Name: Verbranding Karakterisatie en Model Fuel Development voor Micro-buis-Flame bijgestaan Fuel Cells (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Leer een modelverbrandingsuitlaat ontwikkelen voor het testen van vaste-oxide-brandstofcellen met methaan en lucht. Deze methode biedt een efficiënt alternatief voor volledige branderprototypen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk wordt ondersteund door een overeenkomst met de Syracuse University, toegekend door het Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems, met financiering onder hoofdsubsidienummer DE-EE0006031 van het Amerikaanse Ministerie van Energie en bijdragende financiering onder subsidienummer 53367 van de New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), contract 61736 van NYSERDA, en een subsidie van Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) via het Syracuse Center of Excellence, onder subsidienummer #C120183. Dit werk wordt ondersteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program onder subsidienummer 1247399.

1. Combustion Berekeningen <ol><li> Selecteer brandstof voor analyse. Hier kiest u methaan als de referentie brandstof, maar de principes zijn overdraagbaar naar andere koolwaterstoffen. </li><li> Met 1 mol methaan als brandstof, saldo vergelijking (1) voor stoichiometrische verbranding vergelijking te krijgen (2). <img alt="vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> Bereken de brandstof-luchtverhouding voor stoichiometrische (F / A stoich.) Volgens vergelijking 3 voor methaan verbranding door de massa van methaan te delen door de massa lucht. Berekening, de teller het aantal molen methaan maal de molaire massa van methaan (16 g · mol -1) en de noemer is het aantal mol zuurstof maal de molaire massa van zuurstof (32 g · mol -1) plus het aantal mol stikstof maal de molaire massa van stikstof (28 g · mol -1). <img alt="vergelijking 3"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot; /&gt; </li><li> Om de gelijkwaardigheid ratio (vergelijking 4) variëren, variëren ofwel het luchtdebiet, de brandstof doorstroomsnelheid of beide tegelijk. Typisch, fix een van de hoeveelheden en verschillen van de andere. Bepaal of om ofwel de brandstof of luchtdebiet voor de brander op te lossen. Voor dit experiment, bevestig de brandstof debiet 10 l / min en laat de lucht debiet te variëren in deze opstelling. <img alt="vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> Met de brandstof doorstroomsnelheid f, vaste (10 l / min), F / A stoïcijns. berekend (0,0583), en gezien de definitie van de gelijkwaardigheid ratio, het berekenen van de luchtstroom, een voor elk gelijkwaardigheid verhouding te testen. Vergelijking (5) geeft een directe manier van berekening van de luchtstroomsnelheid in l / min per equivalentieverhouding en de resultaten worden getoond voor een equivalentieverhouding van 1 voor stoichiometrie. <img alt="vergelijking 5" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> LET OP: De bovenste Flammvermogen beperken (of bovenste explosiegrens) is de rijkste equivalentieverhouding zonder dat afschrikken de vlam in afwezigheid van een katalysator worden verbrand. Hogere equivalentieverhoudingen kan worden verkregen met behulp van een katalysator, maar niet-katalytische verbranding wordt beschreven in dit document. Raadpleeg de literatuur naar de bovenste ontvlambaarheid grens voor de gekozen brandstof te beoordelen. </li></ol> 2. Verbranding Karakterisatie experimentele opstelling <ol><li> Selecteer mass flow controllers (MFC&#39;s) voor methaan en lucht op basis van de stroomsnelheden verkregen in stap 1,5. Wees voorzichtig bij het selecteren van een MFC grootte om ervoor te zorgen dat de MFC niet zal werken aan de lage kant van de range (&lt;10% van de volle schaal waarde) tijdens het testen. Voor dit specifieke geval, gebruik maken van 40 l / min en 200 l / min MFC&#39;s voor methaan en lucht, respectievelijk. </li><li> Sluit de MFC&#39;s op het methaan en luchtketels via koperen buizen. </li><li> Stel de toezichthouders op het methaan en lucht tanks naar de juiste druk voor het MFC, zoals gespecificeerddoor de fabrikant. In dit geval de druk tot 138 kPa (20 psi). </li><li> Kalibreren van de MFC&#39;s