[发明专利]整体型SiC基微反应器的光固化式3D打印制造方法

说明书

本发明公开了一种整体型SiC基微反应器的光固化式3D打印制造方法。首先采用一体化光固化3D打印进行反应器的固化成型，经过高温处理，再采用流动浸渍工艺负载甲醇重整浆料和甲醇燃烧浆料，得到具有自热启动性能的SiC微反应器；结构上，重整气和燃烧气的入口和出口分别处于反应器主体顶部和底部，反应器主体内部燃烧腔室和重整腔室交替布置，通过不同层数叠加可实现功率放大。本发明可实现高精度、短周期的微反应器制造，解决了微反应器气密性差的问题，具有催化剂负载强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、使用寿命长的特点，同时高孔隙率载体和反应腔室壁面之间无接触热阻，强化了传热性能，有效提升了制氢性能。

技术领域

本发明涉及一种重整制氢反应器的制造领域的一种甲醇重整制氢反应器及其打印制造方法，尤其涉及一种甲醇重整制氢反应器的制造工艺和结构设计。

背景技术

中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》表示在2060年我国实现碳中和情景下，氢能在我国终端能源消费中占比将达20％左右。目前采用储氢罐体直接储氢/输氢的方式的过程中存在着压缩能耗高和泄露风险。而甲醇移动制氢技术采用甲醇作为制氢燃料，常温下处于液态的甲醇便于运输，来源广泛，具有高碳氢比，可实现移动制备富氢气体供给燃料电池发电。重整制氢微反应器作为移动制氢的重要器件，近些年得到广泛的研究。

目前制氢微反应器多选用不锈钢或铝合金进行制造，需要采用传统的机加工工艺对复杂流道进行切削加工或冲压成型，存在着各种微流道反应器加工工序较多，催化剂负载能力不强的问题，甚至有些设计需求要使用MEMS工艺开展微结构成型，对设备工艺要求较高。为了增大催化剂负载量，提升反应器传热性能，泡沫铜、泡沫镍、SiC泡沫等被用作微反应器中的反应载体，这种微反应器的结构复杂，具有较大层间间隙、密封难度大和接触热阻大等问题；

3D打印技术的发展为解决以上技术问题带来了新的思路，其中光固化3D打印具有精度高、适用于复杂成型零件的制备、表面质量好、成型速度快等优点。

中国发明专利(申请号：201210448874.4)提出一种适用于中、小流量醇类重整制氢场合的微凸台阵列型重整制氢微反应器，采用传统机械加工工艺加工不锈钢和铝合金的板式，采用螺栓螺母的压紧实现整体的装配。催化剂载体使用半固态成型的铝合金，增大了微反应器的表面积体积比，有利于催化剂负载，提升了反应器整体的能量效率，但是半固态触变成型技术无法实现高孔隙率载体制备。

中国发明专利(申请号：202010014830.5)提出了一种具有蜂窝结构碳化硅陶瓷的甲醇重整制氢反应器，，反应器由端盖、密封板、上下壳体、垫片、碳化硅载体构成，能够实现自热并进行甲醇重整反应。实现了增加催化剂负载能力、减少反应压降、传热性能好、氢气产量大等有益效果。但是结构上较为复杂，装配难度大，蜂窝状碳化硅需要精密模具进行制备，若孔隙、尺寸参数变化，研发花费成本较高。

发明内容

为了解决上述背景技术中的制氢微反应器的技术问题，本发明提出采用光固化3D打印工艺制造工艺制备重整制氢微反应器，能够大大缩减工艺成本，提升反应器制造精度，显著提升反应器的整体性能。

本发明实现了SiC微反应器的一体化成型并设计了相应的催化剂负载工艺，避免了微反应器装配过程出现的串气、接触热阻大，载体与基板焊接强度差等问题，能够提升反应器整体性能。

本发明技术方案如下：

步骤1：配置可光固化成型的SiC陶瓷前驱体浆料，使用精密调速搅拌机充分搅拌，经过滤网过滤后放入固化液槽中待用；

步骤2：采用三维设计软件对整体型SiC基微反应器结构进行设计和模型建立，经过光固化3D打印参数设置和切片后获得打印控制数据，将打印控制数据导入光固化3D打印机中进行SiC陶瓷前驱体模型的打印，然后获得固化后的前驱体模型；