Artykuł metodologiczny

Charakterystyka spalania i opracowanie modelu paliwa dla mikrorurowych ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem

DOI:

10.3791/54638

⸱

2 października 2016

 ,  ,  , 
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Syracuse University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół tworzenia modelu spalin spalinowych bogatych w paliwo jest rozwijany poprzez charakterystykę spalania i jest stosowany do testowania i badań ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem mikrorurowym.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wytwarzanie energii opartej na spalaniu jest realizowane od wielu lat za pomocą wielu systemów silników cieplnych. Niedawny ruch w kierunku wytwarzania energii na małą skalę i mikrospalania, a także rozwój badań nad ogniwami paliwowymi stworzyły nowe sposoby wytwarzania energii, które łączą ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem z otwartym ogniem i spalinami ze spalania. Zamiast polegać na cieple spalania, te systemy ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem opierają się na reformowaniu paliwa poprzez spalanie w celu wytworzenia gazu syntezowego do elektrochemicznego wytwarzania energii. Opracowano procedury oceny ubocznych produktów spalania w szerokim zakresie warunków. Chociaż opracowano procedury teoretyczne i obliczeniowe do oceny bogatych w paliwo spalin spalania w tych zastosowaniach, pojawiły się również techniki eksperymentalne. Procedury eksperymentalne często opierają się na analizie płomienia i spalin za pomocą chromatografu gazowego lub spektrometru masowego w celu oceny procesu spalania jako reformingu paliwa i sposobu wytwarzania ciepła. Techniki eksperymentalne opracowane w tych dziedzinach zostały ponownie zastosowane do opracowania mikrorurowego ogniwa paliwowego wspomaganego płomieniem. Protokół omówiony w tej pracy opiera się na wcześniejszych technikach w celu określenia procedury charakteryzowania spalin spalinowych bogatych w paliwo i opracowania modelu spalin spalinowych bogatych w paliwo do wykorzystania w testach ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem. Omówiono rozwój procedury oraz jej zastosowania i ograniczenia.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Innowacje w zakresie ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) zostały zgłoszone w ostatnich latach, ponieważ technologia ta nadal się rozwija. Wśród wielu zalet, ogniwa SOFC stały się znane z wysokiej efektywności paliwowej, niskiej emisji i umiarkowanej elastyczności paliwa w porównaniu z innymi technikami wytwarzania energii opartej naspalaniu1. Co więcej, ogniwa SOFC są skalowalne, co pozwala na wysoką oszczędność paliwa nawet przy małych skalach. Niestety, ograniczenia w obecnej infrastrukturze wodorowej stworzyły zapotrzebowanie na systemy reformingu paliw, które często są nieefektywne. Najnowszym osiągnięciem jest mikrorurowe ogniwo paliwowe wspomagane płomieniem (mT-FFC), opisane w poprzedniej pracy autora2. mT-FFC jest pierwszym przykładem ogniwa paliwowego wspomaganego płomieniem (FFC), które opiera się na zaletach oryginalnego ogniwa paliwowego z bezpośrednim płomieniem (DFFC), które zapewnia wytwarzanie ciepła i reforming paliwa poprzez spalanie3. Konfiguracja DFFC umieszcza SOFC w bezpośrednim kontakcie z płomieniem otwartym na otoczenie. Płomień częściowo utlenia cięższe paliwa węglowodorowe, tworzącH2 i CO, które mogą być stosowane bezpośrednio w SOFC z mniejszym potencjałem koksowania węgla w porównaniu z czystym metanem lub innymi cięższymi węglowodorami. Ponadto płomień dostarcza energię cieplną potrzebną do doprowadzenia SOFC do temperatury roboczej. Niedawna zmiana w oryginalnym DFFC nastąpiła poprzez przeniesienie SOFC z obszaru płomienia i skierowanie spalin do SOFC w celu utworzenia FFC2. W przeciwieństwie do DFFC, spalanie odbywa się w częściowo zamkniętej komorze (zamiast w otoczeniu), dzięki czemu stosunek paliwa do powietrza może być kontrolowany, a spaliny mogą być bezpośrednio doprowadzane do ogniwa paliwowego bez całkowitego spalania. FFC mają dodatkowe zalety, w tym wysokie zużycie paliwa i wysoką sprawność elektryczną w porównaniu z DFFC2.

