Introduction
Sólido de pilas de combustible de óxido (SOFC) innovaciones se han reportado en los últimos años como la tecnología sigue desarrollándose. Entre las muchas ventajas, las SOFC han dado a conocer por alta eficiencia de combustible, bajas emisiones y flexibilidad de combustible moderado en comparación con otras técnicas de generación de energía a base de combustión 1. Por otra parte, las SOFC son escalables lo que permite una alta eficiencia de combustible, incluso a pequeñas escalas. Por desgracia, las limitaciones en la infraestructura de hidrógeno actual han creado la necesidad de reformar los sistemas de combustible que son a menudo ineficaces. Un desarrollo reciente es el micro-tubo de llama con ayuda de pila de combustible (MT-FFC) informó que en trabajos anteriores del autor 2. El MT-FFC es el primer ejemplo de una pila de combustible de la llama asistida (FFC) que se basa en los beneficios de la pila de combustible de llama directa de la original (DFFC), que proporciona la generación de calor y combustible a través de la reforma de combustión 3. La configuración DFFC coloca una SOFC en contacto directo con una llama abierta al medio amb ambientalAMBIENTE. La llama se oxida parcialmente los combustibles de hidrocarburos más pesados para crear H 2 y CO, que puede ser utilizado directamente en la SOFC con menos potencial para la coquización de carbono en comparación con el metano puro o de otros hidrocarburos más pesados. Además, la llama proporciona la energía térmica necesaria para llevar la SOFC a su temperatura de funcionamiento. Un cambio reciente a la DFFC original, se produjo moviendo el SOFC fuera de la región de la llama y la canalización de los gases de escape de combustión a la SOFC para crear el FFC 2. A diferencia de la DFFC, la combustión se produce en una cámara de parcialmente cerrado (en lugar de la temperatura ambiente) de modo que la relación de combustible a aire puede ser controlada y el tubo de escape puede ser alimentado directamente a la pila de combustible sin que se produzca la combustión completa. FFC tienen ventajas adicionales, incluyendo una alta utilización de combustible y alto rendimiento eléctrico en comparación con DFFCs 2.
Como un área emergente de la investigación, se necesitan técnicas experimentales que pueden evaluar el potencial de MT-FFCs para futuras aplicaciones de generación de energía. Estas técnicas requieren análisis de oxidación parcial, o la combustión rica en combustible, y los gases de escape que ha sido identificada como una manera de generar H 2 y CO, también conocido como gas de síntesis, junto con CO 2 y H 2 O. El gas de síntesis se pueden utilizar directamente en las células de combustible para la generación de energía. El análisis de combustión de escape rico en combustible ha sido bien establecida en los últimos años y se ha llevado a cabo teóricamente 4, computacionalmente 5,6 y experimentalmente 7 para muchos propósitos diferentes. Muchos de los estudios teóricos y computacionales se han basado en el análisis del equilibrio químico (CEA) para evaluar las especies de productos de combustión que son energéticamente favorable, y los modelos de cinética química de los mecanismos de reacción. Si bien estos métodos han sido muy útiles, muchas tecnologías emergentes se han basado en técnicas experimentales durante la investigación y el desarrollo. Las técnicas experimentales normalmente se basan en anala lisis de la combustión de escape utilizando un cromatógrafo de gases (GC) 7 o un espectrómetro de masas (MS) 8. O bien el GC línea / jeringa o la sonda de MS se inserta en el tubo de escape de combustión y se toman mediciones para evaluar la concentración de especies. La aplicación de las técnicas experimentales ha sido común en el ámbito de la generación de energía a pequeña escala. Algunos ejemplos incluyen micro cámaras de combustión que han sido desarrollados para funcionar con SOFC cámara única y 7,9 DFFCs 10-15. El análisis de los gases de escape de combustión se produce en una amplia gama de condiciones de funcionamiento incluyendo diferentes temperaturas, caudales y relaciones de equivalencia.
