科技部補助產學合作研究計畫成果精簡進度報告
先進燃料轉換及節能技術開發與系統整合(1/3)
計 畫 類 別 ： 先導型
計 畫 編 號 ： MOST 108-2622-E-006-017-CC1 執 行 期 間 ： 108年06月01日至109年05月31日
執 行 單 位 ： 國立成功大學航空太空工程學系（所）
計 畫 主 持 人 ： 陳維新
共 同 主 持 人 ： 汪俊延、林弘萍、謝瑞青
處 理 方 式 ： 公開方式：立即公開
中 華 民 國 109 年 02 月 28 日
中 文 摘 要 ： 本整合計畫目標，關鍵技術包括： (1) 系統整合模擬，(2) 催化劑 製備，(3) 催化劑層和設施的結合，(4) 高效率的熱電材料的生產
，以及(5) 熱電發電和有機朗肯循環。該項目建成後，在發電技術 部分，將開發高性價比熱電材料，並整合串聯熱電發電與有機朗肯 循環技術，成為一種先進高效率中、低溫廢熱發電程序。
總計畫第一年完成：整合助效燃燒系統、熱電發電系統與ORC有機朗 肯發電之示範平台，目前已完成產氫助效燃燒系統、熱電發電系統 連接與測試，於3月後將連接ORC有機朗肯發電系統，之後進行整合 性系統測試，相關整合性測試初步結果將於撰寫於報告內。
子計畫一第1年工作：主要對於氫能及熱電進行軟體模擬開發，目前 皆已完成數值驗證、格點獨立性以及不同操作參數(氫能:反應器之 入口溫度、煙道之入口溫度、進料之水碳比，熱電:鰭片數量、熱電 晶片數量)。
子計畫二第1年工作：成功製備銅系並擔載於氧化矽及氧化鋁上的觸 媒，並完成上述觸媒之結構、形態及表面積等特性分析鑑定，實驗 進度達上半年度之預訂規畫。觸媒應用方面，目前最佳化觸媒（Cu- Ni/Al2O3-10%）之甲醇重組反應於250oC下轉化率達100%。
子計畫三第1年工作：成功利用工業用純鎂、矽晶圓廢料熔煉鎂錫矽 熱電材料之原料達到回收再利用，上半年度內調整出最適實驗流程
，合金配比，熔煉參數與熱壓燒結參數，製備鎂錫矽熱電材料具有 在400 ℃ 下ZT≧1之熱電性能。擴散阻障層方面於下半年度進行
，初步實驗結果顯示鍍Cr的Fe-Cr合金層在熱壓燒結後外層銅電極與 內部鎂錫矽熱電材料無互擴散，具擴散阻障層之優秀材料。
子計畫四第1年工作：成功開發出以微型渦卷膨脹機為核心之有機朗 肯循環系統，並以低溫冷媒R134a進行系統基本測試，其中發電系統 以感應式發電機與電網並聯，將所發出之電能送至電網，經初步測 試在熱源96.7℃下，發電量為1.16kW，微型渦卷膨脹機等熵效率為 44%。後續將進行混合工質測試及整合廢熱回收發電測試
計畫第二年將於業界實廠進行施作，建立業界示範場；第三年與業 界接軌，落實產學計畫。計畫將與法人和廠商共同完成多項驗證與 實證工作，將能針對不同對象提出適當與最佳化的技術解決方案
，達成預期節能目標。
中 文 關 鍵 詞 ： 廢熱；燃料轉化系統；重整；燃料；共沸混合物；熱電材料；催化 劑；有機朗肯循環（ORC）；系統整合
英 文 摘 要 ： To achieve these goals, the key technologies include (1) system integration simulation, (2) catalyst preparation, (3) the binding of the catalyst layer and facility, (4) the production of thermoelectric materials with high
efficiency, and (5) the integration of thermoelectric generation and organic Rankine cycle. After this project has been accomplished, the conversion technologies of medium- and low-temperature waste heat into fuel and power can be established. Which leads to energy and fuel saving, leading to the implementation of resource and environment sustainability.
A demonstrative platform incorporating steam reforming,
thermoelectric generation, and organic Rankine cycle (ORC) systems will undergo integrated system tests after the third system, the ORC system, is connected in March.
Preliminary test results based on the connection of the first two systems are included in this report. Aimed at materializing industry-university cooperation, this project will be geared towards industrial application in the third year by offering customized and optimized solutions to different companies’ energy conservation goals.
Subproject #1 is focused on developing simulators for hydrogen and thermoelectric power generation during the first year. Both simulators have undergone the chi-squared test of independence and data verification with different operating parameters.
Subproject #2 has successfully loaded copper-based
catalysts onto SiO2 and Al2O3 supporters and completed the analysis of the structure, morphology, and surface areas of such materials. The best-performing formula, Cu-Ni/Al2O3- 10%, has reached a 100% conversion rate at 250 oC in the process of methanol steam reforming.
Subproject #3 has successfully produced Mg2(Sn, Si) solid solution thermoelectric material with ZT≧1 at 400 ℃ with the appropriate experimental process, alloy ratio, melting parameters and spark plasma sinter (SPS) parameters. In the second half of the year, preliminary experimental results show that after the SPS progress, no mutual diffusion phenomenon between the Cu electrode and Mg2(Sn, Si) solid solution substrate was observed as we chose the Fe-Cr alloy with Cr film on the surface to be the diffusion barrier. We consider Cr has good potential to be used as diffusion barrier materials
Subproject #4 has successfully developed an organic Rankine cycle (ORC) with a scroll expander using low boiling point R134a as a working fluid. Meanwhile, the ORC system was examined at basic conditions to preliminary investigate the effect of the external heat source on the components. The induce generator was used to connect the electric grid. The results show that the output power and isentropic
efficiency of the scroll at the heat source temperature of 96.7 ℃ are 1.16 kW and 44 %, respectively. The future works will improve the isentropic efficiency of the scroll and integrate with the waste heat recovery system.