Jako rozwijający się obszar badań, potrzebne są techniki eksperymentalne, które mogą ocenić potencjał mT-FFC dla przyszłych zastosowań wytwarzania energii. Techniki te wymagają analizy częściowego utleniania lub spalania bogatego w paliwo oraz spalin, które zostały zidentyfikowane jako sposób wytwarzaniaH2 i CO, znanych również jako gaz syntezowy, wraz z CO2 i H2O. Gaz syntezowy może być wykorzystywany bezpośrednio w ogniwach paliwowych do wytwarzania energii. Analiza spalin spalinowych bogatych w paliwo jest w ostatnich latach dobrze ugruntowana i jest przeprowadzana teoretycznie4, obliczeniowo5,6 i doświadczalnie7 dla wielu różnych celów. Wiele badań teoretycznych i obliczeniowych opierało się na analizie równowagi chemicznej (CEA) w celu oceny gatunków produktów spalania, które są energetycznie korzystne, oraz chemicznych modelach kinetycznych dla mechanizmów reakcji. Chociaż metody te były bardzo przydatne, wiele nowych technologii opierało się na technikach eksperymentalnych podczas badań i rozwoju. Techniki eksperymentalne zazwyczaj opierają się na analizie spalin ze spalania przy użyciu chromatografu gazowego (GC)7 lub spektrometru masowego (MS)8. Do układu wydechowego ze spalania wprowadza się przewód/strzykawkę GC lub sondę MS i wykonuje się pomiary w celu oceny stężenia tych gatunków. Zastosowanie technik eksperymentalnych jest powszechne w dziedzinie wytwarzania energii na małą skalę. Niektóre przykłady obejmują mikrokomory spalania, które zostały opracowane do pracy z jednokomorowymi SOFC7,9 i DFFC10-15. Analiza spalin ze spalania odbywa się w szerokim zakresie warunków pracy, w tym w różnych temperaturach, natężeniach przepływu i współczynnikach równoważności.

W obszarze badań DFFC, paliwo i utleniacz mogą być częściowo wstępnie zmieszane lub niepremiksowane, z palnikiem otwartym na otoczenie, co zapewnia całkowite spalanie. Ze względu na potrzebę analizy składu płomienia, MS był używany w wielu przypadkach do badań DFFC i analizy spalania16. Nowsze opracowanie FFC różni się tym, że opiera się na wstępnym spalaniu z palnikiem w częściowo zamkniętym środowisku, aby zapobiec całkowitemu utlenieniu paliwa. W związku z tym konieczna jest analiza spalin spalania w kontrolowanym środowisku wolnym od wycieków powietrza. Techniki eksperymentalne opracowane w tym celu opierają się na wcześniejszych technikach stosowanych w badaniach mikrokomór spalania z analizą GC spalin spalania przy różnych współczynnikach równoważności. Analiza GC prowadzi do scharakteryzowania składu spalin podczas spalania (tj. procentowej objętości każdego składnika spalin, w tym CO2,H2O, N2 itp.) Analiza ta pozwala na mieszanie oddzielnych gazów zgodnie ze stosunkami zmierzonymi przez GC w celu stworzenia modelu spalin spalinowych bogatych w paliwo dla przyszłych badań FFC.

Protokoły analizy spalin spalinowych bogatych w paliwo, opracowania modelu spalin spalinowych bogatych w paliwo i zastosowania spalin do testów SOFC są ustalone w tym artykule. Omówiono typowe wyzwania i ograniczenia dotyczące tych technik.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Obliczenia spalania