En el área de investigación DFFC, combustible y el oxidante puede ser parcialmente premezclada o no premezclada, con el quemador abierto al ambiente que asegura la combustión completa. Con la necesidad de analizar la composición de la llama, una MS se ha utilizado en muchos casos para la investigación y el análisis de combustión DFFC 16. El desarrollo más reciente del FFC difiere apoyándose en combustión premezclada con el quemador en un entorno parcialmente cerrado para evitar la oxidación completa del combustible. Como resultado, se necesita un análisis de los gases de escape de combustión en un entorno controlado libre de fugas de aire. técnicas experimentales desarrolladas para este fin se basan en las técnicas anteriores utilizadas para la investigación micro cámara de combustión con el análisis de GC de los gases de escape de combustión a diferentes relaciones de equivalencia. El análisis de GC conduce a la caracterización de la composición de combustión de escape (es decir, el porcentaje en volumen de cada componente de escape incluyendo CO 2, H 2 O, N 2, etc.) Este análisis permite para la mezcla de los gases separados de acuerdo con las relaciones de medidas por el GC para crear una rica en combustible de escape de combustión modelo para futuras investigaciones FFC.
Los protocolos para el análisis de escape de la combustión rica en combustible, el desarrollo de un modelo rico en combustible de escape de combustión y aplicaring los gases de escape para las pruebas de SOFC se establecen en este documento. retos y limitaciones comunes se discuten para estas técnicas.
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Protocol
1. Cálculos de Combustión
- Seleccione el combustible para su análisis. A continuación, elija el metano como combustible de referencia, pero los principios son transferibles a otros combustibles de hidrocarburos.
- Con 1 mol de metano como combustible, ecuación de balance (1) para la combustión estequiométrica para obtener la ecuación (2).
- Calcular la relación aire-combustible estequiométrica para (F / A stoich.) Como en la ecuación 3 para la combustión de metano dividiendo la masa de metano por la masa de aire. Para calcular, el numerador es el número de moles de metano veces la masa molar de metano (16 g · mol -1) y el denominador es el número de moles de oxígeno veces la masa molar de oxígeno (32 g · mol -1) más el número de moles de nitrógeno veces la masa molar del nitrógeno (28 g · mol -1).
- Con el fin de variar la relación de equivalencia (ecuación 4), o bien variar la tasa de flujo de aire, el caudal de combustible o ambos simultáneamente. Por lo general, fijar una de las cantidades y variar el otro. Determinar si para fijar o bien la tasa de flujo de combustible o aire para el quemador. Para este experimento, fijar la tasa de flujo de combustible a 10 L / min y permita que el caudal de aire para variar en esta configuración.
- Con la tasa de flujo de combustible, f, fijo (10 L / min), F / A estoico. calculado (0,0583), y dada la definición de la relación de equivalencia, calcular la tasa de flujo de aire, a, para cada relación de equivalencia a ensayar. La ecuación (5) proporciona una forma directa de calcular el caudal de aire en l / min para cada relación de equivalencia y se muestran los resultados para una relación de equivalencia de 1 de estequiometría.
NOTA: La Flamm superiorlímite de capacidad (o límite superior de explosividad) es la relación de equivalencia más rico que puede ser quemado sin apagar la llama en ausencia de un catalizador. relaciones de equivalencia más altas se pueden obtener con el uso de un catalizador, pero sólo la combustión no catalítica se describe en este documento. Consultar la literatura para evaluar el límite superior de inflamabilidad del combustible elegido.
2. Configuración de combustión Caracterización Experimental
- Seleccionar los controladores de flujo de masa (MFC) para el metano y aire en función de las velocidades de flujo obtenidos en el paso 1.5. Tenga cuidado al seleccionar un tamaño de MFC para asegurar que el equipo MFC no estará operando en el extremo inferior de su rango (<10% del valor final) durante la prueba. Para este caso específico, utilice 40 L / min y 200 l / min MFC para el metano y aire, respectivamente.
- Conectar los MFC a los tanques de metano y aire a través de la tubería de cobre.
- Ajuste los reguladores en los tanques de metano y aire a la presión adecuada para el MFC como se especificapor el fabricante. En este caso, ajuste la presión a 138 kPa (20 psi).
- Calibrar los MFC para garantizar velocidades de flujo precisas.
- La construcción de la cámara de combustión. Para este experimento, el desarrollo de una cámara de combustión 914 mm de largo con un diámetro de salida de 168 mm.
