用于制造功能單元的方法和相應(yīng)的功能單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制造功能單元的方法和相應(yīng)的功能單元，具體而言描述且示出了用于制造帶有氣體轉(zhuǎn)換器(1)和火焰離子化檢測器(10)的功能單元的方法。本發(fā)明的目的在于，提出一種用于制造功能單元的方法，該方法在現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)展方面提供了改進(jìn)。該目的在討論的方法方面以如下方式來實現(xiàn)，即使得氣體轉(zhuǎn)換器(1)和火焰離子化檢測器(10)一起在多層陶瓷(6)中制造。本發(fā)明此外涉及利用該方法制造的功能單元。
【專利說明】用于制造功能單元的方法和相應(yīng)的功能單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造帶有氣體轉(zhuǎn)換器(Gaskonverter)和火焰離子化檢測器(Flammen1nisat1nsdetektor)的功能單元的方法。此外，本發(fā)明涉及一種帶有氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器的功能單元。氣體轉(zhuǎn)換器在此尤其用作將氣體或氣體混合物至少部分地轉(zhuǎn)變(Umwandlung)成待轉(zhuǎn)換的或者待轉(zhuǎn)變的介質(zhì)。

【背景技術(shù)】
[0002]微型系統(tǒng)技術(shù)(Mikrosystemtechnik)用作制造帶有最小尺寸的結(jié)構(gòu)或部件。
[0003]在低溫共燒陶瓷(Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken(Low TemperatureCofired Ceramics, LTCC))中，未燃燒的(所謂的生的)陶瓷薄片單獨地形成一定結(jié)構(gòu)、堆疊(stapeln)、合制(Laminieren)(在此合制通常理解為借助于膠粘劑連接多個層)并且在大約850°C和900°C之間的峰值溫度下經(jīng)受輪廓燒結(jié)(Sinterprofil)。在在燒結(jié)時出現(xiàn)的最大的溫度方面LTCC方法不同于高溫共燒陶瓷(Hochtemperatur Einbrand-Keramiken(High Temperature Cofired Ceramics, HTCC))的制造，高溫共燒陶瓷在 160CTC和 180CTC之間的溫度時燒結(jié)。此外已知厚層混合技術(shù)(Dickschicht-Hybridtechnik),其中以絲網(wǎng)印刷法(Siebdruckverfahren)將導(dǎo)體電路或電阻施加到已經(jīng)燒結(jié)的陶瓷襯底上。如果印刷的載體燃燒，則施加的膏泥熔化成層。緊接著必要時裝備分離的結(jié)構(gòu)部件。
[0004]微型系統(tǒng)技術(shù)的使用例如為火焰離子化檢測器的制造的領(lǐng)域。在火焰離子化檢測器(FID)中，碳?xì)浠衔镌跉浠鹧嬷须婋x。離子流則為對于待檢測的樣品的有機(jī)的碳含量的度量。
[0005]在文件WO 2009/036854 Al中描述了火焰離子化檢測器。就此而言在文件WO2011/015285 A2 中的逆流燃燒器(Gegenstrombrenner)或者在文件WO 2012/055835 Al 中的用于火焰離子化檢測器的逆流燃燒器的描述也是相關(guān)的。
[0006]可從本 申請人:的專利申請(文件號DE 10 2012 015 204.3)中獲得用于制造火焰離子化檢測器的方法。
[0007]在火焰離子化檢測器運行時，在部分地催化作用的氣體轉(zhuǎn)換器或者氣體變換器(Gasumformer)有時地用作前級(Vorstufen)。
[0008]如果正常的周圍空氣用作燃燒空氣，則可借助于熱催化將有機(jī)化合物的痕跡(Spur)轉(zhuǎn)換成C02。這例如以如下方式發(fā)生，即通過從周圍環(huán)境吸入燃燒空氣通過催化劑。
[0009]因為此外甲烷作為痕跡氣體通常以相對高的濃度存在于空氣中(有時直到1800ppb，相對于對于其它碳?xì)浠衔锏腎ppb)，因此在總碳?xì)浠衔锖亢图谉細(xì)浠衔锖恐g有差異。為了確定甲烷碳?xì)浠衔锖?，首先借助于催化氧化反?yīng)來去除其余的有機(jī)化合物。
[0010]此外，一氧化碳CO和二氧化碳CO2可借助于催化甲烷化來量化，雖然火焰離子化檢測器原則上相對于這些化合物為不靈敏的。催化甲烷化在此在輸送氫氣的情況下在位于350和370°C之間的溫度時根據(jù)如下的圖式來實現(xiàn):
