專利名稱：：擠出體裝置及用于流體處理的方法擠出體裝置及用于流體處理的方法相關申請的交叉引用本申請涉及并要求以下申請的權益于2007年3月31日提交的待審査和共同轉讓的美國專利申請序列第60/921，053號"蜂窩體連續流反應器(HONEYCOMBCONTINUOUSFLOWREACTOR);于2007年11月30日提交的歐洲專利申請序列第07301613.1號"用于制造氧化鋁微反應器部件的耐久性玻璃料組合物(DURABLEFRITCOMPOSITIONFORFABRICATIONOFALUMINAMICROREACTORCOMPONENTS)";于2007年12月31日提交的美國專利申請序列第61/018，119號"用于蜂窩體連續流反應器的裝置和方法(DEVICESANDMETHODSFORHONEYCOMBCONTINUOUSFLOWREACTORS)";于2008年1月31日提交的美國專利申請序列第61/063，090號"用于蜂窩體連續流反應器的裝置和方法(DEVICESANDMETHODSFORHONEYCOMBCONTINUOUSFLOWREACTORS)";以及于2008年2月29日提交的歐洲專利申請序列第08305041.9號"用于具有整合的熱交換的降膜反應器的方法和裝置(METHODSANDDEVICESFORFALLINGFILMREACTORSWITHINTEGRATEDHEATEXCHANGE)"。
背景技術：
：本發明一般性涉及用于流體處理的裝置和方法，具體地涉及用于流體處理的基于擠出體的裝置。發明概述在本發明的一個供選擇的實施方式中，提供用于處理流體的裝置，該裝置包括具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在至少一部分所述孔道內的貫通的第一流體通道，第一流體通道具有沿至少一部分所述孔道縱向來回盤旋的路徑。在本發明的另一個供選擇的實施方式中，提供制造用于處理流體的裝置的方法，該方法包括提供擠出體，所述擠出體內具有延伸的孔道，至少一部分的所述孔道互連，從而形成主要限定在至少一部分所述孔道內穿過所述擠出體的第一流體通道，所述流體通道具有沿至少一部分所述孔道縱向來回盤旋的路徑。在本發明的又一個供選擇的實施方式中，提供用于處理流體的方法，該方法包括以下步驟提供具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在所述多個第一孔道內的貫通的流體通道，該流體通道具有沿所述多個第一孔道縱向來回盤旋的路徑，至少一部分流體通道在相對于垂直于孔道的平面位于由多個第一孔道以外的多個第二孔道界定的路徑中；待處理的流體在流體通道中流動，同時另一種流體在多個第二孔道的一個或多個孔道中流動。在本發明的又一個供選擇的實施方式中，提供用于處理流體的方法，該方法包括以下步驟提供具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在所述多個第一孔道內的貫通的流體通道，該流體通道具有沿所述多個第一孔道縱向來回盤旋的路徑，至少一部分流體通道相對于垂直于孔道的平面位于由多個不屬于第一孔道的多個第二孔道界定的路徑中；待處理的流體在多個第二孔道的一個或多個孔道中流動，同時另一種流體在流體通道中流動。附圖簡要說明圖1是按照本發明的一個實施方式的用于流體處理的裝置的平面圖，所述裝置例如是熱交換器或熱交換器和反應器的組合，其包括擠出的多孔道體或蜂窩體，它們在垂直于孔道的平面內具有流體的路徑。圖2是圖1所示按照本發明的一個實施方式包括擠出的多孔道體的裝置的側視圖，示出流體路徑的補充細節。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明在孔道之間互連的方法。圖4是類似于圖3的截面圖，用于說明本文所用術語"盤旋"的含義。圖5是按照本發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道體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的第二流體路徑。圖6是圖5所示裝置的截面圖。圖7是按照本發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道體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的交替的流體路徑。圖8是圖7所示按照本發明的一個實施方式的裝置的側視圖，示出在擠出體上的流體聯接器(coupler)。圖9是本發明的流體連通的裝置的一種實施方式的截面圖。圖IO是裝置的分解透視圖，該裝置包括擠出的多孔道體或蜂窩體，該圖示出在擠出體的一側或兩側與輸入和輸出口聯接的流體聯接器。圖ll是按照本發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道體或蜂窩體，顯示與擠出體的流體連通。圖12是按照本發明的一個實施方式的裝置的俯視圖，該裝置包括擠出的多孔道體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的另一種流體路徑。圖13是按照本發明的一個實施方式的裝置的俯視圖，該裝置包括擠出的多孔道體或蜂窩體，該圖示出在垂直于孔道的平面內的另一種流體路徑。