英 文 關 鍵 詞 ： Waste heat, Fuel conversion system, Reforming, Fuel, Zeotropic mixture, Thermoelectric material, Catalyst, Organic Rankine cycle (ORC), System integration
1
科技部補助產學合作研究計畫成果精簡(進度)報告
計畫名稱：先進燃料轉換及節能技術開發與系統整合(Development and system integration of advanced fuel conversion and energy saving technology)
計畫類別：■ 先導型 □ 開發型 □ 技術及知識應用型□創新營運模式產學合作計 畫
計畫編號：MOST 108－2622－E－006－017－CC1 執行期間：108 年 06 月 01 日至 109 年 05 月 31 日
執行單位：國立成功大學航空太空工程學系、化學系;國立中興大學材料科學與工程學 系、國立勤益科技大學機械工程系
計畫主持人：陳維新 特聘教授
共同主持人：林弘萍、汪俊延、謝瑞青教授 計畫參與人員：
博士: 陳玠宏、巴哈卡
碩士: 馬兆庭、廖柏儒、葉仲程、吳東凱、黃定璿、鄭紹民、蘇建成、賴柏維、孫 甯媯、黃信凱、李佩蓁、潘正邦、王治勛、邱奕斌、盧貞聿、王麒鳴 專題生︰徐承昱、顏鈺銘、賴洛妘、許菀庭
研究摘要（500 字以內）：
本整合計畫之目標在於開發適用於中、低溫工業廢熱之先進燃料轉換與發電整合技 術。對於燃料轉化，將觸發化學反應以在催化劑的幫助下利用廢熱完成燃料處理，從而 將熱能儲存在化學能中。同時，中溫和低溫餘熱將通過熱電效應直接轉化為電能。計畫 目標，關鍵技術包括： (1) 系統整合模擬，(2) 催化劑製備，(3) 催化劑層和設施的結 合，(4) 高效率的熱電材料的生產，以及(5) 熱電發電和有機朗肯循環。該項目建成後，
在發電技術部分，將開發高性價比熱電材料，並整合串聯熱電發電與有機朗肯循環技 術，成為一種先進高效率中、低溫廢熱發電程序。
人才培育成果說明：
本計畫人才培育成果豐碩，參與計畫之學生達 21 人，且有學生畢業任職於業界，
並提供學生實際參與建置整合系統之能力與業界接軌之能量。
技術研發成果說明：
總計畫第一年完成：整合助效燃燒系統、熱電發電系統與 ORC 有機朗肯發電之示 範平台，目前已完成產氫助效燃燒系統、熱電發電系統連接與測試，於 3 月後將連接 ORC 有機朗肯發電系統，之後進行整合性系統測試，相關整合性測試初步結果將於撰 寫於報告內。
子計畫一第 1 年工作：主要對於氫能及熱電進行軟體模擬開發，目前皆已完成數值 驗證、格點獨立性以及不同操作參數(氫能:反應器之入口溫度、煙道之入口溫度、進料 之水碳比，熱電:鰭片數量、熱電晶片數量)。
子計畫二第 1 年工作：成功製備銅系並擔載於氧化矽及氧化鋁上的觸媒，並完成上 述觸媒之結構、形態及表面積等特性分析鑑定，實驗進度達上半年度之預訂規畫。觸媒
附件二
2
應用方面，目前最佳化觸媒（Cu-Ni/Al2O3-10%）之甲醇重組反應於 250 oC 下轉化率達 100%。
子計畫三第 1 年工作：成功利用工業用純鎂、矽晶圓廢料熔煉鎂錫矽熱電材料之原 料達到回收再利用，上半年度內調整出最適實驗流程，合金配比，熔煉參數與熱壓燒結 參數，製備鎂錫矽熱電材料具有在400 ℃ 下 ZT≧1 之熱電性能。擴散阻障層方面於下 半年度進行，初步實驗結果顯示鍍 Cr 的 Fe-Cr 合金層在熱壓燒結後外層銅電極與內部 鎂錫矽熱電材料無互擴散，具擴散阻障層之優秀材料。
子計畫四第 1 年工作：成功開發出以渦卷膨脹機為核心之有機朗肯循環系統，並以 低溫冷媒 R134a 進行系統基本測試，其中發電系統以感應式發電機與電網並聯，將所發 出之電能送至電網，經初步測試在熱源96.7℃下，發電量為 1.16kW，渦卷膨脹機等熵 效率為 44%。後續將進行系統基本測試及整合廢熱回收發電測試。
技術特點說明：本計畫之技術特點主要是工業中、低溫廢熱回收之利用，整合蒸汽重組 系統(助效燃燒系統)、中、低溫熱電發電系統與 ORC 有機朗肯發電系統，達到廢熱資 源再利用最大化。目前商業上此產品，將朝向模組化，未來推廣於業界，用於高耗能之 產業。
可利用之產業及可開發之產品：水泥業、紡織業、鋼鐵業、石化業、塑化業。
推廣及運用的價值：本計畫之延伸價值，除整合以上系統外，致力於研發先進燃料轉換 之觸媒，可達公斤及量產，並具有高效轉換燃料之功效。致力於中 低溫 MgSnSi 熱電材料之開發，具有良好的 ZT 值，且具有價格之 優勢，更將利用廢棄之矽晶圓，達到再利用。ORC 有機朗肯發電 系統開發相關之特殊冷媒配方，有助於提升工作效率。可達延伸應 用之價值。
處理方式：
立即公開
(依規定，精簡報告係可供科技部立即公開之資料，並以 4
至 10 頁為原則，如有圖片或照片請以附加檔案上傳，如因涉及專利、技術移轉 案或其他智慧財產權、影響公序良俗或政治社會安定等，而不宜對外公開者，請 勿將其列入精簡報告)
中 華 民 國 109 年 2 月 27 日
3
計畫查核點自評表（請逐年填列）
一、本表為本計畫重要審查資訊，本表之期程可視產學合作計畫執行情況予以設定。(例如按月別、季 別、半年別等均可)。
（第一年）計畫查核點
重要工作項目
查核內容概述（力求量化表示）
量化查核技術指標 實際達成技術指標 附註(是否有差異)
A 分項計畫
(總計畫) 先進燃料轉換及節能技術開發與系統整合
A1
加熱功率>20 萬 kcal 之加熱 平台
A 1-1 加熱平台設計 (108/06/01-108/11/30，期程一)
A 1-2 加熱建置與驗證 (108/12/01-109/05/31，期程二)
第一期加熱平台設計已 完成，爐體約高2.5 公 尺，寬約50-70 公分。
加熱平台已由廠商興 建，並完成加熱測試，
符合計畫所需。
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
完成100%。
A2
氫氣助燃＋hW 級熱電系統整 合測試系統
A 2-1 氫氣助燃系統與熱電系統 設計
(108/06/01-108/11/30，期程一) A 2-2 氫氣助燃系統及熱電系統
測試分析
(108/12/01-109/05/31，期程二)
氫氣助效燃燒系統與熱 電系統已完成設計。於 報告內有完整設計圖。
完成初步助效燃燒系統 測試。熱電系統測試分 析，目前正在測試各項
條件。
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
第二階段目前完成 100%，將後續進行 整合測試。結果呈現
於報告內
A 3
hW 級熱電系統 +瓩級 ORC 整 合測試系統
A 3-1 熱電系統與ORC系統整合 設計
(108/06/01-108/11/30，期程一) A 3-2 熱電系統與ORC系統整合
測試
(108/12/01-109/05/31，期程二)
ORC系統與熱電系統整 合設計(100%)。
目前正進行ORC系統測 試，熱電系統測試。將 於3月進行整合測試。
(80%)
充分完成(100%)。
如計畫報告內容 已完成80%，將於各 自測試後，進行連接 組裝，整合測試。
B 分項計畫 (子計畫一)
傳統觸媒床產氫反應器模擬
B1
觸媒床反應器 設計及驗證
B 1-1 完成傳統反應器系統建立 (108/06/01-108/11/30，期程一) B1-2 觸媒床反應器設計及驗證
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成傳統反應器 系統建立與觸媒床反應 器設計及驗證 (100%)
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
4
B 2
格點系統建立
B 2-1 完成格點系統的建立與格 點獨立性驗證
(108/06/01-108/11/30，期程一) B 2-2 格點系統建立 (108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成格點系統的 建立與格點獨立性驗證
(100%)
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
B 3 參數設計
B 3-1分析、研究參數可行性及分 析參數重要性
(108/06/01-108/11/30，期程一) B 3-2 參數設計
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成分析、研究 參數可行性及分析參數
重要性(100%)
提前完成(100%) 如計畫報告內容
B 4 模擬執行
B 4-1 模擬執行