  1. Wybierz paliwo do analizy. W tym przypadku jako paliwo referencyjne należy wybrać metan, ale zasady te można przenieść na inne paliwa węglowodorowe.
  2. Mając 1 mol metanu jako paliwo, zrównoważ równanie (1) dla spalania stechiometrycznego, aby otrzymać równanie (2).
    figure-protocol-1
    figure-protocol-2
  3. Obliczyć stosunek paliwa do powietrza dla stechiometrii (F/Astoich), jak w równaniu 3 dla spalania metanu, dzieląc masę metanu przez masę powietrza. Aby obliczyć, licznik to liczba moli metanu pomnożona przez masę molową metanu (16 g·mol-1), a mianownik to liczba moli tlenu pomnożona przez masę molową tlenu (32 g·mol-1) plus liczba moli azotu pomnożona przez masę molową azotu (28 g·mol-1).
    figure-protocol-3
  4. Aby zmienić współczynnik równoważności (równanie 4), należy zmienić natężenie przepływu powietrza, natężenie przepływu paliwa lub oba te czynniki jednocześnie. Zazwyczaj ustala się jedną z ilości i zmienia drugą. Określ, czy należy ustalić natężenie przepływu paliwa lub powietrza do palnika. W tym eksperymencie ustal natężenie przepływu paliwa na 10 l/min i pozwól, aby natężenie przepływu powietrza zmieniało się w tej konfiguracji.
    figure-protocol-4
  5. Przy ustalonym natężeniu przepływu paliwa f (10 l/min),obliczonym na stałym poziomie F/A (0,0583) i biorąc pod uwagę definicję współczynnika równoważności, należy obliczyć natężenie przepływu powietrza, a, dla każdego badanego współczynnika równoważności. Równanie (5) zapewnia bezpośredni sposób obliczania natężenia przepływu powietrza w l/min dla każdego współczynnika równoważności, a wyniki przedstawiono dla współczynnika równoważności 1 dla stechiometrii.
    figure-protocol-5
    UWAGA: Górna granica palności (lub górna granica wybuchowości) to najbogatszy współczynnik równoważności, który można spalić bez gaszenia płomienia przy braku katalizatora. Wyższe współczynniki równoważności można uzyskać przy użyciu katalizatora, ale w niniejszej pracy opisano tylko spalanie niekatalityczne. Zapoznaj się z literaturą, aby ocenić górną granicę palności dla wybranego paliwa.

2. Charakterystyka spalania Konfiguracja eksperymentalna

  1. Wybierz kontrolery przepływu masowego (MFC) dla metanu i powietrza w oparciu o natężenia przepływu uzyskane w kroku 1.5. Zachowaj ostrożność podczas wybierania rozmiaru MFC, aby upewnić się, że MFC nie będzie działać na dolnym końcu swojego zakresu (< 10% wartości pełnej skali) podczas testowania. W tym konkretnym przypadku należy zastosować MFC o wydajności 40 l/min i 200 l/min odpowiednio dla metanu i powietrza.
  2. Podłącz MFC do zbiorników metanu i powietrza za pomocą miedzianych rurek.
  3. Ustaw regulatory na zbiornikach metanu i powietrza na ciśnienie odpowiednie dla MFC, zgodnie ze specyfikacją producenta. W takim przypadku ustaw ciśnienie na 138 kPa (20 psi).
  4. Skalibruj MFC, aby zapewnić dokładne natężenie przepływu.
  5. Zbuduj komorę spalania. Na potrzeby tego eksperymentu należy opracować komorę spalania o długości 914 mm i średnicy wylotu 168 mm.
    1. Otwory wiertnicze do analizy spalin ze spalania oraz do umieszczenia termopary na całej długości komory spalania. Dokładna liczba i potrzebne odstępy zależą od wielkości płomienia i celów eksperymentu. W przypadku tej konfiguracji należy rozmieścić pierwsze 5 termopar umieszczonych najbliżej obszaru spalania w odległości 7 mm od siebie. Ostatnie 6 termopar należy rozmieścić w odległości 14 mm od siebie. Użyj tych samych odstępów dla otworów wylotowych.
    2. Włóż termopary typu K do komory spalania przez otwory portowe. Wyrównaj końcówkę termopary na środku komory spalania. Dopasuj otwory portów tak, aby pasowały do termopary i uszczelnij metalowymi tulejkami i nakrętkami odpornymi na wysoką temperaturę, aby zapobiec wyciekom.
  6. Podłączyć termopary typu K bezpośrednio do modułu akwizycji danych.
  7. Podłącz moduł akwizycji danych do komputera za pomocą dysku USB.
  8. Zamocuj zawór jednokierunkowy w ścieżce rurki miedzianej bezpośrednio za MFC paliwa i tuż przed palnikiem. Ustaw zawór tak, aby przepływ mógł oddalać się tylko od MFC. Zawory jednokierunkowe są ważną funkcją bezpieczeństwa, która zapobiega cofaniu się płomienia.
  9. Sprawdź rurki miedziane przed i po konfiguracji MFC pod kątem wycieków. Użyj wody z mydłem nałożonej szczoteczką na rurkę, aby wykryć nieszczelności, ponieważ nieszczelności mogą tworzyć bąbelki.
  10. Podłączyć komorę spalania i palnik do regulatorów przepływu masowego za pomocą rurki miedzianej.
  11. Po zakończeniu konfiguracji komory spalania wybierz jeden z otworów wydechowych do przetestowania. Podłącz ten port do rurki miedzianej, która rozciąga się do portu analizy GC.
  12. Wybierz strzykawkę, aby wyciągnąć spaliny z komory spalania, a następnie wepchnij je do GC w celu analizy. Do tego eksperymentu użyj strzykawki o pojemności 25 ml.
  13. Umieść zawór trójdrogowy w jednej linii z miedzianą rurką łączącą port wydechowy z GC. Podłączyć jeden koniec zaworu dwudrogowego do GC, drugi do króćca wydechowego, a trzeci do strzykawki o pojemności 25 ml. Podłącz rurkę miedzianą do zaworu 3-drogowego. Za pomocą strzykawki odessać spaliny spalinowe z komory, a następnie wepchnąć je do GC w celu analizy.
  14. Podłączyć zawór 3-drogowy do GC i strzykawki. Uruchomić tłok strzykawki, aby zapewnić pomyślne działanie.
    UWAGA: Uproszczony schemat konfiguracji pokazano na rysunku 1.