- puertos de taladro para el análisis de combustión de escape y para la colocación de termopar a lo largo de la longitud de la cámara de combustión. El número exacto y la separación necesaria depende del tamaño de la llama y los efectos del experimento. Para esta configuración, el espacio de los primeros 5 termopares colocados más cerca de la región de combustión 7 mm. Espacio de los últimos 6 termopares 14 mm de separación. Utilice el mismo espaciamiento de los orificios de escape.
- Insertar los termopares de tipo K en la cámara de combustión a través de los orificios. Alinear la punta del termopar en el centro de la cámara de combustión. Tamaño los orificios para encajar el termopar y sellan con casquillos de metal de alta temperatura y tuercas para evitar fugas.
- Connect los termopares de tipo K directamente al módulo de adquisición de datos.
- Conectar el módulo de adquisición de datos al ordenador a través de la unidad USB.
- Adjuntar una válvula de una vía en la ruta de la tubería de cobre inmediatamente después de la MFC combustible y justo antes del quemador. Oriente la válvula de manera que el flujo sólo puede alejarse de la MFC. Las válvulas unidireccionales son una importante característica de seguridad para evitar retroceso de la llama.
- Compruebe la tubería de cobre antes y después de la configuración de MFC que no haya fugas. Use agua jabonosa aplicada con un pincel a la tubería para detectar fugas como fugas crearían burbujas.
- Conectar la cámara de combustión y el quemador a los controladores de flujo de masa a través de la tubería de cobre.
- Después de completar la configuración de la cámara de combustión, seleccione una de las lumbreras de escape para las pruebas. Conectar este puerto a la tubería de cobre que se extiende hasta el puerto de análisis GC.
- Seleccione una jeringa para extraer los gases de escape de la cámara de combustión hasta que quede en el GC para su análisis. Para este experimento, utilizar una25 ml de la jeringa.
- Colocar una válvula de tres vías en línea con la tubería de cobre que conecta el puerto de escape a la GC. Conectar un extremo de la válvula de dos vías para la GC, el segundo a la lumbrera de escape y la tercera a la jeringa 25 ml. Conectar la tubería de cobre a la válvula de 3 vías. Utilice la jeringa para aspirar escape de la combustión desde la cámara hasta que quede en el GC para su análisis.
- Conectar la válvula de 3 vías para la GC y la jeringa. Accionar el émbolo de la jeringa para asegurar la operación con éxito.
NOTA: un esquema simplificado de la configuración se muestra en la Figura 1.
Experimento 3. Caracterización de combustión 4. Desarrollo de la combustión de escape Modelo 5. Configuración de combustible Prueba de la célula 
Flujos de la Figura 1. Caracterización experimental de combustión configuración esquemática caracterización de combustión. Configuración experimental esquema que muestra de combustible, de aire y de escape (flechas negras) y los flujos de datos (flechas rojas). válvulas unidireccionales se utilizan para evitar retroceso de la llama.
NOTA: La Figura 2 es un esquema simplificado que muestra la configuración de prueba MT-FFC. Con el modelo de combustible desarrollado y establecido la configuración para controlar el flujo de combustible modelo para la pila de combustible, la prueba puede proceder de acuerdo con f convencionalUEL métodos de ensayo celular. Estos métodos están bien establecidos en la literatura y no se repetirán aquí. 
Figura 2. Micro-tubular de la llama con ayuda de pruebas de configuración esquemática de pila de combustible. Flujos de H2, CO, CO2, N2 (flechas negras) están regulados con un MFC y una válvula unidireccional para evitar un retroceso de llama. Los electrones de flujo (línea verde) de la SOFC en el horno para el potenciostato y de nuevo a la SOFC. Flujo de datos y los datos de termopar electroquímica está representado por las flechas rojas. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Representative Results
La cámara de combustión caracterización debe ser revisado antes de las pruebas en las relaciones de equivalencia deseados para el reflujo de aire en la cámara u otra fuga de aire durante la prueba. Los procesos de combustión en las cámaras abiertas son conocidos por ser casi isobárico. Como resultado, la presión dentro de la cámara de combustión no puede ser suficiente para asegurar que no hay aire desde el entorno externo es back-que fluye en la cámara de combustión desde el puerto de cámara de escape u otros puntos de fuga. Existen varias técnicas experimentales para confirmar que no hay flujo de retorno se está produciendo. En primer lugar, para un quemador no catalítica, los límites de inflamabilidad rico están bien establecidos desde hace muchos combustibles 18,19. Después de la ignición, la relación de equivalencia del flujo se debe ajustar lentamente hasta que se acerca al límite de inflamabilidad rico. Si el límite de inflamabilidad rico se puede exceder significativamente sin enfriamiento de la llama, a continuación, existe evidencia de que el aire es back-fluyendo en tque la cámara de combustión dando como resultado una mezcla más pobre de lo deseado. La Figura 3 muestra los resultados iniciales obtenidos para la combustión de metano en seco de escape hasta una relación de equivalencia de 1,85. Aunque no se muestra en la Figura 3, la llama no saciar hasta una relación de equivalencia de 3,97. Con una rica límite de inflamabilidad de sólo el 1,64 reportado 18, la obtención de una relación de equivalencia de 3,97 no es posible con la combustión no catalítica. Estos resultados indican que hay una fuga de aire en la cámara de combustión y una posible fuente es el reflujo de la salida de escape.
