Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments zur Charakterisierung der Verbrennung ist die Entwicklung eines Modells für Verbrennungsabgase durch Mischen der interessierenden Abgasspezies, um eine Festoxid-Brennstoffzelle im Gemisch zu testen. Dieser maxsold kann dazu beitragen, wichtige Fragen im Bereich der Festoxid-Brennstoffzellen zu beantworten, z. B. ob sich weniger fette Verbrennung anstelle eines endothermen Brennstoffreformers bildet. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass wir ein Modell für Verbrennungsabgase für Brennstoffzellentests entwickeln können, ohne tatsächlich einen ganzen Brenner- und Brennstoffzellen-Prototyp zu entwickeln.

visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da das Verfahren des Versuchsaufbaus, die Sicherheitsvorkehrungen und die Fehlerbehebung allein durch das Lesen eines Manuskripts schwer zu verstehen sein können. Bauen Sie die Charakterisierungsapparatur unter Verwendung einer vorbereiteten Brennkammer auf einer Bank mit Luftquellen und dem Methanbrennstoff. Wählen Sie die Massendurchflussregler auf der Grundlage der zuvor ermittelten Durchflussmengen aus.

Verwenden Sie für dieses Experiment einen Regler für Methan mit einer Kapazität von 40 Litern pro Minute. Verwenden Sie einen Regler mit einer Leistung von 200 Litern pro Minute für Luft. Besorgen Sie sich als Nächstes einen Kupferschlauch und schließen Sie ihn an den Auslass der Methanquelle an.

Verbinden Sie von dort aus den Schlauch mit dem Kraftstoffmassendurchflussregler. Schließen Sie auf ähnliche Weise den Luftmassenregler an seine Quelle an. Fügen Sie aus Sicherheitsgründen ein Einwegventil nach dem Methandurchflussregler hinzu.

Richten Sie das Ventil so aus, dass der Durchfluss nur vom Regler weg zulässt, und verbinden Sie es mit dem Ausgang des Reglers. Verwenden Sie als Nächstes Kupferrohre, um die Ströme aus der Luft und den Kraftstoffdurchflussreglern zusammenzuführen. Lassen Sie die Datenflüsse von den Controllern in einen T-Konnektor eingeben.

Platzieren Sie als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme eine Flammensperre und ein weiteres Einwegventil nach dem T-Anschluss. Bei diesem Aufbau wird das Einwegventil zuerst mit dem T-Anschluss verbunden, so ausgerichtet, dass der Durchfluss vom T-Anschluss weg möglich ist. Als nächstes kommt die Flammensperre.

Stellen Sie die Regler an den Quelltanks für die Gase auf den entsprechenden Druck ein. Für dieses Experiment sind das 138 Kilopascal. Zurück auf dem Labortisch besorgen Sie sich eine Lösung zur Lecksuche, um alle Schläuche auf Lecks zu testen.

Tragen Sie bei eingeschalteten Durchflussreglern die Lecksuchlösung mit einem Pinsel auf den Kupferschlauch auf. Stellen Sie sicher, dass keine Blasen vorhanden sind, die auf ein Leck hinweisen würden. Wenden Sie sich an dieser Stelle der Brennkammer und dem daran befestigten Brenner zu.

In dieser Kammer befinden sich bereits Thermoelemente vom Typ K, deren Spitzen sich in der Mitte der Kammer befinden. Anschlüsse entlang der Kammerlänge ermöglichen sowohl die Verbrennungsabgasanalyse als auch die Thermoelemente. Montieren Sie die Thermoelemente mit Klemmverschraubungen, die auf ihren Durchmesser abgestimmt sind.

Um ein Thermoelement hinzuzufügen, beginnen Sie mit dem Schaft der Klemmverschraubung, der sich bereits in der Kammerwand befindet. Setze ein geeignetes Hochtemperaturmetall in den Stiel. Senken Sie als Nächstes die Kompressionsmutter mit einer Thermoelementsonde ab, die durch sie auf den Schaft gefädelt wird.

Schieben Sie die Thermoelementsonde durch, bis sich ihr Ende in der Mitte der Kammer befindet. Ziehen Sie dann die Kompressionsmutter fest, um die Kammer gegen Undichtigkeiten aus dieser Öffnung abzudichten. Verbinden Sie die Thermoelemente mit dem Computer-Setup zur Datenerfassung und -steuerung.

Rücklauf, um den Ausgang der Massendurchflussregler an den Brennkammerbrenner anzuschließen. Verwenden Sie dazu Kupferrohre, um den Durchfluss vom Einwegventil in die Brennkammer zu leiten. Die letzte Ergänzung ist die Hardware zum Testen des Auspuffs, die hier bereits montiert wurde.

