Name: Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Erfahren Sie die Entwicklung eines Modellbrenngasgemisches für Brennstoffzellentests durch Verbrennungscharakterisierung mit Methan und Luft. Diese Methode ermöglicht effiziente Tests ohne vollständige Brennerprototypen.

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Diese Arbeit wird durch eine Vereinbarung mit der Syracuse University unterstützt, die vom Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems mit einer Finanzierung unter der Hauptpreisnummer DE-EE0006031 vom US-Energieministerium und einer entsprechenden Finanzierung unter der Fördernummer 53367 von der New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), Vertrag 61736 von NYSERDA, vergeben wurde, und eine Auszeichnung der Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) durch das Syracuse Center of Excellence unter der Fördernummer #C120183. Diese Arbeit wird durch das National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program unter der Fördernummer 1247399 unterstützt.

1. Verbrennungs Berechnungen <ol><li> Wählen Sie Kraftstoff für die Analyse. Wählen Sie hier Methan als Bezugskraftstoff, aber die Prinzipien sind übertragbar auf andere Kohlenwasserstoffbrennstoffen. </li><li> Mit 1 Mol Methan als Brennstoff, Gleichgewichtsgleichung (1) für eine stöchiometrische Verbrennung zu erhalten, die Gleichung (2). <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> Berechnen des Kraftstoff-Luft - Verhältnis für eine stöchiometrische (F / A stöch.) , Wie in Gleichung 3 für die Methanverbrennung durch die Masse von Methan durch die Masse von Luft geteilt wird . Zu berechnen, der Zähler ist die Anzahl der Mole von Methan - fache molare Masse von Methan (16 g · mol -1) und der Nenner ist die Anzahl der Mol Sauerstoff - fache molare Masse von Sauerstoff (32 g · mol -1) zuzüglich die Anzahl der Mole von Stickstoff - fache molare Masse von Stickstoff (28 g · mol -1). <img alt="Gleichung 3"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot; /&gt; </li><li> Um das Äquivalenzverhältnis (Gleichung 4) zu variieren, variieren auch die Luftströmungsrate, der Kraftstoffdurchflussrate oder beides gleichzeitig. Typischerweise fix eine der Größen und variieren die anderen. Bestimmen Sie, ob entweder die Kraftstoff oder Luftdurchsatz für den Brenner zu beheben. Für dieses Experiment, fixieren Sie die Kraftstoff-Strömungsrate bei 10 l / min und damit der Luftdurchsatz in diesem Setup zu variieren. <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> Mit der Kraftstoffdurchsatz, f, fixiert (10 l / min), F / A - stoisch. berechnet (0,0583), und die Bestimmung des Äquivalenzverhältnisses gegeben, die Berechnung der Luftströmungsgeschwindigkeit, eine für jede Äquivalenzverhältnis geprüft werden. Gleichung (5) stellt einen direkten Weg für die Berechnung der Luftströmungsrate in L / min für jede Äquivalenzverhältnis und die Ergebnisse sind für ein Äquivalenzverhältnis von 1 für Stöchiometrie gezeigt. <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> HINWEIS: Die obere FlammFähigkeit Grenze (oder obere Explosionsgrenze) ist die reichste Äquivalenzverhältnis, das ohne Abschrecken der Flamme in der Abwesenheit eines Katalysators verbrannt werden kann. Höheren Äquivalenzverhältnissen kann unter Verwendung eines Katalysators erhalten werden, jedoch nur nicht-katalytischen Verbrennung wird in diesem Papier beschrieben. Lesen Sie die Literatur, die die obere Zündgrenze für den Brennstoff gewählt, um beurteilen zu können. </li></ol> 2. Verbrennungs Charakterisierung Experimenteller Aufbau <ol><li> Wählen Sie Massendurchflussregler (MFCs) für Methan und Luft auf der Basis der Durchflussraten, erhalten in Schritt 1.5. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie eine MFC Größe der Auswahl, um sicherzustellen, dass das MFC nicht am unteren Ende seines Bereichs (&lt;10% vom Endwert) während der Prüfung in Betrieb sein. Für diesen spezifischen Fall verwenden 40 l / min und 200 l / min MFCs für Methan und Luft sind. </li><li> Schließen Sie die MFCs an die Methan und Lufttanks über Kupferrohre. </li><li> Stellen Sie die Regler auf die Methan und Luftbehälter an den entsprechenden Druck für das MFC wie angegebendurch den Hersteller. In diesem Fall den Druck auf 138 kPa (20 psi). </li><li> Kalibrieren Sie die MFCs genaue Durchflussraten zu gewährleisten. </li><li> Konstruieren Sie die Brennkammer. Für dieses Experiment wurde eine Brennkammer 914 mm lang mit einem 168 mm Austrittsdurchmesser zu entwickeln. <ol><li> Bohrer Ports für Verbrennungsabgasanalyse und für Thermoelement-Anordnung entlang der Länge der Verbrennungskammer. Die