Figura 3. Resultados inicial de escape de combustión caracterización. Análisis previo a la prevención de reflujo de aire en la cámara de combustión muestran fluctuaciones aleatorias de especies. La desviación de las tendencias esperadas indica la mezcla inadecuadaING o del aire de fuga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El examen de los límites superiores de la inflamabilidad de la cámara de combustión no es la única manera de comprobar para el reflujo. Una segunda indicación de la figura 3 es que las tendencias para varias de las especies de escape no siguen las tendencias esperadas. CEA es una técnica común que se utiliza para evaluar los productos de la combustión sobre la base de que los productos son energéticamente favorable bajo diferentes condiciones de temperatura, presión y relación de equivalencia. CEA ofrece una forma de evaluar tendencias que deben ser observables en este experimento. Los diferentes resultados de CEA para combustibles comunes se pueden encontrar en la literatura o se pueden evaluar mediante programas de software desarrollado para esta tarea. La figura 4 muestra los resultados de la CEA para las especies primarias de combusti metano seco en gases de escape. Aunque casi todas las especies de escape muestran en la Figura 3 se desvían de tendencias esperadas, O 2 es quizás la más importante. A relaciones de equivalencia mayores que 1, se espera muy poco O 2 ya que la mayoría de la misma deben ser consumidos durante la combustión para formar productos de combustión. Mientras que la concentración de O 2 es baja en la mayoría de la gama, la obtención de una mayor cantidad de O 2 en una relación de equivalencia de 1,75 y 1,85 en comparación con bajar relaciones de equivalencia no se espera. Esto es una posible indicación de cualquiera de mezcla incompleta o reflujo de O 2 en la cámara de combustión. Por otra parte, la detección de CH4 a 1 por ciento en volumen o superior a lo largo de este rango también es una posible indicación de una mezcla incompleta. El análisis de tendencias a través de la comparación con los resultados de CEA puede ayudar a indicar si hay reflujo de aire o posibles problemas de mezcla.
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Figura 4. Análisis de equilibrio químico de los productos de metano / aire de combustión. Análisis de equilibrio químico (CEA) resultados muestran predicciones de equilibrio termodinámico para la composición de los gases de escape a diferentes relaciones de equivalencia. Si bien los datos experimentales no coincide perfectamente, CEA proporciona una indicación de las tendencias esperadas. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
se detectó Back-flujo de aire en el escape cámara de combustión y impedido por el bloqueo de una parte de la lumbrera de escape cámara de combustión como se describe en la sección de discusión. Después de bloquear una parte de la lumbrera de escape cámara de combustión del límite rico inflamabilidad tenía una relación de equivalencia de aproximadamente 1,45 para la cámara de combustión. Con el reflujo impedido, la combustiónde escape se evaluó a las relaciones de equivalencia y las tasas de combustible y el caudal de aire que se muestran en la Tabla 1. Las velocidades de flujo que se muestran en la Tabla 1 fueron obtenidos en el paso 1.5 del protocolo utilizando la ecuación 5. La figura 5 muestra los resultados de la caracterización de escape de combustión en seco para el condiciones mostradas en la Tabla 1. la figura 5 confirma que las tendencias actuales son comparables a los resultados de CEA que se muestran en la Figura 4. Esto proporciona una validación de los resultados. Sin embargo, hay algunos puntos que se desvían de las tendencias de CEA tales como CO 2 en una relación de equivalencia de 1,45. Una parte del error en una relación de equivalencia de 1,45 es que la cámara de combustión está funcionando cerca del límite rico-inflamabilidad, lo que puede dar lugar a inestabilidades dentro de la llama, es posible temple y desviaciones en la muestra de escape. El análisis debe repetirse para asegurar la repetibilidad y precisión de los resultados. Funciona por debajo de los ricos-FLSe recomienda límite de inflamabilidad de la cámara (por ejemplo, alrededor de una relación máxima de equivalencia de 1,4 en esta configuración).