om ervoor te zorgen accurate debieten. </li><li> Construct de verbrandingskamer. Voor dit experiment, ontwikkelen een verbrandingskamer 914 mm lang met een uitgang 168 mm diameter. <ol><li> Boor poorten voor uitlaatgassen analyse en thermokoppel plaatsen langs de lengte van de verbrandingskamer. Het precieze aantal en de afstand die nodig is afhankelijk van de grootte van de vlam en de doeleinden van de proef. Voor deze opstelling de eerste ruimte 5 geplaatste thermokoppels dichtst bij de verbrandingszone 7 mm. Space de laatste 6 thermokoppels 14 mm van elkaar. Gebruik dezelfde afstand voor de uitlaat-poorten. </li><li> Plaats het K-type thermokoppels in de verbrandingskamer via de patrijspoorten. Lijn de thermokoppel punt in het midden van de verbrandingskamer. Grootte de haven gaten om de thermokoppel te passen en af ​​te dichten met een hoge temperatuur metalen ferrules en noten om lekkage te voorkomen. </li></ol></li><li> Connect het K-type thermokoppels direct naar data acquisitie module. </li><li> Sluit de data-acquisitie module op de computer via de USB-drive. </li><li> Bevestig een eenrichtingsklep in de koperen slang pad direct na de brandstof MFC en net voor de brander. Oriënteer de klep zodat die stroom slechts enkele meters van de MFC kan bewegen. De one-way afsluiters zijn een belangrijke veiligheidsvoorziening om flash terug te voorkomen. </li><li> Controleer de koperen buizen voor en na de MFC opstelling op lekken. Gebruik zeepwater aangebracht met een borstel om de slang aan op lekken detecteren lekken bubbels zou creëren. </li><li> Sluit de verbrandingskamer en brander om de massastroom regelaars via koperen buizen. </li><li> Na het voltooien van de verbrandingskamer setup, selecteert u een van de uitlaat poorten voor het testen. Sluit deze poort om koperen leidingen die zich uitstrekt tot de GC-analyse-poort. </li><li> Selecteer een spuit om de uitlaat te trekken uit de verbrandingskamer en duw hem in de GC voor analyse. Voor dit experiment gebruikt een25 ml spuit. </li><li> Plaats een driewegklep overeenkomstig de koperen buis die de uitlaat poort worden GC. Sluit het ene uiteinde van de tweewegklep het GC, de tweede naar de uitlaatpoort en de derde naar de 25 ml spuit. Sluit de koperen slang aan op de 3-weg ventiel. Gebruik de spuit om verbranding uitlaatgassen te zuigen uit de kamer en duw hem in de GC voor analyse. </li><li> Sluit de 3-wegklep naar het GC en spuit. Bedien de zuiger succesvolle werking. OPMERKING: Een vereenvoudigd schema van de opstelling is weergegeven in figuur 1. </li></ol><img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> Figuur 1. Verbranding karakterisering experimentele opstelling schematisch. Combustion karakterisering experimentele opstelling schematische weergave van brandstof, lucht en uitlaatgassen stromen (zwarte pijlen) en datastromen (rode pijlen). Eenrichtingskleppen worden gebruikt om flash terug te voorkomen. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. 3. Combustion Karakterisering Experiment <ol><li> Voor de proef, duw de zuiger in een volledig en open de driewegklep op de uitlaat bakboord. </li><li> Zet de lucht MFC eerste een debiet van 86,5 l / min. </li><li> Zet methaan MFC op een stroomsnelheid van 10 l / min. Hierdoor ontstaat een gerede equivalentie verhouding van 1,10, een enigszins rijk mengsel, die gemakkelijker te ontsteken. </li><li> Zet thermokoppels op via de computer module om het vastleggen van gegevens te starten. </li><li> Ontsteken van het mengsel aan het eind van de verbrandingskamer met een gasaansteker. Na ontsteking, moet de vlam stabiliseren op de brander voorzijde. </li><li> Stel de equivalentieverhouding door aanpassing van de stroomsnelheid van lucht langzaam van de beginwaarde van 86,5 l / min naar de gewenste waarde. Zorg ervoor dat niet te snel te verplaatsen of ga buiten het brandbiliteit grenzen die vlammen blussen zou veroorzaken. </li><li> Noteer de temperatuur lezen in een databestand na de thermokoppels temperaturen te stabiliseren. </li><li> Nogmaals, trek de zuiger om de verbranding uitlaatgassen extraheren uit de uitlaat poort. </li><li> Na extraheren van het verbrandingsuitlaatgas, opent de driewegklep naar de GC kant en sluit de uitlaatpoort