體或蜂窩體20優(yōu)選由擠出玻璃、玻璃-陶瓷、或陶 瓷材料形成。氧化鋁陶瓷因具有良好的強度、惰性以及比玻璃和一些陶瓷更高的熱導率而 被優(yōu)選。所述多孔體優(yōu)選孔密度至少200個孔/英寸2。較高的密度可得到較高熱交換性 能的裝置。具有大于或等于300，或者甚至大于或等于450個孔/英寸2的多孔體是形成高 性能裝置的可能的最佳選擇。路徑28可以沿孔道24的方向沿單一孔道上下前行，如圖3所示?；蛘?，路徑28 可以沿孔道24的方向跟隨多個由兩個或更多個平行孔道組成的連續(xù)獨立組，如圖4所示。圖7是按照本發(fā)明的另一個實施方式的連接后的反應器10的截面圖，該反應器包 括擠出的多孔體或蜂窩體，顯示與擠出體的流體連通。在圖7的實施方式中，流體外殼40 通過密封物42支承該擠出體。外殼40可以包括包封擠出體的單一單元，或者可任選不包 括40C部分，使外殼包括兩個部分即40A和40B。流體路徑48通常用于流動熱控制流體，是 通過與外殼40相結合的如圖1和圖5所示的開口通道22形成的。通過流體連接器46經 過流體導管30進入多孔道體20中的路徑28。流體導管60穿過外殼40上的開口 62，在開 口 62中使用密封物44。圖8是反應器12的分解透視圖，該反應器包括擠出的多孔體或蜂窩體，該圖示出 在擠出體20的一側或多側與輸入口和輸出口 30連接的流體連接器46。流體連接器46包 括流體連接器主體50，該主體具有包圍流體通道54的凸起的同心環(huán)52。當組裝時，通過凸 起的環(huán)52保持彈性體0形環(huán)56壓縮抵靠在由所述多孔體20側面上形成的平坦表面58。 在擠出的多孔體20內的大量壁結構提供了對抵靠平坦表面58上的緊密(robust)壓縮密 封的充分支承。比如在圖8的實施方式中的反應器12可以獲得連接后的反應器10的優(yōu)選結構， 如圖9所示，圖9是按照本發(fā)明的另一個且目前優(yōu)選的實施方式的連接的反應器10的截面 圖，該反應器10包括擠出的多孔體或蜂窩體20，顯示與擠出體20的流體連通。相比于圖 8實施方式的優(yōu)點包括沒有密封物44，在兩個流體路徑28和48之間沒有任何直接的密封 (例如密封物44或流體連接器46)。因此可以針對各路徑的流體獨立地選擇最佳的密封材 料，即使密封失效也不會導致自兩個路徑28和48的流體發(fā)生互混。圖10和11是按照本發(fā)明的其他供選擇的實施方式的反應器12的俯視圖，該反應 器12包括擠出的多孔體或蜂窩體，顯示在垂直于孔道或通道22、24的平面內的另一種流體 路徑28。由這些圖可知，這些實施方式包括在流體路徑28中的歧管，使路徑28在垂直于孔 道的平面內分成平行的路徑。圖12是在擠出體20的一端或兩端封閉的通道24的截面示意 圖，顯示一種本發(fā)明用于將流體路徑歧管化或分支化的方法，具有從平行于孔道或通道22、24的平面中的一個分支的兩個路徑，并始于擠出體20內。圖13是擠出體或蜂窩體結構的一端的局部俯視圖，該圖顯示用于歧管化為具有 多個平行通道28的方法或結構，所述通道在擠出體一端上的輸入口 30始于擠出體內。圖14是擠出體或蜂窩體結構的局部俯視圖，顯示在擠出體一側的壁或平坦表面 58上的輸入口 30始于擠出體內的多個通道28的另一種實施方式。如圖15的截面圖所示，在擠出體的側部具有輸入口的實施方式中，需要時可以使 用在輸入口 30與通道28鄰接(border)的深的栓體27，這樣能避免或減少沿路徑或通路 28的“死”體積。如圖16的截面圖所示，具有相同或小于與單一孔道或通道22、24的寬度的單一輸 入口 30可以接入到兩個在擠出體20側的輸入口 30始于擠出體20內的通路28。在圖16 圖18中，標記“X”代表從觀察者至圖的平面上的路徑或通路28。如圖17和圖18的截面圖所示，寬度大于單一孔道或通道22、24但小于兩個孔道 或通道的寬度的單一輸入口 30可以接入到四個從擠出體20側的輸入口 30始于擠出體20 內的通道28。
權利要求
一種用于使流體，如連續(xù)流中的流體，反應的反應器，其包括擠出的多孔體，該多孔體具有按從所述多孔體的第一端至第二端的方向平行延伸的孔道，所述多孔體具有多個第一孔道和多個第二孔道，所述第一孔道在所述多孔體的兩端開口，所述第二孔道在所述多孔道體的一端或兩端封閉，所述多個第二孔道是相鄰的孔道且配合起來至少部分地限定至少部分延伸穿過多孔體的流體通道，所述流體通道具有沿多個第二孔道來回盤旋的路徑，所述流體通道在多孔體的端部或其附近，在多個第二孔道內將孔道與孔道橫向連接。
