[發明專利]可擴展化學反應器及其操作方法

有效

• 申請號: 201380050281.5
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN104685687B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: W·埃舍爾;P·魯赫
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C25B15/08;C25B1/00;C25B9/18;H01M14/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 牛南輝,于靜

技術領域

本發明通常涉及(電)化學反應器的領域、及其操作方法。特別地，它旨在被設計用于使能在k種化學流體間的N個配對(pairwise)流體接觸的可擴展化學反應器，其中k≥2且N≥4，具有到光伏裝置和微電子封裝的可能應用。

背景技術

微尺度反應器為已知的，其提供熱和質量(mass)轉移的高速率。常規的微制造工藝為已知的，從而廉價的大規模生產是當前可得的。此外，歸因于已知的技術，可以實現良好控制的層流流動。

在2002年首次報道微流體電化學能量轉化的論證(見例如，Ferrigno等人，Journal?of?the?American?Chemical?Society?124，12930-1(2002)；Choban等人，Power?Sources?Proceedings?40，317-320(2002))。

在該領域或鄰近領域中已經提交若干專利(申請)，其示出了背景技術，例如：US?7758814?B2；US?2012?0070766?A1；US?7651797?B2；US?7435503?B2；WO?2010?083219?A1；CA?2354513?C；US?2009/0291347?A1以及US?7909971?B2。該列表并不是窮盡的。一些論文在非專利文獻中可得到的(未提及)。

發明內容

根據第一方面，本發明被實現化學反應器，所述化學反應器被設計用于使能在k種化學流體間的N個配對流體接觸，其中k≥2且N≥4，所述反應器包括：

-基本上在通過優選垂直的兩個方向限定的2D平面中延伸的反應層，所述反應層包括N個化學基元，每個包括兩個回路部分，所述兩個回路部分被設計用于分別使能所述k種化學流體中的兩種的流通，所述兩個回路部分進一步彼此相交，從而使能所述k化學流體中的所述兩種的一個配對流體接觸；

-流體分配回路，包括：

入口孔的k個集合，沿平行于所述兩個方向(x，y)中的一個(y)的線依次交替，用于分別分配k種化學流體到所述反應層；以及

出口孔的k個集合，沿平行于所述入口孔的線依次交替，用于分別收集來自所述反應層的k種化學流體，所述出口孔關于所述入口孔沿所述兩個方向中的所述一個(y)移動，

以及其中，

每個回路部分經由其各自的端部而將入口孔連接到出口孔。

在實施例中，上述的化學反應器進一步包含一個或多個的下面的特征：

-每個所述孔接合四個回路部分的端部，所述四個回路部分中的每個屬于不同的化學基元，所述不同的化學基元在所述反應平面中鄰近；

-所述反應層和所述流體分配回路形成2D周期性陣列，所述陣列的單元基元在所述2D平面中通過沿所述兩個方向中的一個或每個的平移而周期性重復；

-k＝2；所述孔中的每個接合屬于不同的化學基元的四個回路部分的端部，所述不同的化學基元在所述反應平面中鄰近；并且每個單元基元包含：

o四個化學基元；

o八個回路部分；

o兩個入口孔；以及

o兩個出口孔；

-其中，所述流體分配回路至少包括第一歧管(M1)，后者包括若干平行通道，每個垂直于所述兩個方向中的所述一個并且與入口孔的所述k個集合中的一個或出口孔的所述k個集合中的一個的孔流體連通；

-所述流體分配回路進一步包括一個或多個附加歧管，第n附加歧管(M2)包括若干平行通道，每個通道關于第(n-1)歧管(M1)的通道旋轉，并且與第(n-1)歧管的通道流體連通；

-通過兩個疊加的層形成歧管，所述兩個疊加的層的第一個包含作為通孔的孔，并且所述兩個疊加的層的第二個包含作為通孔的通道；

-所述出口孔以小于沿所述兩個方向中的所述一個的兩個鄰近入口孔之間的距離的距離而移動，并且優選地，移動兩個鄰近入口孔之間的所述距離的一半；以及

-所述反應器為電化學反應器，并且其中每個連接相同的入口孔到相同的出口孔的兩個回路部分通過在所述反應器中作為電極耦合的壁分開，以便沿所述兩個方向中的所述一個鄰近的兩個化學基元共享所述電極。

根據另一方面，本發明實現為光伏裝置，諸如：光伏基元；光伏模塊；或包含光伏基元的陣列或光伏模塊的陣列的光伏系統；所述光伏裝置包含：

-電氣連接到光伏電極的集合的至少一個光伏表面；以及

-根據上述實施例中的任何一個的化學反應器，電氣連接到光伏電極的所述集合。