臺灣博碩士論文加值系統

隨著微型燃料電池之發展，製備氫的微重組器之重要性也逐漸增加。但是微重組器仍然有一些主要問題需要克服，包含了尺寸微小化、CO含量的降低及結合微燃料電池的可能性等。因此在本研究中將微型溫度感測器及微加熱器整合在不同基材之微重組器內，除了量測及控制溫度外，並可改善性能及減低CO含量。

在本研究中，應用微機電技術在不同基材上製作多樣化的流道型式來提升甲醇轉化率。在微重組器內製作白金電阻式微溫度感測器及微加熱器。主要的優點在於白金微溫度感測器的準確度及靈敏度比一般的傳統熱電偶高。雖然在許多領域中微溫度感測器及微加熱器已經使用於量測及控制溫度，但是在微重組器和商業產品中都沒有使用。因此整合微型溫度感測器及微加熱器在基材之微重組器內以達到縮小尺寸及改善性能，在目前尚屬於較新的研究。

With advances in micro fuel cell development, the production of hydrogen for micro reformer has become increasingly important. However, some problems regarding the micro reformer are yet to be resolved. These include reducing the size, reducing the quantity of CO and combining the fuel cell, among others. Accordingly, in this investigation, a micro temperature sensor and a heater are combined inside the substrate micro reformer to measure and control the temperature and thus improve performance and minimize the concentration of CO.

In this work, micro-electro-mechanical-systems (MEMS) of the micro channel type are fabricated on the substrate to enhance the methanol conversion ratio. The micro temperature sensor and heater are made of gold and placed inside the micro reformer. Although the micro temperature sensor and heater have already been used to measure and control temperature in numerous fields, they have not been employed in micro reformer and commercial products. Therefore, this study presents a new approach for integrating a micro temperature sensor and heater in substrate micro reformer to minimize the size and improve performance.

目錄
書名頁ii
論文口試委員審定書iii
授權書 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 vii
目錄 viii
圖目錄 x
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目標 5
1.3 文獻回顧 7
1.3.1 重組器 7
1.3.2 微型重組器 14
1.3.3 微溫度感測器及微加熱器 19
1.4 論文內容簡介 22
第二章 微型甲醇重組器理論與原理 24
2.1 甲醇重組器反應 24
2.2 微型甲醇重組器基本原理 24
2.2.1蒸氣重組法 25
2.2.2 部分氧化重組法 25
2.2.3 氧化蒸氣重組法 26
第三章 微型甲醇重組器之實驗設計與製作方法 28
3.1微流道板之設計及製作 28
3.1.1 微流道板材料選擇 28
3.1.2 微流道板之設計 29
3.1.3 不�袗�微流道板之製作 30
3.1.4 矽晶片微流道板之製作 35
3.2微溫度感測器之原理 40
3.3微溫度感測器之設計 42
3.4微加熱器之設計 45
3.5微溫度感測器及微加熱器之製作 46
3.6微溫度感測器及微加熱器之校正 50
3.7 觸媒製備 59
第四章 微型甲醇重組器組裝與測試 61
4.1 微型甲醇重組器與微溫度感測器之組裝 61
4.2 微型甲醇重組器性能測試結果與討論 67
第五章 結果與討論 71
5.1 結論 71
5.2 未來展望 72
參考文獻 74










