Introduction
Solido celle a combustibile ossido (SOFC) innovazioni sono stati segnalati negli ultimi anni come la tecnologia continua a svilupparsi. Tra i numerosi vantaggi, SOFC sono diventati noti per l'efficienza del carburante alta, basse emissioni e flessibilità ridotto di carburante rispetto ad altre tecniche di produzione di energia di combustione basato 1. Inoltre, SOFC scalabili garantendo la massima efficienza del carburante anche a piccole scale. Purtroppo, le limitazioni in infrastrutture per l'idrogeno corrente hanno creato la necessità di sistemi di alimentazione riforma che spesso sono inefficienti. Un recente sviluppo è il micro-tubolare celle a combustibile fiamma assistita (MT-FFC) ha riportato nel precedente lavoro dell'autore 2. La MT-FFC è il primo esempio di una cella a combustibile fiamma assistita (FFC), che si basa sui benefici della cella a combustibile fiamma diretta originale (DFFC), che fornisce la generazione di calore e combustibile riforma tramite combustione 3. La configurazione DFFC pone un SOFC a diretto contatto con una fiamma aperta al envir ambientebiente. La fiamma ossida parzialmente idrocarburi più pesanti per creare H 2 e CO, che può essere utilizzato direttamente nel SOFC con minore potenziale di coking carbonica rispetto al puro metano o altri idrocarburi più pesanti. Inoltre, la fiamma fornisce l'energia termica necessaria per portare il SOFC alla sua temperatura di esercizio. Una recente modifica all'originale DFFC verificato spostando il SOFC fuori dalla regione di fiamma e canalizzare lo scarico di combustione al SOFC per creare il FFC 2. A differenza del DFFC, la combustione avviene in una camera parzialmente chiuso (anziché l'ambiente) in modo che il rapporto tra carburante e aria può essere controllato e scarico può essere direttamente alimentato alla cella a combustibile senza combustione completa verificano. FFC hanno vantaggi aggiuntivi, tra cui l'utilizzo di carburante e ad alto rendimento elettrico rispetto a DFFCs 2.
Come un settore emergente della ricerca, tecniche sperimentali sono necessari in grado di valutare il potenziale di mt-FFCs per le future applicazioni di generazione di energia. Queste tecniche richiedono un'analisi di ossidazione parziale, o la combustione ricca di combustibile e il gas di scarico che è stato identificato come un modo di generare H 2 e CO, noto anche come syngas, insieme con CO 2 e H 2 O. Il syngas possono essere utilizzati direttamente nelle celle a combustibile per la produzione di energia. L'analisi dei gas di scarico di combustione ricchi di combustibile è stato ben definito negli ultimi anni ed è stata effettuata teoricamente 4, computazionalmente 5,6 e sperimentalmente 7 per vari scopi diversi. Molti degli studi teorici e computazionali hanno fatto affidamento su analisi equilibrio chimico (CEA) per valutare le specie di prodotti di combustione che sono energeticamente favorevole, e modelli cinetici chimici per meccanismi di reazione. Mentre questi metodi sono stati molto utili, molte tecnologie emergenti hanno fatto affidamento sulla tecniche sperimentali durante la ricerca e sviluppo. Tecniche sperimentali in genere si basano su analisi del gas di scarico di combustione utilizzando un gascromatografo (GC) 7 o uno spettrometro di massa (MS) 8. O il GC linea / siringa o la sonda MS viene inserito nello scarico di combustione e le misurazioni vengono effettuate per valutare la concentrazione di specie. L'applicazione delle tecniche sperimentali è stato comune nel settore della produzione di energia su piccola scala. Alcuni esempi includono combustori micro che sono stati sviluppati per operare con singoli SOFC camera 7,9 e DFFCs 10-15. L'analisi del gas di scarico di combustione avviene in un'ampia gamma di condizioni operative comprese diverse temperature, portate e rapporti di equivalenza.
Nel campo della ricerca DFFC, combustibile ed ossidante può essere parzialmente premiscelato o non premiscelata, con il bruciatore aperta verso l'ambiente che garantisce la combustione completa. Con la necessità di analizzare la composizione di fiamma, un MS è stato utilizzato in molti casi per DFFC ricerca e combustione analisi 16. Il recente sviluppo più del FFC differisce basandosi sulla combustione premiscelata con il bruciatore in un ambiente parzialmente chiuso per impedire l'ossidazione completa del combustibile. Di conseguenza, è necessaria l'analisi del gas di scarico di combustione in un ambiente controllato privo di perdite d'aria. Tecniche sperimentali sviluppati per questo scopo si basano sulle tecniche precedenti utilizzati per la ricerca di combustione micro con l'analisi GC dei gas di scarico di combustione a diversi rapporti di equivalenza. L'analisi GC porta alla caratterizzazione della composizione di scarico di combustione (cioè la percentuale in volume di ciascun componente dello scarico compreso CO 2, H 2 O, N 2, etc.) Questa analisi consente per la miscelazione di gas separati secondo i rapporti misurati dal GC per creare uno scarico di combustione ricca di carburante del modello per la futura ricerca FFC.
