Name: 에 대한 연소 특성 및 모델 연료 개발 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: 학습하세요 고체산화물 연료전지 테스트를 위한 모델 연소 배기가스 개발 방법을 마이크로 관상 화염을 이용하여 연료 전지의 연소 특성을 분석하고 효율적인 테스트 환경을 구축하는 기술을 습득하세요.

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이 작업은 시러큐스 대학교 (Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems)가 수여하는 시러큐스 대학교 (Syracuse University)와의 계약에 의해 지원되며, 미국 에너지부 (US Department of Energy)의 프라임 어워드 번호 DE-EE0006031 및 뉴욕 주 에너지 연구 개발 기관 (NYSERDA)의 어워드 번호 53367, NYSERDA의 계약 61736에 따른 매칭 펀딩, 엠파이어 스테이트 개발(Empire State Development)의 과학, 기술 및 혁신 부서(NYSTAR)가 시러큐스 우수 센터(Syracuse Center of Excellence)를 통해 수여하는 수상 번호 #C120183. 이 작업은 National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program의 보조금 번호 1247399의 지원을 받습니다.

1. 연소 계산 <ol><li> 분석을 위해 연료를 선택합니다. 여기서, 상기 기준 연료로서 메탄을 선택하지만 원리는 다른 탄화수소 연료의 양도. </li><li> 화학 양 론적 연소를위한 연료로 메탄 1 몰, 대차 식 (1)로 방정식을 얻을 수 (2). <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> 공기의 질량에 의해 메탄의 질량을 나눔으로써 화학량위한 연료 공기 비율 (F / A stoich.) 메탄 연소를위한 수학 식 3과 같이 계산. 계산하려면 분자 메탄 배의 몰수 메탄의 몰 질량 (16g · 몰 -1)와 분모 산소 배의 몰수의 산소의 몰 질량 (32g · 몰 -1) 플러스 질소 배의 몰수 질소의 몰 질량 (28g · 몰 -1). <img alt="식 (3)"SRC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot;/&gt; </li><li> 당량비 (식 4)를 변화시키기 위해, 공기 유량, 연료 유량 또는 동시에 둘 다를. 일반적으로 수량 중 하나를 수정하고 다른 다릅니다. 버너의 연료 또는 공기 흐름 속도를 수정할지 여부를 결정합니다. 이 실험을 위해, 10 L / 분에서 연료 유속을 고정하고, 공기 유량이 설정에서 다양 할 수있다. <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> 고정 연료 유량, F (/ 분으로 10 L), F / A와 금욕. (0.0583)을 계산하고, 당량비의 정의를 소정의 공기 유량을 계산 A, 각각의 당량비가 테스트 될 때까지. 식 (5) 각각의 당량비에 대한 L / 분으로 공기 유량을 산출하는 직접적인 방법을 제공하며, 그 결과를 화학량 1의 당량비를 위해 도시된다. <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> 참고 : 위 FLAMM기능 제한 (또는 폭발 상한값)는 촉매의 부재하에 화염 담금질없이 레코딩 할 수있는 부유 당량비이다. 더 높은 당량비는 촉매를 사용하여 수득 될 수 있지만, 비 촉매 연소는이 문서에서 설명된다. 선택된 연료에 대한 상부 가연성 한계를 평가하기 위해 문헌을 참조하십시오. </li></ol> 2. 연소 특성 실험 설정 <ol><li> 단계 150에서 획득 된 유량에 기초하여 메탄과 공기 질량 흐름 제어기 (MFC의)을 선택한다. MFC 크기를 선택할 때 MFC는 범위의 로우 엔드에서 작동되지 않습니다 (&lt;풀 스케일 값의 10 %) 테스트 중에 않도록주의하십시오. 이 특정한 경우에, 각각 메탄과 공기, 40 L / 분 200 L / 분 MFC를 사용합니다. </li><li> 구리 튜브를 통해 메탄과 공기 탱크에 MFC를 연결합니다. </li><li> 지정된 MFC에 해당하는 압력에 메탄과 공기 탱크에 대한 규제를 설정제조업체가. 이 경우, 138 kPa로 (20 PSI)로 압력을 설정한다. </li><li> 정확한 유속을 보장하기 위해 MFC의 교정. </li><li> 연소실을 구성합니다. 이 실험을 위해, 연소실에게 168mm 출구 직경 길이 914mm을 개발한다. <ol><li> 연소 배기 가스 분석 및 연소 챔버의 길이를 따라 배치 열전대 드릴 포트. 