圖14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明將流體路徑分支化(manifold)或劃分的方法，分支或劃分有兩個路徑，一個在擠出體一端開始，一個在擠出體內開始。圖15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16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輸入口始于擠出體內的多個通道。圖17是擠出體或蜂窩體的截面圖，顯示擠出體或蜂窩體的孔道之間流體互連的另一個供選擇的實施方式。圖18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明在孔道之間互連的方法。圖19是擠出的多孔道體或蜂窩體的俯視簡圖，顯示按照本發明的一個供選擇的實施方式的流體路徑的補充細節。圖20是圖19的擠出的多孔道體或蜂窩體沿圖19中A-A線的截面圖。圖21是圖19的擠出的多孔道體或蜂窩體沿圖19中B-B線的截面圖。圖22是按照本發明的又一個供選擇的實施方式的擠出的多孔道體或蜂窩體的俯視簡圖，顯示在垂直于孔道的平面內的流體路徑以及孔道內的流動方向。圖23是圖20所示結構的一部分的供選擇的實施方式的局部截面圖。圖24是圖20所示結構的一部分的另一個供選擇的實施方式的局部截面圖。圖25是按照本發明的其他供選擇的實施方式的擠出的多孔道體或蜂窩體的俯視簡圖，顯示在垂直于孔道的平面內的兩種交替流體路徑和孔道內的流動方向。圖26A和26B是在垂直于擠出體孔道的平面內的流體路徑的其他實施方式的俯視圖。圖27A和27B是在垂直于擠出體孔道的平面內的多個流體路徑的其他實施方式的俯視圖。圖28A是圖27A所示的一個或多個栓體26在圖27的水平方向的截面圖。圖28B是圖27A所示的一個或多個栓體26F在圖27的水平方向的截面圖。圖29A和29B是按照用于本發明的方法形成的栓體材料的單獨栓體或成排栓體的截面圖。圖30A-30C是與圖6A-6B類似的截面圖，說明按照用于本發明的方法所理解的栓體的形成。圖31A-31B是與圖29A-29B類似的截面圖，顯示按照可用于本發明的方法的另一種實施方式形成的栓體240。圖32A-32D是與圖29A-29B類似的截面圖，顯示按照可用于本發明的方法的另一種實施方式形成的栓體240。發明詳述下面將詳細參考本發明的優選實施方式，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。本發明涉及用于處理流體的裝置12，例如反應器或熱交換器，或者反應器和熱交換器的組合，所示裝置例如包括具有多個拉長的孔道18的擠出體或者單塊體20，其實施方式示于圖1的俯視圖和圖2的透視圖中。擠出體20具有貫通的第一流體通道28，主要限定在至少一部分的所示孔道18內，第一流體通道28具有沿至少一部分所示孔道18縱向來回盤旋的路徑，如圖2所示。第一流體通道28優選限定在孔道18的多個第一孔道24內，如由圖1所示。如圖1所示，在第一流體通道28的至少一部分通道相對于垂直于孔道的平面，優選位于由多個不屬于第一孔道24的多個第二孔道22界定的路徑29中。為達到最大熱交換能力，雖然可以采用多個孔道寬度的路徑，但是優選路徑29在其全部長度上或至少主要長度部分上僅為一個或兩個孔道寬度，在這種情況下表示為一個孔道寬度。窄路徑能使通道28的接觸面積與體積的比值較大，即，以下(1)與(2)的比值較大，(1)通道28與多個第二孔道22的接觸面積，(2)第一流體通道28的體積，接觸面積與體積的比值較大有益于熱交換或需要通道28與孔道22靠近的其他目的。在圖l和2所示的實施方式中，多個第一孔道24也是鄰近的，一般優選有效利用擠出體或蜂窩體20內的空間。在圖l和2示出的特定實施方式中，第一流體通道28由位于所述擠出體20的一端或多端的一個或多個栓體26部分地限定。圖3的截面圖中更詳細地顯示另一個示例的實施方式。已將用于劃分孔道22的壁31的選定端部除去，這些選定的端部配合能部分地限定通道28，并且設置栓體26，以使形成栓體26的材料與壁31的其余部分隔開，以將孔道22互連。因此將第一流體通道28限定在多個第一孔道22內，并且還部分地被栓體或連續的堵塞材料26限定。應注意，通道28不必具有圖3所示的許多轉彎，來證明本文所用的術語"盤旋"。通道在縱向即沿孔道方向形成"S"形已足夠，如圖4所示。多個第二孔道24可以都是平行敞開的，使一種或多種流體可以沿孔道24直線流過擠出體20，如圖1和圖2中所示。或者，如圖5和圖6所示，圖6的截面一般是沿圖5所示的路徑23截取時，至少一個第二流體通道27可以主要限定在多個第二孔道24的至少一部分孔道內，第二流體通道27還具有沿至少一部分的所述多個第二孔道24縱向來回盤旋的路徑。在所示實施方式中，第二流體通道27相對于垂直于擠出體20的孔道18的平面位于圖5所示的路徑23中。在本發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都是盤旋的，如圖7的俯視圖所示。在圖7的俯視圖中的多個第一孔道22在垂直于孔道18的平面內一般以盤旋的路徑排列。因此流體通道28在縱向方向、在圖7的平面內和之外以相對較高的頻率盤旋，在垂直方向、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能夠允許高的路徑總體積和長的路徑總長度，同時保持路徑和孔道24之間大的表面積，并允許裝置12的總填充尺寸較小。