genaue Anzahl und der Abstand benötigt wird, hängt von der Größe der Flamme und die Zwecke des Experiments. Für diese Einrichtung, Raum die ersten 5 Thermoelemente am nächsten an der Verbrennungsbereich 7 mm auseinander gesetzt. Raum der letzten 6 Thermoelemente 14 mm auseinander. Verwenden Sie den gleichen Abstand für die Auslasskanäle. </li><li> Legen Sie die K-Typ-Thermoelemente in die Verbrennungskammer über die Anschlusslöcher. Richten Sie die Thermoelementspitze in der Mitte der Brennkammer. Größe der Anschlusslöcher das Thermoelement zu passen und Dichtung mit hoher Temperatur Metallhülsen und Muttern Auslaufen zu verhindern. </li></ol></li><li> Connect die K-Typ-Thermoelemente direkt mit dem Datenerfassungsmodul. </li><li> Schließen Sie das Datenerfassungsmodul an den Computer über den USB-Laufwerk. </li><li> Bringen Sie ein Einwegventil auf dem Weg Kupferrohr unmittelbar nach dem Kraftstoff MFC und kurz vor dem Brenner. Richten Sie das Ventil, so dass der Fluss nur weg von der MFC bewegen kann. Die Einwegventile sind eine wichtige Sicherheitsfunktion Blitz zurück zu verhindern. </li><li> Überprüfen Sie die Kupferrohr vor und nach dem MFC-Setup auf undichte Stellen. Verwenden Sie Seifenwasser aufgetragen mit einem Pinsel auf die Rohrlecks zu erfassen, wie Lecks Blasen schaffen würde. </li><li> Schließen Sie die Brennkammer und Brenner zu den Massendurchflussregler über Kupferleitungen. </li><li> die Brennkammer Setup, wählen Sie eine der Auslasskanäle für die Prüfung Nach Abschluss. Verbinden Sie diesen Anschluss an Kupferrohren, die mit dem GC-Analyse-Port erstreckt. </li><li> Wählen Sie eine Spritze, die die Abgase aus der Verbrennungskammer zu ziehen und drücken Sie dann in die GC für die Analyse. Für dieses Experiment verwenden ein25-ml-Spritze. </li><li> Platzieren ein Dreiwegeventil in Übereinstimmung mit dem Kupferrohr die Auslaßöffnung mit dem GC verbindet. Ein Ende des Zweiwegeventils mit dem GC, der zweiten in die Abgasöffnung und der dritten in die 25 ml-Spritze. Verbinden der Kupferrohre an die 3-Wege-Ventil. Verwenden Sie die Spritze Verbrennungsabgas aus der Kammer zu saugen und dann schieben in den GC für die Analyse. </li><li> Die 3-Wege-Ventil mit dem GC und Spritze. Betätigen, um den Spritzenkolben erfolgreichen Betrieb sicherzustellen. HINWEIS: Ein vereinfachtes Schema des Aufbaus ist in 1 gezeigt. </li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> Abbildung 1. Die Verbrennung Charakterisierung Versuchsaufbau schematisch. Combustion Charakterisierung Versuchsaufbau schematische Darstellung , Kraftstoff-, Luft- und Abgasströme (schwarze Pfeile) und Datenströme (rote Pfeile). Einwegventile werden verwendet, Blitz zurück zu verhindern. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 3. Verbrennung Charakterisierung Experiment <ol><li> Vor der Prüfung drücken Sie den Kolben Spritze in vollständig und öffnen Sie das Dreiwegeventil auf der Auslaßöffnungsseite. </li><li> Schalten Sie die Klima MFC auf den ersten zu einer Fließgeschwindigkeit von 86,5 l / min. </li><li> Drehen Methan MFC auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 10 L / min. Dadurch entsteht ein vorgemischtes Äquivalenzverhältnis von 1,10, ein leicht fettes Gemisch, das leichter zu zünden ist. </li><li> Schalten Sie Thermoelemente auf über das Computermodul zum Aufzeichnen von Daten beginnen. </li><li> Zünden des Gemisches am Ende der Verbrennungskammer mit einem Gasfeuerzeug. Nach der Zündung, sollte die Flamme an der Brennerfront stabilisieren. </li><li> Stellen Sie das Äquivalenzverhältnis, indem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft langsam aus dem Anfangswert von 86,5 L / min auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Achten Sie darauf, nicht zu schnell zu bewegen oder außerhalb des Entzündb gehenility Grenzen, die Flamme Löschung verursachen würde. </li><li> Notieren Sie sich die Temperaturanzeige in einer Datendatei, nachdem die Thermoelemente Temperaturen stabilisieren. </li><li> Wieder einmal, ziehen Sie den Spritzenkolben Verbrennungsabgas von der Abgasöffnung zu extrahieren. </li><li> Nach dem Extrahieren des Verbrennungsabgas, öffnen Sie das Drei-Wege-Ventil mit dem GC Seite und die Auslaßöffnungsseite schließen. </li><li> Drücken Sie den Spritzenkolben, bis es vollständig und alle des Abgases schließt wurde der GC gesendet. