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崑山科技大學 機械工程系 學生專題製作報告 利用汽油車廢熱進行重組產氫 指導教授: 洪榮芳教授 專題組員: 鍾文皇 學號:4000H024 紀憲明 4000H050 中華民國 104 06

崑山科技大學 機械工程系 學生專題製作 ...ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/23788/3/專題製作.pdf · 3.3.2 廢氣分析儀 本實驗使用的廢氣分析儀如圖3.5

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  • 崑山科技大學

    機械工程系

    學生專題製作報告

    利用汽油車廢熱進行重組產氫

    指導教授: 洪榮芳教授

    專題組員: 鍾文皇 學號:4000H024

    紀憲明 4000H050

    中華民國 104 年 06 月

  • I

  • II

    一、摘要 本實驗是利用 HONDA VA-AA 汽油引擎來進行測試。將廢熱能量導入重組

    器,將甲醇水重組後產出富氫氣體導入引擎或熱機使用,即可節能並減少排汙。

    設定引擎參數在轉速 2000rpm 以及 3000rpm,油門開度設定在 20%,重組參數為

    重組溫度 240 oC、260oC、280oC、300oC 四個溫度點,水醇莫耳比設定在 1.2時進

    行實驗。達實驗設定條件後,再利用廢氣分析儀去測量引擎不同參數下的排氣濃

    度,並利用採樣袋收集重組出來的富氫氣體至氣相層析儀(GC)分析各氣體濃度。

    由實驗結果得知,引擎所排放的廢氣體中,各種氣體的焓值會隨排氣溫度上

    升而增加。然後在不同引擎轉速與重組溫度設定情況下,甲醇水蒸汽重組產出的

    氫氣與一氧化碳濃度非常穩定,分別為氫氣濃度為 64.78~69.32 %,一氧化碳濃度

    為 0.14~1.61 %。

  • III

    目錄

    一、 摘要------------------------------------------------------------------------II

    二、 前言-------------------------------------------------------------------------1

    三、 實驗設備-------------------------------------------------------------------3

    四、 實驗計算及實驗步驟--------------------------------------------------13

    五、 實驗數據-----------------------------------------------------------------15

    六、 結論-----------------------------------------------------------------------20

    七、 參考文獻-----------------------------------------------------------------21

  • IV

    表目錄

    表 3.1引擎規格表-------------------------------------------------------------------4

    表 3.2廢氣分析儀規格表----------------------------------------------------------7

    表 3.3熱電偶種類表--------------------------------------------------------------10

    表 3.4 重組器規格表--------------------------------------------------------------11

    表 3.5 電子磅秤規格--------------------------------------------------------------11

    表 4.1甲醇水調配表--------------------------------------------------------------14

    表 5.1排氣各段溫度--------------------------------------------------------------15

    表 5.2引擎排氣之氣體成分與濃度--------------------------------------------16

    表 5.3引擎排放氣體焓值--------------------------------------------------------17

    表 5.4產出富氫氣體之濃度-----------------------------------------------------18

    表 5.5重組產出富氫氣體之流率-----------------------------------------------19

  • V

    圖目錄

    圖 3.1實驗設備架構示意圖-------------------------------------------------------3

    圖 3.2 HONDA VA-AA汽油引擎------------------------------------------------4

    圖3.3氣相色層分析儀(GC)-------------------------------------------------------5

    圖3.4GC校正標準氣體------------------------------------------------------------6

    圖 3.5廢氣分析儀-------------------------------------------------------------------7

    圖 3.6廢氣分析儀校正標準氣體-------------------------------------------------8

    圖 3.7廢氣分析儀耗材-------------------------------------------------------------8

    圖3.8 K-type熱電偶----------------------------------------------------------------9

    圖 3.9 溫度擷取系統--------------------------------------------------------------9

    圖 3.10重組器----------------------------------------------------------------------11

    圖 3.11定量泵----------------------------------------------------------------------12