由圖7可知，多個第一孔道22的盤旋設置是本發明的優選實施方式之一;其他設置是可能的或者甚至需要的，取決于應用。不考慮圖l、5和7的平面內路徑的形狀，如上所述為了產生最高熱交換一般優選大多數的路徑是窄的，僅為一個或兩個孔道寬度。這使得第一流體通道28能夠具有非常高的表面與體積的比值和在緊湊體積中長的長度，但是不易制造。需要時，在寬度方向一個以上孔道的分組25中孔道18的其他孔道可以在通道28和路徑29的進口和出口30周圍被堵塞，如圖1和圖5所示。這些其他的堵塞孔道可對0形密封或燒制的熔接密封或其他密封系統提供支撐，以提供與通道28的流體連通，并任選地可以不形成通道28的一部分。圖8示出該實施方式的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。如這些附圖所示的，具有使流體通道28通過擠出體20的一端與擠出體20外部流體連通的作用。需要時可以使用兩個端部。為達到耐久性和化學惰性，擠出體或蜂窩體20優選由擠出玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷材料形成，但是可以使用具有所需性質的任何可擠出的材料，包括各種不同材料，如金屬、聚合物、石墨/碳等。例如，可以用瓷釉或PTFE涂料涂覆碳或金屬單塊體。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選。所述多孔道體的孔道密度可以高達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的多孔體是形成高熱交換性能裝置的可能的最佳選擇。圖9是用于流體處理的流體連通裝置10的截面圖，該裝置包括擠出的多孔道體20，該圖顯示提供與擠出體20的流體連通的一種供選擇的方式。在圖9的實施方式中，流體外殼40通過密封物42支撐該擠出體。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。流體通道48中可用于流動熱控制流體或其他流體，該流體通道通過多個第二孔道24與外殼40結合形成，孔道24在這種情況下是敞開的，如圖1和圖7所示。因此，流體通道48構成另一種類型的第二流體通道，與圖5的第二通道27不同，流體通道48包括穿過多孔道體、平行通過多個第二孔道的多個孔道的單向通道。需要時在同一多孔道體20內可以同時使用這兩種類型。在圖9的裝置10中，通道28通過流體聯接器46經過流體導管30實現進入多孔道體20中。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IO是反應器12的分解透視圖，該反應器包括擠出的多孔道體或蜂窩體，該圖示出在擠出體20的一側或多側與輸入口和輸出口30連接的流體聯接器46。流體聯接器46包括流體聯接器主體50，該主體具有包圍流體通道54的凸起的同心環52。當組裝時，凸起的環52使彈性體0形環56保持壓向在所述多10孔道體20的側面上形成的平坦表面58。平坦表面58可通過在進行流體連通的區域去除幾排孔道18而形成。已經顯示在擠出體20的每單位面積內保留的許多壁結構提供了足夠的支撐，以抵靠平坦表面58形成強化的(robust)壓縮密封。裝置12如圖10所示的該實施方式，排列成使第一流體通道28通過擠出體20—般平行于孔道18的表面58與擠出體20的外部流體連通，從而形成流體連通裝置10的優選構形。如圖11所示，示出連通裝置IO的優選排列的截面圖，該裝置包括擠出的多孔道體或蜂窩體20，該裝置與該體構成流體連通。相應標出對應于圖9實施方式的特征。圖9實施方式的優點包括沒有密封物44，在兩個流體通道28和48之間沒有任何直接的密封物(例如密封物44或流體聯接器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，即使有任何密封失效也不會導致自兩個通道28和48的流體互混。圖12和13是用于流體處理的裝置12的俯視圖，該裝置包括擠出的多孔道體或蜂窩體20，該圖顯示按照本發明的其他供選擇的實施方式的又一種在垂直于孔道18的平面內的流體路徑29。由這些圖可知，這些實施方式包括在流體路徑29中的分支化，使路徑29在垂直于孔道的平面內分成平行的路徑。圖14是在擠出體20的一端或兩端封閉的多個第一孔道22的截面圖，顯示本發明用于將流體路徑29和通道28分支化或劃分的一種方法，以獲得圖12和13中所示的具有兩個流體通道或流體通道28的分支的路徑29，所述流體通道或分支從在平行于孔道22和24的平面內的一個分出并且在擠出體20內開始分支化。在要求降低流體移動通過裝置的壓降時可采用分支化產生多個路徑。圖15是擠出體或蜂窩體結構的一端的局部俯視圖，該圖顯示用于分支化的方法或結構，該結構具有多個通道28和/或路徑29的平行子分支，始于在擠出體一端上的輸入口30的擠出體內。通過簡單地在口30增加未堵塞的孔道數量，從一個增加至四個(如圖所示)或更多個，實現這種分支化。圖16是擠出體或蜂窩體結構的局部俯視圖，顯示在如圖IO所述的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。與圖15所示的實施方式類似，通過在口30提供尺寸相對大于孔道18的開口，獲得流體通道28和路徑29的多個平行分支。