專利名稱：一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器及其制備方法
技術領域：
本發明涉及氣體混合的技術領域，特指一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器及其制備方法。
背景技術：
自20世紀90年代以來，隨著納米材料以及微機電系統的迅速發展，人們對小尺度和快速過程領域進行了大量的研究。微混合器件是微化工行業重要的執行器件，具有效率高，反應時間迅速，消耗試劑量較少等特點。因此前人對其進行了大量的研究。
微混合器一般分為主動式和被動式兩種類型，主動混合器有外加擾動源，而被動混合器一般只需要引起流體流動的壓力源即可，不需要外加動力源即能實現快速混合。在國際上現在研究最多的被動混合器是微型T混合器，研究發現在這種T型微混合通道內很難產生紊流，而在層流混合時兩相氣體之間的接觸面積較小，分子之間的距離較大，僅僅是依靠氣體之間的擴散得到的混合性能較差。另外，有人也研究了一種適用于動態反應的帶凸脊的十字交叉型微混合器，在十字型微混合器出口處加上凸脊后表明，相對于不帶有凸脊的微混合器，前者的混合性能有顯著的提高。但此微混和器的尺寸較小，只適合于分子的混合，不能滿足一般反應中量的要求。本發明是在T型微混和器的直混合通道上加入凸脊，結合了T型微混合器和帶凸脊的十字交叉微混和器的優點，既滿足了適應一般反應的量的問題，又達到了快速混合及混合均勻的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器及其制備方法，用于實現在微熱光電系統中燃料燃燒前氣體的快速均勻混合，縮短混合時間，提高混合性能。
一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器，其特征在于在原有的微型T混合器的混合通道內加入了凸脊，凸脊高度與混合通道深度一致，凸脊的寬度為混合通道的一半，長度與寬度一致。凸脊沿混合通道兩邊錯開分布，相鄰凸脊之間相隔一個凸脊的寬度，且對錯均勻排列。凸脊個數一般視混合通道長度來定，n=l-32l1,]]>n表示凸脊的個數，l表示混合通道的長度，l1為凸脊的邊長。
本發明的設計優點在于在混合通道內加入凸脊后，使得兩種氣體流經凸脊時受到擠壓，縮短了兩相之間的距離，有利于擴散混合；而且由于氣體流經凸脊時速度增大，易產生漩渦，增大了兩相的接觸面積，有利于氣體混合；另外在凸脊下游附近會產生回流，增強了兩相氣體的混合性能。
上述微混合器的制備方法，其特征在于先在兩面拋光的硅板上用干法刻蝕的方法或是深離子反應刻蝕技術微加工技術刻蝕出一個與反應量相對應體積大小的帶有凸脊的T型通道，凸脊的個數n=l-32l1,]]>然后再與相對于槽道三個端口位置上打了孔的耐熱玻璃陽極鍵合，使得原本開口的槽道能閉合成微型管道，并在出口處做上接口，套上管子通入或引出氣體。
具體使用本發明時，對兩種氣體施加一定的壓力，使得兩種氣體分別從微混合器上端的兩個接口通入到T型微混合器中，施加的壓力由玻璃和硅的鍵合強度決定。從出口得到的即為混合氣體，可以將其引入到燃燒管，點火燃燒。本發明的優點是制造簡單，上面為透明玻璃蓋板易于觀察，相對于傳統的T型微混合器，在刻蝕深度和體積方面都有很大的改進，可以滿足一般反應對反應量的需求。
圖1所示為本發明中提到的新型T型微混合器的外觀整體圖。
圖2為微混合器的硅底板。
圖3為微混合器的玻璃蓋板。
圖4為鍵合后沿孔直徑方向的剖視圖，上層為玻璃蓋板，下層為硅板。
圖中1.T型槽道，2.凸脊，3.硅板，4.通氣孔，5.耐熱玻璃板具體實施方式
實施例新型T型微混合器在微熱光電系統中的應用在微熱光電系統中需要有提前混合好的氫氣和氧氣，將混合氣體引入到燃燒管進行燃燒，因此用于混合的微混合器較為重要，而本發明的這種在微混合通道中加入凸脊(2)的新型微混合器能實現快速且較為均勻的混合。首先在一塊20×10×0.5mm的硅板(3)上通過光刻和蝕刻得到深為250μm，帶有6個邊長為250μm的正方體凸脊的不完整的T型槽，混合通道的長度為16mm，寬度為0.5mm，然后與厚為500μm，在T型微混合器三個端口對應的位置上打了直徑為2mm孔的7740耐熱玻璃陽極鍵合，使得其成為一個閉合的微型管道，在孔上做好接口，插上管子通入氣體。在一個標準大氣壓，常溫下，將氫氣和氧氣以1.8/1的比例通入到通道中，氫氣的入口壓力為20000Pa，氧氣的入口壓力為40000Pa。通過模擬試驗表明在混合通道出口面上單位體積內，氫氣和氧氣的體積比接近1.8/1，即為混合均勻。同時產生的混合氣體通過燃燒試驗表明，由氣體流量計測得從微混合器出口流出的混合氣體的流量為1000sccm，大于引起火焰的最小值200sccm，因此混合氣在火焰管燃燒室內穩定燃燒，且用數字測溫計測得在壁面上獲得了1000℃～1200℃的溫度且沿軸向管壁均勻分布，這有利于管壁發出較多的光電子供光電池吸收，提高了能量轉換效率。
權利要求
1.一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器，其特征在于在原有的微型T混合器的混合通道內加入了凸脊，凸脊高度與混合通道深度一致，凸脊的寬度為混合通道的一半，長度與寬度一致，凸脊沿混合通道兩邊錯開分布，相鄰凸脊之間相隔一個凸脊的寬度，且對錯均勻排列。
2.根據權利要求1所述的一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器，其特征在于凸脊個數n=l-32l1,]]>l表示混合通道的長度，l1為凸脊的邊長。
3.權利要求1所述的一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器的制備方法，其特征在于先在兩面拋光的硅板上刻蝕出一個與反應量相對應體積大小的帶有凸脊的T型通道，凸脊的個數n=l-32l1,]]>然后再與相對于槽道三個端口位置上打了孔的耐熱玻璃陽極鍵合，使得原本開口的槽道能閉合成微型管道，并在出口處做上接口，套上管子通入或引出氣體。
4.權利要求3所述的一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器的制備方法，其特征在于用干法刻蝕的方法或是深離子反應刻蝕技術微加工技術刻蝕出一個與反應量相對應體積大小的帶有凸脊的T型通道。
全文摘要
一種能夠快速均勻混合氣體的微混合器及其制備方法，涉及氣體混合的技術領域，在原有的微型T混合器的混合通道內加入了凸脊，凸脊高度與混合通道深度一致，凸脊的寬度為混合通道的一半，長度與寬度一致。凸脊沿混合通道兩邊錯開分布，相鄰凸脊之間相隔一個凸脊的寬度，且對錯均勻排列。凸脊個數一般視混合通道長度來定，n=(l－3)/2l
文檔編號B01F3/02GK101091887SQ20071002469
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者丁建寧, 馬春紅, 潘劍峰, 程廣貴 申請人:江蘇大學