필요한 정확한 개수 및 간격은 불꽃의 크기 및 실험의 목적에 의존한다. 이 설정의 경우, 공간 처음 5 열전대는 7mm 떨어져 연소 영역에 가장 가까운 위치. 공간 14mm 떨어져 최종 6 열전대. 배기 포트에 대해 동일한 간격을 사용한다. </li><li> 포트 비아홀 연소실 내로 K 형 열전대를 삽입한다. 연소실의 중심에 열전쌍 팁 정렬. 크기 포트 구멍이 열전대에 맞게 고온 금속 페룰 누출을 방지하기 위해 너트로 밀봉한다. </li></ol></li><li> 코네티컷요법 데이터 획득 모듈에 직접 K 형 열전대. </li><li> USB 드라이브를 통해 컴퓨터에 데이터 수집 모듈을 연결한다. </li><li> 즉시 연료 MFC 후 바로 버너 전에 구리 배관 경로에 일방향 밸브를 장착. 그 흐름은 멀리 MFC에서 이동할 수 있도록 밸브의 방향. 일방향 밸브는 플래시 백을 방지하기 위해 중요한 안전 장치이다. </li><li> 이전과 누수에 대한 MFC 설치 후 구리 튜브를 확인합니다. 누수가 거품을 생성하는 것처럼 누수를 감지하는 튜브에 브러시로 적용 비눗물을 사용합니다. </li><li> 구리 튜브를 통해 질량 유량 컨트롤러에 연소실과 버너를 연결합니다. </li><li> 연소실 설정을 완료 한 후, 테스트를위한 배기 포트 중 하나를 선택한다. GC의 분석 포트로 확장 구리 배관에이 포트를 연결합니다. </li><li> 연소실에서 배기를 끌어 후 분석을위한 GC로 밀어 주사기를 선택합니다. 이 실험 들어를 사용25 ml를 주사기. </li><li> GC의에 배기구를 연결하는 구리 배관 라인에 삼방 밸브를 배치했다. GC의 배기 포트에 제 2 및 제 25 ㎖ 주사기로 1/3 양방향 밸브의 한쪽 끝을 연결한다. 3 방 밸브에 구리 배관을 연결한다. 챔버에서 연소 배기 가스를 흡입 한 후 분석을위한 GC로 밀어 주사기를 사용합니다. </li><li> GC의 주사기에 3 방향 밸브를 연결합니다. 성공적인 작동을 보장하기 위해 주사기 플런저를 작동. 주 : 설치의 개략도가도 1에 도시되어있다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> 그림 1. 연소 특성 실험 장치 개략도. 연소 특성 실험 장치 개략적으로 보여주는 연료, 공기 및 배기 흐름 (검은 색 화살표) 및 데이터 흐름 (빨간색 화살표). 일방향 밸브는 플래시 백을 방지하기 위해 사용된다. <a= &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;HREF&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 3. 연소 특성 실험 <ol><li> 테스트 전에 완전에서 주사기 플런저를 밀어 넣고, 배기 포트 측의 삼방 밸브를 연다. </li><li> 86.5 L / 분의 유속으로 제에 공기 MFC 돌려. </li><li> 10 L / min의 유량에서 메탄 MFC 돌려. 이 발화하기 쉬운 1.10의 혼합 당량비 약간 풍부한 혼합물을 생성한다. </li><li> 데이터 기록을 시작하기 위해 컴퓨터 모듈을 통해 열전대를 켭니다. </li><li> 라이터 부탄을 사용하여 연소 챔버의 단부에서 혼합물을 점화. 점화 후, 화염 버너 앞쪽 안정화한다. </li><li> 원하는 값으로 86.5 L / 분의 초기 값으로부터 서서히 공기의 유량을 조절함으로써 당량비를 조정한다. 너무 빨리 이동하지 않도록주의 또는 flammab의 외부 이동화염 담금질을 일으킬 것 ility 제한. </li><li> 온도가 안정 열전대 후 데이터 파일의 온도 값을 기록한다. </li><li> 마찬가지로, 상기 배기구로부터의 연소 배기 가스를 추출하기 위해 주사기 플런저를 당긴다. </li><li> 연소 배기 가스를 추출 후, GC 측으로 삼방 밸브를 개방하고, 배기 포트 측을 닫는다. </li><li> 완전히 닫히고 배기 모두가 GC로 전송되었습니다 때까지 주사기 플런저를 밀어 넣습니다. </li><li> GC의 포트를 연결하는 구리 배관 내의 잔류 가스가 모두 제거 될 때까지 반복 3.8-3.10 단계. 횟수를 나타내는 것이다 주사기의 체적에 비해 구리 튜브의 내부 용적의 간단한 분석이 반복 될 필요 3.8-3.10 단계. </li><li> 튜브의 모든 잔류 가스를 제거한 후 분석에 대한 최종 배기 샘플을 추출합니다. GC의에 배기 가스를 밀어 분석 모드 7,17로 GC를 켭니다. </li><li> 저장에 의한 GC 데이터를 기록GC 분석의 데이터를 포함한다. </li><li> 원하는 모든 동등한 비율이 테스트 될 때까지 반복 3.1-3.13 단계를 반복합니다. </li></ol> 모델 연소 배기 4. 개발 <ol><li> 동향을 관찰 할 수있는 연소 배기 종 볼륨 비율을 플롯. </li><li> 모델 연소 배기 가스에 대한 차단 농도 값을 결정합니다. 