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前模擬執行已完成 (100%)
提前完成(100%) 如計畫報告內容
B 5
蒸汽重組之驗 證
B 5-1甲醇蒸汽重組之驗證 (108/06/01-108/11/30，期程一)
B 5-2 蒸汽重組之驗證 (108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成甲醇蒸汽重 組之實驗裝置100%，將
進入第二期程實質建 模、計算與驗證階段。
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
煙道與熱電發電晶片系統模擬
B 1
煙道與熱電晶 片模型之建立
B 1-1 完成煙道與熱電系統之建 立
(108/06/01-108/11/30，期程一) B 1-2 煙道與熱電晶片模型之建
立
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成煙道與熱電 系統之建立 (100%)
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
B 2
數值方法與格 點系統之驗證
B 2-1 完成格點系統的建立 (108/06/01-108/11/30，期程一) B 2-2 數值方法與格點系統之驗
證
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成數值方法與 格點系統之驗證
(100%)
充分完成(100%)。
如計畫報告內容
B 3
數值模擬之執 行與結果分析
B 3-1 數值模擬之執行與結果分 析
(108/12/01-109/05/31，期程二)
目前已完成數值模擬之 執行與結果分析
(100%)
將與實驗繼續驗證 比對
B 4
使用MgSnSi熱 電材料，建立模 擬模型
B 4-1 使用 MgSnSi 熱電材 料，建立模擬模型 (108/12/01-109/05/31，期程
二)
MgSnSi熱電材料尚在測 試階段。(70%)
因MgSnSi熱電材料 尚在測試階段。
5
C 分項計畫 (子計畫二)
銅基觸媒之製備與產氫性能測試
C1
Cu/silicate 及 Cu-Ni/silicate 製備及特性分 析鑑定
C 1-1完成Cu/ silicate製備及特性 分析鑑定
(108/06/01-108/11/30，期程一) C 1-2 Cu-Ni/silicate製備及特性
分析鑑定
(108/12/01-109/05/31，期程二)
C1-1 完成度 100%，成 功製備 Cu/ silicate 並完
成下列分析-XRD、
TEM、SEM、表面積、
組成元素分布
C1-2 完成度 100%，成 功製備 Cu-Ni/ silicate 並 完成 TEM、SEM、表面
積、XRD 分析
期程一：充分完成 期程二：超前進度，
達 100%
C 2 Cu/Al2O3及 Cu-Ni/Al2O3製 備及特性分析 鑑定
C 2-1完成Cu/Al2O3製備及特性 分析鑑定
(108/06/01-108/11/30，期程一)
C 2-2 Cu-Ni/Al2O3製備及特性分 析鑑定
(108/12/01-109/05/31，期程二)
C2-1 完成度 100%，成 功製備 Cu/ Al2O3並完成 下列分析-TEM、SEM、
表面積、組成元素分布
C2-2 完成度 100%，成 功製備 Cu-Ni/Al2O3並 完成下列分析-TEM、
SEM、表面積、XRD
期程一充分完成 期程二超前進度，達
100%
C 3
配合子計畫一 與工研院進行 觸媒測試 (應 用於甲烷、甲醇 及乙醇重組反 應）
C 3-1完成觸媒測試效能評估 (108/12/01-109/05/31，期程二)
C3-1 完成度 70%，完成 上述觸媒於產氫之性能 測試，目前最佳化觸媒
之甲醇重組反應於 250oC 轉化率達 100%。
超前進度，達 100%
C 4
建立重組器單 元元件。
C 4-1配合示範模組，建立重組器 單元元件。
(108/12/01-109/05/31，期程二)
C4-1 目前完成度 100%，此部分配合其它
子計畫進行，目前總計 畫已建置重組器，已導 入本計畫之觸媒進行性
能測試中。
符合進度，已進入實 測整合階段
D 分項計畫 (子計畫三)
鎂錫矽合金材料研製及其熱電模組開發
6
D 1
鎂錫矽熱電合 金製程參數建 立
D 1-1 進行鎂錫矽熱電合金製 程，建立製程參數 (108/06/01-108/11/30，期程一)
D 1-2
鎂錫矽熱電合金製程參數建立 (108/12/01-109/05/31，期程二)
D1-1
鎂錫矽熱電合金製程從 高週波爐熔煉的參數 (溫度、時間、放料順序
等等等)到澆鑄的細節 已建立作業流程；後段 熱壓燒結參數(溫度，持
溫時間，壓力，降溫速 度等)經過多次試驗也 已經確立，實際達成技 術指標。(進度完成 80%)
D 1-2
鎂錫矽熱電合金製程參 數方面大致上已建立。
澆鑄後加工部分改以行 星式球磨機取代傳統球 磨，並使用保護氣氛直 致燒結完成。後段熱壓 燒結參數部分，配合 D3
之擴散阻障層建立，正 在進行最佳參數調整，
整體進度約 85%，可望 在日後實際達成技術指
標。
目前進度 D 1-1 達成 技術指標；
D 1-2
正在執行中，與查核 技術指標無差異。
7
D 2
熱電性能再現 性
D 2-1進行鎂錫矽熱電合金之熱 電性能測試(進度完成80%) (108/06/01-108/11/30，期程一)
D 2-2熱電性能再現性 (108/12/01-109/05/31，期程二)
D2-1
藉由調整鎂錫矽熱電合 金配比與Sb的doping 量，目前熱電性能已可 穩定達成每爐次之材料 於400 °C下其ZT值≧
1，少部分材料於200 °C 下其ZT值≧0.6，實際達 成技術指標100%。
D2-2
目前每爐次之鎂錫矽熱 電合金於400 °C下其ZT 值≧1的再現性非常良 好；藉由行星式球磨之 技術改進，近一個月開 爐之鎂錫矽熱電合金皆 達成200 °C下其ZT值≧
0.6，整體進度約80%，
可望在日後實際達成技 術指標。
目前進度D 2-1達成 技術指標；
D 2-2正在執行中，
與查核技術指標無 差異。
D3
鎂錫矽熱電材 料與銅電極間 擴散阻障層建 立
D3
鎂錫矽熱電材料與銅電極間擴 散阻障層建立
(108/12/01-109/05/31，期程二)
D3
由一步燒結的製程中了 解到燒結參數對於不同 材料間的界面接合之影 響，於二步燒結中改進 並於過程中發現Cr對於 鎂錫矽熱電材料與銅電 極間之互擴散確實有抑 制的效果。整體進度約 80%，目前也在技術指
標達成的範圍內。
D 3
正在執行中，與查核 技術指標無差異。
E 分項計畫 (子計畫四 )
低溫微型有機朗肯系統之混合工質開發
E1
熱源條件設定
E 1-1 進行熱源條件設定。
(108/06/01-108/11/30，期程一) E 1-2 熱源條件設定 (108/12/01-109/05/31，期程二)
在考慮整體廢熱回收系 統，完成熱源條件設定 95℃，冷源為 32℃。
充分完成 100%
8
E 2
熱力系統分析 及設計
E 2-1進行熱力學第一效率及發 電量分析，根據分析結果完成基
本設計及細部設計。
(108/06/01-108/11/30，期程一) E 2-2 熱力系統分析及設計 (108/12/01-109/05/31，期程二)
完成在95℃下所有元件 之 進 出 口 條 件 設 計 ( 細 部設計條件，在期中報 告書中說明)。
完成進度100%
E 3
冷熱源系統建 置
E 3-1進行冷熱源設置，冷熱源溫 度分別32及95℃。
(108/06/01-108/11/30，期程一) E 3-2 冷熱源系統建置 (108/12/01-109/05/31，期程二)
期程一
完成實驗室等級之冷熱 源 ( 熱 源 95℃ 及 冷 源 32℃)，其中包含現地煙 道熱交換器與實驗室之 鍋爐之設計。
完成進度100%
E 4
模組化機構設 計
E 4-1模組化機構設計：預計完成 渦卷膨脹機基本測試。
(108/12/01-109/05/31，期程二)
期程一
已開始進行渦卷膨脹器 之基本測試，經初步測 試在熱源 96.7℃下，發 電量為 1.16kW，渦卷膨 脹機等熵效率為 44%。
完成進度 90%，目前 正進行蒸汽重組系 統串接，達到進度目 標。預計 3 月份進行
後段測試。
二、本產學合作計畫預估後續發展情形概述：
計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管考、產品產出與開發規劃、預期可推廣至產業或市場之 成果、預估可授權商品、預估應用價值及產值、建立平台、主要發現等。