figure-protocol-6
Rysunek 1. Schemat eksperymentalnej konfiguracji charakterystyki spalania. Schemat eksperymentalnej konfiguracji charakterystyki spalania przedstawiający przepływy paliwa, powietrza i spalin (czarne strzałki) oraz przepływy danych (czerwone strzałki). Zawory jednokierunkowe służą do zapobiegania cofaniu się płomienia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

3. Eksperyment charakterystyki spalania

  1. Przed badaniem należy całkowicie wcisnąć tłok strzykawki i otworzyć zawór trójdrogowy po stronie portu wydechowego.
  2. Najpierw włącz MFC powietrza do natężenia przepływu 86.5 l/min.
  3. Włączyć metan MFC do natężenia przepływu 10 l/min. W ten sposób powstaje wstępnie zmieszany współczynnik równoważności 1,10, lekko bogata mieszanina, która jest łatwiejsza do zapłonu.
  4. Włącz termopary za pomocą modułu komputerowego, aby rozpocząć rejestrację danych.
  5. Zapal mieszaninę na końcu komory spalania za pomocą zapalniczki butanowej. Po zapłonie płomień powinien ustabilizować się z przodu palnika.
  6. Dostosuj współczynnik równoważności, powoli dostosowując natężenie przepływu powietrza od wartości początkowej 86.5 l/min do żądanej wartości. Uważaj, aby nie poruszać się zbyt szybko ani nie przekraczać granic palności, co mogłoby spowodować wygaszenie płomienia.
  7. Zapisz odczyt temperatury w pliku danych po ustabilizowaniu się temperatur termopar.
  8. Ponownie pociągnąć tłok strzykawki, aby odciągnąć spaliny z otworu wydechowego.
  9. Po odprowadzeniu spalin należy otworzyć zawór trójdrogowy po stronie GC i zamknąć stronę króćca wydechowego.
  10. Wcisnąć tłok strzykawki, aż całkowicie się zamknie, a cały wydech zostanie wysłany do GC.
  11. Powtarzaj kroki 3.8-3.10, aż wszystkie pozostałe gazy w miedzianej rurce łączącej port z GC zostaną usunięte. Prosta analiza wewnętrznej objętości rurki miedzianej w porównaniu z objętością strzykawki wskaże, ile razy należy powtórzyć kroki 3.8-3.10.
  12. Po usunięciu wszystkich gazów resztkowych z rurki należy pobrać końcową próbkę spalin do analizy. Wepchnij gaz spalinowy do GC i przekręć GC w tryb analizy7,17.
  13. Zapisz dane GC, zapisując dane analizy GC.
  14. Powtarzaj kroki 3.1-3.13, aż zostaną przetestowane wszystkie pożądane współczynniki równoważności.