除了提供多個平行孔道(該圖中為四個孔道)外，通道28可引向兩個方向，如兩者擇一，如箭頭所示。通道28的每一分支只使用一個方向也是一種供選擇的方式。作為可應用于本發明的所有實施方式的另一個可選特征，栓體26在限定第一流體通道28或第二流體通道27的一部分時發揮的功能，可以通過位于擠出體20的一端或多端的一個或多個蓋狀物98、102來替代表現，如圖17所示。在圖17的截面中示出蓋狀物98、102的兩種變化。蓋狀物98包括用作流體互連的凹進或通道99,以設置擠出體20中流體連通的連續孔道。因此不需要將擠出體20的壁縮短，在其他實施方式所示的栓體26的情況中一般要求縮短。可以使用密封劑或襯墊材料100以幫助將蓋狀物98密封在擠出體20上。蓋狀物102為平坦末端板形式，與擠出體20的縮短壁31配合，形成穿過該擠出體的流體路徑。同樣可以使用密封劑或襯墊材料104。作為可應用于本發明的所有實施方式的另一種變體，第一流體通道28或第二流體通道27的一部分，或者這兩者的一部分，可以沿兩個或更多個平行孔道的各自的多個連續分組而行，如圖18所示。在圖18的實施方式的情況中，如圖所示多個連續分組116各自包含兩個第一孔道22，第一流體通道28沿孔道22的多個成對連續孔道而行。圖19顯示擠出體20的俯視圖，該擠出體中流體通道28沿每組三個平行孔道的多個連續分組116而行。要求去除縮短的壁，各去除水平由其相對陰影部分表示。路徑29在垂直于孔道18的平面內盤旋。在路徑29的任一側的所有孔道、或者優選至少大多數孔道是第二孔道24，而不是第一孔道22的一部分。路徑29的寬度優選為一個孔道的寬度。圖20是圖19的擠出體沿圖19中A-A線的截面圖。由圖19的截面圖可以知道，選擇的壁31在擠出體20的一端被部分去除。優選使孔道的連續分組116之間的中心壁去除的材料比所述分組之間的其余壁去除的材料更多。在圖20所示的實施方式中，使用栓體26來密封其中形成有通道28的孔道22的端部。接下來的連續分組16通過室126、栓體26和通道28而流體聯合，室126至少部分地由分組116之間的縱向范圍縮短的壁31限定，栓體26封閉分組116，通道28在這些組內限定始于擠出體20的外部。箭頭顯示為反應物或其他流體(如熱控制流體)設計的在通道28內的一般流動方向。代表通道48的箭頭顯示樣品在多個第二孔道24內的流動方向，第二孔道24用于流動另一種流體，例如熱控制流體或反應物。圖21是圖19的擠出體沿圖19中B-B線的截面圖。栓體26將通道28與12擠出體20外部隔離。由該圖可以知道，栓體26在至少一個橫截面上較窄，提供與擠出體20的綽綽有余的接觸面積，以達到良好密封。圖22顯示孔道22的分組116的一種供選擇的構形，該構形中限定了通道28，連續分組116被各自的空孔道134隔開。空孔道134可通過內栓體136與通道28密封隔離，如圖23所示。這導致第一流體通道28，該通道由位于流體通道28和所述體20的主要部分之間的一個或多個栓體136部分地限定。任選地，可使用小型蓋狀物替代栓體136。需要時可以使用空孔道134使連續分組116相互熱隔絕。圖24是擠出體的局部截面圖，顯示可用于本發明的所有其他實施方式和變體的供選擇的密封實施方式。在該實施方式中，使用可移動的栓體或端蓋138。可移動栓體或端蓋138材料可包括耐化學性的聚合物等。可移動的栓體或端蓋138能用于清潔反應器裝置，或者更具體地用于促進催化劑沉積、回收或再生。端蓋例如端蓋98和102也可以是可移動形式，以供選擇。圖25是按照本發明的其他供選擇的實施方式的擠出的多孔道體或蜂窩體20的俯視簡圖，顯示在垂直于孔道的平面內的交替路徑29以及在孔道內的流動方向。如圖25所示，不必將連續孔道分組116限定為用于平行流動的兩個或三個孔道一組作為通道28的一部分。每個分組116可以使用更多的孔道，例如圖的右面所示的五個孔道，或者如圖的左面所示的十個孔道，或者甚至更多。在要求降低通道28中流動阻力的情況中，可以使用較大的分組116。需要時，在通道28內的成排連續孔道140之間的互連體142也可以是平行的，艮P，這些互連體可以是多個孔道寬度，以達到在通道28內較低的流動阻力。這些特征可與一個或多個空孔道134組合使用。在成排孔道140之間的平行互連體142產生的路徑29原則上是單孔道寬度，為成排孔道140的部分長度。理想地，單孔道寬度是路徑長度的至少一半，優選至少70%以上，更優選80%，最優選90%。圖26A和26B顯示用于栓體或連續栓體材料26的其他供選擇的圖案，相應于下面的路徑29和通道28的圖案。在各種情況中，在閉合孔道的主要部分中限定的流體路徑按流進該圖和流出該圖的方向，沿孔道方向盤旋。在圖26A中，路徑與擠出體20內的分支化平行，在圖26B中路徑即便要平行也是在擠出體20外與分支化平行。圖27A和27B顯示本發明的另一個實施方式，從而可以形成對流或并流的熱交換器或反應器。另外的栓體或堵塞材料26F在擠出體20內形成多個平行的第二流體通道27并留下多個進口或開口30。圖28A是圖27A所示的一個或多個栓體26在圖27的水平方向的截面圖。栓體26部分地限定第一流體通道28。圖28B是圖27A所示的一個或多個栓體26F在圖27的水平方向的截面圖。栓體26F部分地限定第二流體通道27，第二流體通道與第一流體路徑相鄰并沿第一流體路徑的方向，使得在第一和第二流體通道中在擠出體20的相鄰孔道中能夠形成相對于彼此的并流或對流。