Dazu lässt eine Abluftöffnung in der Kammer Gase in das Kupferrohr strömen. Dieser Schlauch geht in ein Dreiwegeventil. Ein Ausgang des Ventils ist ein Schlauch, der zu einem Gaschromatographen führt.

Der andere Ausgang ist ein Schlauch, der zu einer 25-Milliliter-Spritze führt, die zum Absaugen und Umleiten von Abgasen verwendet wird. Das Setup kann nun zur Charakterisierung verwendet werden. Bereiten Sie vor der Prüfung die Spritze und das Dreiwegeventil vor.

Schieben Sie zuerst den Spritzenkolben vollständig hinein. Stellen Sie dann sicher, dass das Dreiwegeventil auf der Seite des Auslassanschlusses geöffnet ist. Bewegen Sie sich zum Computer, um den Kraftstoff- und Luftfluss zu starten und die Datenerfassung zu starten.

Initiieren Sie den Luftstrom und den Methanstrom mit einem fetten Gemisch, um die Zündung zu erleichtern. Besorgen Sie sich ein Butanfeuerzeug und begeben Sie sich an das Ende der Brennkammer. Wenn dies sicher ist, entzünden Sie die Mischung.

Bevor Sie fortfahren, führen Sie eine Sichtprüfung durch, um sicherzustellen, dass sich die Flamme an der Brennerfront stabilisiert hat. Diese Flamme verändert sich, wenn der Luftstrom langsam auf den gewünschten Wert eingestellt wird, um ein Erlöschen der Flamme zu vermeiden. Überwachen Sie in der Zwischenzeit die Temperaturen der Thermoelemente und zeichnen Sie die Temperaturdaten auf, wenn sich die Temperaturen stabilisieren.

Gehen Sie nun zu der Spritze, die mit dem Dreiwegeventil verbunden ist. Ziehen Sie den Kolben zurück, um Restgas und Abgase aus der Auslassöffnung abzusaugen. Verwenden Sie das Dreiwegeventil, um die Seite des Gaschromatographen zu öffnen und die Auslassöffnungsseite zu schließen.

Fahren Sie fort, indem Sie den Kolben drücken, bis das gesamte Abgas zum Gaschromatographen geleitet wurde. Bringen Sie das Ventil wieder zurück, damit die Spritze mehr Restgas und Abgase absaugen kann. Fahren Sie mit der Extraktion des Gases fort und injizieren Sie es in den Gaschromatographen, bis alle Restgase entfernt sind.

Wenn alle Restgase entfernt wurden, entnehmen Sie eine abschließende Abgasprobe zur Analyse. Drehen Sie das Dreiwegeventil und drücken Sie das Abgas in den Gaschromatographen. Führen Sie die Gaschromatographenanalyse durch und zeichnen Sie die Daten auf.

Fahren Sie fort, indem Sie einen anderen Luftdurchsatz auswählen und die Analyse für das neue Äquivalentverhältnis wiederholen. Diese Ergebnisse für die chemische Gleichgewichtsanalyse von Methan und Luftverbrennung liefern die thermodynamischen Gleichgewichtsvorhersagen der Abgaszusammensetzung bei unterschiedlichen Äquivalentverhältnissen. Die linke vertikale Achse zeigt den Volumenprozentsatz des Stickstoffgases, der schwarz dargestellt ist.

Die rechte vertikale Achse zeigt die Volumenprozentskala für die Abgasprodukte und andere Moleküle. Diese Analyse stimmt nicht unbedingt perfekt mit den Versuchsdaten überein, sollte aber die erwarteten Trends und das Ausmaß der Ergebnisse anzeigen. Erste Versuchsdaten für die Brennkammer folgten nicht den Trends, die von der chemischen Gleichgewichtsanalyse erwartet wurden.

Zum Beispiel deuten die molekularen Sauerstoffdaten in Rot auf eine hohe Konzentration bei hohen Äquivalenzverhältnissen im Vergleich zu niedrigen Äquivalenzverhältnissen hin. Dies ist ein möglicher Hinweis auf eine unvollständige Durchmischung oder Rückströmung in der Brennkammer, was andere Daten bestätigen. Wenn ein Rückfluss identifiziert und verhindert wird, stimmen die Daten besser mit den Trends überein, die von der chemischen Gleichgewichtsanalyse erwartet werden.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man einen Verbrennungsauspuff charakterisiert und einen Modell-Verbrennungsauspuff für Brennstoffzellentests baut. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Verbrennung äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie Flammensperre, Einwegventile und andere persönliche Schutzausrüstung getroffen werden sollten. Nach diesem Verfahren können andere Methoden, wie die Integration einer Brennstoffzelle und eines Brenners zusammen, dazu beitragen, zusätzliche Fragen zur Langzeitleistungsstabilität, zur Kohlenstoffabscheidung und zur Gesamtsystemeffizienz der flammenunterstützten Brennstoffzelle zu beantworten.