초기 MT-FFC 분석 모델 연소 배기 연료 개발에서, 구성 요소 만이 상당한 비율로 나타나는 (&gt; 1 %) 모델 연료에 포함된다. </li><li> 모델 연료 배기 상당한 수소 및 일산화탄소 (각 구성 요소&gt; 1 %)를 생성 만 동등한 비율을 선택한다. </li><li> 배기 가스 성분 회의 4.3의 조건마다 체적 율을 기록한다. </li></ol> 5. 연료 전지 테스트 설정 <ol><li> 각 가스의 유량 범위를 결정한다. t하여 GC 분석 결과로부터 얻어진 체적 율을 곱그 각각의 연료 전지에서의 바람직한 모델 연소 배기 가스의 유량을 총. </li><li> 각 종에 대한 최대 및 최소 유량을 결정하기 위해 각각의 연소 배기 종 유량의 범위를 평가한다. </li><li> 2.1 단계에서 설명한 동일한 원칙에 따라 선택 유량계. </li><li> 구리 배관을 통해 가스 탱크 유량계를 부착하여 검사 장치를 구축. </li><li> 유량계에 대한 소정 값에 가스 압력 조절기를 설정한다. </li><li> 가연성 기체를 사용하여 각 유량계의 하류 구리 튜빙 경로에 일방향 밸브를 배치했다. </li><li> 구리 배관 및 매니 폴드를 통해 함께 모든 유량계 출력 포트를 연결합니다. </li><li> 상기 연료 전지의 외부 직경보다 단지 큰 내경을 갖는 스틸 튜브의 내부에 미세 관형 SOFC를 설정한다. 세라믹 접착제를 사용하여 스틸 튜브에 연료 전지를 밀봉. </li><li> 세라믹 내화 m의 조각에 마이크로 관형 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)와 스틸 튜브를 연결합니다퍼니스에서 연료 전지를 유지하도록 aterial. </li><li> 양극에 2 선)과 음극 (2 와이어 마이크로 관형 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 연결된 현재의 수집 및 전압 감지 와이어 4 프로브 기술 10, 11을 사용합니다. 와이어가 서로 작성 반바지를 교차하지 않도록해야합니다. </li><li> 텐쇼 10, 11의 네 프로브에 네 개의 와이어를 연결합니다. </li><li> 컴퓨터 10, 11에 텐쇼를 연결합니다. </li><li> 마이크로 튜브형 SOFC 전해질 (10, 11)의 외관을 터치 팁과 노에 열전대를 놓습니다. </li><li> 데이터 수집 모듈에 열전대 와이어를 연결합니다. </li><li> USB 포트를 통해 컴퓨터에 데이터 수집 모듈을 연결한다. 참고 :도 2는 MT-FFC 테스트 설정을 도시하는 개략도이다. 개발 모델 연료 및 연료 전지 모델의 연료 흐름을 제어하기위한 설정에 설정된 테스트는 종래의 F에 따라 진행할 수있다셀 테스트 방법 UEL. 이러한 방법은 잘 문헌에 설립하고 여기에 반복되지 않을 것이다. </li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> 도 2 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지 시험 설치 개략도. H 2, CO, CO 2의 흐름, N 2 (검은 화살표)는 MFC 다시 플래시를 방지하는 일방향 밸브로 조절된다. 다시 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 전자의 텐쇼에로의 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)의 흐름 (녹색 선)합니다. 열전대 데이터 및 전기 데이터의 흐름이 빨간색 화살표로 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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여기서 설명하는 프로토콜은 이전의 연소 특성 연구와 연료 전지 시험 간의 중요한 브리지이다. 개질 연료 및 연료 전지 테스트 연소 사용 DFFC 셋업 10-15에 수년간 적용되었다. 그러나 DFFCs에서 연소 과정의 특성이 염 조성물 (16)의 원위치 특성화 주로 우려 MS 및 8을 사용한다. DFFC가 주위에 개방 된 바와 같이, 배기 조성물은 주로 물 및 CO (2) 및 배기 특성이 필요하지 않은 구성된다. 부분적으로 밀폐 된 챔버 내에서 연소 배기의 특성에 대한 최근 FFC 개념에게 절차를 개발하기 위해 (즉, 연료 - 에어 비율을 유지 한)이 필요하다. 대신 MS를 사용하는 GC 연소 배기 분석 (7)에 적용된다. 이 배기 내 연료 전지를 시험하기위한 배기하는 간단한 방법을 특성화 한 후AUST이 필요합니다. 그것이 완전히 통합 된 버너와 연료 전지 검사 장치를 개발하는 것이 가능하지만,이 ...