CO + 3H2 — CH4 + H2O 和 CO2 + 4H2 — CH4 + 2H20
因此表明了氣體轉(zhuǎn)換器結(jié)合火焰離子化檢測器的使用的巨大的優(yōu)勢。
[0011]用于將液態(tài)甲醇轉(zhuǎn)變成用于燃料電池(該燃料電池由多層陶瓷制成)的氫的小型化的轉(zhuǎn)換器可例如從公開文件US 2007/0154367 Al或者WO 03/088390 A2中獲知。
[0012]例如文件DE 691 17 048 T2公開了對于用于空氣準(zhǔn)備的催化劑的不同的材料。
[0013]用于制造用于氣相色譜儀的納米管的催化劑例如在文件US 2007/0084346 Al中公開。
[0014]在使用火焰離子化檢測器和氣體轉(zhuǎn)換器(該火焰離子化檢測器和該氣體轉(zhuǎn)換器整體上由于其共同作用可稱作功能單元)時的困難在于部件的布置和連接的類型。因此必須實現(xiàn)例如用于從由氣體轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的氣體至檢測器的可靠的傳輸。這相應(yīng)地也提高了對檢測器或者轉(zhuǎn)換器的聯(lián)接的要求。此外在使用危險的介質(zhì)時必須充分地確保安全性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于，提出用于制造帶有氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子檢測器的功能單元的方法，該方法在現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)展方面提供了改進(jìn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的方法(在該方法中解決上文推出的且指出的目的)首先且基本上以如下方式來出眾，即使得氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子檢測器一起在多層陶瓷(Mehrlagenkeramik)中制造。
[0017]作為功能單元的一部分相應(yīng)地制造的氣體轉(zhuǎn)換器用作至少部分地轉(zhuǎn)變氣體或者氣體混合物，氣體混合物起的至少一種成分可至少部分地(尤其在至少一個催化劑片層的共同作用的情況下)被轉(zhuǎn)換。因此根據(jù)本發(fā)明的氣體轉(zhuǎn)換器為微型氣體轉(zhuǎn)換器，其在多層陶瓷中實現(xiàn)，該多層陶瓷包括多個陶瓷的、連接成單元的層(備選地稱作片層或者平面)。通過氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器一起在多層陶瓷中制造，獲得相當(dāng)緊湊的功能單元。巨大的優(yōu)點為，因此可在多層陶瓷內(nèi)部制造接口。
[0018]在此，尤其氣體轉(zhuǎn)換器在功能方面并且必要時也在空間方面置于火焰離子化檢測器之前。
[0019]作為用于制造氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器的方法，在一種設(shè)計方案中使用微型系統(tǒng)技術(shù)的手段(Mitteln)。
[0020]在一種設(shè)計方案中尤其提議，火焰離子化檢測器的余熱用于氣體轉(zhuǎn)換器的催化過程。因此，例如火焰離子化檢測器的熱量通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)通過氣體轉(zhuǎn)換器。
[0021]備選地或補(bǔ)充地，在多層陶瓷的層上或中作為氣體轉(zhuǎn)換器的一部分設(shè)置至少一個加熱結(jié)構(gòu)，以為了同樣地控制或影響借助于催化劑引起的轉(zhuǎn)換。這樣的加熱結(jié)構(gòu)例如加載有電流并且加熱待轉(zhuǎn)換的介質(zhì)或催化劑片層。
[0022]在一種設(shè)計方案中，功能單元的制造以如下方式來進(jìn)行，即使得氣體轉(zhuǎn)換器的至少一個介質(zhì)出口(Mediumsausgang)與火焰離子化檢測器相連接。
[0023]介質(zhì)通道(例如以凹槽(Aussparung)、洞口或孔口的形式)在一種設(shè)計方案中設(shè)置在氣體轉(zhuǎn)換器中或者設(shè)置在多層陶瓷的層中。這還用作功能單元實現(xiàn)成整體式多層陶瓷并且允許待轉(zhuǎn)換的氣體或者氣體混合物或參與其中的物質(zhì)在多層陶瓷內(nèi)部過渡。