本計畫在第一年度執行，各項計畫皆能達成預定目標，總計畫建立整合性示範平台，涵蓋加熱爐 膛、蒸汽重組(助效燃燒)系統、熱電發電系統、以及 ORC 有機朗肯發電系統，皆已經完整建立，並有 初期測試結果，第二期部分將完整整合後測試。第二年度將規劃於廠商，建立業界示範驗證。預估第 三年完成後，實質授權。
表 CM03A 共 8 頁 第 8 頁
9
本產學合作計畫研發成 果 及 績 效 達 成 情 形 自 評 表
成果項目 本產學合作計畫預估 3 年研究成果及績效
指標（作為本計畫後續管考之參據） 第 1 年計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 2 項 完成技轉授權項
專利
國內 預估 6 件 提出申請 5 件，獲得 4 件 國外 預估 0 件 提出申請 1 件，獲得____件
人才培育
博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 博士 2 人，畢業任職於業界1人 碩士 25 人，畢業任職於業界 15 人 碩士 16人，畢業任職於業界8人 其他 6 人，畢業任職於業界 1 人 其他 4 人，畢業任職於業界2人
論文 著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文件
研討會論文 18 件 發表研討會論文 4 件 SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書件
技術報告 0 件 完成技術報告件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文件
學術論文 0 件 發表學術論文件
研討會論文 10 件 發表研討會論文 7 件 SCI/ SSCI論文 15 件 發表SCI/ SSCI論文 7 件
專書 0 件 完成專書件
技術報告 0 件 完成技術報告件
其他協助產業 發展之具體績
效
新公司或衍生公司 0 家
設 立 新 公 司 或 衍 生 公 司 ( 名 稱 ) ： ______________________________
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10
計畫產出 成果 簡述：請以文字 敘述計畫 非量 化產出之 技術 應用具體效益。
（限 600 字以 內）
總計畫第一年完成：整合助效燃燒系統、熱電發電系統與 ORC 有機朗肯發 電之示範平台；第二年將於業界實廠施作，落實產學計畫。計畫與法人和廠商 共同完成多項驗證與實證工作，針對不同對象提出適當與最佳化的技術解決方 案，達成節能目標。
子計畫一：主要對於氫能及熱電進行軟體模擬開發，目前皆已完成數值驗 證、格點獨立性以及不同操作參數(氫能:反應器之入口溫度、煙道之入口溫度、
進料之水碳比，熱電:鰭片數量、熱電晶片數量)。
子計畫二：成功製備銅系並擔載於氧化矽及氧化鋁上的觸媒，並完成上述 觸媒之結構、形態及表面積等特性分析鑑定，實驗進度達上半年度之預訂規畫。
觸媒應用方面，目前最佳化觸媒（Cu-Ni/Al2O3-10%）之甲醇重組反應於 250 oC 下轉化率達 100%。
子計畫三：成功利用工業用純鎂、矽晶圓廢料作為高週波熔煉鎂錫矽熱電 材料之原料達到回收再利用，上半年度內調整出最適實驗流程，合金配比，熔 煉參數與熱壓燒結參數，製備鎂錫矽熱電材料具有在400 ℃ 下 ZT≧1 之熱電 性能。擴散阻障層方面於下半年度進行，初步實驗結果顯示鍍 Cr 的 Fe-Cr 合金 層在熱壓燒結後外層銅電極與內部鎂錫矽熱電材料無互擴散，具擴散阻障層之 優秀材料。
子計畫四：成功開發出以微型渦卷膨脹機為核心之有機朗肯循環系統，並 以低溫冷媒 R134a 進行系統基本測試，其中發電系統以感應式發電機與電網並 聯，將所發出之電能送至電網，經初步測試在熱源96.7℃下，發電量為 1.16kW，
微型渦卷膨脹機等熵效率為 44%。後續將進行混合工質測試及整合廢熱回收發 電測試。
請就研究 內容 與原計畫 相符 程度、達成預期 目標情況 作一 綜合評估
■達成目標
□未達成目標（請說明，以 100 字為限）
□實驗失敗 □因故實驗中斷 □其他原因 說明：
本研究具 有政 策應用參 考價 值
■否
□是，建議提供機關
(勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關) 本研究具 影響
公共利益 之重 大發現
■否
□是
說明：(以 150 字為限)
表 CM03A-1
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先進燃料轉換及節能技術開發與系統整合
Development and system integration of advanced fuel conversion and energy saving technology
計畫編號：MOST 108－2622－E－006－017－CC1 執行期限：108 年 6 月 1 日至 109 年 5 月 31 日 主持人：陳維新國立成功大學航空太空工程學系
Email：[email protected] 中文摘要
本整合計畫之目標在於開發適用於中、低溫工業廢熱之先進燃料轉換與發電整合技術。對於燃料 轉化，將觸發化學反應以在催化劑的幫助下利用廢熱完成燃料處理，從而將熱能儲存在化學能中。同 時，中溫和低溫餘熱將通過熱電效應直接轉化為電能。計畫目標，關鍵技術包括： (1) 系統整合模擬，
(2) 催化劑製備，(3) 催化劑層和設施的結合，(4) 高效率的熱電材料的生產，以及(5) 熱電發電和有 機朗肯循環。該項目建成後，在發電技術部分，將開發高性價比熱電材料，並整合串聯熱電發電與有 機朗肯循環技術，成為一種先進高效率中、低溫廢熱發電程序。
總計畫第一年完成：完成整合助效燃燒系統、熱電發電系統與 ORC 有機朗肯發電之示範平台。
子計畫一第 1 年工作：主要對於氫能及熱電進行軟體模擬開發，目前皆已完成數值驗證、格點獨 立性以及不同操作參數。
子計畫二第 1 年工作：成功製備銅系並擔載於氧化矽及氧化鋁上的觸媒，並完成上述觸媒之結構、
形態及表面積等特性分析鑑定，實驗進度達上半年度之預訂規畫。觸媒應用方面，目前最佳化觸媒
（Cu-Ni/Al2O3-10%）之甲醇重組反應於 250oC 下轉化率達 100%。
子計畫三第 1 年工作：成功利用工業用純鎂、矽晶圓廢料熔煉鎂錫矽熱電材料之原料達到回收再 利用，上半年度內調整出最適實驗流程，合金配比，熔煉參數與熱壓燒結參數，製備鎂錫矽熱電材料 具有在400 ℃ 下 ZT≧1 之熱電性能。擴散阻障層方面於下半年度進行，初步實驗結果顯示鍍 Cr 的 Fe-Cr 合金層在熱壓燒結後外層銅電極與內部鎂錫矽熱電材料無互擴散，具擴散阻障層之優秀材料。
子計畫四第 1 年工作：成功開發出以渦卷膨脹機為核心之有機朗肯循環系統，並以低溫冷媒 R134a 進行系統基本測試，其中發電系統以感應式發電機與電網並聯，將所發出之電能送至電網，經初步測 試在熱源96.7℃下，發電量為 1.16kW，渦卷膨脹機等熵效率為 44%。後續將進行系統基本測試及整 合廢熱回收發電測試。
計畫第二年將於業界實廠進行施作，建立業界示範場；第三年與業界接軌，落實產學計畫。計畫 將與法人和廠商共同完成多項驗證與實證工作，將能針對不同對象提出適當與最佳化的技術解決方 案，達成預期節能目標。
關鍵詞：廢熱；燃料轉化系統；重整；燃料；共沸混合物；熱電材料；催化劑；有機朗肯循環（ORC）；
系統整合。
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Abstract