2.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述通道在垂直于所述多孔體的孔道的 平面具有一個孔道的寬度。
3.如權利要求1或2所述的反應器，其特征在于，所述通道具有沿多個第二孔道的孔道 來回至少兩次的盤旋路徑。
4.如權利要求1至3中任一項所述的反應器，其特征在于，所述通道可從多孔體的外部 經由輸入口和輸出口接入，所述輸入口位于所述多孔體的第一端且被在多孔體的第一端由 栓體封閉的多孔體的孔道包圍。
5.如權利要求4所述的反應器，其特征在于，還包括與輸入口連接的流體連接器，所述 流體連接器具有壓縮密封，其中，所述壓縮密封壓縮抵靠在栓體或壓縮抵靠在由包圍輸入 口的孔道中的栓體支承的表面上。
6.如權利要求4所述的反應器，其特征在于，還包括與輸入口連接的流體連接器，所述 流體連接器貼附于栓體、或貼附于由包圍輸入口的孔道中的栓體支承的表面。
7.如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述流體連接器通過燒結的玻璃料貼附 于栓體、或貼附于由栓體支承的表面。
8.如權利要求1至3中任一項所述的反應器，其特征在于，所述通道可從所述多孔體的 外部經由輸入口和輸出口接入，所述輸入口位于多孔體的一側的壁上。
9.如權利要求8所述的反應器，其特征在于，還包括與輸入口連接的流體連接器，所述 流體連接器具有壓縮密封，其中，所述壓縮密封壓縮抵靠在多孔體一側的壁上。
10.如權利要求8所述的反應器，其特征在于，還包括與輸入口連接的流體連接器，所 述流體連接器貼附于所述多孔體一側的壁上。
11.如權利要求10所述的反應器，其特征在于，所述流體連接器通過燒結的玻璃料貼 附于所述多孔體一側的壁上。
12.如權利要求1至11中任一項所述的反應器，其特征在于，所述多個第二孔道配合起 來限定至少部分地延伸穿過多孔體的至少一部分第一流體通道和至少部分地延伸穿過多 孔體的至少一部分第二流體通道，所述第一流體通道和所述第二流體通道各自具有沿所述 多個第二孔道的孔道來回盤旋的路徑，所述第一流體通道和所述第二流體通道各自在所述 多孔體的端部或其附近、在所述多個第二孔道的孔道內將孔道與孔道橫向連接。
13.如權利要求12所述的反應器，其特征在于，所述第一流體通道和所述第二流體通 道從所述多孔體開始并源自單一通道。
14.如權利要求12或13所述的反應器，其特征在于，所述第一流體通道和所述第二流 體通道各自在多孔體內結束并重新結合形成單一通道。
15.如權利要求12至14中任一項所述的反應器，其特征在于，所述第一流體通道和第二流體通道從輸入口開始。
16.如權利要求12至14中任一項所述的反應器，其特征在于，所述第一流體通道和第 二流體通道始于多孔體的端部或其附近。
17.如權利要求1至16中任一項所述的反應器，其特征在于，所述流體通道在所述多個 第二孔道的孔道內，通過多個第二孔道的縮短的孔壁將孔道與孔道橫向連接。
18.如權利要求9至11中任一項所述的反應器，其特征在于，所述多孔體包括在輸入口 與流體通道鄰接的栓體。
全文摘要
一種用于使諸如連續(xù)流中的的流體反應的反應器，其包括擠出的多孔體，該多孔體具有按從所述多孔體的第一端至第二端方向平行延伸的孔道，所述多孔體具有多個第一孔道和多個第二孔道，所述多個第一孔道在所述多孔體的兩端開口，所述多個第二孔道的孔道在所述多孔體的一端或兩端封閉，所述多個第二孔道是相鄰的孔道且配合起來至少部分地限定至少部分延伸穿過所述多孔體的流體通道。所述流體通道優(yōu)選具有沿多個第二孔道的孔道來回盤旋的路徑，所述流體通道在多孔道體的端部或其附近、在多個第二孔道的孔道內將孔道與孔道橫向連接。
文檔編號B01J19/24GK101952029SQ200880126143
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權日2007年12月31日
發(fā)明者C·C·蓋爾穆, J·S·薩瑟蘭, P·卡茲 申請人:康寧股份有限公司