[0024]因此氣體轉(zhuǎn)換器的上述的介質(zhì)出口(尤其結(jié)合火焰離子化檢測器的介質(zhì)入口)同時為在多層陶瓷內(nèi)部的介質(zhì)通道。
[0025]在一種設(shè)計方案中，尤其多個(實施成相同或不同的)氣體轉(zhuǎn)換器布置在多層陶瓷中。
[0026]尤其為了制造氣體轉(zhuǎn)換器，在一種設(shè)計方案中至少一個催化劑片層施加在多層陶瓷的層上。
[0027]在一種設(shè)計方案中設(shè)置，在對于氣體轉(zhuǎn)換器的多層陶瓷的至少一個層中產(chǎn)生至少一個介質(zhì)引導(dǎo)軌道(MediumsfUhrungsbahn)(尤其以凹槽的形式)。被引導(dǎo)的介質(zhì)在此尤其為氣體或氣體混合物。
[0028]結(jié)合介質(zhì)引導(dǎo)軌道，在一種設(shè)計方案中設(shè)置，催化劑片層和介質(zhì)引導(dǎo)軌道以如下方式來制造，即介質(zhì)引導(dǎo)軌道引導(dǎo)介質(zhì)至少部分地經(jīng)過催化劑片層。通過與催化劑片層的接觸發(fā)生化學(xué)的轉(zhuǎn)變。介質(zhì)引導(dǎo)軌道在一種變型方案中尤其為在多層陶瓷的層中的凹槽。
[0029]在另一設(shè)計方案中催化劑片層以如下方式(尤其以如下方式在對于氣態(tài)介質(zhì)可透過的意義方面多孔地)來制造，即使得催化劑片層可至少部分地由(尤其待轉(zhuǎn)換的或者待轉(zhuǎn)變的氣態(tài)的)介質(zhì)流過。在該設(shè)計方案中，基質(zhì)沒有流動穿過介質(zhì)引導(dǎo)軌道而越過催化劑片層，而是流動穿過層本身。陶瓷層再次位于介質(zhì)引導(dǎo)軌道中。為此，催化劑片層例如利用厚層方法來引入到多層陶瓷的層上。
[0030]對于實際的實現(xiàn)方案，在一種設(shè)計方案中設(shè)置，借助于LTCC技術(shù)或者HTCC技術(shù)來至少部分地制造至少一個氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器。因此，氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu)或元件部分地在多層陶瓷的生的陶瓷層上制造或者產(chǎn)生凹槽并且通過所使用的技術(shù)的緊接著的分別所屬的過程將層或者片層燃燒。
[0031]本發(fā)明此外涉及到帶有至少一個氣體轉(zhuǎn)換器和至少一個火焰離子化檢測器的功能單元，該功能單元按照創(chuàng)造性的方法的其中一個上文提及的設(shè)計方案來制造。因此，尤其氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器一起在多層陶瓷中制造。或者換而言之，功能單元至少由氣體轉(zhuǎn)換器和火焰離子化檢測器制成并且整體上由多層陶瓷來形成。
[0032]在設(shè)計方案中，氣體轉(zhuǎn)換器的至少一個介質(zhì)出口與火焰離子化檢測器相連接。優(yōu)選地連接以如下方式來實現(xiàn)，即使得由氣體轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的氣體或者氣體混合物輸送給火焰離子化檢測器。
[0033]相反地，在備選的或補(bǔ)充的設(shè)計方案中設(shè)置，火焰離子化檢測器的余熱用于氣體轉(zhuǎn)換器的催化過程。因此在該設(shè)計方案中熱量從火焰離子化檢測器引導(dǎo)到氣體轉(zhuǎn)換器中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]具體地給出了用于設(shè)計且改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的功能單元的多種可能性。為此一方面參閱從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求以及權(quán)利要求6，另一方面參閱下文結(jié)合附圖對實施例進(jìn)行的描述。其中:
圖1以分解圖顯示了第一實施方案的氣體轉(zhuǎn)換器的示意性示圖，
圖2以部分的分解圖顯示了帶有處于第二實施方案中的氣體轉(zhuǎn)換器且?guī)в谢鹧骐x子化檢測器的功能單元的示意性示圖，
圖3以部分的分解圖顯示了帶有處于第三實施方案中的氣體轉(zhuǎn)換器且?guī)в谢鹧骐x子化檢測器的功能單元的示意性示圖，以及圖4以俯視圖并且作為截面顯示了氣體轉(zhuǎn)換器的兩個層。

