マイクロ管状火炎補助燃料電池用燃焼特性とモデル燃料開発

この燃焼特性評価実験の全体的な目標は、対象の排気種を混合して燃焼排気のモデルを開発し、混合物中の固体酸化物燃料電池をテストすることです。このmaxselledは、吸熱燃料改質剤の代わりに形成される豊かな燃焼が少ないかどうかなど、固体酸化物燃料電池分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、実際にバーナー全体と燃料電池のプロトタイプを開発することなく、燃料電池試験用のモデル燃焼排気を開発できることです。

この手法は、実験のセットアップ手順、安全上の注意、トラブルシューティングなど、原稿を読むだけでは理解しにくいため、視覚的なデモンストレーションが重要です。ベンチに準備された燃焼室を使用して、空気源とメタン燃料を使用して特性評価装置を構築します。マスフローコントローラーは、以前に決定した流量に基づいて選択します。

この実験では、メタンに毎分40リットルのコントローラーを使用します。空気には毎分200リットルのコントローラーを使用してください。次に、銅管を入手し、メタン源の出口に接続します。

そこから、チューブを燃料マスフローコントローラーに接続します。同様に、エアマスフローコントローラーをそのソースに接続します。安全のため、メタンフローコントローラーの後に一方向バルブを追加してください。

コントローラーからの流れのみを許可するようにバルブを向き、コントローラー出力に接続します。次に、銅管を使用して、空気と燃料フローコントローラーからの流れをマージします。コントローラーからのフローを T コネクタに入力します。

追加の安全対策として、フレームアレスタと別の一方向バルブをTコネクタの後に配置します。このセットアップでは、一方向バルブは最初にTコネクタに接続され、Tコネクタから離れる流れを可能にする方向を向いています。次はフレームアレスタです。

ガスのソースタンクで、レギュレーターを適切な圧力に設定します。この実験では、138キロパスカルです。ベンチに戻り、漏れ検出ソリューションを入手して、すべてのチューブの漏れをテストします。

フローコントローラーをオンにした状態で、ブラシでリーク検出液を銅管に塗布します。漏れを示す気泡がないことを確認してください。このとき、燃焼室とそれが取り付けられたバーナーに注意を向けます。

このチャンバーには、Kタイプの熱電対がすでに設置されており、その先端がチャンバーの中央にあります。チャンバーの長さに沿ったポートは、燃焼排気解析と熱電対の両方に対応します。熱電対は、直径に合わせた圧縮継手を使用して取り付けます。

熱電対を追加するには、チャンバーの壁にすでにある圧縮フィッティングのステムから始めます。適切な高温の金属フェラルをステムに入れます。次に、熱電対プローブをステムに通した状態で圧縮ナットを下げます。

熱電対プローブの端がチャンバーの中央に来るまで、熱電対プローブを押し込みます。次に、圧縮ナットを締めて、この開口部からの漏れに対してチャンバーを密閉します。熱電対をコンピュータのセットアップに接続して、データ集録と制御を行います。

戻って、マスフローコントローラーの出力を燃焼室バーナーに接続します。このためには、銅管を使用して、一方向バルブから燃焼室に流れを送ります。最後の追加は、ここですでに組み立てられている排気をテストするためのハードウェアです。

このために、チャンバー内の排気ポートにより、ガスが銅管に流れ込むことができます。このチューブは三方弁に入ります。バルブの出力の1つは、ガスクロマトグラフにつながるチューブです。

もう1つの出力は、排気の吸引と方向転換に使用される25ミリリットルの注射器に送られるチューブです。これで、セットアップを特性評価に使用できます。テストする前に、シリンジと三方弁を準備します。

まず、シリンジプランジャーを完全に押し込みます。次に、排気ポート側の三方弁が開いていることを確認します。コンピューターに移動して燃料と空気の流れを開始し、データ収集を開始します。

点火を容易にするために、豊富な混合物を使用して空気の流れとメタンの流れを開始します。ブタンライターを入手し、燃焼室の端に移動します。安全に行える場合は、混合物に点火します。

先に進む前に、目視チェックを実行して、バーナーの前面で炎が安定していることを確認してください。この炎は、炎が消光されるのを避けるために、空気の流れがゆっくりと目的の値に調整されるにつれて変化しています。その間、熱電対の温度を監視し、温度が安定したら温度データを記録します。

次に、三方弁に接続されたシリンジに移動します。プランジャーを後ろに引いて、排気ポートから残留ガスと排気を抽出します。三方弁を使用してガスクロマトグラフ側を開き、排気口側を閉じます。

すべての排気がガスクロマトグラフに送られるまで、プランジャーを押し続けます。バルブを戻して、シリンジがより多くの残留ガスと排気を抽出できるようにします。ガスの抽出とガスクロマトグラフへの注入を、残留ガスがすべて除去されるまで続けます。

残留ガスがすべて除去されたら、分析のために最終的な排気サンプルを抽出します。三方弁を回し、排気ガスをガスクロマトグラフに押し込みます。ガスクロマトグラフ分析を実行し、データを記録します。

続行して、別のエア流量を選択し、新しい等価比の解析を繰り返します。メタンと空気燃焼の化学平衡解析に関するこれらの結果は、異なる等価比での排気ガス組成の熱力学的平衡予測を提供します。左の縦軸は窒素ガスの体積パーセンテージで、黒でプロットされています。

右の縦軸は、排気製品やその他の分子の体積パーセンテージスケールを示しています。この分析は必ずしも実験データと完全に一致するわけではありませんが、予想される傾向と結果の大きさを示す必要があります。燃焼室の初期実験データは、化学平衡解析から予想される傾向に従っていませんでした。

例えば、赤色の酸素分子データは、低当量比と比較して高当量比で高濃度であることを示唆しています。これは、燃焼室内の不完全な混合または逆流の可能性のある指標であり、他のデータもそれを裏付けています。逆流が特定され、防止されると、データは化学平衡分析から予想される傾向とより一致しました。

このビデオを見れば、燃焼排気の特性評価方法と、燃料電池試験用のモデル燃焼排気装置の構築方法について十分に理解できるはずです。燃焼を伴う作業は非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には、フレームアレスタ、一方向バルブ、その他の個人用保護具などの予防措置を常に使用する必要があることを忘れないでください。この手順に続いて、燃料電池とバーナーを一緒に統合するなどの他の方法が、火炎アシスト燃料電池の長期的な性能安定性、炭素堆積、およびシステム全体の効率に関する追加の質問に答えるのに役立ちます。