论文基于低温共烧陶瓷应用制氢微反应器结构设计是关于反应器方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关新型反应器论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：设计一种便携式聚合物电解质膜燃料电池（PEM,也称质子交换膜电池）制氢微反应器,该微反应器是基于液体燃料（如醇类）水蒸汽重整制氢,该复杂微反应器的三维陶瓷结构包括蒸发器、混合器、重整器和燃烧器.低温共烧陶瓷（LTCC）技术用于制作具有埋腔体和微通道的陶瓷结构,厚膜技术被用来制造电加热器、温度传感器和压力传感器,最终的三维陶瓷结构由48层LTCC生瓷带构成.该陶瓷结构的尺寸是76×42×10毫米,重量约75克.
关键词：重整制氢；微反应器；低温共烧陶瓷；厚膜技术；结构设计；生瓷带
中图分类号：TQ174.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0033-04
Abstract： A portable polymer electrolyte membrane fuel cell （PEM, also known as proton exchange membrane cell） is designed for hydrogen production, which is based on steam reforming of liquid fuels （such as alcohols） to produce hydrogen. The three-dimensional ceramic structure of the complex microreactor includes evaporator, mixer, reformer and burner. Low-temperature co-fired ceramics （LTCC） technology is used to fabricate ceramic structures with buried cavities and microchannels. Thick film technology is used to manufacture electric heaters, temperature sensors and pressure sensors. The final three-dimensional ceramic structure consists of 48 layers of LTCC ceramic strips. The size of the ceramic structure is 76×42×10mm and the weight is about 75g.
Keywords： hydrogen production by reforming； microreactor； low-temperature co-fired ceramics （LTCC）； thick film technology； structural design； porcelain belt
低溫共烧陶瓷技术用于电子工业互连技术多年,其主要优点是和厚膜技术的兼容性,基于这两种技术组合的电子设备和系统是可靠的,也具有稳定的特点.和其他技术相比,低温共烧陶瓷技术和厚膜技术使电子器件和系统的制造快速化、简单化.因此,它既可以降低设备成本,又可以缩短产品开发周期[1-5].
将多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装内有多种方法,主要有低温共烧陶瓷（LTCC）技术、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等.低温共烧陶瓷普遍应用于多层芯片线路模块化设计中,它除了在成本和集成封装方面的优势外,在布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计的多样性及优良的高频性能等方面有更广阔的发展前景.厚膜技术是集电子材料、多层布线技术、表面微组装及平面集成技术于一体的微电子技术.在满足大部分电子封装和互连要求方面,厚膜技术已历史悠久.低温共烧陶瓷在烧结前（也称为生瓷带）,材料柔软,灵活,易于处理和机械成型.大量的层通过层叠形成高密度的互连及三维结构,易于实现更多布线层数和内埋置元器件,提高组装密度.独立层是细观特征的机械成型（0.1-15毫米）,厚膜层是丝网印刷,所有的层通过热压层叠在一起.大量的层可以层叠形成高密度的互连及三维结构,制造过程包括几个步骤,我们称之为LTCC技术,分层是细观特征的机械成型（0.1-15毫米）,然后厚膜层是丝网印刷.所有的层通过热压层叠在一起.该层压结构是一步法工艺在较低温度下（850-900℃）（低温共烧）烧结形成一个刚性的单片陶瓷多层电路（模块）[6-10].
微系统是发展最快的技术之一,大多数微系统是由硅微机械加工而成的.另一方面,复杂的微系统结合了不同的材料（硅,陶瓷,金属,聚合物等）和技术（半导体,薄膜和厚膜技术等）.在一些应用要求苛刻的地方,厚膜技术和陶瓷材料是一个非常有用的选择,和硅基微系统相比,他们体积更大,更稳健,并在更宽的工作温度范围内工作.本文设计的陶瓷微反应器比硅基微反应器体积稍大,因此它们适用的燃料电池功率范围也更广（可在50～300W范围内）.同时和金属和硅材料相比较,陶瓷材料同时也是十分优良的制氢重整反应催化剂的载体,所以应用低温共烧陶瓷技术来设计制氢微反应器结构在产氢速率及效率方面具有明显优势[9-13].
制氢反应器是典型的化学反应器,其化学稳定性、热稳定性和机械稳定性是重要的评估因素.微反应器（尺寸在毫米和微米范围内）和大的传统反应器相比,具有较高的表面积-体积比、较高的反应速率和传质传热特性[6-10].因此,LTCC和厚膜技术相结合很适用于陶瓷化学微反应器的制备.
重整制氢微反应器用于燃料处理系统中,在该系统中,将液体燃料转换成供便携式聚合物电解质膜燃料电池（PEM,也称质子交换膜电池）使用的（纯）氢气.该系统包扩基本的燃料和水蒸发器,燃料重整装置,气体净化装置（去除过量的一氧化碳）和换热器.图1给出了燃料处理系统的示意图,第一部分包括燃料和水入口、燃料和水蒸发器、混合器和重整器；第二部分分别由空气和水蒸汽入口、脱硫剂,WGS（水煤气变换反应器）和PrOx（部分氧化反应器,分别用水和氧气通过化学反应从气体混合物中除去一氧化碳）组成.第三部分是一个加热系统,它包括的燃料和空气两个入口、燃料蒸发器、空气/燃料混合器和燃烧器.LTCC技术可保证机械稳定性及化学稳定性,并通过适当的设计保证系统的热稳定性.
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参考文献：
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