    圖 3.12電子磅秤-------------------------------------------------------------------12

  • - 1 -

    二、前言 自工業革命後,交通運輸工具逐漸轉變為使用石化燃料驅動,大幅增加生活

    的便利性,不過隨著近年來科技的快速發展,人類越來越依賴石油,使得石油存

    量越來越少,自第二次世界大戰以來,全球消耗石油使用量越來越高,在 1950年

    時僅佔全球總能源消耗的三分之一,如今已經佔到一半以上,因此石油的重要性

    可見一般[1]。導致價格也逐年上漲。因大量使用石化燃料,導致廢氣排放量亦逐

    年增加,引發了石油危機和全球氣候異常等問題。

    科技發展常大量消耗能源,能源使用所產生的溫室氣體造成的「溫室效應」

    與近年來氣候異常的「聖嬰現象」等,所以在 2005 年 2月簽訂生效「京都議定書」

    後,對已開發國家二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氫氟碳化物

    (HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6),六種溫室氣體的排放進行管制,氣候議

    題再度受到國際間的關注[2]。隨著科技文明的進步,造成能源大量的被使用,加

    上我國能源自主權嚴重不足,高達 98%的能源必須仰賴進口,導致石化能源價格

    上升,影響民生需求與經濟的發展。然而,能源大量使用的同時也產出很多的燃

    燒氣體,造成我們環境的汙染。環境汙染與能源的不足儼然是相當棘手的問題,

    所以各國積極投入替代能源與潔淨能源的發展。臺灣永續能源政策,將有限資源

    作有「效率」的使用,開發對環境友善的「潔淨」能源,與確保持續「穩定」的

    能源供應[3]。讓我們不得不好好思考,如何才能減緩全球暖化及減少對石油的依

    賴。

    因此如何減少石油燃料廢氣更是當務之急,雖台灣相關環保法規也日趨嚴

    格,現行法規為第五期相較於第四期標準嚴格許多,主要針對項目為 CO、HC、

    NOX,尤其是 CO標準值由 7g/km 調整至 2g/km。使得機車產生的溫室氣體排放量

    雖逐漸降低,但對於石油燃料的依賴性依然很高,因此本研究係利用排氣之廢熱

    來促使甲醇重組器進行重組產氫,並將其產出之富氫氣體進行相關運用。

    氫氣目前被認為最適合做為內燃機的替代能源,可從王世豪[3]的研究中得

    知,因氫氣的燃燒速度與可燃極限皆比汽油好,除了可以改善 CO 與 HC 的排放,

    還可以使用較稀的混和比來進行燃燒,減少引擎單位時間的碳排放量,並可提升

    之輸出功率與熱效率,由此可知氫氣對於內燃機的燃燒,有很大的幫助與功效。

    本實驗所使用的重組法是水蒸氣重組法,此重組方式為吸熱反應,使用水蒸

    氣重組法可將甲醇重組成氫氣與二氧化碳,理論可產生濃度為 75%氫氣的富氫氣

    體,而每莫耳甲醇完全反應需要 131.12kJ 的能量[5],因此需要提供額外能量以進

    行重組反應,剛好排氣所產生的廢熱可供重組器使用,利用排氣廢熱提供甲醇水

    溶液進行重組反應,產出的富氫氣體可供引擎使用。最後重組器所測出溫度必須

    控制 220~320℃,而排氣廢熱會隨引擎運轉條件改變而不一樣,所以我們利用控制

    蝴蝶閥開度保持重組器內部的溫度,預防過高的溫度造成反應觸媒燒結[4]。

    為了減緩全球暖化,很多國家開始發展低碳排放量或是無碳的再生能源,而氫氣

    燃燒後的產物以水居多,除了在高溫時會排放 NOX外,並不會產生其他汙染是一

  • - 2 -

    種高能量且幾乎是零汙染的能源[6] 。另外,氫氣的火焰速度與稀油極限均優於汽