| relación de equivalencia | Velocidad de flujo de metano (L / min) | Tasa de flujo de aire (L / min) |
| 0.80 | 10 | 119,0 |
| 0.90 | 10 | 105.8 |
| 1.00 | 10 | 95.0 |
| 1.05 | 10 | 90.6 |
| 1.10 | 10 | 86.5 |
| 1.15 | 10 | 82.8 |
| 1.20 | 10 | 79.3 |
| 1.25 | 10 | 76.1 |
| 1.30 | 10 | 73.2 |
| 1.35 | 70.5 | |
| 1.40 | 10 | 68.0 |
| 1.45 | 10 | 65.7 |
Tabla 1. combustión de metano tasas de caracterización y de flujo de aire a diferentes relaciones de equivalencia. El cálculo de los caudales requeridos se discute en la sección 1 del protocolo. La ecuación 5 se usa para calcular las velocidades de flujo de aire en función de la relación de equivalencia y una velocidad de flujo de metano fijo.
Figura 5. Análisis de caracterización de combustión de escape / aire de combustión de metano. La mejora de los resultados obtenidos después de la prevención de reflujo de aire en la cámara de combustión. Las tendencias son similares a las predicciones de CEA que proporcionan confianza en la precisión de los resultados. Múltiples pruebas delos gases de escape puede ser necesaria cuando se producen desviaciones de las tendencias esperadas. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Con la combustión de escape caracteriza hasta el límite de inflamabilidad rica, los gases de escape modelo de combustión puede ser desarrollado para las pruebas de MT-FFC. Desarrollo de los gases de escape modelo de combustión depende de que las especies de escape son los más relevantes para el estudio. En los estudios iniciales de FFC, el interés principal está en la comprensión de las características de rendimiento de células de combustible en el escape de la combustión con cantidades relativamente pequeñas de combustible disponible para la conversión de energía electroquímica. Estas características incluyen la densidad de potencia máxima, densidad de corriente, voltaje de circuito abierto, la utilización del combustible y la eficiencia a diferentes relaciones de equivalencia y las temperaturas de funcionamiento. Operando en una concentración relativamente pequeña de combustible es One de las principales características que distinguen FFC como muchas células de combustible funcionan con altas concentraciones de combustible y bajas concentraciones de otros gases como CO 2, H 2 O y gases inertes entre otros. Para hacer esta evaluación solamente gases detectados en la caracterización de combustión con porcentajes de volumen por encima del 1% se incluyeron en el modelo de combustión de escape. Como resultado, sólo H 2, CO, CO 2 y N 2 se necesitaban para desarrollar una rica en combustible de combustión de escape modelo para la combustión de metano. La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluación de la caracterización de combustión. Para una velocidad de flujo total en el lado del ánodo de la pila de combustible de 300 ml / min, los caudales de cada especie también se muestran en la Tabla 2.