기술이 계속 개발 고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 기술 혁신이 최근에보고되었다. 많은 장점 중의 SOFC 다른 연소 기반 발전 기술 1에 비해 높은 연료 효율, 낮은 연료 방출과 적당한 유연성 공지되었다. 또한,의 SOFC는 아주 작은 규모에서 높은 연료 효율을 허용하는 확장 성이다. 불행하게도, 현재 수소 인프라의 한계는 종종 비효율적 연료 개질 시스템에 대한 필요성을 만들었습니다. 최근의 개발은 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지 (MT-FFC)은 저자의 전작이보고있다. 마운트-FFC 연소 3 통해 발열 개질 연료를 제공 일본어 직화 형 연료 전지 (DFFC)의 장점에 기반 불꽃을 이용한 연료 전지 (FFC)의 첫번째 예이다. DFFC 설치는 주변 envir에 개방 불꽃과 직접 접촉하는 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)를 배치onment. 화염은 부분적으로 순수한 메탄 또는 다른 무거운 탄화수소에 비해 탄소 코킹 덜 잠재적으로 SOFC에서 직접 사용할 수있는 H 2 CO를 생성하기 위해 탄화수소 연료를 산화시킨다. 또한, 상기 화염의 작동 온도로 SOFC 가져 필요한 열 에너지를 제공한다. 원래 DFFC에 대한 최근의 변화는 화염 영역 밖으로 SOFC를 이동하고, FFC (2)를 생성하기 위해 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 연소 배기 가스를 쏟아야에 의해 발생했습니다. DFFC 달리 연소 (대신 주위의) 부분 밀폐 챔버 내에서 대기와 비 연료를 제어 할 수 있고, 배기 가스가 직접 완전 연소가 발생하지 않고, 연료 전지에 공급 될 수 있도록 발생한다. FFCS는 높은 연료 사용 및 DFFCs 2에 비해 높은 전기 효율 등의 추가 장점이있다. 연구의 새로운 영역으로, 필요한 실험 기술 MT-FF의 가능성을 평가할 수있다미래 발전 애플리케이션을위한 고사. 이러한 기술은 CO 2 H 2 O와 함께, 부분 산화, 또는 연료 - 풍부 연소하고, 또한 합성 가스라고도 H 2 CO를 생성하는 방법으로 식별 된 배기 가스의 분석을 필요 합성 가스는 발전 용 연료 전지에 직접 사용할 수있다. 연료 - 풍부 연소 배기 가스의 분석은 또한 최근에 확립되었고, 많은 다른 목적을위한 이론적 4 계산적 5,6- 실험적 7 실시되었다. 이론 및 계산 연구의 대부분은 반응 메커니즘의 연소 제품 정력적으로 유리한 종, 화학 반응 속도 모델을 평가하기 위해 화학 평형 분석 (CEA)에 의존하고있다. 이러한 방법은 매우 유용되었지만, 많은 새로운 기술이 연구 개발 중에 실험 기술에 의존하고있다. 실험 기술은 일반적으로 아나에 의존하여 연소 배기 가스의 용해 중 가스 크로마토 그래피 (GC) (7) 또는 질량 분광계 (MS) 8. GC의 줄 / 주사기 또는 MS 프로브 중 하나는 연소 배기에 삽입되고, 측정은 화학 종의 농도를 평가하기 위해 수행된다. 실험 기술의 적용은 소규모 발전 분야에서 공통되고있다. 몇 가지 예는 단일 챔버의 SOFC 7,9 및 DFFCs 10 ~ 15 작동하기 위해 개발 된 마이크로 연소기를 포함한다. 연소 배기 가스의 분석은 상이한 온도, 유량 및 당량비를 포함한 다양한 작동 조건 하에서 발생한다. DFFC 연구, 연료와 산화제의 영역에서 완전 연소를 보장 주위에 열린 버너, 부분적으로 혼합 또는 비 혼합 할 수 있습니다. 화염 조성물을 분석 할 필요 더불어, MS는 DFFC 연구 연소 분석 (16) 대부분의 경우에 사용 된. FFC의 최근 발전은 연료의 완전 산화를 방지하도록 부분적으로 밀폐 된 환경에서 예 혼합 버너의 연소에 의존하여 다르다. 그 결과, 공기 누출이없는 제어 된 환경에서, 연소 배기 가스의 분석이 필요하다. 이러한 목적을 위해 개발 된 기술은 다양한 실험 당량비에서 연소 배기의 GC 분석으로 마이크로 연소기 연구에 사용 된 이전의 기술에 의존한다. GC 분석의 결과,이 연소 배기 조성물의 특성 리드 (즉, CO (2)을 포함하여 각 배기 성분의 체적 %, H 2 O, N 2 등)이 분석에 의해 측정 된 비율에 따라 별도의 가스의 혼합을 허용 GC는 미래 FFC 연구를위한 모델 연료가 풍부한 연소 배기를 만들 수 있습니다. 연료가 풍부한 연소 배기 분석 모델의 연료가 풍부한 연소 배기를 개발 및 적용을위한 프로토콜SOFC 테스트를위한 배기를 보내고은이 논문에서 설정됩니다. 일반적인 문제 및 제한 사항이 기술에 대해 설명합니다.