    油,而較快的火焰速度可以縮短混合氣在燃燒室內的燃燒時間,可改善燃料的燃

    燒效率,使其達到降低污染氣體之排放的效果[7],藉由氫氣提升汽油引擎的燃燒

    效率,降低 CO、NOx的排放濃度。車輛所排放的廢氣,為空氣汙染的最大宗產源,

    所造成的空氣汙染,會影響到人類健康與生活。由於台灣的機車密度為世界第一,

    因此本研究之目的為減少車輛排放之廢氣、提升燃料之燃燒效率與提升引擎之性

    能輸出,而尋找替代能源便成為我們的研究議題的目標。

    本實驗使用甲醇作為重組產氫之燃料,雖然甲醇並不算再生能源,而是經由合成

    之後所製造的燃料,但甲醇的合成已使用多年且技術也已相當成熟。甲醇是現今

    人類所使用之合成燃料的最大量,所以在價格方面也以相當便宜,較由可能被普

    遍使用之替代能源。利用汽車所排放出來的廢氣之熱能拿來加以利用,將廢熱能

    量導入重組器,將甲醇水溶液重組後產出富氫氣體導入引擎或熱機使用,以達到

    節能減碳之目的。

  • - 3 -

    三、實驗設備

    3.1 實驗設備架構示意圖

    在本章節主要介紹實驗設備的架構以及實驗設備,圖 3.1為整體實驗設備架構

    的示意圖,主要內容包括了重組器本體、實驗引擎、引擎動力計與分析量測(氣相

    色層分析儀、廢氣分析儀、溫度量測系統與燃油量測系統)。接著由下列章節對設

    備做詳細之介紹。

    圖 3.1 實驗設備架構示意圖

    重組器

    甲醇水溶液定量泵

    採樣袋

    排氣管末端

    排氣流量控制閥

    廢氣分析儀

    引擎動力計控制面板

    引擎動力計

    燃油量測系統

    溫度擷取系統

    採樣袋

    氣相層析儀

  • - 4 -

    3.2 引擎系統

    本實驗使用的引擎為 HONDA VA-AA 四缸四行程汽油引擎,引擎排氣量

    1328c.c.,如圖 3.2所示。引擎的規格如表 3.1所示。

    圖 3.2 HONDA VA-AA 汽油引擎

    表 3.1 引擎規格表

    總排氣量 1328(c.c.)

    汽門機構 DOHC

    缸徑×行程 75.0×75.2(mm×mm)

    壓縮比 9.5:1

    壓縮壓力 12/250(kg/cm2)/rpm

  • - 5 -

    3.3 氣體量測

    3.3.1氣相色層分析儀

    本實驗所使用的氣相色層分析儀 (GC)如圖 3.3 所示,型號是 Agilent

    Technologies 6850,而他的分析原理是熱導偵測器(TCD),它有下列五個特點分別

    是具有高效能、高選擇性、高靈敏性、分析速度快、最後再加上應用很廣泛。所

    以我們才會使用它,它的功能是用來測量重組後富氫氣體的濃度。可以用來量測

    CO、CO2、 H2、CH4、 C2H4、N2這些氣體。

    而 TCD 的基本原理是利用惠斯敦電橋方式,特性為應用廣泛、性能穩定、適

    當的靈敏度及不破壞待測物等。當電流通過電橋時,鐵絲會產生熱,而待測物通

    過熱電絲時,因熱導性原理使熱電絲散熱降溫,於固定的的電壓及氣流流速下,

    電熱絲會達到平衡溫度,當某側通過兩股串聯電熱絲的氣體中含有待測混和物

    時,則會因改變氣體導熱係數,使得兩側電熱絲溫度不同,利用電阻所產生的變

    化將電熱絲兩端電位改變,此電壓訊號經過放大後,即可顯示在擷取軟體上。其

    中敏感度與待側氣體和攜戴氣體的熱傳導性質差有關,差值越大則敏感度越大。

    氣相色層分析儀必須定期校正,以確保分析之精準性。因此,用來校正 GC 的

    標準氣體如下圖 3.4所示,成份有 H2、CO、CO2、CH4、C2H4、N2。

    圖 3.3 氣相色層分析儀(GC)