For this reason, it is important to develop the technologies to recover medium- and low-temperature waste heat for reducing energy consumption. This integrated project aims to develop the technologies to convert medium- and low-temperature waste heat into fuels and electricity. For fuel conversion, chemical reactions will be triggered to accomplish fuel production using waste heat under the aid of catalysts, thereby storing thermal energy in the chemical energy. Meanwhile, the medium- and low-temperature waste heat will be converted into power directly through the thermoelectric effect. The produced electricity can be used in the combustion facility. To achieve these goals, the key technologies include (1) system integration simulation, (2) catalyst preparation, (3) the binding of the catalyst layer and facility, (4) the production of thermoelectric materials with high efficiency, and (5) the integration of thermoelectric generation and organic Rankine cycle. After this project has been accomplished, the conversion technologies of medium- and low-temperature waste heat into fuel and power can be established. Which leads to energy and fuel saving, leading to the implementation of resource and environment sustainability.
A demonstrative platform incorporating steam reforming, thermoelectric generation, and organic Rankine cycle (ORC) systems will undergo integrated system tests after the third system, the ORC system, is connected in March. Preliminary test results based on the connection of the first two systems are included in this report. Aimed at materializing industry-university cooperation, this project will be geared towards industrial application in the third year by offering customized and optimized solutions to different companies’
energy conservation goals.
Subproject #1 is focused on developing simulators for hydrogen and thermoelectric power generation during the first year. Both simulators have undergone the chi-squared test of independence and data verification with different operating parameters.
Subproject #2 has successfully loaded copper-based catalysts onto SiO2 and Al2O3 supporters and completed the analysis of the structure, morphology, and surface areas of such materials. The best-performing formula, Cu-Ni/Al2O3-10%, has reached a 100% conversion rate at 250 oC in the process of methanol steam reforming.
Subproject #3 has successfully produced Mg2(Sn, Si) solid solution thermoelectric material with ZT≧1 at 400 ℃ with the appropriate experimental process, alloy ratio, melting parameters and spark plasma sinter (SPS) parameters. In the second half of the year, preliminary experimental results show that after the SPS progress, no mutual diffusion phenomenon between the Cu electrode and Mg2(Sn, Si) solid solution substrate was observed as we chose the Fe-Cr alloy with Cr film on the surface to be the diffusion barrier. We consider Cr has good potential to be used as diffusion barrier materials
Subproject #4 has successfully developed an organic Rankine cycle (ORC) with a scroll expander using low boiling point R134a as a working fluid. Meanwhile, the ORC system was examined at basic conditions to preliminary investigate the effect of the external heat source on the components. The induce generator was used to connect the electric grid. The results show that the output power and isentropic efficiency of the scroll at the heat source temperature of 96.7 ℃ are 1.16 kW and 44 %, respectively. The future works will improve the isentropic efficiency of the scroll and integrate with the waste heat recovery system.
Keywords: Waste heat, Fuel conversion system, Reforming, Fuel, Zeotropic mixture, Thermoelectric material, Catalyst, Organic Rankine cycle (ORC), System integration
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1. 期中成果
總計畫：先進燃料轉換與節能技術開發與系統整合
總計畫將與法人和廠商共同完成多項驗證與實證工作，逐年目標如下：
第一年：測試平台建置
(1)加熱功率>20 萬 kcal 之加熱平台
(2)氫氣助燃＋百瓦級熱電系統整合測試系統 (3)百瓦級熱電系統+瓩級 ORC 整合測試系統 A1 加熱功率>20 萬 kcal 之加熱平台
總計畫第一年工作目標，建置測試平台(示範系統)，如圖 1 所示。完成燃料轉換系統(氫氣助效燃燒)、
中低溫熱電發電系統、混合工質微型渦卷 ORC 系統示範平台。
圖 1 整合性系統建置實體 A2 氫氣助燃＋百瓦級熱電系統整合測試系
(1). 氫氣助燃系統測試
甲醇燃料蒸汽重組器溫度(氫氣助效燃燒系統)達到設定溫度，系統注入燃料轉換富氫氣體，氫氣 濃度達70%以上(理論最高75%)，維持穩定輸出。經過計算，圖2為甲醇燃料轉換率對時間作圖，平均 可達80%以上。圖2右為氫氣產率經過計算後對時間作圖，平均可達2 mol/mol CH3OH以上 (理論最高3 mol/mol CH3OH)。