因此，第二流體路徑可以為相對于第一流體通道28的對流方向或者并流方向，取決于供給兩個通道的流體流動的相對方向。可以采用各種方法和組合物用于形成栓體26或者連續栓體材料26，以堵塞單塊體20的孔道。希望采用簡便可靠的方法提供栓體，這些栓體在最高55巴或者甚至更高的壓力沒有泄漏，并且能夠耐受各種酸、堿和溶劑。本發明包括這種方法，參照圖29描述了這種方法的一個實施方式。假設擠出的單塊體20具有多個沿共同方向延伸的孔道以及一個或多個有敞開的一個或多個孔道的端面，并假設敞開孔道包括一些被密封的孔道和一些在指定密封步驟保持敞開的孔道，在圖29中所示的堵塞方法包括用包含玻璃料的栓體240、通常用有機粘結劑填充待密封的一個或多個孔道的敞開端，使栓體的外部242延伸超出該孔道的端部，并使栓體的外部242還延伸超過該孔道的寬度W，如圖29A示出的單塊體20的一個孔道18。單塊體20和栓體240然后一起充分加熱，使玻璃料固結和充分流動以密封各孔道，如圖29B所示，圖29B顯示加熱后的代表性孔道的輪廓。雖然不希望或者不意圖受理論的束縛，本發明人提出以下內容作為對該方法的基本操作的當前理解由圖30A所示形式的栓體240開始，當首先加熱該栓體時，玻璃料與粘結劑混合物的脫膠(debinding)，和/或玻璃料的固結會引起栓體240收縮，玻璃沒有發生明顯流動或變形。這導致栓體240離開待堵塞的孔道的一個或多個壁，產生如圖30B所示的間隙244。因為栓體240的外部242充分延伸超出孔道的寬度W，栓體242保持與壁的頂部表面接觸，間隙244在頂部表面是敞開的。這使得栓體流動，當栓體在表面作用力的影響下軟化和開始圓化時，返回按壓在間隙敞開的壁上，密封間隙使其閉合，在單一加熱步驟中提供了堅固無泄漏的密封。根據本發明的另一個方面，還可以利用軟化的玻璃的流動性質，從而在密14封過程中提供較大的失誤余地。可以通過用包含玻璃料的栓體240填充待密封的一個或多個孔道的敞開端部實現，使栓體的外部242延伸超過孔道的該端部，并使栓體的外部242還延伸超過孔道的一個或多個壁的外表面，如在圖31A示出的單塊體20的一個孔道的情況，由自孔道向上延伸的虛線示出該孔道壁的外表面的位置。根據需要還可以用更深的栓體調整未加熱的栓體的深度，例如圖31A和31B所示，通常可以提供更堅固的密封，但代價是一定程度地減小內體積。單塊體和栓體然后一起充分加熱，使玻璃料固結和充分流動以密封各孔道，如圖31B所示，圖31B顯示加熱后的代表性栓體的輪廓。因為玻璃會收縮和本身牽拉，因此計劃在該操作中保持敞開的相鄰孔道不進行堵塞，但是圖31B的制成的栓體240覆蓋單塊體壁的可能的尖角，減小在壁以及制成的栓體結構中形成應力集中的幾何形狀的可能性。一種有效制備上述預燒制的栓體的方法示于圖32A-D。圖32A顯示單塊體20的截面圖，在該單塊體20的端面所有孔道而不是中間的一個孔道被厚掩模280如帶狀掩模覆蓋。厚掩模280的厚度為l-2毫米，可以由一層或兩層厚的壓敏帶狀材料或柔性模塑掩模材料例如硅酮形成。將掩模280的邊緣定位，使它們不能完全覆蓋在待堵塞的端部孔道的任一側的單塊體壁的頂部。然后將玻璃基栓體材料施用于單塊體的端面，使栓體材料在掩模280的兩個部分之間流動，并流入單塊體20的孔道的端部，如圖32B所示。室溫下栓體材料可以是糊料，能用抹刀將其鋪展在掩模上面，以除去過量的栓體材料。或者，可以將栓體材料懸浮于蠟粘結劑中，在熱板上鋪展一層栓體材料，使其形成均勻的薄層(1-2毫米厚)，然后將具有厚掩模280的單塊體的端面擠入熔融栓體材料的薄層中。然后將熱板冷卻或使之冷卻，使栓體材料固化并粘附于單塊體和掩模。然后從單塊體的端面去除厚掩模280，在圖32C中留下玻璃基栓體材料，栓體240具有外部242，如圖30A標示的，延伸超過該孔道的端部，即超過單塊體的端面。栓體240的外部242延伸超過待堵塞的孔道的寬度W，使栓體至少與和該孔道相鄰的單塊體壁頂部的一部分接觸。然后，加熱該單塊體，以使玻璃基栓體材料與單塊體粘結，形成無泄漏的密封。在燒結周期的最初加熱步驟中，栓體材料的聚合物粘結劑燒盡，如上文對于圖30的所述內容。這樣導致堵塞材料發生部分收縮。重要的是，在這一步驟和繼續燒制周期時的隨后栓體收縮期間，栓體材料保持與單塊體壁接觸或者最靠近單塊體的壁。要求這種接觸或靠近達到以下程度在加熱栓體材料至升高的溫度使栓體材料流動時，足夠靠近以濕潤所有四個相鄰的單塊體壁，或者至少在任何預先機加工或其他處理以選擇性去除壁之后仍保留的所有相鄰壁。這種壁潤濕方式防止形成間隙并提供牢固的密封。表面張力作用還能誘使栓體材料與單塊體壁密切接觸。例如，栓體材料上最初的方角在燒結時圓化，導致栓體材料向下有限傳送到靠近栓體-壁界面的位置，最終栓體的形狀示于圖32D。作為易于制造的一種供選擇的實施方式，為帶形的其他有機材料的掩模280在一起加熱單塊體和栓體形成密封的同一步驟中燒盡或成為灰份。本發明的一個優選實施方式可通過以下方式進行，將包含玻璃料(例如7761Pyrex⑧玻璃料)的體擠出并燒結，然后將擠出的燒結體再拉制為平行側面形狀，然后對孔道敞開的端面進行精制，以獲得平坦頂部和底部以及所需的長度。然后將制得的擠出體用板簡單密封，所述板優選由和該擠出體相同的材料制成，以達到簡單的玻璃與玻璃的熱密封。板上可以具有刻花的槽，允許對相鄰孔道的簡單"U轉"連通，如上述圖17的端蓋98形式。