  • - 6 -

    圖 3.4 GC 校正標準氣體

    3.3.2廢氣分析儀

    本實驗使用的廢氣分析儀如圖 3.5所示,分析原理是非分散型紅外線(NDIR),

    利用每種被測的氣體,只能吸收特定波長的紅外線能量,且吸收強度與該氣體的

    濃度有關,對於一樣濃度不同成分的氣體吸收系數相異,但對同種類的氣體而言,

    吸收係數為一常數。引擎廢氣中含有其他成分,而廢氣當中含有待測物體吸收波

    長頻率相同的成分時,將會產生誤差。量測的時候 H2O 對 CO 之量測造成影響,

    故進入廢氣分析儀前必須過濾去除廢氣中的水蒸氣含量。

    廢氣分析儀可測量排放的氣體成分與濃度 (CO, CO2, O2, HC),再經計算顯示

    空燃比(Air fuel ratio, AFR)與空氣過剩率(LAMBDA, λ),規格如表 3.2 所示。而此

    儀器的優點有可即時量測,構造比較簡單然後也比較容易維護,最後價格還比其

    他檢測方式的儀器來得便宜。

    用來校正廢氣分析儀的標準氣體如圖 3.6所示,它的成份有 CO、CO2、C3H8、

    N2。進行校正時,將標準氣體導入分析儀裡,首先進行 CO 氣體校正,接著依序

    為 CO2與 HC。而 HC 的校正比較特殊,是利用 C3H8為標準氣體,因此必須乘於

    係數 0.510 來修正 HC 氣體。廢氣分析儀使用的過濾耗材如圖 3.7 所示,由右邊開

    始,順時針方向分別為粉塵過濾器、前置過濾器與煙嘴過濾器,主要用來過濾水

    份、顆粒及粉塵等等,耗材於固定時間或潮濕、粉塵太多就需更換。

  • - 7 -

    圖 3.5 廢氣分析儀

    表 3.2 廢氣分析儀規格表

    廠牌 HORIBA

    型式 MEXA-554JA

    量測氣體及範圍

    CO:0.00~10.00 (vol%)

    HC:0.00~20000 (ppm)

    CO2:0.00~20.00 (vol%)

    O2:0.00~25.00 (vol%)

    其他項目分析 AFR:10.0~30.0

    LAMBDA:0.50~2.0

  • - 8 -

    圖 3.6 廢氣分析儀校正標準氣體

    圖 3.7 廢氣分析儀耗材

  • - 9 -

    3.4 溫度量測

    溫度感測主要分成三種有熱電偶式、電阻式、熱敏電阻,而工業界通常會使

    用熱電偶,因為它的溫度量測範圍很廣,而且還可以改變導線的材質來改變量測

    的範圍,可以挑選到所需要的準確度。本實驗所使用的是熱電偶式,熱電偶總共

    有 8種,如表 3.3所示。實驗溫度量測則使用 K-type熱電偶,如圖 3.8 所示。K-type

    熱電偶溫度量測範圍是-200oC~1370 oC,此類型熱電偶是鋁鉻合金與鎳鉻合金所構

    成。熱電偶之配置位置有引擎排氣分流前、排氣分流後與流經重組器之後;重組

    器本體、重組之產出端等。熱電偶之訊號經過溫度顯示器訊號放大處理,傳輸至

    溫度擷取系統以顯示出溫度值。

    溫度擷取系統如圖 3.9所示,是用來監測重組器內部的溫度還有重組器前後以

    及總排氣的溫度,以利控制重組溫度,才能避免重組器內部因溫度過高而損壞。

    圖 3.8 K-type熱電偶

    圖 3.9 溫度擷取系統

  • - 10 -

    表 3.3 熱電偶種類表

    熱電偶種

    材質 使用溫度極限範圍 常用溫度

    (+) (-)