| Relación de equivalencia | H 2% en volumen | MARIDO | Volumen de CO% | CO (ml · min -1) | CO 2% en volumen | CO 2 (ml · min -1) | N 2% en volumen | N 2 (ml · min -1) | Total (ml · min -1) |
| 1.10 | 1.1 | 3.2 | 2.4 | 7.2 | 11.3 | 34.0 | 85.2 | 255,6 | 300 |
| 1.15 | 1.8 | 5.4 | 3.2 | 9.7 | 10.6 | 31.9 | 84.4 | 253,1 | 300 |
| 1.20 | 4.3 | 12.9 | 4.6 | 13.8 | 10.0 | 29.9 | 81.1 | 243.4 | 300 |
| 1.25 | 6.4 | 19.1 | 5.6 | 16.7 | 9.2 | 27.6 | 78.9 | 236.6 | 300 |
| 1.30 | 8.0 | 24.0 | 6.5 | 19.5 | 8.5 | 25.6 | 77.0 | 230,9 | 300 |
| 1.35 | 11.5 | 34.6 | 8.0 | 24.1 | 8.3 | 24.8 | 72.2 | 216,5 | 300 |
| 1.40 | 12.4 | 37.3 | 8.7 | 26.2 | 7.6 | 22.7 | 71.3 | 213.8 | 300 |
Tabla 2. Modelo de escape de la combustión de composición y los caudales. Resultados experimentales obtenidos para la caracterización de combustión se muestran como volumen percents de las especies detectadas. La velocidad de flujo total de modelo de escape de combustión rica en combustible para las células de combustible se fijó a 300 ml / min. El caudal de cada especie individual se calcula multiplicando el caudal total y el porcentaje en volumen de cada especie.
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Discussion
El protocolo descrito aquí es un puente importante entre la investigación anterior caracterización de combustión y las pruebas de células de combustible. El uso de la combustión de combustible para la reforma y las pruebas de pila de combustible se ha aplicado desde hace varios años en configuraciones DFFC 10-15. Sin embargo, la caracterización del proceso de combustión en DFFCs se refiere principalmente a la caracterización in-situ de la composición de la llama 16 y utiliza una MS 8. A medida que el DFFC está abierto al ambiente, la composición de escape se compone principalmente de agua y CO 2 y no es necesario caracterización de los gases de escape. A fin de desarrollar la reciente concepto FFC un procedimiento para la caracterización de los gases de escape de combustión en una cámara de parcialmente cerrado (es decir, uno que mantiene la relación aire-combustible) se necesita. En lugar de utilizar una MS, un GC es aplicable para el análisis de combustión de escape 7. Después de la caracterización de los gases de escape, un método simple para el ensayo de células de combustible dentro de este exhAust es necesario. Si bien es posible desarrollar un aparato quemador y de células de combustible de prueba totalmente integrado, este procedimiento proporciona un paso inicial sencillo que puede ser aplicado para la investigación científica de la rendimiento de la célula de combustible con composiciones de escape que varían. Mientras que el enfoque de la caracterización de combustión es común, su aplicación a la investigación FFC es un avance importante.
Los pasos más críticos en este procedimiento son asegurar que las medidas de seguridad adecuadas se han tomado antes de la ignición; y para asegurar que no existen fugas de aire en la cámara de combustión. El uso de válvulas de una vía y / o supresores de llama, así como materiales de alta temperatura es importante para la seguridad del aparato y los investigadores. Como se muestra en la sección de resultados, una amplia gama de resultados incorrectos puede ocurrir si hay flujo de retorno u otra fuga de aire en la cámara de combustión. Este flujo de retorno altera la relación de equivalencia de la mezcla y puede crear diferentesmezclando los patrones que crean resultados como los que se muestran en la Figura 3.
Mientras que dos métodos para determinar si hay reflujo de aire en la cámara de combustión ya se han descrito, existe una tercera forma de determinar si esto está ocurriendo. Este método simplemente evalúa si la llama sigue ardiendo cuando el MFC para el aire está apagado. En este proceso de combustión premezclada el único aire para reacciones de combustión se suministra a través del MFC. Después de la ignición, el suministro de aire se puede desactivar mientras que el combustible se deja en. La llama se apagará en ausencia de aire. Si la combustión continúa, entonces de retorno de flujo de aire en la cámara de combustión que está ocurriendo. Después de determinar que existe reflujo de aire en la cámara de combustión, evitando el reflujo de aire es necesaria antes de proceder. La fijación del problema puede ser relativamente simple. El escape de combustión está caliente y por lo tanto menos boyante, lo que hace que a la altura de la parte superior de la combustióncámara. Cualquier flujo de retorno de aire en el extremo cámaras se producirá en la parte inferior de la cámara. Después de bloquear la sección inferior de la lumbrera de escape cámaras de combustión, las tres técnicas descritas anteriormente se puede realizar de nuevo para asegurar que el aire no se back-fluye en la cámara. Esta discusión asume que la cámara ya se ha comprobado que no haya fugas. La mezcla completa también debe ser verificada mediante asegurarse de que cualquier metano detectado es en pequeñas cantidades y las mediciones de GC son repetibles.