這種刻花可采用樹脂掩模后的化學蝕刻、熱玻璃浮雕、玻璃料微成形的形式，或者更常規的方式例如機加工和噴砂進行。槽的尺寸相應于孔道的直徑，例如對再拉制的擠出體的一個尺寸可以是例如0.5毫米深。擠出體的孔道尺寸可以在例如IO微米至最高1毫米范圍，取決于采用的再拉制比。再拉制的玻璃孔道網狀物對l平方毫米部分其厚度通常為100微米，對0.01平方毫米部分小于20微米。因此，冷卻和加熱方式例如其他液體或加熱元件可以非常靠近進行熱控制的區域。在單獨進行切割和兩端進行拋光之前，多孔道體的孔道可以進行化學功能化，例如進行表面處理，使孔道壁具有不潤濕的表面。例如對一些生物和藥學處理需要極小的孔道時，優選這種再拉制的玻璃的實施方式。實施例具有玻璃栓體的氧化鋁擠出體選擇氧化鋁擠出單塊體進行研究，原因是氧化鋁具有的強度、惰性和適度的熱導率。研制玻璃組合物，因為玻璃組合物與氧化鋁的優良的CTE匹配性及其優異的耐化學性而被選擇使用。在下面表1示出玻璃組合物表1<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>為玻璃料形式的玻璃組合物與17重量％的蠟基粘結劑(CerdecMX4462蠟，由CerdecFrance,S.A.制造)混合，形成最終的栓體組合物。然后，在有預切割的端壁的氧化鋁單塊體的端面上施用掩模。將帶狀掩模定位，使兩個長孔道區域不被該帶狀掩模掩蔽。同時，在125r的熱板上加熱該栓體材料，使其熔化并鋪展成為l-2毫米厚度的薄層。然后將氧化鋁單塊體的端面應用于熔融栓體材料上，使該栓體材料流動通過掩模中的間隙，進入該單塊體的孔道的端部。栓體材料和氧化鋁單塊體冷卻后，去除掩模。氧化鋁單塊體然后于875'C燒結30分鐘。將該單塊體水平(在其一側)放置于爐內，使兩個栓體的隆脊的取向與爐的底面平行。在燒結期間栓體材料軟塌，使其保持與氧化鋁單塊體的壁接觸。在未縮短的兩個側壁上在形成的栓體和氧化鋁單塊體之間同時產生長的粘結線(bondline)。因為進行燒結的氧化鋁單塊體以其一側放置，所以會產生栓體形狀一定程度的不對稱，但是目標孔道得以成功地密封。視力檢測端面上玻璃栓體材料和氧化鋁單塊體側壁之間的界面，確定沿栓體隆脊的兩個側面都被良好潤濕。延伸在氧化鋁單塊體側壁頂部的栓體材料116沿栓體側壁界面沒有可看見的間隙。具有與氧化鋁單塊體良好匹配的CTE，栓體材料沿其整個長度沒有收縮裂紋或其他缺陷。本發明人相信使用的玻璃組合物當在按照摩爾百分數(摩爾％)計的以下組成限度內時能得到滿意的結果2<B203<7摩爾％75<Si02<80摩爾％3<A1203<5摩爾％2〈Zr02〈5摩爾％9<Na20+K20<15摩爾％0<堿土金屬+鑭系〈15摩爾％其中，Si02、A1203和Zr02的總摩爾百分數大于82但小于86，B203、Na20、K20、堿土金屬和鑭系的總摩爾百分數大于13但小于18。玻璃擠出體，再拉制，用玻璃密封將再拉制的600-8Pyrex⑧擠出體的一部分切割成20毫米的長度。將兩個面拋光，在壁端部去除1毫米(例如圖17中縮短的壁31所示)，以簡化原型上的孔道連通，不需要對端板結構化。在頂部板上鉆兩個輸入和一個輸出裝置。將隨后要將隨后要熱組裝在擠出的多孔道Pyrex⑧體上的端板在78(TC的爐子中保持20分鐘。需要時已經使用粘合劑以保持任何表面處理。然后注射兩種有色流體，兩種流體都按盤旋路徑、交替、上下通過孔道至孔道直到混合區，各通道在混合區中連接，一種流體在另一種流體中快速擴散，原因是有許多呈現局部斷面變化的U型轉彎。需要時可通過以下方式改進混合，交替使用較大和較小的孔道斷面，可以使用一個然后使用平行的幾個孔道來實現這種效果。制造氧化鋁擠出體擠出使用雙螺桿擠出機擠出二英寸(5.08厘米)直徑的400/4和200/6基板，所述基板具有以下組成-無機物(100重量％總量)氧化鋁-A3000F(Alcoa)，75wt.%煅燒的氧化鋁A3000(Alcoa),25wt.%固體粘結劑/有機物(重量％，相對于無機材料的總重量)甲基纖維素-(MethocelF240,Dow)5wt.%油酸，2wt.%水要求(目標為相對于無機材料的總重量的9.5wt%)采用以下過程手工混合水。以17wtJ水開始，并減少2%。當批料達到正確的水要求時，用400/4和200/6的模頭進行擠出。燒結基板在165(TC燒結期間保持形狀(有7%的收縮)。在以端部直立的情況下成功燒結高長徑比的基板(長度=2.7x直徑)，沒有發生下垂或"象腳(el印hantfoot)"效應。對直徑2英寸的基板的燒結周期以5CTC/分鐘的速率從2(TC升高至300°C(5.8小時)以2rC/分鐘的速率從30(TC升高至550°C(12.1小時)以10(TC/分鐘的速率從550"C升高至1700°C(11.0小時)在170(TC保持4小時。以100。C/分鐘的速率從170(TC降低至20°C(16.8小時)燒結氧化鋁基板的SEM圖像證實為閉孔結構。氧化鋁基板已在175(TC成功燒結4小時。當在175(TC燒結時，基板收縮11.0%,目視觀察為淺黃色，而不是白色基板。氧化鋁栓體材料和燒結開發了各種氧化鋁和玻璃栓體組合物。有用的組合物和方法包括(1)能用于允許低溫固化(20-15(TC)的預燒結的氧化鋁基板的有機栓體(2)用于堵塞生坯氧化鋁基板然后在170(TC燒結的氧化鋁栓體，和(3)用于預燒結的氧化鋁基板并于700-80(TC燒結的玻璃基栓體。