Time(min) CH3OHconversion(%)
0 10 20 30 40 50 60
0 20 40 60 80 100 120 140
Time(min) H2yield(mol/molCH3OH)
0 10 20 30 40 50 60
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
圖 2 甲醇蒸汽重組轉化率(左)與產率結果(右)
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(2). 熱電系統測試分析
熱電發熱系統測試，廢熱煙氣溫度與熱電晶片之輸出功率結果數據，圖3所示，其輸出功率介於 30-100 W之間變化。最大輸出功率可以達102 W，目前僅為初步測試結果，第二期程優化操作條件後，
可將發電瓦數向上提升
Time (s) Temperature(oC)
0 100 200 300 400 500 600
0 100 200 300 400 500 600
Tfluegas-in
Tfluegas-out
Tfluegas-in(oC)
Outputpower(W)
344 352 360 368 376 384 392 400 408 416 424 432 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
圖 3 熱電系統進出口廢熱溫度(左)與功率對溫度圖(右) A3 百瓦級熱電系統+瓩級 ORC 整合測試系
(3). 混合工質微型渦卷ORC系統設計
圖4為微型渦卷式混合工質ORC發電系統，經過初步測試，膨脹器發電量達1.12 kW(Case2)，表1 所示，第二期將進行調整參數，提高發電量，詳細結果於期中報告呈現。
圖 4 微型 ORC 系統(左)3D 圖及(右)實際組裝圖 (4). 混合工質微型渦卷ORC系統基本測試
表 1 ORC 微型渦卷系統測試數據(泵頻率：49HZ)
Case1 Case2 Case3 熱源入口溫度(℃) 83.8 94.1 96.7 熱源出口溫度(℃) 56.9 80.2 82.6 冷媒流量(kg/s) 0.18 0.16 0.16 膨脹器入口溫度(℃) 68.4 90.3 92.3 膨脹器出口溫度(℃) 53.6 77.8 80.1 膨脹器入口壓力(MPa) 1.42 1.43 1.43 膨脹器出口壓力(MPa) 0.65 0.61 0.60
膨脹器等熵效率(%) 20 43 44
發電量(kW) 0.67 1.12 1.16
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子計畫一：先進燃料轉換及節能技術之模擬與開發 燃料蒸汽重組模擬軟體開發研究預定完成之工作
第一年氫能-傳統觸媒床反應器之驗證設計
1 燃料蒸汽重組反應薄膜反應器利用技術相關文獻與資料之蒐集與彙整
2 完成燃料蒸汽重組反應動力式之發展，其包含合成氣生成反應及水氣轉移反應動力式之建立 3 以商業軟體 COMSOL Multiphysics 5.4 為工具，完成觸媒床反應器格點系統之建構，並完成系統
獨立性之測試。
4 完成反應器內流場之數值計算與文獻比對，以完成數值方法之驗證。
5 完成傳統觸媒床反應器之各項參數探討並完成各項數值模擬結果。
6 甲醇蒸汽重組之驗證、商業觸媒實驗系統之建構 廢熱熱電系統-節能技術模擬軟體開發研究
第一年熱電系統-建立模型並使用 MgSnSi 熱電材料進行計算流體力學之模擬
1. 近年來廢熱回收、冷卻系統設計、及熱電模組相關文獻與資料之蒐集與彙整，目標為至少 30 篇 以上文獻的收集與整理
2. 完成煙道與熱電晶片系統模型之建構。
3. 以商業軟體 ANSYS 為工具，完成煙道廢熱回收計算系統之建構，並完成系統獨立性之測試。
4. 完成煙道流場、溫度及廢熱回收系統之數值驗證。
5. 完成煙道流場、溫度及廢熱回收系統與各參數之數值模擬。
6. 完成煙道流場、溫度及廢熱回收系統之數據分析，並以此改良煙道設計。
7. 建立模型並使用 MgSnSi 熱電材料進行計算流體力學之模擬 (1)、傳統觸媒床產氫反應器模擬
圖5可以看出，隨著煙道溫度的增加，反應器內部的氫氣濃度分布逐漸的提升，但與圖6相比，差 異較輕微，因此可以推測，改變煙道溫度之影響較小，由圖6可以發現，反應器內部溫度較低的區塊 越來越小，這是因為較高的煙道溫度，有較多的熱量可傳過去反應器，因此靠近反應器入口之溫度分 布差異越來越小。
圖5 反應器溫度固定250℃，不同煙道入口溫度之氫氣質量分率分佈圖
圖6 反應器溫度固定250℃，不同煙道入口溫度之溫度分佈圖
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(2)、煙道與熱電發電晶片系統模擬
在流體與管道上部管道截面進行作圖，溫度分布如圖 7 所示。在紊流場中，不同熱電晶片數量也 會使得溫度分布的改變。模擬的結果可以得知當晶片數量改變會使得熱電系統的熱傳遞發生改變而造 成發電性能的差異。在熱電晶片熱端進行作圖，溫度分布如圖 8 所示。在流場中，不同熱電經數量使 得熱電晶片溫度改變。當熱電晶片數量減少可以發現整體溫度分布上升。由圖可知，熱電晶片數量不 同會使得熱傳行為改變。從模擬的結果得知平均溫差從 182.57 K 上升至 194.30 K。
圖 7 不同熱電數量的上部管道溫度分布圖
圖 8 不同熱電數量的熱電晶片陣列熱端溫度分布圖 子計畫二：先進燃料觸媒開發與量產技術
本計畫預定完成之工作：
第一年 Cu-based 觸媒材料之製備與性能測試 1. 製備及鑑定 Cu-based metal/silicate 材料。
2. 製備及鑑定及 Cu-based metal/aluminate 材料。
3. 上述先進燃料轉換觸媒效能評估與最佳化。
4. 配合示範模組，建立重組器單元元件。
C2 Metal-aluminate（雙金屬）之最佳化參數
Cu-Ni/alumina 製備方面，本研究已討論不同 pH 值（圖 9 左）、Cu/Al 莫耳比及 Ni 含量（圖 9 右）
等參數對觸媒的結構、表面積及分散性的影響，目前最佳化於 pH 9 下可得 Cu-Ni 均勻分散之 Cu-Ni/alumina 觸媒，表面積為 176 m2g-1。(呈現於期中報告)
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pH 9: 176 m2g-1
圖 9、Cu-Ni/Alumina 於不同 pH 下 XRD 圖譜(左)與 Cu-Ni/Alumina 於不同 Cu/Al 比下 XRD 圖譜(右) C3 上述先進燃料轉換觸媒效能評估與最佳化
觸媒催化反應的測試，在對照組的商用銅鋅及高鎳觸媒的測試中（表 2），反應系統控制於 250oC 及 300oC 的反應溫度，水與甲醇燃料進料比為 1.5 (S/C)，氮氣通入為每分鐘 1,000 C.C./min，甲醇燃料 的轉化率可以達到的轉化率約 70-80%，氫氣(助效燃燒氣體)產率介於 0.25-2.0 mol/mol CH3OH。本計 畫開發的 Cu-Ni/alumina 觸媒應用於甲醇蒸汽重組反應時（表 3），250 oC 及 300 oC 下轉化率即可達 100%，並且具有高的氫氣產率，顯示本計畫所致被燃料觸媒具有高活性，並且具有低溫轉化之功效和 商業化價值；另本計畫觸媒和成以達到公斤級合成。本團隊將持續改良觸媒特性，以達到更低溫
（<200oC）即有高轉化率及使用壽命之效果。
表 2、商用觸媒應用於超音波甲醇蒸汽重組反應 Sample Temperatures
(℃)
S/C N2
(𝒄.𝒄./𝒎𝒊𝒏)
Conversion (%)
H2 yield (mmol-1)
H2 concentration (%)
銅鋅 300 1.5 1000 83.33 2.00 34.16 250 1.5 1000 58.01 1.47 29.12 高鎳 300 1.5 1000 72.54 1.4 25.05 250 1.5 1000 14.51 0.25 7.03
表 3、本計畫開發之 Cu-Ni/Al2O3觸媒應用於超音波甲醇蒸汽重組反應
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子計畫三：鎂錫矽合金材料研製及其熱電模組開發 本計畫預定完成之工作：
第一年工作：
1. 利用高週波感應爐開發鎂錫矽熱電合金製程適合之熔煉時間、澆鑄溫度及高性能鎂錫矽熱電合金 配比。
2. 繼續導入工業用純鎂、矽晶圓廢料作為各批量熔煉原料，以期降低製作成本並符合廢棄物回收利 用之精神。