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,8-3,10, bis alle der Restgase in dem Kupferrohr um den Port zu dem GC Verbinden entfernt wird. Eine einfache Analyse des Innenvolumens des Kupferrohre im Vergleich zu dem Volumen der Spritze zeigt an, wie viele Male die Schritte 3,8-3,10 Bedarf wiederholt werden. </li><li> Nachdem alle Restgase in dem Schlauch zu entfernen eine endgültige Abgasprobe für die Analyse zu extrahieren. Schieben Sie das Abgas in den GC und drehen Sie die GC - Analyse - Modus 7,17. </li><li> Notieren Sie die GC-Daten durch SpeichernDie GC-Analyse-Daten. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,1-3,13, bis alle gewünschten Äquivalenzverhältnisse getestet werden. </li></ol> 4. Entwicklung des Modells Verbrennungsabgas <ol><li> Zeichnen Sie die Verbrennungsabgas Arten Volumenanteil der Trends zu beobachten. </li><li> Bestimmen Sie den Konzentrationswert für das Modell Verbrennungsabgas abgeschnitten. Bei der Entwicklung eines Modells Verbrennungsabgas Kraftstoff für die anfängliche mT-FFC-Analyse nur die auftretenden Komponenten in signifikanten Anteilen (&gt; 1%) sind im Modell Kraftstoff enthalten. </li><li> Für das Modell Brennstoff wählen diese Äquivalenzverhältnisse, die im Abgas nur signifikante Wasserstoff und Kohlenmonoxid (für jede Komponente&gt; 1%) zu erzeugen. </li><li> Aufzeichnen der Volumenprozentsatz für jedes der Abgasbestandteile, die die Kriterien von 4,3. </li></ol> 5. Fuel Cell Testing-Setup <ol><li> Bestimmen Sie die Durchflussbereiche für jedes Gas. Multiplizieren Sie den Volumenanteil aus den GC-Analyseergebnisse von t erhaltener Gesamtflussrate des Modells Verbrennungsabgas in jeder Brennstoffzelle erwünscht. </li><li> Beurteilen Sie den Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten für jede Verbrennungsabgas Arten der maximalen und minimalen Strömungs für jede Art zu bestimmen. </li><li> Select-Durchflussmesser nach den gleichen in Schritt 2.1 beschriebenen Prinzipien. </li><li> Erstellen Sie das Testgerät durch den Durchflussmesser in die Gastanks über Kupferrohr befestigt wird. </li><li> Stellen Sie die Gasdruckregler auf den vorgeschriebenen Wert für den Durchflussmesser. </li><li> Platzieren Einwegventile in den Kupferrohrpfad stromabwärts von jedem Durchflussmesser ein brennbares Gas verwendet wird. </li><li> Schließen Sie alle Durchflussmesser Austrittsöffnungen miteinander über Kupferrohr und einem Verteiler. </li><li> Stellen Sie den Mikrorohrförmigen SOFC an der Innenseite des Stahlrohrs einen Innendurchmesser gerade größer als die Brennstoffzelle Außendurchmesser. Abdichtung um die Brennstoffzelle mit dem Stahlrohr unter Verwendung von Keramikkleber. </li><li> Schließen Sie das Stahlrohr mit mikrotubulären SOFC zu einem Stück Keramik feuerfesten material die Brennstoffzelle in dem Ofen zu halten. </li><li> Nutzen Sie die 4 Sondentechnik 10,11 mit Stromerfassung und Spannungsmessleitungen mit dem mikrotubulären SOFC mit zwei Drähten an der Anode und zwei Drähte an der Kathode. Stellen Sie sicher, dass die Drähte einander nicht zu schaffen Shorts überqueren. </li><li> Verbinden Sie die vier Adern an den vier Sonden des Potentiostaten 10,11. </li><li> Schließen Sie den Potentiostaten an den Computer 10,11. </li><li> Platzieren eines Thermoelements in den Ofen mit der Spitze berührt die Außenseite des Mikrorohrförmigen SOFC Elektrolyt 10,11. </li><li> Befestigen Thermodrähte an die Datenerfassungsmodul. </li><li> Schließen Sie das Datenerfassungsmodul an den Computer über den USB-Anschluss. ANMERKUNG: Abbildung 2 ist ein vereinfachtes Schema der mT-FFC - Test - Setup zeigt. Mit dem Modell Kraftstoff entwickelt und die für die Steuerung des Modells Brennstoffströmung zu der Brennstoffzelle etabliert Setup können Tests nach herkömmlichen f vorgehenuel Zelle Testmethoden. Diese Verfahren sind in der Literatur gut etabliert und werden hier nicht wiederholt werden. </li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> Abbildung 2. mikrotubulären Flamme-unterstützte Brennstoffzellentestaufbau schematisch. Flüsse von H 2, CO, CO 2, N 2 (schwarze Pfeile) sind mit einem MFC geregelt und ein Einwegventil Blitz zurück zu verhindern. Elektronen fließen (grüne Linie) von der SOFC in dem Ofen mit dem Potentiostaten und zurück zu der SOFC. Durchfluss von Thermoelement - Daten und elektrochemischen Daten wird durch rote Pfeile dargestellt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Das Protokoll diskutiert hier ist eine wichtige Brücke zwischen früheren Verbrennungs Charakterisierung Forschung und Testen von Brennstoffzellen. Die Verwendung von Verbrennung für Kraftstoffreformierung und Brennstoffzellentest ist seit mehreren Jahren in DFFC Aufbauten 10-15 angewandt. Jedoch ist die Charakterisierung des Verbrennungsprozesses in DFFCs hauptsächlich mit in-situ Charakterisierung der Flammenzusammensetzung 16 und verwendet eine MS 8. Da die DFFC zur Umgebungs ...

Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Innovationen wurden in den letzten Jahren berichtet, wie die Technologie weiter zu entwickeln. Unter den vielen Vorteilen haben, SOFCs für hohe Kraftstoffeffizienz, geringe Emissionen und moderate Brennstoffflexibilität im Vergleich zu anderen Verbrennungs basierten Leistungserzeugungstechniken 1 bekannt geworden. Darüber hinaus sind SOFCs skalierbar so dass für hohe Kraftstoffeffizienz auch bei kleinen Skalen. Leider haben Einschränkungen in der aktuellen Wasserstoff-Infrastruktur ein Bedarf an Kraftstoffreformierung Systeme geschaffen, die oft ineffizient sind. Eine neuere Entwicklung ist die mikrotubulären flamm unterstützt Brennstoffzelle (mT-FFC) in des Autors früheren Arbeiten 2 berichtet. Der mT-FFC ist das erste Beispiel einer Flamme unterstützten Brennstoffzelle (FFC) , die auf die Vorteile der ursprünglichen direkten Flamme Brennstoffzelle (DFFC) baut, die 3 durch Verbrennung Reformierung Wärmeerzeugung und Treibstoff zur Verfügung stellt. Die DFFC Einrichtung platziert eine SOFC in direkten Kontakt mit einer Flamme offen für die Umgebungs environment. Die Flamme oxidiert teilweise schwerere Kohlenwasserstoffbrennstoffen H 2 und CO zu erzeugen, die in der SOFC mit weniger Potential für Kohlen Verkokung im Vergleich zu reinem Methan oder andere schwerere Kohlenwasserstoffe direkt verwendet werden kann. Zusätzlich stellt die Flamme die Wärmeenergie benötigt, um die SOFC auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Eine aktuelle Änderung der ursprünglichen DFFC erfolgte durch die SOFC aus dem Flammenbereich bewegt und das Verbrennungsabgas in die SOFC Kanalisierung des FFC 2 zu schaffen. Anders als bei der DFFC erfolgt die Verbrennung in einer teilweise umschlossenen Kammer (anstelle der Umgebungs), so dass der Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesteuert werden kann und das Abgas kann direkt in die Brennstoffzelle eingespeist werden, ohne daß eine vollständige Verbrennung stattfindet. FFCs haben zusätzliche Vorteile wie hohe Brennstoffausnutzung und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad im Vergleich zu DFFCs 2. Als aufstrebender Bereich der Forschung werden experimentelle Techniken benötigt, die das Potenzial von mT-FF beurteilenCs für die zukünftige Energieerzeugung Anwendungen. Diese Techniken erfordern Analyse der partiellen Oxidation oder brennstoffreichen Verbrennung und der Abgas die als Weg identifiziert worden ist , zur Erzeugung von H 2 und CO, das auch als Synthesegas bekannt ist , zusammen mit CO 2 und H 2 O. Das Syngas kann direkt in den Brennstoffzellen für die Stromerzeugung verwendet werden. Die Analyse der brennstoffreichen Verbrennungsabgas wurde in den letzten Jahren gut etabliert und hat theoretisch 4 durchgeführt wird , berechnungs 5,6 und experimentell 7 für viele verschiedene Zwecke. Viele der theoretischen und rechnerischen Studien haben sich auf das chemische Gleichgewicht Analyse (CEA) stützte sich die Verbrennungsproduktspezies zu bewerten, die energetisch günstig sind, und chemische kinetische Modelle für Reaktionsmechanismen. Während diese Verfahren sehr nützlich gewesen sind, haben viele neue Technologien auf experimentelle Techniken in der Forschung und Entwicklung berufen. Experimentelle Techniken beruhen typischerweise auf anaLyse des Verbrennungsabgas unter Verwendung entweder eines Gaschromatographen (GC) 7 oder ein Massenspektrometer (MS) 8. Entweder die GC line / Spritze oder die MS-Sonde wird in das Verbrennungsabgas eingeführt und die Messungen nach dem Spezieskonzentration abzuschätzen. Die Anwendung der experimentellen Techniken wurde im Bereich der kleinen Stromerzeugung gemeinsam. Einige Beispiele umfassen Mikro Brennkammern , die entwickelt wurden mit Einkammer SOFCs 7,9 und DFFCs 10-15 zu betreiben. Die Analyse des Verbrennungsabgas tritt in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen einschließlich unterschiedlichen Temperaturen, Durchflussraten und Äquivalenzverhältnisse. Im Bereich der DFFC Forschung, Brennstoff und Oxidationsmittel können teilweise vorgemischt werden oder nicht vorgemischten, mit dem Brenner offen zur Umgebungs die vollständige Verbrennung gewährleistet. Mit einer Notwendigkeit , die Flamme Zusammensetzung zu analysieren, eine MS hat in vielen Fällen für DFFC Forschung und Verbrennungsanalyse 16 eingesetzt. Die neuere Entwicklung des FFC unterscheidet sich in einer teilweise geschlossenen Umgebung auf einer vorgemischten Verbrennung mit dem Brenner, indem sie sich eine vollständige Oxidation des Brennstoffes zu verhindern. Als Ergebnis zeigte die Analyse des Verbrennungsabgases in einer kontrollierten Umgebung frei von Luftleckage benötigt. Experimentelle Techniken für diesen Zweck entwickelt verlassen sich auf den früheren Techniken für die Mikrobrennkammer Forschung mit GC-Analyse des Verbrennungsabgases bei variierenden Äquivalenzverhältnissen verwendet. Die GC - Analyse führt zur Charakterisierung der Verbrennungsabgaszusammensetzung (dh der Volumenprozentsatz jedes Bestandabgas einschließlich CO 2, H 2 O, N 2, etc.) Diese Analyse ermöglicht das Mischen der getrennten Gase nach den Verhältnissen durch die gemessene GC, um ein Modell brennstoffreichen Verbrennungsabgas für zukünftige FFC Forschung schaffen. Die Protokolle für brennstoffreichen Verbrennungsabgas zu analysieren, ein Modell brennstoffreichen Verbrennungsabgas zu entwickeln und anwendening den Auspuff für SOFC-Tests werden in diesem Papier hergestellt. Gemeinsame Herausforderungen und Einschränkungen sind für diese Techniken diskutiert.