kant. </li><li> Duw de zuiger totdat het volledig sluit en alle van de uitlaat is de GC gestuurd. </li><li> Herhaal stap 3,8-3,10 totdat alle restgassen in de koperen buis verbindt de poort naar de GC wordt verwijderd. Een eenvoudige analyse van het inwendige volume van de koperen buis in vergelijking met het volume van de injectiespuit wordt aangegeven hoe vaak 3,8-3,10 stappen moeten worden herhaald. </li><li> Na het verwijderen van alle restgassen in de buis te halen een laatste uitlaat monster voor analyse. Schuif de uitlaatgassen in de GC en draai de GC-analyse-modus 7,17. </li><li> Noteer de GC gegevens door te sparende GC-analyse van gegevens. </li><li> Herhaal stap 3,1-3,13 totdat alle gewenste equivalentieverhoudingen getest. </li></ol> 4. Ontwikkeling van de Model Combustion Exhaust <ol><li> Zet de verbranding -uitlaatgasspecies volume percentage om de trends te observeren. </li><li> Bepaal de afgesneden concentratie waarde voor het model verbranding uitlaat. Het ontwikkelen van een model verbrandingsuitlaatgas brandstof initiële mT-FFC analyse slechts de componenten weergegeven in significante hoeveelheden (&gt; 1%) zijn opgenomen in het model brandstof. </li><li> Voor het model brandstof selecteert alleen die equivalentieverhoudingen die aanzienlijke waterstof en koolmonoxide (&gt; 1% voor elke component) in de uitlaat genereren. </li><li> Noteer het volumepercentage van elk van de uitlaatgasbestanddelen aan de criteria van 4,3. </li></ol> 5. Fuel Cell meetopstelling <ol><li> Bepaal het debiet bereik voor elk gas. Vermenigvuldig het volumepercentage verkregen uit de GC analyseresultaten door thij totaal debiet van het model verbrandingsuitlaatgas wenst binnen elke brandstofcel. </li><li> Beoordeel de range van debieten voor elke verbrandingscyclus -uitlaatgasspecies de maximale en minimale debiet voor elke soort vast. </li><li> Selecteer stroommeters volgens dezelfde principes in stap 2.1 beschreven. </li><li> Bouw de testapparatuur door het aanbrengen van de stroommeters om het gas tanks via koperen buizen. </li><li> Stel de gasdrukregelaars aan de voorgeschreven waarde voor de stroom meter. </li><li> Plaats eenrichtingskleppen in de koperen buis stroomafwaarts van elke stroommeter met een brandbaar gas. </li><li> Sluit alle flowmeter uitgangspoorten elkaar via koperen buizen en een manifold. </li><li> Stel de micro-tubulaire SOFC aan de binnenzijde van stalen buis met een inwendige diameter net groter is dan de buitendiameter brandstofcel. Dicht de brandstofcel aan de stalen buizen met behulp van keramische lijm. </li><li> Sluit de stalen buis met micro-tubulaire SOFC om een ​​stuk van de keramische vuurvaste materiaal de brandstofcel in de oven te houden. </li><li> Gebruik de 4 sondetechniek 10,11 met stroomafname en voltage sense kabels van het micro-tubulaire SOFC met 2 draden op de anode en 2 draden op de kathode. Zorg ervoor dat de draden elkaar niet het creëren van een korte broek te steken. </li><li> Sluit de vier draden aan de vier probes volgens de potentiostaat 10,11. </li><li> Sluit de potentiostaat op de computer 10,11. </li><li> Plaats een thermokoppel in de oven met de punt aanraken van de buitenkant van de micro-tubulaire SOFC elektrolyt 10,11. </li><li> Hechten thermokoppeldraden de data acquisitie module. </li><li> Sluit de data-acquisitie module op de computer via de USB-poort. LET OP: Figuur 2 is een vereenvoudigde schematische weergave van de mT-FFC meetopstelling. Het model ontwikkeld brandstof en de voor het regelen van de brandstofstroom model aan de brandstofcel opstart, kan verder testen volgens conventionele fuel cel testmethoden. Deze methoden zijn goed gevestigd in de literatuur en worden hier niet herhaald. </li></ol><img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> Figuur 2. Micro-buisvormig vlam bijgestaan brandstofcel meetopstelling schema. Stromen H2, CO, CO2, N2 (zwarte pijlen) worden geregeld met een MFC en een eenrichtingsklep om vlamterugslag te voorkomen. Elektronen stroom (groene lijn) van de SOFC in de oven om de potentiostaat en terug naar de SOFC. Flow van thermokoppel data en elektrochemische data wordt vertegenwoordigd door de rode pijlen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