<table><tbody><tr><td>가스 크로마토그래프</td><td>SRI Instruments, Inc.</td><td>SRI 8610C</td><td></td></tr><tr><td>K 형 열전대</td><td>오메가</td><td>KQXL-116G-6</td><td>사용자 정의 길이</td></tr><tr><td>K 형 열전대 연장 와이어</td><td>오메가</td><td>EXTT-K-20-SLE-100</td><td></td></tr><tr><td>질량 유량 컨트롤러</td><td>오메가</td><td>FMA5427</td><td>0-40 L / min (N2) 메탄에 사용</td></tr> 질량 <tr><td>유량 컨트롤러</td><td>오메가</td><td>FMA5443</td><td>0-200 L / min (N2) 공기</td></tr><tr><td>질량 유량 컨트롤러에</td> 사용 <td>오메가</td><td>FMA5402A</td><td>0-10 ml/min (N2) CO</td></tr><tr><td>질량 유량 컨트롤러에</td> 사용 <td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>200 SCCM(프로판) CO2</td></tr><tr><td>Mass 유량 컨트롤러에</td> 사용 <td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>5 L/min (공기) N2</sub에 사용됩니다> </td></tr><tr><td>질량 유량 컨트롤러</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>500 SCCM (N2) H2regulator에 사용</td></tr> <tr><td></td><td>Harris Products Group</td><td>HP721-125-350-F</td><td>메탄 탱크</td></tr><tr><td>레귤레이터</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-590-E</td><td>에어 탱크</td></tr><tr><td>레귤레이터</td><td>Airgas</td><td>Y11-SR145B</td><td>CO 탱크</td></tr><tr><td>레귤레이터</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-320-E</td><td>CO2 탱크</td></tr><tr><td>레귤레이터</td><td>Airgas</td><td>Y12-215B</td><td>N2 탱크</td></tr><tr><td>레귤레이터</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-015-350-D</td><td>H2 탱크</td></tr><tr><td>메탄, 압축, 초고순도</td><td>Airgas</td><td>UN1971</td><td>극인화성</td></tr><tr><td>공기, 압축, 초순수</td><td>Airgas</td><td>UN1002</td><td>건강에 유해한 것으로 분류되지 않습니다.</td></tr><tr><td>CO, 압축, 초고순도</td><td>Airgas</td><td>UN1016</td><td>흡입 독성, 극인화성</td></tr><tr><td>CO2, 압축, 연구 등급</td><td>Airgas</td><td>UN1013</td><td>고농도</td></tr><tr><td>질식 N2, 압축, 초고순도</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td>건강에 유해한 것으로 분류되지 않습니다.</td></tr><tr><td>H2, 압축, 초고순도</td><td>Airgas</td><td>UN1049</td><td>가연성이 매우 높으며 보이지 않는 화염 소스 미터로 연소</td></tr><tr><td></td><td>Tektronix, Inc.</td><td>Keithley 2420</td><td>USB를 통해 컴퓨터에 연결</td></tr><tr><td>수평 분할 관상로</td><td>MTI Corportation</td><td>OTF-1200X</td><td></td></tr><tr><td>데이터 수집</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>NI cDAQ-9172</td> USB <td></td></tr><tr><td>열전대 입력을</td> 통해 컴퓨터에 연결 <td>내쇼날인스트루먼트</td><td>NI 9211</td><td>cDAQ-9172에 연결</td></tr><tr><td>질량 흐름 컨트롤러용 컴퓨터 제어</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>NI 9263</td>에 <td>연결 질량 흐름 컨트롤러용 cDAQ-9172 컴퓨터 제어</td></tr><tr><td>테스트 소프트웨어</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 파인트</td></tr></tbody></table>