<table><tbody><tr><td>Gas-Chromotograph</td><td>SRI Instruments, Inc.</td><td>SRI 8610C</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente vom Typ K</td><td>Omega</td><td>KQXL-116G-6</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelement-Verlängerungskabel vom Typ K</td><td>in</td> kundenspezifischer Länge Omega <td>EXTT-K-20-SLE-100</td><td></td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Omega</td><td>FMA5427</td><td>0-40 L/min (N2) Verwendet für Methan</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Omega</td><td>FMA5443</td><td>0-200 L/min (N2) Verwendet für Luft</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Omega</td><td>FMA5402A</td><td>0-10 ml/min (N2) Verwendet für CO</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>200 SCCM (Propan) Verwendet für CO2</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>5 L/min (Luft) Verwendet für N2 </td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>500 SCCM (N2) Verwendet für H2</td></tr><tr><td>Regler</td><td>Harris Products Group</td><td>HP721-125-350-F</td><td>Methantankregler</td></tr><tr><td></td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-590-E</td><td>Lufttankregler</td></tr><tr><td></td><td>Airgas</td><td>Y11-SR145B</td><td>CO-Tank</td></tr><tr><td>Regler</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-320-E</td><td>CO2Tank</td></tr><tr><td>Regler</td><td>Airgas</td><td>Y12-215B</td><td>N2 Tank</td></tr><tr><td>Regler</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-015-350-D</td><td>H2 Tank</td></tr><tr><td>Methan, komprimiert, Ultra hochreines</td><td>Airgas</td><td>UN1971</td><td>Extrem entzündlich</td></tr><tr><td>Luft, verdichtet, Ultrareines</td><td>Luftgas</td><td>UN1002</td><td>Nicht als gesundheitsgefährdend eingestuft.</td></tr><tr><td>CO, Komprimiert, Ultrahochreines</td><td>Airgas</td><td>UN1016</td><td>Giftig durch Einatmen, hochentzündliches</td></tr><tr><td>CO2, Komprimiertes, Forschungstaugliches</td><td>Airgas</td><td>UN1013</td><td>Erstickungsmittel in hohen</td></tr><tr><td>Konzentrationen N2, Komprimiert, Ultrahochreines</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td>Nicht als gesundheitsgefährdend eingestuft.</td></tr><tr><td>H2, Komprimiert, Ultrahochreines</td><td>Airgas</td><td>UN1049</td><td>Extrem entflammbar, verbrennt mit unsichtbarer Flamme</td></tr><tr><td></td><td>Quellenmessgerät Tektronix, Inc.</td><td>Keithley 2420</td><td>Anschluss an den Computer über USB Horizontaler</td></tr><tr><td>Spaltrohrofen</td><td>MTI Corportation</td><td>OTF-1200X</td><td></td></tr><tr><td>Datenerfassung</td><td>National</td><td>Instruments NI cDAQ-9172</td><td>Anschluss an den Computer über USB-Thermoelementeingang</td></tr><tr><td></td><td>National Instruments</td><td>NI 9211</td><td>Anschluss an cDAQ-9172</td></tr><tr><td>Computersteuerung für Massendurchflussregler</td><td>National Instruments</td><td>NI 9263</td><td>Anschluss an cDAQ-9172 Computersteuerung für Massendurchflussregler</td></tr><tr><td>Prüfsoftware</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 8.6</td><td></td></tr><tr><td>Ceramabond</td><td>Aremco</td><td>552-VFG</td><td>1 Pint</td></tr></tbody></table>