使用硅酮粘合劑的有機栓體硅酮粘合劑提供良好的耐化學性和在寬溫度范圍的操作。所述栓體還能夠采用簡單的帶狀掩模方法和室溫固化。在6.8巴壓力下測試各栓體，沒有發生泄漏或失效。使用填充和未填充的環氧化物粘合劑的有機栓體各種未填充的環氧化物可以1份式和2份式制劑形式獲得。這些低粘度的環氧化物是自流平的，消除在孔道角中形成針孔的問題。可以改進栓體模量(plugmodulus)，以提供剛性栓體，在用于高壓操作條件下提供高強度。它們還能在寬溫度范圍提供中等耐化學性，以及在室溫或略升高溫度下固化。帶狀掩模可以容易地傳送栓體材料。顯示了無泄漏的氧化鋁擠出體的堵塞。對用填充玻璃的環氧化物密封的單一孔道在最高55巴下進行測試，沒有發生破損。具有油基粘結劑的氧化鋁栓體材料在油基氧化鋁栓體中填充在上述基板中使用的同樣的AA4/AA5氧化鋁，Durasyn162(Innovene，NapervilleIllinoisUSA)和PIB(聚異丁烯)用作有19機粘結劑。通過手動注射器注射和帶狀掩模，在氧化鋁基板上形成栓體。栓體材料糊料的CTE與氧化鋁基板的CTE相匹配，燒結后沒有目視可觀察到的裂紋。在6.8巴壓力下測試各栓體，沒有發生泄漏或失效。堵塞材料的組成玻璃料90.0wt.。/o無機物67.5wt.%AA5氧化鋁22.5wt.%AA4氧化鋁10.0wt.%聚合物粘結劑9.0wt.%Durasyn1620.8wt.%油酸0.2wt.%PIB有蠟基粘結劑的氧化鋁栓體材料蠟基氧化鋁栓體中填充有和基板中使用的相同的AA4/AA5氧化鋁。使用蠟粘結劑以降低糊料的粘度并且改善在升高溫度(10(TC)時進入孔道的流動。堵塞材料在冷卻后原位凝固。堵塞每個端面后的脫膠(debind)步驟(25(TC保持30分鐘)能在整個燒結溫度上升期間保持栓體的形狀。在6.8巴下測試各栓體，沒有發生泄漏或失效。填充氧化鋁的玻璃堵塞材料采用以下堵塞組合物制備填充氧化鋁的玻璃栓體13.55%CerdecMX-4462蠟8.64%的-63微米的玻璃組合物的玻璃料，該組合物包含70.2%氧化硅20.4%氧化硼3.4%氧化鋁1.4%氧化鋰2.3%氧化鈉1.1%氧化鈣1.3%氟化物22.23%的-63微米的玻璃組合物的玻璃料，該組合物包含60.4%氧化硅12.4%氧化硼6.1%氧化鋁2.7%氧化鋰9.1%氧化鈉1.2%氧化鉀4.4%氧化鈣3.2%氧化鎂0.6%氧化鋯22.23%A-3000氧化鋁(Alcoa)33.33%KC#50氧化鋁(KCAbrasives,KansasCity,Kansas)相對于全部玻璃的堵塞材料，這種加入填充分數為50重量％的氧化鋁的組合物的體積收縮明顯較小。蠟粘結劑能夠在升高溫度下一定程度流平或流動。將這種栓體材料堵塞在預燒結的氧化鋁基板中，并于79(TC燒結2小時，沒有出現體積收縮的間隙。其他測試證實成功地用帶狀掩模對孔道進行掩蔽。熱交換利用水-水熱交換，對與圖8所示類似的氧化鋁裝置測定總傳熱系數。在通過多個第二孔道24的冷卻劑流速最高為10升/分鐘條件下，對盤旋路徑中最高為245毫升/分鐘的流速測定U最大為2600-3400W/m2-K。流體處理的備選本發明的裝置和方法提供了在相對小的體積內異常長、高表面積的流體通道，而且這種通道相對容易制造。作為一種備選，未被第一通道所使用的孔道可以形成很高通量的熱控制通道，而操作流體或反應物在第一通道中流動。或者，對要求極短停留時間的流體，操作流體或反應物可以流動通過未被第一通道使用的孔道，而第一通道可用于熱控制或其他流體。權利要求1.一種用于處理流體的裝置，該裝置包括具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在至少一部分所述孔道內的貫通的第一流體通道，第一流體通道具有沿至少一部分所述孔道縱向來回盤旋的路徑。2.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，第一流體通道限定在所述多個第一孔道中，至少一部分的第一流體通道相對于垂直于孔道的平面位于由多個不屬于第一孔道的多個第二孔道界定的路徑中。3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述路徑為一個孔道寬度。4.如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，第二流體通道主要限定在至少一部分所述多個第二孔道中。5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，第二流體通道包括穿過擠出體、平行通過所述多個第二孔道的多個孔道的單向通道。6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，第二流體通道具有沿至少一部分所述多個第二孔道縱向來回盤旋的路徑。7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，至少一部分所述第二流體通道沿每組兩個或更多個平行孔道的多個連續分組而行。8.如權利要求1-7中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一部分所述第一流體通道沿每組兩個或更多個平行孔道的多個連續分組而行。9.