에 대한 연소 특성 및 모델 연료 개발 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지

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

연소 기반 발전은 여러 열 엔진 시스템을 통해 수년 동안 이루어졌습니다. 최근에는 소규모 발전 및 미세연소로의 움직임과 연료전지 연구의 발전에 따라 고체산화물 연료전지와 화염 및 연소 배기가스를 결합한 새로운 발전 수단이 생겨나고 있습니다. 이러한 고체 산화물 연료 전지 시스템은 연소열에 의존하는 대신 연소를 통한 연료 개질에 의존하여 전기화학적 발전을 위한 합성 가스를 생성합니다. 다양한 조건에서 연소 부산물을 평가하기 위한 절차가 개발되었습니다. 이러한 응용 분야에서 연료가 풍부한 연소 배기 가스를 평가하기 위한 이론 및 계산 절차가 개발되었지만 실험 기법도 등장했습니다. 실험 절차는 연료 개질기 및 발열 수단으로서의 연소 과정을 평가하기 위해 화염 및 배기 가스에 대한 가스 크로마토그래프 또는 질량 분석기 분석에 의존하는 경우가 많습니다. 이 분야에서 개발된 실험 기술은 마이크로 튜브형 화염 보조 연료 전지의 개발에 새롭게 적용되었습니다. 이 작업에서 논의된 프로토콜은 연료가 풍부한 연소 배기 가스를 특성화하고 화염 보조 연료 전지 테스트에 사용하기 위한 연료가 풍부한 연소 배기 가스 모델을 개발하는 절차를 지정하기 위한 과거 기술을 기반으로 합니다. 절차의 개발과 그 적용 및 제한 사항에 대해 설명합니다.

연소 특성 챔버는 이전 테스트 동안 챔버 또는 다른 공기 누출에 공기의 역류에 대해 원하는 동등한 비율에서 테스트로 확인해야합니다. 오픈 챔버에서 연소 공정은 거의 등압 것으로 알려져있다. 그 결과, 연소실 내의 압력은 외부 환경으로부터의 공기가 상기 챔버 배출구 또는 다른 누설 지점에서 연소 챔버로 다시 흐르는 없다는 것을 보장하기에 충분하지 않을 수있다. 더 역류가 발생되지 않았 음을 확인하기 위해 몇 가지 실험적인 기술이 있습니다. 먼저, 비 촉매 버너 리치 가연성 한계도 많은 연료 (18, 19)에 대해 설정된다. 이 풍부 인화 한계에 도달 할 때까지 점화 후, 흐름의 당량비 서서히 조정한다. 풍부 인화 한계 화염 담금질없이 상당히 초과 할 수 있다면, 공기가 t에 백 흐르는 증거가있다그가 원하는보다 희박한 혼합하여 얻어진 연소실. 3 1.85의 당량비로 건조 메탄 연소 배기까지 얻은 초기 결과를 ...

연소 특성화를 통해 연료가 풍부한 연소 배기 가스를 만들기 위한 프로토콜이 개발되었으며 마이크로 튜브형 화염 보조 연료 전지 테스트 및 연구에 적용됩니다.