<ol><li>Gorte, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+towards+commercialization+of+solid+oxide+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+J%22%5BJournal%5D)">Recent developments towards commercialization of solid oxide fuel cells.</a> AIChE J. 51 (9), 2377-2381 (2005).</li>
<li>Milcarek, R. J., Wang, K., Falkenstein-Smith, R. L., Ahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-tubular+flame-assisted+fuel+cells+for+micro-combined+heat+and+power+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Micro-tubular flame-assisted fuel cells for micro-combined heat and power systems.</a> J. Power Sources. 306, 148-151 (2016).</li>
<li>Horiuchi, M., Suganuma, S., Watanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+power+generation+directly+from+combustion+flame+of+gases%2C+liquids%2C+and+solids%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Electrochemical power generation directly from combustion flame of gases, liquids, and solids.</a> J. Electrochem. Soc. 151 (9), A1402-A1405 (2004).</li>
<li>Starik, A. M., Kuleshov, P. S., Loukhovitski, B. I., Titova, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+study+of+partial+oxidation+of+methane+by+non-equilibrium+oxygen+plasma+to+produce+hydrogen+rich+syngas%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Theoretical study of partial oxidation of methane by non-equilibrium oxygen plasma to produce hydrogen rich syngas.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 40 (32), 9872-9884 (2015).</li>
<li>Katta, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+flames+established+with+jet+in+cross+flow+of+fuel-rich+combustion%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">On flames established with jet in cross flow of fuel-rich combustion.</a> Fuel. 150, 360-369 (2015).</li>
<li>Maruta, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extinction+limits+of+catalytic+combustion+in+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Extinction limits of catalytic combustion in microchannels.</a> P. Combustion Institute. 29 (1), 957-963 (2002).</li>
<li>Ahn, J., Eastwood, C., Sitzki, L., Ronney, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas-phase+and+catalytic+combustion+in+heat-recirculating+burners%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Gas-phase and catalytic combustion in heat-recirculating burners.</a> P. Combustion Institute. 30 (2), 2463-2472 (2005).</li>
<li>Kӧhler, M., Oßwald, P., Xu, H., Kathrotia, T., Hasse, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speciation+data+for+fuel-rich+methane+oxy-combustion+and+reforming+under+prototypical+partial+oxidation+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">Speciation data for fuel-rich methane oxy-combustion and reforming under prototypical partial oxidation conditions.</a> Chemical Engineering Science. 139, 249-260 (2016).</li>
<li>Ahn, J., Ronney, P. D., Shao, Z., Haile, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thermally+self-sustaining+miniature+solid+oxide+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fuel+Cell+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">A thermally self-sustaining miniature solid oxide fuel cell.</a> J. Fuel Cell Science and Technology. 6 (4), 041004(2009).</li>
<li>Wang, K., Milcarek, R. J., Zeng, P., Ahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flame-assisted+fuel+cells+running+methane%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Flame-assisted fuel cells running methane.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 40 (13), 4659-4665 (2015).</li>
<li>Wang, K., Zeng, P., Ahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+performance+direct+flame+fuel+cell+using+a+propane+flame%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Combust.+Inst%22%5BJournal%5D)">High performance direct flame fuel cell using a propane flame.</a> P. Combust. Inst. 32 (2), 3431-3437 (2011).</li>
<li>Wang, Y. Q., Shi, Y. X., Yu, X. K., Cai, N. S., Li, S. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+solid+oxide+fuel+cells+with+multi-element+diffusion+flame+burners%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Integration of solid oxide fuel cells with multi-element diffusion flame burners.</a> J. Electochem. Soc. 160 (11), F1241-F1244 (2013).</li>
<li>Horiuchi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+solid+oxide+fuel+cell+couple+operated+via+in+situ+catalytic+partial+oxidation+of+n-butane%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Performance of a solid oxide fuel cell couple operated via in situ catalytic partial oxidation of n-butane.</a> J. Power Sources. 189 (2), 950-957 (2009).</li>
<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+study+of+portable+direct-flame+solid+oxide+fuel+cell+%28DF-SOFC%29+stack+with+butane+fuel%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fuel+Chem.+Technol%22%5BJournal%5D)">The study of portable direct-flame solid oxide fuel cell (DF-SOFC) stack with butane fuel.</a> J. Fuel Chem. Technol. 42 (9), 1135-1139 (2014).</li>
<li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-performance+no-chamber+fuel+cell+operated+on+ethanol+flame%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A high-performance no-chamber fuel cell operated on ethanol flame.</a> J. Power Sources. 177 (1), 33-39 (2008).</li>
<li>Sun, L., Hao, Y., Zhang, C., Ran, R., Shao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coking-free+direct-methanol-flame+fuel+cell+with+traditional+nickel-cermet+anode%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Coking-free direct-methanol-flame fuel cell with traditional nickel-cermet anode.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 35 (15), 7971-7981 (2010).</li>
<li>Zeng, P., Wang, K., Falkenstein-Smith, R. L., Ahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+sintering+temperature+on+the+performance+of+SrSc0.1Co0.9O3-%CE%B4+oxygen+semipermeable+membrane%5BTitle%5D)+AND+%22Braz.+J.+Chem.+Eng%22%5BJournal%5D)">Effects of sintering temperature on the performance of SrSc0.1Co0.9O3-δ oxygen semipermeable membrane.</a> Braz. J. Chem. Eng. 32 (3), 757-765 (2015).</li>
<li>Turns, S. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTurns%2C+SR+%22An+Introduction+to+Combustion%3A+Concepts+and+Applications%22">An Introduction to Combustion: Concepts and Applications</a>. , 2nd ed., McGraw-Hill. New York. (2000).</li>
<li>Glassman, I., Yetter, R. A., Glumac, N. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGlassman%2C+I+%22Combustion%22">Combustion</a>. , 4th ed., Academic Press. Waltham, MA. (2015).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het protocol hier wordt besproken is een belangrijke brug tussen de vorige verbranding karakterisering onderzoek en brandstofcel testen. Het gebruik van de verbranding van de brandstof hervorming en brandstofcel testen is aangevraagd voor een aantal jaren in DFFC setups 10-15. De karakterisatie van het verbrandingsproces in DFFCs is vooral om in-situ karakterisering van de vlam samenstelling 16 en gebruikt een MS 8. Aangezien de DFFC open naar de omgeving, de uitlaatgas samenste...