4. Opracowanie modelu spalin

spalinowych
  1. Wykreśl procentową objętość spalin podczas spalania, aby obserwować trendy.
  2. Określ wartość stężenia granicznego dla modelowych spalin spalania. Przy opracowywaniu modelowego paliwa spalinowego do wstępnej analizy mT-FFC, w paliwie modelowym uwzględniono tylko składniki występujące w znaczących proporcjach (>1%).
  3. Dla paliwa modelowego należy wybrać tylko te współczynniki równoważności, które generują znaczne ilości wodoru i tlenku węgla (>1% dla każdego składnika) w spalinach.
  4. Zanotować procentową objętość dla każdej ze składowych spalin spełniających kryteria ppkt 4.3.

5. Konfiguracja testowania ogniw paliwowych

  1. Określ zakresy natężenia przepływu dla każdego gazu. Pomnóż procentową objętość uzyskaną z wyników analizy GC przez całkowite natężenie przepływu modelowych spalin spalinowych pożądanych w każdym ogniwie paliwowym.
  2. Ocenić zakres natężeń przepływu dla każdego rodzaju spalin w celu określenia maksymalnego i minimalnego przepływu dla każdego gatunku.
  3. Wybierz przepływomierze zgodnie z tymi samymi zasadami, które opisano w kroku 2.1.
  4. Zbuduj aparaturę testującą, mocując przepływomierze do zbiorników gazu za pomocą rurek miedzianych.
  5. Ustaw regulatory ciśnienia gazu na wartość zalecaną dla przepływomierzy.
  6. Umieść zawory jednokierunkowe w ścieżce rurki miedzianej za każdym przepływomierzem za pomocą gazu palnego.
  7. Połącz ze sobą wszystkie porty wyjściowe przepływomierza za pomocą miedzianych rurek i kolektora.
  8. Umieść mikrorurkowy SOFC po wewnętrznej stronie stalowej rurki o średnicy wewnętrznej nieco większej niż średnica zewnętrzna ogniwa paliwowego. Uszczelnij ogniwo paliwowe do stalowej rurki za pomocą kleju ceramicznego.
  9. Połącz stalową rurkę z mikrorurkowym SOFC z kawałkiem ceramicznego materiału ogniotrwałego, aby utrzymać ogniwo paliwowe w piecu.
  10. Wykorzystaj technikę 4 sond10,11 z przewodami do odbioru prądu i napięcia podłączonymi do mikrorurkowego SOFC z 2 przewodami na anodzie i 2 przewodami na katodzie. Upewnij się, że przewody nie krzyżują się ze sobą, tworząc zwarcia.
  11. Podłącz cztery przewody do czterech sond potencjostatu10,11.
  12. Podłącz potencjostat do komputera10,11.
  13. Umieścić termoparę w piecu tak, aby końcówka dotykała zewnętrznej strony mikrorurkowego elektrolitu SOFC10,11.
  14. Podłącz przewody termopary do modułu akwizycji danych.
  15. Podłącz moduł akwizycji danych do komputera przez port USB.
    UWAGA: Rysunek 2 to uproszczony schemat przedstawiający konfigurację testową mT-FFC. Po opracowaniu paliwa modelowego i ustaleniu konfiguracji do kontrolowania przepływu paliwa do ogniwa paliwowego, testowanie może przebiegać zgodnie z konwencjonalnymi metodami testowania ogniw paliwowych. Metody te są dobrze ugruntowane w literaturze i nie będą tutaj powtarzane.

figure-protocol-7
Rysunek 2. Schemat konfiguracji testowania mikrorurowych ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem. PrzepływyH2, CO, CO2, N2 (czarne strzałki) są regulowane za pomocą MFC i zaworu jednokierunkowego, aby zapobiec cofaniu się płomienia. Elektrony przepływają (zielona linia) od SOFC w piecu do potencjostatu i z powrotem do SOFC. Przepływ danych termopary i danych elektrochemicznych jest reprezentowany przez czerwone strzałki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Komora charakterystyki spalania powinna być sprawdzona przed testowaniem pod kątem pożądanych proporcji równoważności przepływu powietrza do komory lub innego wycieku powietrza podczas testowania. Wiadomo, że procesy spalania w otwartych komorach są prawie izobaryczne. W rezultacie ciśnienie w komorze spalania może być niewystarczające, aby zapewnić, że powietrze z otoczenia zewnętrznego nie będzie cofać się do komory spalania z otworu wylotowego komory lub innych punktów nieszczelności. ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Omawiany tutaj protokół jest ważnym pomostem między wcześniejszymi badaniami charakterystyki spalania a testami ogniw paliwowych. Wykorzystanie spalania do reformingu paliwa i testowania ogniw paliwowych jest stosowane od kilku lat w konfiguracjach DFFC10-15. Jednak charakterystyka procesu spalania w DFFC dotyczy przede wszystkim charakterystyki składu płomienia in situ 16 i wykorzystuje MS8. Ponieważ DFFC jest otwarty na otoczenie, skład spalin składa się głównie z wody i CO