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

본 연소 특성 분석 실험의 전반적인 목표는 관심 있는 배기 가스 성분들을 혼합하여 모사 연소 배기 가스를 개발함으로써, 해당 혼합물 내에서 고체 산화물 연료 전지를 테스트하는 것입니다. 이러한 모사 배기 가스는 흡열 연료 개질기 대신 희박 연소가 발생하는지 여부와 같이 고체 산화물 연료 전지 분야의 핵심 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 실제 버너와 연료 전지 프로토타입 전체를 개발하지 않고도 연료 전지 테스트를 위한 모사 연소 배기 가스를 개발할 수 있다는 점입니다.실험 설정 절차, 안전 주의 사항 및 문제 해결 방법은 원고를 읽는 것만으로는 이해하기 어려울 수 있으므로, 이 방법의 시각적 시연이 매우 중요합니다. 공기 및 메탄 연료 공급원이 있는 벤치에서 준비된 연소실을 사용하여 특성 분석 장치를 구성하십시오. 이전에 결정된 유량에 따라 질량 유량 제어기를 선택하십시오.이 실험에서는 메탄용 40 liter per minute 컨트롤러를 사용하십시오. 공기용으로는 200 liter per minute 컨트롤러를 사용하십시오. 다음으로, 구리 튜브를 준비하여 메탄 공급원의 배출구에 연결하십시오.그다음, 튜빙을 연료 질량 유량 제어기에 연결하십시오. 마찬가지로, 공기 질량 유량 제어기를 해당 공급원에 연결하십시오. 안전을 위해 메탄 유량 제어기 다음에 체크 밸브를 설치하십시오.밸브가 컨트롤러로부터 멀어지는 방향으로만 흐르도록 방향을 맞춘 후, 컨트롤러 출력단에 연결하십시오. 다음으로, 구리 튜브를 사용하여 공기 및 연료 유량 컨트롤러의 흐름을 하나로 합치십시오. 컨트롤러에서 나오는 흐름이 T형 커넥터로 들어가게 하십시오.추가적인 안전 조치로, T 커넥터 뒤에 화염 방지기(flame arrestor)와 또 다른 체크 밸브(one way valve)를 설치하십시오. 이 구성에서 체크 밸브는 T 커넥터에 먼저 연결되어 T 커넥터로부터 멀어지는 방향으로 흐름이 가능하도록 배치합니다. 그 다음에 화염 방지기를 연결합니다.가스 공급 탱크에서 레귤레이터를 적절한 압력으로 설정하십시오. 본 실험의 경우, 해당 압력은 138 kilopascal입니다. 다시 실험대로 돌아와 누출 검출액을 준비하여 모든 튜브의 누출 여부를 테스트하십시오.유량 조절기를 켠 상태에서 브러시를 사용하여 구리 튜브에 누설 검지액을 도포합니다. 누설을 나타내는 기포가 발생하지 않는지 확인하십시오. 이제 연소실과 여기에 연결된 버너를 점검합니다.이 챔버에는 K형 열전대가 이미 설치되어 있으며, 그 팁은 챔버 중심에 위치해 있습니다. 챔버 길이를 따라 배치된 포트들은 연소 배기가스 분석과 열전대 설치를 모두 수용합니다. 열전대의 직경에 맞는 압축 피팅을 사용하여 열전대를 장착하십시오.열전대를 추가하려면, 이미 챔버 벽에 설치되어 있는 압축 피팅의 스템부터 시작하십시오. 스템에 적절한 고온용 금속 페룰을 넣습니다. 그다음, 열전대 프로브가 통과된 압축 너트를 스템 위로 내립니다.열전대 프로브를 챔버 중심에 끝부분이 위치할 때까지 밀어 넣습니다. 그런 다음 압축 너트를 조여 이 개구부에서 누출이 발생하지 않도록 챔버를 밀봉합니다. 데이터 수집 및 제어를 위해 열전대를 컴퓨터 설정에 연결하십시오.질량 유량 제어기의 출력을 연소실 버너에 연결하십시오. 이를 위해 구리 튜브를 사용하여 체크 밸브로부터 연소실까지 유량을 전달하십시오. 마지막으로 이미 조립된 배기 테스트용 하드웨어를 추가합니다.이를 위해 챔버의 배기 포트를 통해 가스가 구리 튜브로 흐르게 합니다. 이 튜브는 3방향 밸브로 연결됩니다. 밸브의 출력단 중 하나는 가스크로마토그래프로 이어지는 튜브입니다.다른 출력단은 배출 가스를 흡입하고 방향을 전환하는 데 사용되는 25 milliliter 시린지로 연결되는 튜빙입니다. 이제 이 설정을 특성 분석에 사용할 수 있습니다. 테스트 전, 시린지와 3방향 밸브를 준비하십시오.먼저, 주사기 플런저를 완전히 밀어 넣습니다. 그 다음 3방향 밸브가 배기구 쪽에 열려 있는지 확인하십시오. 컴퓨터로 이동하여 연료와 공기의 흐름을 시작하고 데이터 수집을 시작합니다.점화가 쉽도록 농후한 혼합물을 사용하여 공기 흐름과 메탄 흐름을 시작합니다. 부탄 라이터를 준비하여 연소실 끝부분으로 이동합니다. 안전이 확인되면 혼합물에 점화합니다.계속 진행하기 전에, 버너 전면에서 화염이 안정되었는지 육안으로 확인하십시오. 화염이 꺼지는 것을 방지하기 위해 공기 유량을 원하는 값으로 천천히 조절함에 따라 화염이 변화합니다. 그동안 열전대 온도를 모니터링하고, 온도가 안정되면 온도 데이터를 기록하십시오.이제 3방향 밸브에 연결된 시린지로 이동하십시오. 플런저를 뒤로 당겨 잔류 가스를 추출하고 배출구 포트로 배출합니다. 3방향 밸브를 사용하여 가스 크로마토그래프 측을 열고 배출구 포트 측을 닫으십시오.플런저를 밀어 모든 배기 가스가 가스크로마토그래프로 보내질 때까지 계속합니다. 밸브를 되돌려 시린지가 더 많은 잔류 가스와 배기 가스를 추출할 수 있도록 합니다. 모든 잔류 가스가 제거될 때까지 가스를 계속 추출하여 가스크로마토그래프로 주입합니다.모든 잔류 가스가 제거되면, 분석을 위해 최종 배기 샘플을 추출합니다. 3방향 밸브를 돌려 배출 가스를 가스 크로마토그래프로 보냅니다. 가스 크로마토그래피 분석을 수행하고 데이터를 기록합니다.다른 공기 유량을 선택하고 새로운 당량비에 대해 분석을 반복하여 계속 진행하십시오. 메탄 및 공기 연소의 화학적 평형 분석을 통해 얻은 이 결과들은 다양한 당량비에서의 배기가스 조성에 대한 열역학적 평형 예측값을 제공합니다. 왼쪽 수직축은 검은색으로 표시된 질소 가스의 부피 백분율을 나타냅니다.오른쪽 수직축은 배기 생성물 및 기타 분자의 부피 백분율 척도를 나타냅니다. 이 분석 결과가 실험 데이터와 반드시 완벽하게 일치하지는 않겠지만, 예상되는 경향성과 결과의 규모를 보여줄 것입니다. 연소실에 대한 초기 실험 데이터는 화학 평형 분석에서 예상된 경향을 따르지 않았습니다.예를 들어, 빨간색으로 표시된 분자 산소 데이터는 낮은 당량비에 비해 높은 당량비에서 농도가 높음을 시사합니다. 이는 연소실 내의 불완전한 혼합 또는 역류의 가능성을 나타내며, 다른 데이터들을 통해 이를 확인할 수 있었습니다. 역류가 확인되어 이를 방지하자, 데이터는 화학 평형 분석에서 예상되는 추세와 더 일치하게 나타났습니다.이 영상을 시청한 후에는 연소 배기가스를 특성화하고 연료 전지 테스트를 위한 모델 연소 배기 장치를 구축하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 연소 작업을 수행하는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안에는 항상 화염 차단기, 체크 밸브 및 기타 개인 보호 장비와 같은 예방 조치를 취해야 한다는 점을 잊지 마십시오. 이 절차에 이어, 연료 전지와 버너를 결합하는 등의 다른 방법을 통해 화염 보조 연료 전지의 장기 성능 안정성, 탄소 증착 및 전체 시스템 효율성에 관한 추가적인 질문에 대한 답을 얻을 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