【具體實施方式】
[0035]圖1以分解示圖顯示了純粹示例性地且為了示圖的清楚性明顯地簡化的氣體轉(zhuǎn)換器I。介質(zhì)入口 2和介質(zhì)出口 3位于最下方的平面上，其中介質(zhì)尤其為氣態(tài)的。通過入口2和出口 3布置在氣體轉(zhuǎn)換器I的側(cè)邊上，簡化了氣體轉(zhuǎn)換器I的安裝，該氣體轉(zhuǎn)換器I因此必要時可用作SMD構(gòu)件。
[0036]為了轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)變作為介質(zhì)的氣體，設(shè)置有催化劑片層4，氣體沿著該催化劑片層4流動并且由此氣體或氣體混合物或者其至少一個成分至少部分地轉(zhuǎn)變。催化劑片層4在此位于形成微型氣體轉(zhuǎn)換器I的多層陶瓷6的多個層5的其中一個上。
[0037]在顯示的設(shè)計方案中，氣態(tài)的介質(zhì)流動穿過介質(zhì)引導(dǎo)軌道7并且因此越過催化劑片層4。介質(zhì)引導(dǎo)軌道7在此尤其為在相應(yīng)陶瓷層5中相應(yīng)地實施的凹槽。
[0038]在其它層5上存在加熱結(jié)構(gòu)8，該加熱結(jié)構(gòu)8將介質(zhì)加熱并且由此促進(jìn)轉(zhuǎn)變。
[0039]沒有示出加熱結(jié)構(gòu)8的電輸入線(Zuleitung)，其部分地穿過層5或者還作為可導(dǎo)電的片層施加到層5上。輸入線優(yōu)選地如同用于SMD安裝的在下側(cè)上的流體輸送來引導(dǎo)。這樣的流體輸送在此通常涉及到流體(也就是說有流動性的或可流動的、例如部分地液態(tài)的或氣態(tài)的介質(zhì))的輸入和輸出。
[0040]為了使介質(zhì)在層5之間運動，在層5中設(shè)置有介質(zhì)通道9，該介質(zhì)通道9在顯示的示例中實施成孔口。
[0041]圖解地以從下朝上示出的方式，在圖1中顯示的氣體轉(zhuǎn)換器I的層5上存在加熱元件8、催化劑片層4以及在該催化劑片層4上介質(zhì)引導(dǎo)軌道7、另一加熱元件8和在該加熱元件8上另一催化劑片層4位于，帶有介質(zhì)引導(dǎo)軌道7的層5鄰接該另一催化劑片層4。最上方的層在此設(shè)計成蓋罩。此外，在層中(除了在示為蓋罩的層中之外)分別存在作為介質(zhì)通道9的兩個孔口:分別用于上升的、仍待轉(zhuǎn)換的氣體并且用于已經(jīng)轉(zhuǎn)變的引導(dǎo)至介質(zhì)出口 3的氣體。
[0042]通過顯示的結(jié)構(gòu)例如提供周圍空氣。備選地可根據(jù)催化劑片層的類型轉(zhuǎn)換一氧化碳和二氧化碳，以為了緊接著被量化。同樣地適用于周圍空氣的甲烷。
[0043]如何在氣體轉(zhuǎn)換器I中引導(dǎo)氣體并且如何引入或引走其它的物質(zhì)或介質(zhì)，可通過使層5具有一定的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，其中部分地還可設(shè)置控制元件，該控制元件例如打開或關(guān)閉用于介質(zhì)的通道。
[0044]圖2顯示了一種設(shè)計方案，在該設(shè)計方案中氣體轉(zhuǎn)換器I直接與火焰離子化檢測器10相連接并且與該火焰離子化檢測器10 —起形成作為功能單元的多層陶瓷6?；鹧骐x子化檢測器10在此尤其根據(jù)本 申請人:的專利申請(文件號DE 10 2012 015 204.3)來制造。上文提及的專利申請的教導(dǎo)在此明確地結(jié)合成為本專利申請的公開內(nèi)容。
[0045]為了在兩個功能性的單元(氣體轉(zhuǎn)換器I和火焰離子化檢測器10)之間的連接，兩個(用于被轉(zhuǎn)換的氣體的)介質(zhì)出口 3直接引導(dǎo)至火焰離子化檢測器10。此外氣體轉(zhuǎn)換器I的結(jié)構(gòu)和功能元件兩倍地實施在每個層5上并且盡可能地鏡像對稱相對而置。由此通過兩個介質(zhì)入口 2還可引入不同的介質(zhì)，例如待轉(zhuǎn)換的介質(zhì)和如有可能對于特別的轉(zhuǎn)變(例如根據(jù)逆流方法(Gegenstromverfahren))必要的氣體。此外，必要時還在介質(zhì)入口 2前設(shè)置閥，使得介質(zhì)可以不同的量反向地流過氣體轉(zhuǎn)換器I。