Vaste oxide brandstofcel (SOFC) innovaties zijn gemeld in de afgelopen jaren als de technologie zich blijft ontwikkelen. Onder de vele voordelen, hebben SOFC bekend om zijn hoge brandstofefficiëntie, lage uitstoot en matige flexibiliteit brandstof in vergelijking met andere verbranding gebaseerde elektriciteitsproductie technieken 1 geworden. Verder SOFCs zijn schaalbaar waardoor hoge brandstofefficiëntie, zelfs op kleine schaal. Helaas, beperkingen in de huidige waterstof infrastructuur hebben er behoefte aan brandstof hervorming van systemen die vaak inefficiënt. Een recente ontwikkeling is de micro-buis-flame bijgestaan brandstofcel (mT-FFC) gemeld bij de auteur eerdere werk 2. De mT-FFC is het eerste voorbeeld van een vlam ondersteunde brandstofcel (FFC) dat voortbouwt op de voordelen van de oorspronkelijke directe vlam brandstofcel (DFFC), die warmte en brandstof reformeren via verbranding 3 verschaft. De DFFC opstelling plaatst een SOFC in direct contact met een vlam open naar de omgevingslucht mililieu. De vlam oxideert gedeeltelijk zwaardere koolwaterstoffen tot H2 en CO, die rechtstreeks aan de SOFC kan worden gebruikt met minder kans op koolstof cokesvorming in vergelijking met zuiver methaan of andere koolwaterstoffen zwaarder maken. Bovendien, de vlam levert de thermische energie die nodig is om de SOFC op bedrijfstemperatuur te brengen. Een recente wijziging in de originele DFFC opgetreden door de SOFC uit de vlam regio verplaatsen en het kanaliseren van de verbranding uitlaat aan de SOFC aan de FFC 2 te maken. In tegenstelling tot de DFFC de verbranding plaatsvindt in een gedeeltelijk omsloten ruimte (in plaats van de omgevingslucht), zodat de brandstof-luchtverhouding kunnen worden gecontroleerd en de uitlaatgassen kan direct worden toegevoerd aan de brandstofcel zonder volledige verbranding optreedt. FFCS hebben extra voordelen, waaronder een hoge bezettingsgraad brandstof en hoog elektrisch rendement in vergelijking met DFFCs 2. Als een opkomende gebied van onderzoek, experimentele technieken nodig die het potentieel van mT-FF te beoordelenCs voor de toekomstige productie toepassingen. Deze technieken vereisen analyse van gedeeltelijke oxidatie of brandstofrijke verbranding en de uitlaat die is geïdentificeerd als een manier van het genereren H2 en CO, ook bekend als syngas, tezamen met CO2 en H2O Het syngas kan direct gebruikt worden in de brandstofcellen voor energieopwekking. De analyse van de brandstof-rijke verbranding uitlaat is goed ingeburgerd in de afgelopen jaren en is theoretisch 4, computationeel 5,6 en experimenteel 7 uitgevoerd voor vele verschillende doeleinden. Veel van de theoretische en computationele studies hebben vertrouwd op chemisch evenwicht analyse (CEA) om de verbranding product soorten die energetisch gunstig zijn, en chemische kinetische modellen beoordelen voor reactie mechanismen. Hoewel deze methoden zeer nuttig zijn, hebben veel nieuwe technologieën aangevoerde experimentele technieken in onderzoek en ontwikkeling. Experimentele technieken doorgaans rekenen op analysis van de verbrandingsgassen met behulp van een gaschromatograaf (GC) 7 of een massaspectrometer (MS) 8. Ofwel de lijn GC / MS spuit of sonde in de verbrandingskamer uitlaat geplaatst en de meting van de soort concentratie te beoordelen. Toepassing van de experimentele technieken is gemeenschappelijk op het gebied van kleinschalige energieopwekking. Enkele voorbeelden zijn micro branders die ontwikkeld zijn om te werken met een enkele kamer SOFC 7,9 en DFFCs 10-15. De analyse van de verbrandingsgassen gebeurt onder uiteenlopende bedrijfsomstandigheden waaronder verschillende temperaturen, stroomsnelheden en equivalentieverhoudingen. Op het gebied van DFFC onderzoek, brandstof en oxidant kan gedeeltelijk voorgemengde of niet voorgemengd worden, met de brander open naar de omgevingslucht die de volledige verbranding. Met een behoefte aan de vlam samenstelling te analyseren, is een MS gebruikt in vele gevallen voor DFFC onderzoek en verbrandingsanalyse 16. De recente ontwikkeling van de FFC verschilt beroep op voorgemengde verbranding met de brander in een gedeeltelijk omsloten omgeving om volledige oxidatie van de brandstof te voorkomen. Hierdoor is de analyse van de verbrandingsgassen in een gecontroleerde omgeving zonder luchtlekkage nodig. Experimentele technieken die hiervoor steunen op de eerdere technieken voor micro verbrandingsinrichting onderzoek met GC-analyse van de verbrandingsgassen bij variërende equivalentieverhoudingen. De GC-analyse leidt tot karakterisering van de verbrandingsgassen samenstelling (dat wil zeggen, het volumepercentage van elk bestanddeel van het uitlaatgas zoals CO2, H2O, N2, enz.) Deze analyse maakt menging van afzonderlijke gassen volgens de verhouding gemeten met het GC om een ​​model brandstof-rijke verbranding uitlaat voor toekomstig FFC onderzoek te creëren. De protocollen voor het analyseren van de brandstof-rijke verbranding uitlaat, het ontwikkelen van een model brandstof-rijke verbranding uitlaat en toe te passening de uitlaat voor SOFC testen zijn vastgelegd in deze krant. Gemeenschappelijke uitdagingen en beperkingen worden besproken voor deze technieken.