圖目錄

圖1-1 圓柱型微重組器之蜂窩狀觸媒室 3
圖1-2 圓柱型重組器 3
圖1-3 不鏽鋼微重組器組裝完成圖 4
圖1-4 不鏽鋼微重組器堆疊組裝圖 4
圖1-5 矽基材微重組器結構圖 5
圖1-6 研究架構圖 6
圖1-7 工研院能資所設計之5kW之甲醇重組器 9
圖1-8 雷敏宏博士所設計的甲醇重組器之示意圖 10
圖1-9 內建氣體純化機構的3KW之圓柱型甲醇重組器 11
圖1-10 成功大學陳泓政所設計之甲醇重組器 13
圖1-11 Park等人製作之微型甲醇重組器 14
圖1-12 Park等人製作整合四部份之微型甲醇重組器 15
圖1-13 Yu等人製作之10W微型甲醇重組器 16
圖1-14 Ye等人所設計微型甲醇重組器之示意圖 17
圖1-15 Park等人設計可整合PEMFC之微型甲醇重組器 17
圖1-16 Kawamura等人製作供應1W之PEMFC的微型甲醇重組器 18
圖1-17 Kwon等人所製作之微型重組器 19
圖1-18 封裝後微感測器 21
圖1-19 量測架構 21
圖3-1 傳統流道設計型態 29
圖3-2 不鏽鋼微流道板之網片設計圖 31
圖3-3 不鏽鋼微流道製作流程圖 32
圖3-4 濕蝕刻設備 33
圖3-5 反應槽示意圖 33
圖3-6 表面輪廓儀(Surface Profiler)量測不鏽鋼流道板流道深度圖 34
圖3-7 蝕刻完後流道內表面粗糙度量測圖 34
圖3-8 不鏽鋼微流道板完成圖 35
圖3-9 矽晶片微流道板之網片圖形 37
圖3-10 進出口之網片圖形 37
圖3-11 異向性蝕刻流道剖面示意圖 38
圖3-12膜厚計量測流道深度 38
圖3-13 矽晶片微流道成型製程步驟 39
圖3-14矽晶片微流道板完成圖 40
圖3-15 金屬與電阻關係式符號表示圖 43
圖3-16 微溫度感測器設計尺寸圖 44
圖3-17 微溫度感測器位置分佈圖 44
圖3-18 微加熱器配合微溫度感測器之設計圖 45
圖3-19 微溫度感測器及微加熱器製程示意圖 47
圖3-20 微溫度感測器及微加熱器之網片圖形 48
圖3-21 微溫度感測器及加熱器之完成圖 49
圖3-22 可校正之微加熱器製作完成圖 49
圖3-23 微溫度感測器校正量測示意圖 51
圖3-24 NI PXI-1033系統 52
圖3-25 Switch之控制界面 53
圖3-26 LCR METER操作介面 53
圖3-27 使用LabVIEW連接電腦與LCR METER之擷取數據介面 54
圖3-28 微溫度感測器連接訊號線之實體圖 54
圖3-29 微溫度感測器之校正曲線 55
圖3-30 微溫度感測器即時量測之測試圖 56
圖3-31 微加熱器量測校正示意圖 56
圖3-32 微加熱器連接訊號線之實體圖 57
圖3-33 微溫度感測器之校正曲線 57
圖3-34 微加熱器之校正曲線 58
圖3-35 微加熱器的溫度與功率之曲線圖 58
圖3-36 觸媒製備流程圖 59
圖3-37 觸媒的SEM圖 60
圖3-38 觸媒塗佈微流道完成圖 60
圖4-1 微重組器製作之流程圖 63
圖4-2 夾具一之組裝圖 63
圖4-3 含微溫度感測器之微重組器組裝完成圖 64
圖4-4 夾具二之設計圖 65
圖4-5 微重組器之組裝完成圖 66
圖4-6 使用封膠方式組裝微重組器 66
圖4-7 防漏檢測 68
圖4-8 溫控設備 69
圖4-9 量測設備 69
圖4-10 GC Channel-A量測訊號圖 70
圖4-11 GC Channel-D量測訊號圖 70











表目錄

表3-1 不鏽鋼微流道板之尺寸表(蝕刻完) 31
表3 2 標準RCA清洗條件與步驟 36
表3 3 矽晶片微流道板之尺寸表(蝕刻完) 38
表3 4 接觸式與非接觸式溫度感測器之比較 42
表3 5微溫度感測器之靈敏度 55
表3 6 觸媒使用量 60
表4 1 微重組器性能量測結果 70

參考文獻
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