[0046]通過在氣體轉(zhuǎn)換器I和火焰離子化檢測器10之間的直接的連接，實現(xiàn)對于由此產(chǎn)生的功能單元的相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)類型。另一優(yōu)點通過將火焰離子化檢測器10的余熱引導(dǎo)穿過氣體轉(zhuǎn)換器I來獲得，從而余熱用作加熱待轉(zhuǎn)換的氣體。這種引導(dǎo)例如通過在層5中的附加的孔口來實現(xiàn)。如果孔口填充有良好的熱導(dǎo)體(例如金屬)，則產(chǎn)生所謂的“導(dǎo)熱孑L，，(thermal via)。
[0047]在圖3的氣體轉(zhuǎn)換器I的設(shè)計方案中介質(zhì)直接流動穿過催化劑片層4，該催化劑片層4在此相應(yīng)地實施成更厚的且多孔的并且該催化劑片層4引入到(在此沒有示出的)介質(zhì)引導(dǎo)軌道中。
[0048]在圖4中對于a)示出了俯視圖和對于b)示出了穿過特別有利地實施的且包括兩個平面的介質(zhì)引導(dǎo)軌道7的設(shè)計方案的截面。
[0049]介質(zhì)引導(dǎo)軌道7在此整體上通過兩個層5來形成，整體上補(bǔ)充成軌道7的凹槽相應(yīng)地引入到層5中。這優(yōu)選在生的也就是說還未燒結(jié)的陶瓷層中發(fā)生，該陶瓷層緊接著燒結(jié)。該實施方案通過其提高的穩(wěn)定性來出眾。
[0050]為了提高穩(wěn)定性，介質(zhì)引導(dǎo)軌道7還可(備選地或補(bǔ)充地)通過壓入到未燒結(jié)的陶瓷的層5中來產(chǎn)生(所謂的模壓(Embossing))，該層5必要時作為薄片來存在。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造帶有氣體轉(zhuǎn)換器(1)和火焰離子化檢測器(10)的功能單元的方法，其特征在于，所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)和所述火焰離子化檢測器(10) —起在多層陶瓷(6)中制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)和所述火焰離子化檢測器(10)利用微型系統(tǒng)技術(shù)的手段來制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述火焰離子化檢測器(10)和所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)以如下方式來制造，即使得所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)的至少一個介質(zhì)出口(3)與所述火焰離子化檢測器(10)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述火焰離子化檢測器(10)和所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)以如下方式來制造，即使得所述火焰離子化檢測器(10)的余熱用于所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)的催化過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，借助于LTCC技術(shù)或者HTCC技術(shù)來至少部分地制造所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)和所述火焰離子化檢測器(10)。
6.一種帶有氣體轉(zhuǎn)換器(1)和火焰離子化檢測器(10)的功能單元，其特征在于，所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)和所述火焰離子化檢測器(10) —起在多層陶瓷￠)中制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功能單元，其特征在于，所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)的至少一個介質(zhì)出口(3)與所述火焰離子化檢測器(10)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的功能單元，其特征在于，所述火焰離子化檢測器(10)的余熱用于所述氣體轉(zhuǎn)換器(1)的催化過程。
【文檔編號】G01N30/68GK104345106SQ201410375754
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】W.奎佩爾斯 申請人:克洛納測量技術(shù)有限公司