Después de la caracterización de los gases de escape de combustión y el desarrollo de la composición modelo de combustión de escape, hay una gama de aplicaciones para las pruebas de pila de combustible. La sección de protocolo describe la aplicación específica de esta técnica para la prueba de micro-SOFC tubular. Sin embargo, el mismo procedimiento básico se puede aplicar para el ensayo de otras geometrías de células de combustible incluyendo plana y SOFC tubulares más grandes. El protocolo también se extiende a probar diseños de pila, ya sea para la geometría. en adición, El protocolo no se limita a metano como el combustible. El método se puede extender a otros alcanos y alcoholes carburantes que también tienen un importante potencial de generación de H2 y CO de los procesos de combustión ricas en combustible.
Si bien el protocolo descrito tiene muchas aplicaciones para promover el progreso de la FFC, hay limitaciones a esta técnica. El protocolo se ha establecido para poner a prueba la posibilidad de SOFC operan en diferentes procesos y fuentes de combustión ricas en combustible. El potencial se observa cuando las células de combustible funcionan en el modelo de escape rica en combustible. En concreto, los indicadores clave de rendimiento prometedor incluyen alta densidad de potencia, densidad de corriente, la utilización del combustible y la tensión en circuito abierto logrado en la pila de combustible. Sin embargo, el desarrollo de un combustible modelo con sólo las especies más importantes presentes limita los estudios que se pueden realizar. Por ejemplo, el funcionamiento de los SOFC en el escape modelo de combustión de pruebas a largo plazo es posible, pero yot puede no proporcionar la mejor indicación de las características de rendimiento reales a largo plazo de la pila de combustible. A largo plazo, algunas de las especies traza en el escape de la combustión puede llegar a ser perjudicial para el rendimiento SOFC. Prueba de estos resultados requiere la plena integración de la SOFC con un quemador real y el escape de la combustión completa. Si bien estas limitaciones están presentes, la técnica todavía proporciona un medio simple y controlada de la evaluación del rendimiento FFC y potencial como un futuro fuentes de generación de energía.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gas chromotograph | SRI Instruments, Inc. | SRI 8610C | |
| K type thermocouples | Omega | KQXL-116G-6 | Custom length |
| K type thermocouple extension wire | Omega | EXTT-K-20-SLE-100 | |
| Mass flow controller | Omega | FMA5427 | 0-40 L/min (N2) Used for methane |
| Mass flow controller | Omega | FMA5443 | 0-200 L/min (N2) Used for air |
| Mass flow controller | Omega | FMA5402A | 0-10 ml/min (N2) Used for CO |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 200 SCCM (Propane) Used for CO2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 5 L/min (Air) Used for N2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 500 SCCM (N2) Used for H2 |
| Regulator | Harris Products Group | HP721-125-350-F | Methane tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-590-E | Air tank |
| Regulator | Airgas | Y11-SR145B | CO tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-320-E | CO2 tank |
| Regulator | Airgas | Y12-215B | N2 tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-015-350-D | H2 tank |
| Methane, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1971 | Extremely Flammable |
| Air, Compressed, Ultra pure |
Airgas | UN1002 | Not classified as hazardous to health. |
| CO, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1016 | Toxic by inhalation, Extremely flammable |
| CO2, Compressed, Research grade |
Airgas | UN1013 | Asphyxiant in high concentrations |
| N2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1066 | Not classified as hazardous to health. |
| H2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1049 | Extremely flammable, burns with invisible flame |
| Source meter | Tektronix, Inc. | Keithley 2420 | Connects to computer via USB |
| Horizontal split tube furnace | MTI Corportation | OTF-1200X | |
| Data acquisition | National Instruments | NI cDAQ-9172 | Connects to computer via USB |
| Thermocouple input | National Instruments | NI 9211 | Connects to cDAQ-9172 |
| Computer control for Mass Flow Controllers | National Instruments | NI 9263 | Connects to cDAQ-9172 Computer control for Mass Flow Controllers |
| Testing software | National Instruments | LabVIEW 8.6 | |
| Ceramabond | Aremco | 552-VFG | 1 Pint |
References
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