<table><tbody><tr><td>Gas chromatograaf</td><td>SRI Instruments, Inc.</td><td>SRI 8610C</td><td></td></tr><tr><td>K type thermokoppels</td><td>Omega</td><td>KQXL-116G-6</td><td>Aangepaste lengte</td></tr><tr><td>K type thermokoppel verlengingsdraad</td><td>Omega</td><td>EXTT-K-20-SLE-100</td><td></td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Omega</td><td>FMA5427</td><td>0-40 L/min (N2) Gebruikt voor methaan</td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Omega</td><td>FMA5443</td><td>0-200 L/min (N2) Gebruikt voor lucht</td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Omega</td><td>FMA5402A</td><td>0-10 ml/min (N2) Gebruikt voor CO</td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>200 SCCM (Propaan) Gebruikt voor CO2</td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>5 L/min (Lucht) Gebruikt voor N2</td></tr><tr><td>Massastroomregelaar</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>500 SCCM (N2) Gebruikt voor H2</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Harris Products Group</td><td>HP721-125-350-F</td><td>Methaantank</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-590-E</td><td>Luchttank</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Airgas</td><td>Y11-SR145B</td><td>CO tank</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-320-E</td><td>CO2 tank</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Airgas</td><td>Y12-215B</td><td>N2 tank</td></tr><tr><td>Regelaar</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-015-350-D</td><td>H2 tank</td></tr><tr><td>Methaan, gecomprimeerd, Ultra hoge zuiverheid</td><td>Airgas</td><td>UN1971</td><td>Zeer ontvlambaar</td></tr><tr><td>Lucht, gecomprimeerd, Ultra puur</td><td>Airgas</td><td>UN1002</td><td>Niet geclassificeerd als gevaarlijk voor de gezondheid.</td></tr><tr><td>CO, gecomprimeerd, Ultra hoge zuiverheid</td><td>Airgas</td><td>UN1016</td><td>Giftig bij inademing, zeer ontvlambaar</td></tr><tr><td>CO2, gecomprimeerd, Onderzoekskwaliteit</td><td>Airgas</td><td>UN1013</td><td>Verstikkend in hoge concentraties</td></tr><tr><td>N2, gecomprimeerd, Ultra hoge zuiverheid</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td>Niet geclassificeerd als gevaarlijk voor de gezondheid.</td></tr><tr><td>H2, gecomprimeerd, Ultra hoge zuiverheid</td><td>Airgas</td><td>UN1049</td><td>Zeer ontvlambaar, brandt met onzichtbare vlam</td></tr><tr><td>Bronmeter</td><td>Tektronix, Inc.</td><td>Keithley 2420</td><td>Verbindt met computer via USB</td></tr><tr><td>Horizontaal gesplitste buisoven</td><td>MTI Corportation</td><td>OTF-1200X</td><td></td></tr><tr><td>Gegevensverzameling</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9172</td><td>Verbindt met computer via USB</td></tr><tr><td>Thermokoppelingang</td><td>National Instruments</td><td>NI 9211</td><td>Verbindt met cDAQ-9172</td></tr><tr><td>Computerbesturing voor massasroomregelaars</td><td>National Instruments</td><td>NI 9263</td><td>Verbindt met cDAQ-9172 Computerbesturing voor massasroomregelaars</td></tr><tr><td>Testsoftware</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>