如權利要求6-8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二流體通道與第一流體路徑相鄰并沿第一流體路徑的方向，使得在第一和第二流體通道中在擠出體的相鄰孔道中形成并流或對流。10.如權利要求1-9中任一項所述的裝置，其特征在于，多個第一孔道是鄰近的。11.如權利要求1-10中任一項所述的裝置，其特征在于，第一流體通道部分地由一個或多個位于所述擠出體的一個或多個端部的蓋狀物限定。12.如權利要求1-IO中任一項所述的裝置，其特征在于，第一流體通道部分地由一個或多個位于所述擠出體的一個或多個端部的栓體限定。13.如權利要求1-12中任一項所述的裝置，其特征在于，第一流體通道部分地由一個或多個位于所述流體通道和所述擠出體之間的栓體或蓋狀物限定。14.如權利要求1-13中任一項所述的裝置，其特征在于，第一流體通道通過擠出體與所述孔道大致平行的表面與擠出體的外部流體連通。15.如權利要求1-13中任一項所述的裝置，其特征在于，第一流體通道通過擠出體的一個或多個端部與擠出體的外部流體連通。16.如權利要求1-15中任一項所述的裝置，其特征在于，擠出體包括玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷。17.如權利要求1-15中任一項所述的裝置，其特征在于，擠出體主要由氧化鋁組成。18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括包含玻璃的密封物或栓體，所述玻璃在按照摩爾百分數(摩爾％)計的以下組成范圍內2<B203〈7摩爾％75<Si02〈80摩爾％3〈A1203<5摩爾％2〈Zr02<5摩爾％9<Na20+K20<15摩爾％0<堿土金屬+鑭系〈15摩爾％其中，Si02、A1203和Zr02的總摩爾百分數大于82但小于86，B203、Na20、K20、堿土金屬和鑭系的總摩爾百分數大于13但小于18。19.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括包含燒結的填充玻璃料的密封物或栓體。20.—種制造用于處理流體的裝置的方法，該方法包括提供具有延伸孔道的擠出體；將至少一部分所述孔道互連，以形成主要限定在至少一部分所述孔道內穿過該擠出體的第一流體通道，該流體通道具有沿至少一部分所述孔道縱向來回盤旋的路徑。21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，將至少一部分孔道互連的步驟包括選擇性地去除一個壁的端部，將所述擠出體劃分出兩個孔道并堵塞該兩個孔道，使形成栓體的材料與該一個壁的其余部分隔開，以將兩個孔道互連。22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，提供擠出體的步驟包括提供生坯擠出體，堵塞步驟進一步包括將栓體與擠出體一起燒結。23.如權利要求20所述的方法，其特征在于，提供擠出體的步驟包括提供包含氧化鋁或具有第一軟化點的其他材料的燒結擠出體，堵塞步驟進一步包括用含具有第二軟化點的材料的玻璃料進行堵塞，并燒結所述玻璃料，所述第一軟化點高于所述第二軟化點。24.如權利要求23所述的方法，其特征在于，堵塞步驟進一步包括用包含玻璃料的材料填充至少一個待堵塞孔道的開口端，使所述材料的外部延伸超過該孔道的端部，還使所述材料的外部在不進行堵塞的孔道的方向延伸超過孔道的寬度，將擠出體與包含玻璃料的材料一起充分加熱，以使玻璃料固結并充分流動以密封其中一個孔道。25.如權利要求21-24中任一項所述的方法，其特征在于，堵塞步驟進一步包括掩蔽不進行堵塞的孔道，堵塞未掩蔽的孔道，在燒結栓體期間或開始時將掩模灰化。26.如權利要求20所述的方法，其特征在于，將至少一部分所述孔道互連的步驟包括進行壓蓋。27.—種處理流體的方法，該方法包括提供具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在所述多個第一孔道內的貫通的流體通道，流體通道具有沿所述多個第一孔道縱向來回盤旋的路徑，至少一部分的流體通道相對于垂直于孔道的平面位于由多個不屬于第一孔道的多個第二孔道界定的路徑中；和使待處理的流體在流體通道內流動，同時使另一種流體在多個第二孔道中的一個或多個孔道內流動。28.—種處理流體的方法，該方法包括提供具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在所述多個第一孔道內的貫通的流體通道，流體通道具有沿所述多個第一孔道縱向來回盤旋的路徑，至少一部分的流體通道相對于垂直于孔道的平面位于由多個不屬于第一孔道的多個第二孔道界定的路徑中；和使待處理的流體在多個第二孔道中的一個或多個孔道內流動，同時使另一種流體在流體通道內流動。全文摘要揭示一種用于處理流體的裝置，該裝置包括具有多個拉長的孔道的擠出體，該擠出體具有主要限定在至少一部分所述孔道內的貫通的第一流體通道，第一流體通道具有沿至少一部分所述孔道縱向來回盤旋的路徑。文檔編號C03C8/12GK101678312SQ200880015994公開日2010年3月24日申請日期2008年3月31日優先權日2007年3月31日發明者A·M·埃弗摩夫,C·C·蓋爾穆,C·W·坦納,G·P·馬克斯,J·F·小懷特,J·S·薩瑟蘭,K·斯庫爾茨,P·卡茲,T·L·達努克斯申請人:康寧股份有限公司