    K 鎳鉻合金 鋁鉻合金 ﹣200~1370℃ 700 oC

    J 高純度鐵 銅鎳合金 0~700℃ 500 oC

    E 鎳鉻合金 銅鎳合金 ﹣200~1000℃ 550 oC

    T 高純度銅 銅鎳合金 ﹣200~400℃ 200 oC

    B 30%鉑、銠 6%鉑、銠 100~1800℃ 1500 oC

    R 13%銠 鉑 0~1700℃ 1400 oC

    S 10%銠 鉑 0~1700℃ 1400 oC

    N 鎳鉻矽合金 鎳矽合金 ﹣200~1300℃ 1000 oC

    3.5 重組器

    圖 3.10為實驗所使用的重組器,重組器的觸媒為 Cu Zn/Al2O3觸媒,觸媒質量

    為 700 克,最大產氫量為 2m3/hr。實驗時為了讓重組器的溫度快速達到我們所需

    要的溫度,將排氣分流管另一邊的蝴蝶閥關起來,而重組器這邊的蝴蝶閥打開,

    讓排氣廢熱經過重組器多一些。當熱流量多了,重組器吸收熱後觸媒溫度就會升

    高。接著,當重組器溫度接近設定的反應溫度時,會控制蝴蝶閥大小,讓溫度穩

    定於設定之反應溫度,而有較佳的重組產出,重組器的規格如表 3.4所示。

  • - 11 -

    圖 3.10 重組器

    表 3.4重組器規格表

    觸媒量 700克

    觸媒/擔體 銅鋅/氧化鋁

    重組器操作溫度 220~320oC

    3.6 重組燃料供應系統

    圖 3.11為實驗使用的定量泵,創裕實業有限公司所出產的 EMP-系列電磁隔膜

    式定量泵,具有高精度輸送、耐酸鹼輸送和流量可調的功能,最後還有多種程式

    應用功能,主要功能是負責穩定的供輸甲醇水給重組器。

    實驗時必須監控甲醇水溶液供應量,因此利用電子磅秤來測量單位時間之甲

    醇水溶液消耗量,如圖 3.12所示。電子磅秤的規格如表 3.5。

    表 3.5電子磅秤規格表

    機型 JYK-3000

    秤重 3000g

    感量 0.2g

    單位 公克、臺兩、盎司、磅

  • - 12 -

    圖 3.11定量泵

    圖 3.12電子磅秤

  • - 13 -

    四、實驗計算及實驗步驟

    4.1 引擎排氣廢熱流率計算

    實驗初期,將先對引擎進行一系列之基礎測試,以尋找最適合重組之引擎操

    作參數。因此,引擎操作參數將設定,引擎轉速 2000 與 3000rpm、油門開度固定

    於 20%。重組實驗參數,S/C 比為 1.2、甲醇水溶液進料量為 25.6g/min、重組溫度

    設定 240、260、280、300oC。

    4.1.1引擎排氣流率計算

    引擎的排氣廢熱量,必須先計算出引擎排氣流率。因此,將於實驗以廢氣分

    析儀量測引擎排氣的氣體成分與濃度,再利用(4.1)式來計算出引擎排氣莫耳流率。

    8 15( ) 2 2 ( )( 3.76 )l gxC H z O N

    ( ) 2( ) 6 14( ) 2( ) ( ) 2( )2 3.76g g g g g gCO bCO dC H eO fN xN ………… (4.1)

    4.1.2引擎排氣廢熱量計算

    引擎排氣廢熱流率必須先利用(4.2)式計算出排氣中各氣體於不同溫度下的焓

    值,每種氣體於不同溫度下的焓值皆不相同。接著,將 4.1.1節計算的排氣莫耳流

    率與(4.2)式的焓差值代入(4.3)式做加總,即可得到引擎排氣廢熱量。

    2 2pC

    a bT cT dTR

    ………………………………………………… (4.2)

    298.15

    Tex

    i pT ih C dT ……………………………………………………… (4.3)

    i= CO, CO2, H2O, N2, O2 (measured exhaust species)

    4.2 甲醇水的計算與調配

    重組實驗是使用甲醇水蒸氣重組(Steam reforming of methanol, SRM)方式,化

    學反應式如(4.4)式。因此必須將甲醇與水作適當的調配,也就是水醇比(Steam to

    methanol ratio)或是 S/C 比(Steam to carbon ratio)。本實驗的重組參數 S/C 比 1.2,代

    表水的莫耳數與醇的莫耳數比為 1.2,為了調配出 S/C 比 1.2 的甲醇水溶液,必須

    利用(4.5)式先計算甲醇與水個別的質量,才能調配出正確 S/C 的重組燃料。醇水質

    量比例如表 4.1所示。

  • - 14 -

    2 3 2 2 21.2 3 0.2H O CH OH H CO H O …………………………………… (4.4)

    mmole

    M …………………………………………………………………… (4.5)