질량 분석의 모든 종의 온라인 분석 실험실 규모의 화염에서 가스 샘플링은 연소 과정 중에 발생하는 화합물의 복잡한 혼합물을 조사 할 수있는 강력한 방법입니다. 싱크로 생성 된 진공 자외선을 통해 조정 가능한 소프트 이온화와 결합,이 기술은 이성체 해결 정보와 잠재적 조각없는 질량 스펙트럼을 제공합니다.

고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

열파동 실험을 수행하기 위한 프로토콜이 제시됩니다. 화학 연료와 마이크로/나노 구조 물질의 하이브리드 복합재의 합성, 열파 발생기의 제조 및 해당 물리적 현상을 측정하는 방법에 대해 설명합니다.

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

우리는 마이크로 열전대를 사용하여 정상 층류 경계층 확산 화염에서 국부 온도 구배를 추정하는 방법을 설명합니다. 레이놀즈 비유(Reynolds Analogy)를 확장하면 국소 온도 구배를 추가로 사용하여 이러한 화염의 국소 질량 연소 속도와 열 플럭스를 높은 정확도로 추정할 수 있습니다.

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평​​가에 대한 실험 방법론

tetraiodine의 비산화물 (I 4 O 9) 및 알루미늄 (Al)으로 이루어진 반응 혼합물의 불꽃 속도를 측정하는 프로토콜이 제공된다. 시차 주사 열량계 (DSC)를 사용하여 반응 속도를 해결하기위한 방법도 제공된다. 내가 4 O 9 다른 요오드 (V) 산화물보다 150 % 더 반응성 것으로 나타났습니다.

반응 속도와 I의 연소 역학<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; 및 알루미늄 혼합물

새로운 바이오 연료, 연료 구성 요소, 또는 비교 데이터를 제시 하는 양적 speciation의 제트 연료의 산화 연소 화학의 수사. 데이터 운동 모델 유효성 검사에 사용 될 수 있다 고 연료 평가 전략을 수 있습니다. 이 원고는 대기 열 흐름 반응 기를 설명 하 고 그 기능을 보여 줍니다.

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