verbranding karakterisatie en model fuel development voor micro-buis-flame bijgestaan ​​fuel cells

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

Sinds vele jaren wordt op basis van verbranding energieopwekking gerealiseerd door middel van verschillende warmtemotorsystemen. Onlangs heeft de overstap naar kleinschalige energieopwekking en microverbranding, evenals ontwikkelingen in brandstofcelonderzoek, nieuwe manieren van energieopwekking gecreëerd die vaste oxide brandstofcellen combineren met open vlammen en verbrandingsgas. In plaats van te vertrouwen op de verbrandingswarmte, zijn deze vaste oxide brandstofcellensystemen afhankelijk van de omvorming van de brandstof via verbranding om syngas te genereren voor elektrochemische energieopwekking. Er zijn procedures ontwikkeld om de bijproducten van de verbranding te beoordelen onder een breed scala aan omstandigheden. Hoewel er theoretische en computationele procedures zijn ontwikkeld voor het beoordelen van brandstofrijk verbrandingsgas in deze toepassingen, zijn er ook experimentele technieken ontstaan. De experimentele procedures zijn vaak gebaseerd op een gaschromatograaf of massaspectrometeranalyse van de vlam en het uitlaatgas om het verbrandingsproces als brandstofromvormer en warmtegeneratiemiddel te beoordelen. De experimentele technieken die op deze gebieden zijn ontwikkeld, zijn opnieuw toegepast voor de ontwikkeling van de micro-buisvormige vlamgeassisteerde brandstofcellen. Het protocol dat in dit werk wordt besproken, bouwt voort op eerdere technieken om een procedure te specificeren voor het karakteriseren van brandstofrijk verbrandingsgas en het ontwikkelen van een model voor brandstofrijk verbrandingsgas voor gebruik bij vlamgeassisteerde brandstofcellentests. De ontwikkeling van de procedure en zijn toepassingen en beperkingen worden besproken.

De verbranding karakterisering ruimte moeten worden gecontroleerd voorafgaand aan het testen op de gewenste equivalentieverhoudingen voor back-stroming van lucht in de kamer of andere lucht lekkage tijdens het testen. Verbrandingsprocessen in de open kamers worden bekend bijna isobarisch te zijn. Hierdoor kan de druk in de verbrandingskamer niet voldoende om te voorkomen dat lucht uit de externe omgeving weer vloeiend in de verbrandingskamer uit de kamer uitlaatpoort of andere lekken zij...

Een protocol voor het creëren van een brandstofrijke verbrandingsuitlaat wordt ontwikkeld door middel van verbrandingskarakterisering en wordt toegepast voor micro-buisvormige vlamondersteunde brandstofceltests en onderzoek.

Verbranding Karakterisatie en Model Fuel Development voor Micro-buis-Flame bijgestaan ​​Fuel Cells

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

Het algemene doel van dit experiment voor verbrandingskarakterisering is het ontwikkelen van een model voor verbrandingsuitlaatgassen door de relevante uitlaatcomponenten te mengen, om zo een vaste-oxide brandstofcel in dit mengsel te kunnen testen. Dit model kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het vakgebied van vaste-oxide brandstofcellen, zoals de vraag of er minder rijke verbranding plaatsvindt in plaats van endotherme brandstofreforming. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we een model voor verbrandingsuitlaatgassen kunnen ontwikkelen voor het testen van brandstofcellen zonder dat we daadwerkelijk een volledige brander en een prototype van de brandstofcel hoeven te bouwen.Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de procedure voor de experimentele opstelling, de veiligheidsvoorschriften en het oplossen van problemen moeilijk te begrijpen kunnen zijn door enkel een manuscript te lezen. Bouw het karakteriseringsapparaat op met een voorbereide verbrandingskamer op een werkbank met bronnen voor lucht en methaanbrandstof. Selecteer de massadebietregelaars op basis van eerder vastgestelde debieten.Gebruik voor dit experiment

combustion-characterization-model-fuel-development-for-micro-tubular

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Gasmonsters van laboratoriumschaal vlammen met online analyse van alle soorten van massaspectrometrie is een krachtige methode om het complex mengsel van chemische verbindingen die tijdens verbrandingsprocessen onderzoeken. In combinatie met afstelbare zachte ionisatie via-synchrotron gegenereerd vacuüm-ultraviolette straling, deze techniek biedt isomeer-opgelost informatie en mogelijk-fragment vrij massa spectra.