    m : Mass M : Molecular weight

    表 4.1 甲醇水調配表

    水醇比(S/C) 1.2

    1.2莫耳水質量

    (g) 21.6

    1莫耳甲醇質量

    (g) 32

    甲醇水進料量

    (g/min) 25.6

    4.3 實驗步驟

    實驗開始將先發動引擎,讓引擎熱機 5~10 分鐘,待引擎熱機以達穩定狀態。

    調整引擎轉速和油門開度至引擎設定之參數,再啟動甲醇水溶液之供應泵。接著

    將引擎所排放出來的廢熱,利用排氣分流管之蝴蝶閥控制,使流過重組器側的廢

    熱量增加,讓重組器快速吸熱以達設定之重組溫度。待溫度上升後,打開導入排

    氣管之氮氣,再控制蝴蝶閥使溫度穩定於重組溫度。接著,利用廢氣分析儀量測

    排氣中的成分與濃度,另外必須量測引擎單位時間的燃油消耗量,以利計算排氣

    流率與廢熱量。最後,將利用氣體採樣袋對重組器產出的氣體進行收集採樣,再

    將氣體經由進料泵浦導入氣相層析儀(GC)測量氣體成分與濃度。

  • - 15 -

    五、實驗數據

    5.1 引擎排氣溫度量測

    表 5.1 為引擎排氣溫度各段溫度之量測結果,引擎轉速為 2000 與 3000rpm、

    開度為 20%。由引擎實驗結果得知,各轉速下排氣溫度都非常穩定,排氣也都高

    出重組所設定之溫度,因此足以提供能量給重組器使用。

    表 5.1排氣各段溫度

    各引擎操作條件下,排氣溫度量測

    引擎轉速

    (rpm)

    重組溫度

    (oC)

    總排氣溫度

    (oC)

    未經重組器

    (oC)

    經重組器

    (oC)

    2000

    240 555 492 377

    260 558 500 400

    280 562 508 419

    300 562 519 437

    3000

    240 590 495 314

    260 603 520 344

    280 605 533 367

    300 608 556 446

  • - 16 -

    5.2 引擎排氣之氣體成分與濃度

    表 5.2引擎排氣之氣體成分與濃度,如表所示各引擎操作條件下,引擎排氣之

    濃度皆非常平穩。將利用此排氣濃度配合燃油消耗量來推算出排氣流率,以利計

    算廢熱流量之用。

    表 5.2引擎排氣之氣體成分與濃度

    各引擎操作條件下,引擎排氣之濃度

    引擎轉速(rpm)/重組溫度(oC) CO

    (%)

    CO2

    (%)

    HC

    (ppm)

    O2

    (%)

    2000

    240 0.16 10.74 6 5.36

    260 0.11 10.88 4 5.14

    280 0.14 10.94 4 5.06

    300 0.16 10.92 6 4.62

    3000

    240 0.15 10.68 4 5.46

    260 0.12 10.62 4 5.24

    280 0.13 10.64 4 5.28

    300 0.12 10.7 4 5.04

  • - 17 -

    5.3 引擎排氣之焓值

    表 5.3 為引擎於 2000 與 3000rpm、油門開度 20%之排放氣體焓值。此部分是

    利用表 5.2的排氣莫耳流率與溫度差搭配(4.2)式計算而得。經計算結果可之,各氣

    體焓值隨溫度與轉速的上升而增加,主要原因為轉速造成排量與溫度差所造成。

    表 5.3 引擎排放氣體焓值

    各引擎操作條件下,引擎排氣各氣體焓值

    rpm/oC T

    CO CO2 C

    6H

    14 N

    2 O

    2 H

    2O Δh

    kJ/mole

    2000

    240 492 14.29 24.60 104.39 13.91 15.42 16.33 188.94

    260 500 14.54 25.00 106.69 14.16 15.68 16.64 192.71

    280 508 14.79 25.40 109.02 14.41 15.95 16.94 196.51

    300 437 12.56 21.85 88.92 12.21 13.60 14.24 163.38

    3000

    240 495 14.38 24.75 105.25 14.00 15.51 16.44 190.33

    260 520 15.17 26.01 112.53 14.78 16.35 17.40 202.24

    280 533 15.58 26.67 116.37 15.19 16.78 17.91 208.50

    300 556 16.32 27.85 123.26 15.91 17.55 18.80 219.69

    ※註:T 重組器前排氣溫度(oC)