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca jest wspierana przez umowę z Uniwersytetem Syracuse przyznaną przez Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems z finansowaniem w ramach głównej nagrody numer DE-EE0006031 od Departamentu Energii USA i uzupełniającym finansowaniem w ramach nagrody numer 53367 od New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), kontrakt 61736 od NYSERDA, oraz nagroda przyznana przez Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) za pośrednictwem Syracuse Center of Excellence, pod numerem nagrody #C120183. Praca ta jest wspierana przez National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program w ramach grantu nr 1247399.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Chromatograf gazowySRI Instruments, Inc.SRI 8610C
Termopary typuK OmegaKQXL-116G-6Niestandardowa długość
przedłużacza termopary typuK OmegaEXTT-K-20-SLE-100
Regulator przepływu masowegoOmegaFMA54270-40 L/min (N2)
Używany do metanu
Regulator przepływu masowegoOmegaFMA54430-200 L/min (N2)
Używany do powietrza
Regulator przepływu masowegoOmegaFMA5402A0-10 ml / min (N2)
Używany do CO
Regulator przepływu masowegoBrooks InstrumentSLA5850200 SCCM (Propan)
Używany do regulatora przepływu masowego CO2
BrooksInstrumentSLA58505 l/min (powietrze)
Używany do N2
Regulator przepływu masowegoBrooks InstrumentSLA5850500 SCCM (N2)
Używany do regulatora H2
RegulatorProducts GroupHP721-125-350-FReduktor zbiornika metanu
Harris Grupa produktówHP702-050-590-E
ReduktorAirgasY11-SR145BZbiornik CO
RegulatorHarris Grupa ProduktówHP702-050-320-EZbiornik CO2
ReduktorAirgasY12-215BZbiornik N2
RegulatorProducts GroupHP702-015-350-DZbiornik H2
Metan, sprężony,
ultra wysokiej czystości		AirgasUN1971Ekstremalnie łatwopalny
Powietrze, sprężone,
ultra czysty		gaz powietrznyUN1002Nie klasyfikowane jako niebezpieczne dla zdrowia.
CO, Sprężony,
Ultra wysokiej czystości		Gaz powietrznyUN1016Toksyczny przez wdychanie, Skrajnie łatwopalny
CO2, Sprężony,
klasy badawczej		Gaz powietrznyUN1013Duszący w wysokich stężeniach
N2, Sprężony,
Ultra wysokiej czystości		Airgas UN1066Nie sklasyfikowany jako niebezpieczny dla zdrowia.
H2, sprężony,
Gaz		powietrznyUN1049Skrajnie łatwopalny, pali się niewidzialnym płomieniem
Miernik źródłaTektronix, Inc.Keithley 2420Łączy się z komputerem przez USB
Poziomy piec rurowy dzielonyMTI KorportacjaOTF-1200X
Akwizycja danychNational InstrumentsNI cDAQ-9172Łączy się z komputerem przez USB
Wejście termoparyNationalInstruments NI 9211Łączy się z cDAQ-9172
Sterowanie komputerowe dla regulatorów przepływu masowegoNational InstrumentsNI 9263Łączy się z cDAQ-9172
Sterowanie komputerowe dla regulatorów przepływu masowego
Oprogramowanie testująceNational InstrumentsLabVIEW 8.6
CeramabondAremco552-VFG1 litr
Harris zbiornika powietrza Harris o ultra wysokiej czystości

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Analiza chromatografem gazowymanaliza spektrometrem masspaliny z procesu spalania bogatego w paliwoogniwo paliwowe z tlenkiem sta ymkonfiguracja komory spalaniamonitorowanie temperatury za pomoc termoparypobieranie pr bek gaz w wylotowych

Powiązane artykuły