3. 驗證每爐次鎂錫矽合金之熱電性能確保再現性(ZT≧0.6@200℃與 ZT≧1@400℃)。
4. 建立最適合之火花電漿燒結條件利於銅電極及擴散阻障層與鎂錫矽熱電材料接合。
5. 完成 hW 級熱電模組組裝
D3:鎂錫矽熱電材料與銅電極間擴散阻障層建立
電子顯微鏡進行 SEM-BEI 分析如圖 10，(a)(c)為持溫 15 分鐘的試片，(b)(d)為持溫 5 分鐘的試片，
在微觀角度下界面處接合狀況也良好，但是在 675 °C 持溫 5 分鐘的條件下，Fe-Cr
alloys/Mg2Sn0.6Si0.385Sb0.015接合界面處相較 675 °C 持溫 15 分鐘的試片出現較多的微裂縫，推測為持溫 時間較短造成接合界面強度較低，慢切時刀片與試片間會產生拉應力進而造成微裂縫生成，圖 11 為 Cu/Fe-Cr alloys/Mg2Sn0.7Si0.285Sb0.015第二階段燒結持溫 15 分鐘的 SEM-Mapping，圖中可以看到 Cu 與 Fe-Cr alloys 在接合介面處有整齊的元素分布，而在 Fe-Cr alloys 與 Mg2Sn0.7Si0.285Sb0.015接合介面處，
Mg 元素、Sn 元素與鎂矽基熱電合金有整齊的元素分布，而 Si 元素會擴散至 Fe-Cr alloys 大約 40 μm 的擴散深度，因此後續將嘗試在 Fe-Cr alloys 上鍍一層 Cr 元素，以防止 Si 元素的擴散。
圖 10. Cu/Fe-Cr alloys /Mg2Sn0.7Si0.285Sb0.015降低第二階段持溫時間之 SEM-BEI image，
(a)(c)第二階段燒結持溫 15 分鐘，(b)(d)第二階段燒結持溫 5 分鐘
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圖 11. Cu/Fe-Cr alloys /Mg2Sn0.7Si0.285Sb0.015第二階段燒結持溫 15 分鐘之 SEM-Mapping 子計畫四：低溫微型有機朗肯系統之混合工質開發
本計畫預定完成之工作：
第一年工作：kW 級低溫微型混合工質渦捲式 ORC 系統設計與建置
1. kW 級低溫混合工質系統設計：根據熱力系統分析進行基本設計及細部設計。
2. kW 級低溫混合工質系統建置：運用上述之細部設計，採購相關零組件及感測器並建置系統。
3. 模組化機構設計：預計完成渦卷膨脹機基本測試。
1. 系統測試分析與討論
本計畫以 R134a 為工作流體進行基本測試，並根據系統穩態實驗數據中，對系統溫度、壓力、冷 媒流量及發電機轉速進行分析，如圖 12 所示，膨脹機與發電機輪俓比為 1:1.5 時，冷媒流量及發電機 轉速隨膨脹器壓力上升而增加，然而當工質泵操作於設計條件時，發電機轉速僅 800 rpm(膨脹器轉速 為 1280 rpm)，即使提高工質泵控制頻率也無法提高發電機轉速，導致該條件下之轉速無法超過感應 式發電機之額定轉速(1800 rpm)進行發電。此外，當 R134a 到達壓力 22 bar 時，其飽和溫度為 73.74℃，
但是由圖 13(左)可看出膨脹器在時間 28s 時的 Texp,in溫度為 84.4 ℃，已超過其飽和溫度，而由時間 23-28 s 發現冷媒流量也增加有限(此時幫浦頻率為 60 HZ 已達上限)。由於上述原因，故將膨脹機與發電機輪 俓比更改為 1:1，由圖 23(右)可得知(冷熱源之溫度分布如圖 3 所示)，膨脹器最高轉速 1300 rpm 發生 於泵浦頻率 50HZ 時，此條件下之膨脹器入口壓力為 1640 kPa，此外，當泵浦操作於頻率 50 HZ 時，
泵浦進出口最大壓差為 1100 kPa，此時冷媒流量為 0.23 kg/s (0.67m3/h)。
20
圖 12 ORC 系統實驗數據分析趨勢圖(膨脹機與發電機輪俓比為 1:1.5)
圖 23 (左)幫浦頻率、膨脹機進入口溫度與壓力之關係，(右)冷媒流量與蒸發壓力之關係(膨脹機與發電 機輪俓比為 1:1)。
圖 34 冷熱源之溫度與時間之關係
108年度專題研究計畫成果彙整表
計畫主持人：陳維新 計畫編號：108-2622-E-006-017-CC1 計畫名稱：先進燃料轉換及節能技術開發與系統整合(1/3)
成果項目 量化 單位
質化
（說明：各成果項目請附佐證資料或細 項說明，如期刊名稱、年份、卷期、起 訖頁數、證號...等）
國
內 學術性論文
期刊論文 0
研討會論文 4 篇
(1). 馬兆廷、彭康年、陳一豪、汪俊延
*、林志忠、林育立、葉建弦: 氮化硼噴 塗層對Mg2(Si, Sn) 熱電合金氧化防護 之研究， 108年度防蝕工程年會暨論文 發表會，108年8月29-30日，基隆
(2). 謝瑞青*,鄭紹民, 穿臨界有機朗肯 循環使用混合冷媒R245fa/R134a之性能 與經濟分析，中國機械工程學會第三十 六屆全國學術研討會論文集，台北 (2019)，論文編號：00627
(3). Cheng-Yun, Wu (吳鎮昀), You- Sheng, Chen(陳佑昇), and Hong-Ping Lin*, Improvement on the Synthetic Method of the Porous Copper-
Silicate and Morphological
Study，2019 中國化學會年會暨亞洲化 學大會，台北，Dec 8-12, 2019.
(4). Hsin-Kai Huang, Chao-En Liu, Da-Siou Chen, and Hong-Ping Lin*, Synthesis of Mesoporous Metal Aluminate Catalysts for Hydrogen Production Study，2019 中國化學會年 會暨亞洲化學大會，台北，Dec 8-12, 2019.
專書 0 本
專書論文 0 章
技術報告 0 篇
其他 0 篇
國
外 學術性論文 期刊論文 7 篇
(1). Optimal integration of a biomass-based Energypolygeneration system in an iron production plant for negative carbon emissions.
Aristotle T. Ubando, Wei-Hsin Chen, Raymond R. Tan, Salman Raza Naqvi.
International Journal of Research, 9 September (2019).
(2). Water gas shift reaction for hydrogen production and carbon dioxide capture: A review. Wei-Hsin Chen, Chia-Yang Chen. Applied
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(3). Song-Hui Huang, Sheng-Jie Liu, Jun-Yen Uan* Controllable
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Vincentius Surya Kurnia ; Huang, Hsin-Liang ; Lin, Hong-Ping ;
Huang, Zi-Hao “Adsorption of metal ions with biochars derived from biomass wastes in a fixed column:
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Preparation of Cu-Mn and Cu-Mn-Ce Oxide-incorporated Mesoporous
Silica via Silicate Exfoliation for the Removal of NO and Hg-0”
AEROSOL AND AIR QUALITY RESEARCH 2019, 19, 1421-1438. . (SCI, IF=2.435 in 2018)
(7). Ming-Yin Chen, Yun-Chih Tsai, Chih-Fu Tseng, Hong-Ping Lin*, Hsing-Cheng Hsi*“Using Rice-husk- derived Porous Silica Modified with Recycled Cu from Industrial
Wastewater and Ce to Remove Hg0 and NO from Simulated Flue Gases.
