研究發展處 李皓瑋 

隨著近年來，世界各國積極推動各項節能減碳措施，以達到2050淨零碳排目標，其中氫能扮演相當重要的角色，以氫提供燃料電池發電，副產物僅有水與熱，被視為是乾淨的能源新方向之一，其應用領域相當廣泛，在車輛產業之前景尤為被看好，其中貨運車輛占全球二氧化碳排放量的6%。但運輸產業的需求，包括長距離、重負載與高作業時間等，電動車被評估短期難以滿足，因此燃料電池的應用被視為是運輸產業邁向脫碳化的最有效解決方案。

圖1、燃料電池冷鏈物流車輛及系統配置

冷鏈物流車輛在配送過程中需頻繁開關艙門，外部潮濕空氣進入低溫艙內後產生結露，當水分遇到低於冰點時，蒸發器會凝結成霜附著於鰭片上；隨著時間推移與空氣循環，霜層變厚阻礙空氣流通，導致冷卻效率下降甚至艙內溫度升高。為維持冷卻效果，傳統冷鏈系統多配置電熱除霜裝置，透過定時加熱融霜；然而，電熱除霜效率低、耗能高，對於物流車輛而言等同增加燃料消耗並縮短續航；為改善此問題，車輛中心（ARTC）除了投入以燃料電池電力驅動冷鏈系統的技術之外，也以其發電時產生的廢熱進行除霜，不僅減少額外耗電，亦有效提升能源使用效率。

圖2、冷鏈物流車輛冷凍艙冷凝結霜現象

車輛中心共發展兩套廢熱回收系統，分別為廢熱直接除霜和不凍液蓄熱除霜兩種系統，參考Schneider (1978)提出的數學模型，以MATLAB-Simulink建立了霜層厚度模型和兩個除霜模型，加入實際環境參數進行系統效能模擬：

 (1) 在廢熱直接除霜系統（Case 1）中，燃料電池的廢熱將直接導入蒸發器。所需組件包括銅管與風扇，用以將燃料電池所產生之熱空氣導引至蒸發器；該風扇係依除霜計時器進行控制。當系統無除霜需求時，熱空氣將經由燃料電池內建之熱交換器，直接排放至外部環境。

圖3、燃料電池廢熱直接除霜系統設計圖

(2) 在不凍液蓄熱除霜系統（Case 2）中，先將燃料電池產生的廢熱傳遞到熱交換器中，儲存於水箱中的不凍液透過泵浦導入熱交換器。在熱交換器中，廢熱通過傳導方式傳遞給不凍液，使其溫度上升。當達到預定的解凍時間時，泵浦將啟動，將不凍液輸送至蒸發器的管道中，同時為了避免熱空氣擴散到車艙內部，蒸發器的風扇將暫停運行。解凍時間結束後，泵浦即停止運轉，表示解凍循環已完成。

圖4、燃料電池廢熱透過不凍液蓄熱除霜系統設計圖

由模擬結果可知，廢熱除霜技術較傳統電熱除霜具備明顯節能效果與更高能源使用效率，可有效降低冷鏈系統能耗並提升運行效能（如表1所示）；本技術應用燃料電池回收廢熱進行除霜，提供具體可行的解決方案；未來將持續優化並推動商業化應用。同時，邀請物流業者、冷鏈設備及燃料電池供應商合作，推動低碳冷鏈發展，以實現節能減碳與永續發展目標。

表1、除霜效率比較及節省百分比摘要表