combustion charakterisierung und modell kraftstoffentwicklung für mikrorohr flamme-unterstützte brennstoffzellen

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Die verbrennungsbasierte Stromerzeugung wird seit vielen Jahren durch eine Reihe von Wärmekraftmaschinensystemen erreicht. In jüngster Zeit hat der Trend zur Stromerzeugung und Mikroverbrennung in kleinem Maßstab sowie die Entwicklung in der Brennstoffzellenforschung neue Möglichkeiten der Stromerzeugung geschaffen, die Festoxid-Brennstoffzellen mit offenen Flammen und Verbrennungsabgasen kombinieren. Anstatt sich auf die Hitze der Verbrennung zu verlassen, setzen diese Festoxid-Brennstoffzellensysteme auf die Neuformierung des Brennstoffs durch Verbrennung, um Synthesegas für die elektrochemische Stromerzeugung zu erzeugen. Es wurden Verfahren entwickelt, um die Verbrennungsnebenprodukte unter einer Vielzahl von Bedingungen zu bewerten. Während theoretische und rechnerische Verfahren zur Bewertung kraftstoffreicher Verbrennungsabgase in diesen Anwendungen entwickelt wurden, haben sich auch experimentelle Techniken entwickelt. Die experimentellen Verfahren beruhen häufig auf einem Gaschromatographen oder Massenspektrometer, einer Analyse der Flamme und des Abgases, um den Verbrennungsprozess als Brennstoffreformer und Mittel zur Wärmeerzeugung zu beurteilen. Die in diesen Bereichen entwickelten experimentellen Techniken wurden für die Entwicklung der mikroröhrenförmigen flammenunterstützten Brennstoffzelle erneut angewendet. Das in dieser Arbeit diskutierte Protokoll baut auf früheren Techniken auf, um ein Verfahren zur Charakterisierung von brennstoffreichen Verbrennungsabgasen zu spezifizieren und ein Modell für brennstoffreiche Verbrennungsabgase für den Einsatz in flammenunterstützten Brennstoffzellentests zu entwickeln. Die Entwicklung des Verfahrens und seine Anwendungen und Grenzen werden diskutiert.

Die Verbrennungskammer Charakterisierung sollte bei den gewünschten Äquivalenzverhältnissen für die Rückströmung der Luft in die Kammer oder eine andere Luftverlust während des Tests vor dem Test überprüft werden. Verbrennungsprozesse in offenen Kammern sind dafür bekannt, fast isobar zu sein. Rück fließt in die Verbrennungskammer aus der Kammer Auslassanschluss oder andere Leckstellen Als Ergebnis kann nicht ausreichen, um Druck innerhalb der Verbrennungskammer, um sicherzustellen, dass...

Ein Protokoll zur Erstellung eines Modells für brennstoffreiche Verbrennungsabgase wird durch Verbrennungscharakterisierung entwickelt und für die Prüfung und Forschung von mikroröhrenförmigen flammenunterstützten Brennstoffzellen angewendet.

Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verbrennungscharakterisierungs-Experiments besteht darin, ein modellhaftes Verbrennungsabgas durch Mischen der interessierenden Abgasbestandteile zu erzeugen, um eine Oxidkeramik-Brennstoffzelle in dieser Mischung zu testen. Diese Maxsold-Methode kann zentrale Fragen im Bereich der Oxidkeramik-Brennstoffzellen beantworten, beispielsweise, ob statt eines endothermen Brennstoff-Reformers eine arme Verbrennung stattfindet. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass wir ein modellhaftes Verbrennungsabgas für Brennstoffzellenprüfungen entwickeln können, ohne einen kompletten Brenner und einen Prototyp der Brennstoffzelle realisieren zu müssen.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da der experimentelle Aufbau, die Sicherheitsvorkehrungen und die Fehlerbehebung allein durch das Lesen einer Veröffentlichung schwer verständlich sein können. Stellen Sie die Charakterisierungsapparatur unter Verwendung einer vorbereiteten Verbrennungskammer an einem Arbeitsplatz mit Luft- und Methanquellen zusammen. Wählen Sie die Massendurchflussregler anhand zuvor bestimmter Durchflussraten aus.Verwenden Sie für dieses Experiment einen 40 Liter pro Minute regler für Methan. Verwenden Sie einen 200 Liter pro Minute regler für Luft. Anschließend besorgen Sie sich Kupferrohr und verbinden es mit dem Auslass der Methanquelle.Verbinden Sie anschließend den Schlauch mit dem Massedurchflussregler für den Brennstoff. Verbinden Sie ebenso den Massedurchflussregler für Luft mit seiner Quelle. Aus Sicherheitsgründen fügen Sie nach dem Massedurchflussregler für Methan ein Rückschlagventil hinzu.Richten Sie das Ventil so aus, dass der Durchfluss nur vom Regler weg erfolgt, und verbinden Sie es mit dem Ausgang des Reglers. Verbinden Sie anschließend die Ströme aus den Luft- und Brennstoffstromreglern mittels Kupferrohr. Leiten Sie die Ströme von den Reglern in einen T-Verbinder ein.Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen bringen Sie einen Flammensperre und ein weiteres Rückschlagventil nach dem T-Stück an. In dieser Anordnung wird das Rückschlagventil zuerst mit dem T-Stück verbunden und so ausgerichtet, dass der Durchfluss vom T-Stück weg ermöglicht wird. Danach folgt die Flammensperre.Stellen Sie an den Gasflaschen die Druckregler auf die entsprechenden Drücke ein. Für dieses Experiment beträgt der Druck 138 Kilopascal. Gehen Sie zurück zum Arbeitsplatz und besorgen Sie eine Lecksuchlösung, um alle Schläuche auf Undichtigkeiten zu prüfen.Tragen Sie bei eingeschalteten Durchflussreglern die Lecksuchlösung mit einem Pinsel auf die Kupferrohre auf. Stellen Sie sicher, dass keine Blasen entstehen, da diese auf ein Leck hindeuten würden. Richten Sie die Aufmerksamkeit nun auf die Brennkammer und den daran angeschlossenen Brenner.Diese Kammer verfügt über bereits installierte Thermoelemente vom Typ K, deren Spitzen sich in der Mitte der Kammer befinden. Anschlüsse entlang der Kamerlänge dienen sowohl der Analyse der Verbrennungsabgase als auch den Thermoelementen. Befestigen Sie die Thermoelemente mithilfe von Kompressionsverschraubungen, die auf deren Durchmesser abgestimmt sind.Um ein Thermoelement hinzuzufügen, beginnen Sie mit dem Stutzen der Kompressionsverschraubung, der bereits in der Kammerwand sitzt. Setzen Sie eine geeignete Hochtemperatur-Metalldichtung in den Stutzen ein. Danach bringen Sie die Überwurfmutter mit durchgeführtem Thermoelementfühler auf den Stutzen auf.Drücken Sie die Thermoelementsonde so weit hinein, bis sich ihr Ende in der Mitte der Kammer befindet. Anschließend ziehen Sie die Pressmutter fest, um die Kammer gegenüber Leckagen aus dieser Öffnung abzudichten. Schließen Sie die Thermoelemente an die Computerschnittstelle zur Datenerfassung und -steuerung an.Zurückkehren, um den Ausgang der Massedurchflussregler mit dem Brenner der Verbrennungskammer zu verbinden. Verwenden Sie hierfür Kupferrohre, um den Durchfluss vom Einwegventil zur Verbrennungskammer zu leiten. Der letzte Schritt ist die Hardware zur Abgasuntersuchung, die hier bereits zusammengebaut wurde.Dazu ermöglicht ein Abluftstutzen in der Kammer, dass Gase in die Kupferrohrleitung strömen. Diese Rohrleitung führt zu einem Dreiwegventil. Ein Ausgang des Ventils ist eine Rohrleitung, die zu einem Gaschromatographen führt.Der andere Ausgang ist ein Schlauch, der zu einer 25-Milliliter-Spritze führt, die zum Ansaugen und Umleiten der Abluft verwendet wird. Die Vorrichtung kann nun zur Charakterisierung genutzt werden. Bereiten Sie vor dem Test die Spritze und das Dreiwegeventil vor.Zuerst den Spritzenkolben vollständig hineindrücken. Anschließend sicherstellen, dass das Dreiwegehahn auf der Entlüftungsseite geöffnet ist. Zum Computer wechseln, um Brennstoff und Luft fließen zu lassen und die Datenerfassung zu starten.Starten Sie den Luftstrom und den Methanstrom mit einem fetten Gemisch, um die Zündung zu erleichtern. Nehmen Sie einen Butan-Feuerzeug und begeben Sie sich ans Ende der Brennkammer. Zünden Sie das Gemisch an, sobald dies sicher möglich ist.Bevor Sie fortfahren, führen Sie eine visuelle Überprüfung durch, um sicherzustellen, dass die Flamme sich am Brennerkopf stabilisiert hat. Diese Flamme verändert sich, während die Luftzufuhr langsam auf den gewünschten Wert eingestellt wird, um ein Löschen der Flamme zu vermeiden. Gleichzeitig überwachen Sie die Thermoelement-Temperaturen und erfassen die Temperaturdaten, sobald sich die Temperaturen stabilisiert haben.Gehen Sie nun zur Spritze, die mit dem Dreiwegehahn verbunden ist. Ziehen Sie den Kolben zurück, um restliches Gas und Abgase über die Auslassöffnung abzuziehen. Öffnen Sie mit dem Dreiwegehahn die Seite zum Gaschromatographen und schließen Sie die Seite der Auslassöffnung.Fahren Sie fort, indem Sie den Kolben weiterdrücken, bis sämtliches Gas in den Gaschromatographen geleitet wurde. Stellen Sie das Ventil zurück, um der Spritze zu ermöglichen, weiteres restliches Gas zu entnehmen und abzugeben. Setzen Sie das Entnehmen von Gas und Einspritzen in den Gaschromatographen fort, bis alle restlichen Gase entfernt sind.Wenn alle Restgase entfernt wurden, entnehmen Sie eine endgültige Abgasprobe zur Analyse. Drehen Sie das Dreiwegeventil und drücken Sie das Abgas in den Gaschromatographen. Führen Sie die Gaschromatographie-Analyse durch und erfassen Sie die Daten.Fahren Sie fort, indem Sie eine andere Luftströmungsrate wählen und die Analyse für das neue Äquivalenzverhältnis wiederholen. Diese Ergebnisse der chemischen Gleichgewichtsanalyse der Verbrennung von Methan und Luft liefern thermodynamische Gleichgewichtsvorhersagen zur Zusammensetzung der Abgase bei verschiedenen Äquivalenzverhältnissen. Die linke vertikale Achse bezieht sich auf den Volumenanteil von Stickstoffgas, dargestellt in Schwarz.Die rechte vertikale Achse zeigt die Volumenprozent-Skala für die Abgasprodukte und andere Moleküle an. Diese Analyse wird nicht unbedingt perfekt mit den experimentellen Daten übereinstimmen, sollte aber die erwarteten Trends und die Größenordnung der Ergebnisse anzeigen. Die anfänglichen experimentellen Daten für die Brennkammer folgten nicht den Trends, die aus 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 könnte auf eine unvollständige Durchmischung oder einen Rückstrom in der Brennkammer hindeuten, was durch andere Daten bestätigt wurde. Wenn ein Rückstrom erkannt und verhindert wird, stimmen die Daten besser mit den Trends überein, die aus der Analyse des chemischen Gleichgewichts erwartet werden.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein Verbrennungsabgas charakterisiert und einen modellhaften Verbrennungsabzug für die Brennstoffzellenprüfung aufbaut. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Verbrennung äußerst gefährlich sein kann, und dass stets Vorsichtsmaßnahmen wie ein Flammensperre, Rückschlagklappen und andere persönliche Schutzausrüstungen während der Durchführung dieses Verfahrens verwendet werden sollten. Nach diesem Verfahren können weitere Methoden, wie die Integration einer Brennstoffzelle und eines Brenners, helfen, zusätzliche Fragen bezüglich der Langzeit-Performance-Stabilität, Kohlenstoffablagerung und der Gesamtsystemeffizienz der flammenunterstützten Brennstoffzelle zu beantworten.

