利用CAD 製圖軟體完成重組器部件及主體設計，然後模擬 軟體分析重組器內部流場變化，再根據分析結果來進行改良。
原型設計完成後會利用RP(Rapid Prototyping)快速原型技術完成 實體製作，以用作流暢觀測實驗，包括液體霧化現象之觀測等。
(一) 重組器設計規格
重組器總體積為500 cc，其中外徑 60 mm，高 17.7 cm (外 部支撐及銜接裝置除外)。系統工作部件分別有甲醇儲存槽、
液體霧化裝置、重組反應區、重組氣出口。設計原理乃空氣由 底端入口進入，在霧化區與調配好後的甲醇水溶液一同霧化成 微小顆粒，再進入重組反應區進行反應產生氫氣。軸心區將進 行部份氧化反應，以供應熱量於外環的水氣重組反應。最後氫 氣由上端的出口供應給燃料電池使用。如下圖 2-1 分別呈現其 設計的剖面及外觀。
圖 2.1-1 重組器設計剖面圖
圖2.1-2 重組器設計外型
以下為重組器各元件初步設計構想：
1. 燃料儲存槽
甲醇與水將以實驗中取得的最佳比例儲存於槽內，以供 應重組反應所需。外界空氣將以導入裝置引入儲存槽，甲醇 溶液與空氣將在進料器進行雙流體霧化。也使得最終排出的 氫氣能略高於一大氣壓，順利傳送與RMFC 使用。
2. 進料裝置
本研究團隊曾經進行進料裝置的改進設計，並研究其對 重組效率的影響。為節省加熱蒸發進料所需消耗之能源與熱 量、增加霧化效果及反應啟動速度，研究生吳國華[2]改用超 音波振盪方式將液體進料霧化成微小液滴。該實驗用的超音
波霧化進料系統是將市面上現有的超音波霧化加濕器之壓 電片加以改裝於特製之容器內，霧化之粒徑平均為 3.2 μm。實驗結果發現，當進料設定在 S/C=1.8、氮氣攜帶量 8 L/min、觸媒床溫度設定在 350 ℃，甲醇轉化率達到最高值，
約為98.678％；氫氣產生率約為 0.03129 mole/min。超音波 霧能化使得甲醇轉化率、氫氣濃度及能源節省上均優於加熱 蒸發方式進料；然而在氫氣產率及一氧化碳濃度含量上卻不 佔優勢。
為了達到能源節省而提高重組器的工作效率，同時也能 得到最佳的甲醇轉化率、氫氣濃度、氫氣產率及最低的一氧 化碳濃度含量。吾人欲改進傳統之甲醇加熱蒸發汽化與超音 波霧化進料方式，而採用氣助式霧化方式進料；進料經霧化 後，從微噴嘴出來的氣體顆粒會變小且分散平均，有助於進 料點燃，並促使觸媒燃燒。霧化所產生的粒徑愈小能增加愈 多反應面積，因此霧化所產生的粒徑將影響重組器的效率。
3. 重組反應器
對於重組器反應器的研發技術，本研究團隊也從多次的 實驗中掌握了其中重要的知識與技術。陳泓政[4]的設計一管 型甲醇重組器，長約420 mm、內徑為 44 mm，使用商用觸 媒 G66B 進行實驗。此重組器的進料方式是燃料(甲醇和水) 依比例調配，經由液體幫浦輸送到加熱蒸發段以電熱方式加 熱到所需的反應溫度，到反應區進行製氫反應。反應後的氣 體經過冷凝器，將殘餘的水與甲醇冷凝析出，氣體送至氣相 層析儀進行成分分析。其研究參數包括水對甲醇莫耳比
(S/C)、氧氣對甲醇莫耳比(O/C)、反應溫度及進料率對甲醇
LPM CCPM
⎛ ⎞⎛ ⎞
媒。國內外的相關研究皆使用商業用觸媒來進行反應[2] [3]
[4]，而本研究團所使用的觸媒其商品型號為 Nissan Girdler 之 G66B，組成成分有 CuO-ZnO/Al2O3。其製作方式為先將 該商品觸媒與黏結劑混合、研磨成漿料之後，再被覆於開孔 密度 300 cells/in2 之 Fe-Cr-Al 的金屬蜂巢狀擔體；觸媒培 燒溫度為 450 ℃，持續兩個小時，而整顆觸媒床的觸媒附 著量約12 g。而觸媒床形式是將觸媒燒結被覆在蜂巢狀金屬 上，此觸媒床有利於反應進行時的熱傳遞，可以達到反應溫 度均勻，減少熱點的產生，且可以接受較高的空間流速，增 加反應面積以及反應速率。由於如今的觸媒的設計受到體積 的限制，所以勢必要使用效率更高的觸媒，方能符合整體的 設計需求。
(二) 流場分析
燃料的霧化粒徑大小及分布會影響重組反應。理想的霧化 出口能改善燃料只集中在某些特定部分的缺點，燃料將得以均 勻地分布在全部反應觸媒內，結果是提升重組器啟動速度與燃 料轉換率。
本研究團隊使用了模擬軟體對霧化器出口進行流場分析 及比對，並尋求最佳化的出口設計。發現導流設計有助於霧化 氣體的均勻分布；而且有空隙的導流設計(圖 2.1-3)，效果更 佳。參照了流場分析結果，對霧化裝置的設計加以改良，其設 計(圖 2.1-4)。初步的流場分析結果顯示導流板能均勻分布流 體，而空隙能減少渦流的出現。
圖2.1-3 導流板 圖 2.1-4 改良後霧化器