Flame Experimenten bij de Advanced Light Source: nieuwe inzichten in roetvorming Processen

Er wordt een protocol gepresenteerd voor het uitvoeren van thermopowergolfexperimenten. De synthese van hybride composieten van een chemisch brandstof en micro/nanogestructureerd materiaal, de vervaardiging van een thermopowergolfgenerator en methoden voor het meten van de corresponderende fysische fenomenen worden beschreven.

Voorbereiding en evaluatie van Hybrid Composites van chemische Brandstof en multi-walled koolstof nanobuisjes in de studie van thermokracht Waves

We beschrijven het gebruik van micro-thermokoppels om lokale temperatuurgradiënten in stabiele laminare diffusievlammen met grenslaag te schatten. Door verlenging van de Reynolds-analogie kunnen lokale temperatuurgradiënten verder worden gebruikt om de lokale massa-verbrandingssnelheden en warmtestromen in dergelijke vlammetjes met hoge nauwkeurigheid te schatten.

Experimentele Methodologie voor Schatting van lokale warmte Flux en Burning tarieven in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Een protocol voor het meten vlamsnelheden van een reactief mengsel van tetraiodine nonoxide (I O 4 9) en aluminium (Al) wordt gepresenteerd. Werkwijze voor het oplossen van reactiekinetiek met behulp van differentiële scanning calorimetrie (DSC) wordt ook getoond. Gevonden werd dat 4 I O 9 is 150% reactiever dan andere jood (V) oxiden.

Reaction Kinetics en verbranding Dynamica van I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; En aluminium mengsels

Dit protocol beschrijft windtunnel experimenten ontworpen om te bestuderen van de overgang van een brand vanaf de grond naar het bladerdak van de struiken chaparral.

Windtunnel experimenten te bestuderen van de Chaparral kroon branden

Een onderzoek van de oxidatieve verbranding chemie van nieuwe biobrandstoffen, brandstof onderdelen, of jet brandstoffen door vergelijking van kwantitatieve soortvorming gegevens worden gepresenteerd. De gegevens kunnen worden gebruikt voor kinetische modelvalidatie en maakt brandstof beoordeling strategieën. Dit manuscript beschrijft de atmosferische stroom van hoge-temperatuur-reactor en demonstreert de mogelijkheden.

Chemie van de verbranding van brandstoffen: kwantitatieve soortvorming gegevens verkregen uit een atmosferische stroom van hoge-temperatuur-Reactor met moleculaire-beam massaspectrometer gekoppeld

We presenteren een protocol voor de concentratie-alternerende frequentierespons analyse van brandstofcellen, een veelbelovende nieuwe methode voor het bestuderen van brandstofcel dynamica.

Een gids voor de concentratie alternerende frequentierespons analyse van brandstofcellen

Een techniek die gebruik maakt van een vaste brandstofkorrel met een nieuwe geneste spiraalvormige structuur om de verbrandingsprestaties van een hybride raketmotor te verbeteren, wordt gepresenteerd.

Verbetering van de verbrandingsprestaties van een hybride raketmotor met behulp van een nieuwe brandstofkorrel met een geneste spiraalvormige structuur

We presenteren een uniek platform voor het karakteriseren van elektrode oppervlakken in vaste oxide brandstofcel (SOFC) die gelijktijdig uitvoeren van meerdere karakterisatietechnieken...

Indringende en in kaart brengen van elektrode-oppervlakken in Solid Oxide Fuel Cells

We demonstreren hoe de grootteverdeling van halfgeleider nanokristallen bepalen kwantitatieve wijze met Raman spectroscopie toepassing van een analytisch gedefinieerde meerdere deeltjes fonon opsluiting model. De resultaten zijn in uitstekende overeenkomst met de andere grootte analyse technieken zoals transmissie-elektronenmicroscopie en fotoluminescentie spectroscopie.

Karakterisering van Nanocrystal Size Distribution met Raman spectroscopie met een Multi-deeltje Phonon opsluiting Model

Leer een modelverbrandingsuitlaat ontwikkelen voor het testen van vaste-oxide-brandstofcellen met methaan en lucht. Deze methode biedt een efficiënt alternatief voor volledige branderprototypen.

Verbranding Karakterisatie en Model Fuel Development voor Micro-buis-Flame bijgestaan ​​Fuel Cells

Meer video's verkennen

Verbranding Karakterisatie en Model Fuel Development voor Micro-buis-Flame bijgestaan Fuel Cells