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Forschung

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Ingenieurwesen

Gasentnahme aus Labor Flammen mit Online-Analyse aller Arten von Massenspektrometrie ist eine leistungsfähige Methode, um das komplexe Gemisch von chemischen Verbindungen bei Verbrennungsprozessen auftretenden untersuchen. Mit einstellbaren Soft-Ionisation über Synchrotron erzeugten Vakuum-UV-Strahlung gekoppelt ist, bietet diese Technik Isomer aufgelöste Informationen und potenziell Fragment freien Massenspektren.

Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

Ein Protokoll zur Durchführung von Thermokraftwellen-Experimenten wird vorgestellt. Die Synthese von Hybridkompositen aus einem chemischen Brennstoff und einem mikro-/nanostrukturierten Material, die Herstellung eines Thermokraftwellengenerators und Verfahren zur Messung der entsprechenden physikalischen Phänomene werden beschrieben.

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

Wir beschreiben die Verwendung von Mikro-Thermoelementen zur Abschätzung lokaler Temperaturgradienten in stationären laminaren Grenzschichtdiffusionsflammen. Durch die Erweiterung der Reynolds-Analogie können lokale Temperaturgradienten weiter verwendet werden, um die lokalen Massenbrennraten und Wärmeflüsse in solchen Flammen mit hoher Genauigkeit abzuschätzen.

Experimentelle Methoden zur Schätzung der lokalen Wärmeströme und Verbrennungsraten in Steady laminaren Grenzschicht Diffusion Flames

Ein Protokoll für die Flammengeschwindigkeiten eines reaktiven Mischung Messung besteht aus tetraiodine Nichtoxid (I 4 O 9) und Aluminium (Al) dargestellt. Verfahren zum Auflösen von Reaktionskinetik mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) wird ebenfalls vorgestellt. Es wurde festgestellt , daß ich 4 O 9 150% reaktiver als andere Iod (V) -oxide ist.

Reaktionskinetik und Verbrennungsdynamik von I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Und Aluminium-Mischungen

Eine Untersuchung der oxidative Verbrennung Chemie der neuartige Biokraftstoffe, Kraftstoffkomponenten oder Flugbenzin durch Vergleich der quantitativen Artbildung, die Daten präsentiert werden. Die Daten für kinetische Modellvalidierung einsetzbar und ermöglicht Kraftstoff Bewertungsstrategien. Dieses Manuskript beschreibt den atmosphärischen Strömung der Hochtemperatur-Reaktor und demonstriert seine Fähigkeiten.

Chemie der Verbrennung von Brennstoffen: Quantitative Speziationsdaten aus einer atmosphärischen Strömung der Hochtemperatur-Reaktor mit gekoppelt Molekularstrahl Massenspektrometer

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Wir zeigen, wie man die Größenverteilung der Halbleiter-Nanokristalle in einer quantitativen Weise zu bestimmen unter Verwendung der Raman-Spektroskopie unter Verwendung eines analytisch definierten Mehrkorn Phonon-Confinement-Modell. Die erhaltenen Ergebnisse sind in hervorragender Übereinstimmung mit den anderen Größenanalyse-Techniken wie Transmissionselektronenmikroskopie und Photolumineszenz-Spektroskopie.

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Hier präsentieren wir ein Protokoll organischen Dünnschicht-Solarzellen herzustellen mit einem Minischlitzdüsenbeschichtungsvorrichtung und der damit verbundenen In-line-Struktur Charakterisierungen Synchrotron Streuung Techniken.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und In Situ Morphologie Charakterisierung

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Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen

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