Aerosol and Air Quality Research 2019, 19, 2557-2567.
研討會論文 7
(1). Keynote speech, “Advanced Hydrogen Production Technologies for Green Energy Development”, International Conference on
Sustainable Energy and Green Technology 2019 (SEGT 2019), Bangkok, Thailand, Dec. 11-14, 2019.
(2). Oral presentation, “Multi- objective genetic algorithm designs the optimal segmented
thermoelectric generator”, International Symposium on Clean Energy and Advanced Materials 2019 (CEAM 2019), Busan, Korea, Sep. 25- 28, 2019.
(3). Oral presentation, “Hydrogen production from autothermal
reforming of methanol over a h-BN- Pt/Al2O3 catalyst under sprays”, 20th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems – Asia & 28th ILASS-Japan Symposium (ILASS Asia 2019), Yamaguchi
University in Ube, Japan, December 21-23, 2019.
(4). Jui-Ching Hsieh*, Ding-Xuan Huang, Ling-Yu Kong, Performance and exergy analysis of
transcritical organic rankine cycle associated with mixture working fluids, 5th International Seminar on ORC Power Systems (ORC 2019), Greece,2018.09.09-11
(5). Jui-Ching Hsieh*, Chung-Cheng Yeh, Hsuah-Cheng Liu, Wen-Chieh Wu, Wei-Hung Shih, Performance analysis of organic rankine cycles using hfc- and hc-based zeotropic mixtures under different heat source temperatures, 5th
International Seminar on ORC Power Systems (ORC 2019),
Greece,2018.09.09-11
(6). Ming-Yin Chen, Yun-Chih Tsai, Chih-Fu Tseng, Hong-Ping Lin*, Hsing-Cheng Hsi*. Rice-husk-derived silica modified with Copper-
containing waste water for control of Mercury and nitrogen oxide in simulated flue gas，8th Asia Pacific Congress in Catalysis (APCAT8)., Bangkok, Thailand, Aug 4-7, 2019.
(7). Hong-Ping Lin* (speaker) , Synthesis and Application of Water-
Chestnut-Shell Biochar, IBI
Biochar World Congress 2019, Korea University, Seoul, Korea, Nov 10- 14, 2019
專書 0 本
專書論文 0 章
技術報告 0 篇
其他 0 篇
參 與 計 畫 人 力
本國籍
大專生 4
人次
徐承昱、顏鈺銘、賴洛妘、許菀庭
碩士生 16
馬兆庭、廖柏儒、葉仲程、吳東凱、黃 定璿、鄭紹民、蘇建成、賴柏維、孫甯 媯、黃信凱、李佩蓁、潘正邦、王治勛
、邱奕斌、盧貞聿、王麒鳴
博士生 1 陳玠宏
博士級研究人員 0
專任人員 0
非本國籍
大專生 0
碩士生 0
博士生 1 巴哈卡
博士級研究人員 0
專任人員 0
其他成果
（無法以量化表達之成果如辦理學術活動
、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國 際影響力及其他協助產業技術發展之具體 效益事項等，請以文字敘述填列。）
國內專利：
(1).陳維新、盧貞聿、林育立，“產氫裝置與氫氣的製作 方法（Hydrogen generation device and method for producing hydrogen gas）” ，中華民國發明專利（發 明第 I681926，專利期間2020/1/11－2038/12/16）。
(2). 陳維新、邱國倫，“噴霧產氫系統（Hydrogen production system using sprays）” ，中華民國發明 專利（Reg. no. 108123318）。
(3). 陳維新、林尚緯，“一種促進氣體混合物的分離方 法（A method for promoting separation of a gas mixture）” ，中華民國發明專利（發明第 I674143，專 利期間2019/10/11－2038/06/20)。
(4). 汪俊延 、李松霖 “純矽溶解於液態鎂的方法以及 鎂基熱電材料的製備方法（MELTING OF PURE SILICON IN LIQUID MAGNESIUM AND A FABRICATING METHOD OF
MAGNESIUM-BASED THERMOELECTRIC MATERIALS）” ，中 華民國發明專利（發明第 I685572，專利期間
2020/2/21－2038/12/03）。
(5). 謝瑞青、葉仲程，“具多個膨脹器之有機朗肯循環 系統（Organic Rankine cycle system with multiple expanders）”，中華民國發明專利（Reg. no.
108142086）。預計公開日期:2020-05-31 另有國外專利1篇，申請中。
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 2 項 完成技轉授權 0 項
專利
國內 預估 6 件 提出申請 5 件，獲得 4 件
國外 預估 0 件 提出申請 2 件，獲得 0 件
人才培育
博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 碩士 25 人，畢業任職於業界 15 人 碩士 19 人，畢業任職於業界 8 人 其他 6 人，畢業任職於業界 1 人 其他 4 人，畢業任職於業界 2 人
論文著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 18 件 發表研討會論文 4 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 10 件 發表研討會論文 7 件
SCI/SSCI論文 15 件 發表SCI/SSCI論文 7 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發展
之具體績效 新公司或衍生公司 0 家 設立新公司或衍生公司(名稱)：
計畫產出成果簡述
：請以文字敘述計 畫非量化產出之技 術應用具體效益。
（限600字以內）
總計畫第一年完成：整合助效燃燒系統、熱電發電系統與ORC有機朗肯發電之示範 平台；第二年將於業界實廠施作，落實產學計畫。計畫與法人和廠商共同完成多 項驗證與實證工作，針對不同對象提出適當與最佳化的技術解決方案，達成節能 目標。
子計畫一：主要對於氫能及熱電進行軟體模擬開發，目前皆已完成數值驗證、
格點獨立性以及不同操作參數(氫能:反應器之入口溫度、煙道之入口溫度、進料 之水碳比，熱電:鰭片數量、熱電晶片數量)。
子計畫二：成功製備銅系並擔載於氧化矽及氧化鋁上的觸媒，並完成上述觸 媒之結構、形態及表面積等特性分析鑑定，實驗進度達上半年度之預訂規畫。觸 媒應用方面，目前最佳化觸媒（Cu-Ni/Al2O3-10%）之甲醇重組反應於250 oC下轉 化率達100%。
子計畫三：成功利用工業用純鎂、矽晶圓廢料作為高週波熔煉鎂錫矽熱電材 料之原料達到回收再利用，上半年度內調整出最適實驗流程，合金配比，熔煉參 數與熱壓燒結參數，製備鎂錫矽熱電材料具有在400 ℃ 下ZT≧1之熱電性能。擴 散阻障層方面於下半年度進行，初步實驗結果顯示鍍Cr的Fe-Cr合金層在熱壓燒結 後外層銅電極與內部鎂錫矽熱電材料無互擴散，具擴散阻障層之優秀材料。
子計畫四：成功開發出以微型渦卷膨脹機為核心之有機朗肯循環系統，並以 低溫冷媒R134a進行系統基本測試，其中發電系統以感應式發電機與電網並聯，將 所發出之電能送至電
請就研究內容與原 計畫相符程度、達 成預期目標情況作 一綜合評估
■達成目標
□未達成目標（請說明，以100字為限）
□實驗失敗 □因故實驗中斷 □其他原因 說明：
本研究具有政策應 用參考價值
■否
□是，建議提供機關
（勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關）
本研究具影響公共 利益之重大發現
□否
□是
說明：（以150字為限）