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    5.4 產出富氫氣體之濃度

    表 5.4 產出富氫氣體之濃度,由表可知氫氣產出都非常穩定,唯有一氧化碳

    隨重組溫度上升而增加。主要為隨反應溫度的增加,提升重組反應效果,導致一

    氧化碳隨溫度上升。

    表 5.4 產出富氫氣體之濃度

    各引擎操作條件下,產出富氫氣體之濃度

    rpm/oC

    H2 N

    2 CO CO2

    (%)

    2000

    240 64.78 7.35 0.14 21.66

    260 65.80 6.03 0.48 21.72

    280 68.48 6.21 0.90 22.72

    300 66.04 4.68 1.78 21.56

    3000

    240 68.94 7.32 0.15 23.51

    260 69.05 5.89 0.50 23.41

    280 69.31 5.33 0.72 23.66

    300 69.32 4.80 1.61 23.06

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    5.5 重組產出富氫氣體之流率

    表 5.5 為重組產出富氫氣體之體積流率,由於氮氣為惰性氣體,因此其體積

    流率為導入之定值。氫氣與一氧化碳產出流率,皆會隨反應溫度上升而提升。主

    要原因,反應溫度的增加代表反應能量也增加,因此使甲醇水的重組反應效果變

    好,故產出體積流率有明顯的提升。

    表 5.5 重組產出富氫氣體之流率

    各引擎操作條件下,重組產出富氫氣體之流率

    rpm/o

    C

    H2 N

    2 CO CO

    2

    L/min

    2000

    240 17.63 2 0.036 5.89

    260 21.82 2 0.158 7.20

    280 22.04 2 0.289 7.31

    300 28.19 2 0.758 9.20

    3000

    240 18.84 2 0.039 6.42

    260 23.43 2 0.168 7.94

    280 25.99 2 0.270 8.87

    300 28.91 2 0.671 9.61

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    六、結論 引擎實驗

    1.引擎實驗測試可知,排氣量測之溫度為 492~556 oC,溫度皆高於重組設定溫度

    (240~300 oC),故引擎於 2000 rpm與 3000 rpm、油門開度 20 %的操作條件下,

    排氣溫度足以用於重組。

    2.引擎排放氣體焓值會隨排氣溫度上升而增加,引擎排氣焓值總和約為 188~219

    kJ/mole。

    重組產氫

    1.不同引擎轉速與重組溫度設定情況,甲醇水蒸汽重組產出的氫氣與一氧化碳濃

    度非常穩定。氫氣濃度為 64.78~69.32 %,一氧化碳濃度為 0.14~1.61 %。

    2.不同引擎轉速與重組溫度設定情況,甲醇水蒸汽重組產出的氫氣與一氧化碳流

    率隨重組溫度增加而提升。氫氣產出流率為 17.63~28.91 L/min,一氧化碳產出

    流率為 0.036~0.671 L/min。

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    七、參考文獻

    [1] 陳維新,能源概論,全華圖書出版股份有限公司,台北,2008。

    [2] 經濟部能源局-全國能源會議。

    [3] 王世豪,“氫氣引擎之性能研究”,碩士論文,逢甲大學機械與電腦輔助工程學

    系研究所,2008年。

    [4] 林志翰、廖政勳、黃偉智、黃建瑋、黃睦豪、洪榮芳、吳澤松、賴銘彬,“汽

    油車排氣廢熱於甲醇重組之研究”,2014第九屆全國氫能與燃料電池學術研討

    會暨第一屆台灣能源學會年會,國立臺南大學府城校區,2014年 10 月。

    [5] 林志翰、黃偉智、廖政勳、洪榮芳、賴銘彬、賴維祥,“汽油車廢熱進行甲醇

    重組產出富氫氣體之研究”,中華民國第 24 屆燃燒與能源學術研討會,台南

    市國立成功大學,2014年 4月。

    [6] 林志翰、盧奕豪、段旻志、林宗聖、黃駿威,“重組器之燃燒器特性測試分析”,

    學生專題製作報告,崑山科技大學機械工程系,2003年。

    [7] 張常胤,“利用排氣廢熱之甲醇重組產出富氫氣體導入機車引擎之排汙特性探

    討”,碩士論文,崑山科技大學機械工程系,2012年。