[发明专利]一种具有双层微通道散热芯片的微反应器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双层通道微散热芯片强化传热微反应器及其制备方法，该微反应器包括双层通道微散热芯片、微反应芯片、上下盖板、换热介质进出口管道和反应物料进出口管道。双层通道微散热芯片包括双层传热微通道、折流器、换热介质分布腔和汇集腔、换热介质进出口穿孔和反应物料进出口穿孔。微反应芯片包括微反应芯片底板和反应物料密封片。将单数或复数片所述双层通道微散热芯片组成的散热单元和微反应芯片交替排列于上下盖板之间且通过焊接使各层之间紧固贴合。本发明双层通道微散热芯片结构能有效强化微反应器散热性能，且可忽略其给微反应器散热系统带来额外泵功消耗，进而提高微反应器反应性能和安全性。

技术领域

本发明涉及微化工技术领域，具体而言，尤其涉及一种具有双层通道微散热芯片的强化传热微反应器及其制备方法。

背景技术

20世纪90年代以来，在化学工程领域，随着科学与工程技术的发展，化工设备向着小型化和微型化的方向发展，微反应器是这一时代科技发展的产物。微反应器核心组件是由利用精密加工技术制造的特征尺寸通常在10～1000μm的微通道组成。在微反应器内进行化学反应具有如下优势：由于微反应器内通道尺寸在微米级别，在通道尺寸约束下，反应物料初始混合时空距离也在微尺度，将微通道设计成弯曲或者设置折流器控制反应物料流体动力学可加速反应物料混合进程，使得反应物料在短停留时间内实现快速均匀混合；微反应器具有巨大传热比表面积，传热性能优异，可以降低反应物料温度梯度从而提高反应选择性和转化率，同时避免反应热点的产生，提高化工过程安全性；参与反应的物料持有量小，过程易于控制；微反应器提供相对封闭反应系统，所以适合于腐蚀性物质、反应性物质、其他危险物等，或伴随着危险的反应的处置。整体而言，基于微反应器以上几点优势，在化工过程开发中可以有效避免放大效应，缩短产品工艺研发周期，为企业带来巨大经济利益，同时，利用微反应器进行化学反应的安全性，有效保障人民生命财产安全，有利于维护社会稳定。

由于微反应器具有巨大换热比表面积，散热性能优异，同时微反应器内通道尺寸过小阻碍了传统温度传感器对温度的测量，许多研究者将微通道内反应流体视为等温流体，忽视微通道热管理问题。然而，Westermann et al.,Org.Process Res.Dev.2016,20,487-494表明微反应器进行快速放热有机合成，反应不是在等温下进行，热点容易在微反应器前端形成，忽视热管理问题会导致对反应结果严重误判。因此，进一步强化微反应器散热性能，对于提高微反应器运行热稳定性具有重大意义。

单层通道微散热器(single-layered microchannel heat sink，SL-MCHS)首次由D.B.Tuckerman,R.F.W.Pease,IEEE Electron Dev.Lett.EDL 2(1981)126–129提出。由于它的尺寸小、单位体积热负荷低、换热介质需求量低和运行成本低，被普遍认为是提高传热性能最具应用前景的方法之一。近年来，单层通道微散热器已广泛应用于超大规模集成(very-large-scale integrated，VLSI)电路和微电子机械系统(microelectromechanicalsystems，MEMSs)等传热空间受限设备冷却。现有技术通常为在金属平板单面刻蚀传热微通道的微通道散热器芯片结构，这种微通道换热器芯片结构的优点是传热微通道内换热介质具有良好分布性，传热性能较高。但是对于单片微散热芯片而言，传热微通道依旧为单层，传热性能也局限于单层传热通道的传热性能，而且当对复数片微通道散热器芯片简单堆叠时往往会使得微反应器散热系统产生很大的压降。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种设计新颖、制作简单且传热性能高、传热系统压降小的微反应器及其制备方法，既能突破单层传热通道微散热芯片传热性能局限，增强微反应器散热能力，同时又可解决单层传热通道结构设计给微反应器散热系统带来额外泵功消耗。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：