I protocolli per l'analisi esausti di combustione ricchi di combustibile, sviluppando un modello ricco di combustibile scarico della combustione e applicazione lo scarico per il test SOFC sono stabiliti in questo documento. le sfide comuni e le limitazioni sono discussi in queste tecniche.
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Protocol
1. I calcoli di combustione
- Selezionare combustibile per l'analisi. Qui, scegliete il metano come combustibile di riferimento, ma i principi sono trasferibili ad altri idrocarburi.
- Con 1 mole di metano come combustibile, equazione di bilancio (1) per la combustione stechiometrica per ottenere l'equazione (2).
- Calcolare il rapporto aria-carburante stechiometrico per (F / A stoich.) Come nell'equazione 3 per la combustione del metano dividendo la massa di metano dalla massa d'aria. Per calcolare il numeratore è il numero di moli di metano volte la massa molare del metano (16 g · mol -1) e denominatore è il numero di moli di volte ossigeno massa molare di ossigeno (32 g · mol -1) più il numero di moli di tempi di azoto della massa molare di azoto (28 g · mol -1).
- Al fine di variare il rapporto di equivalenza (equazione 4), variare sia la portata dell'aria, la portata di combustibile o entrambi simultaneamente. In genere, fissare una delle grandezze e variare l'altro. Determinare se fissare sia la portata di combustibile o aria per il bruciatore. Per questo esperimento, fissare il tasso del flusso di carburante a 10 L / min e lasciare che la portata d'aria di variare in questa configurazione.
- Con il tasso di carburante di flusso, F, fisso (10 L / min), F / A stoica. calcolato (0,0583), e data la definizione del rapporto di equivalenza, calcolare la portata d'aria, una per ciascun rapporto di equivalenza da testare. L'equazione (5) fornisce un modo diretto di calcolo della portata d'aria in l / min per ciascun rapporto di equivalenza ei risultati sono mostrati per un rapporto di equivalenza di 1 per stechiometria.
NOTA: La Flamm superioreLimite capacità (o limite superiore di esplosione) è il rapporto di equivalenza ricco che può essere bruciato senza tempra la fiamma in assenza di un catalizzatore. i rapporti di equivalenza maggiori possono essere ottenuti con l'uso di un catalizzatore, ma solo la combustione non catalitica è descritto in questo documento. Consultare la letteratura per valutare il limite di infiammabilità superiore per il carburante scelto.
Setup 2. combustione caratterizzazione sperimentale
- Selezionare controllori di flusso di massa (MFC) per il metano e l'aria in base ai tassi di flusso ottenuti nella Fase 1.5. Usare cautela quando si seleziona una dimensione MFC per garantire che il MFC non sarà operativo nella parte bassa della sua gamma (<10% del valore di fondo scala) durante il test. Per questo caso specifico, usare 40 L / min e 200 l / min MFC rispettivamente per il metano e aria,.
- Collegare le MFC ai serbatoi di metano e aria tramite tubi in rame.
- Impostare i regolatori sui serbatoi di metano e aerei per la pressione appropriata per il MFC come specificatodal costruttore. In questo caso, impostare la pressione a 138 kPa (20 psi).
- Calibrare le MFC per garantire portate accurate.
- Costruire la camera di combustione. Per questo esperimento, sviluppare una camera di combustione 914 mm di lunghezza con un diametro di uscita 168 millimetri.
- porti trapano per analisi scarico della combustione e per il posizionamento della termocoppia lungo la lunghezza della camera di combustione. Il numero esatto e la distanza necessaria dipende dalle dimensioni della fiamma e le finalità dell'esperimento. Per questa configurazione, spaziali primi 5 termocoppie posizionate più vicino alla zona di combustione 7 mm. Lo spazio gli ultimi 6 termocoppie 14 mm. Utilizzare la stessa distanza per le luci di scarico.
- Inserire le termocoppie tipo K nella camera di combustione attraverso i fori della porta. Allineare la punta della termocoppia al centro della camera di combustione. Dimensioni dei fori delle porte per adattarsi alla termocoppia e sigillare con puntali in metallo ad alta temperatura e dadi per evitare perdite.
- Connect i K-tipo termocoppie direttamente al modulo di acquisizione dati.
- Collegare il modulo di acquisizione dati al computer tramite l'unità USB.
- Attaccare una valvola unidirezionale nel percorso tubo di rame dopo il MFC carburante e appena prima del bruciatore. Orientare la valvola in modo che il flusso può muovere solo dalla MFC. Le valvole unidirezionali sono un importante elemento di sicurezza per prevenire il flash.
- Controllare il tubo di rame, prima e dopo l'installazione MFC per perdite. Usare acqua e sapone applicato con un pennello per il tubo per rilevare le perdite come perdite creerebbero bolle.
- Collegare la camera di combustione e bruciatore ai controllori di flusso di massa tramite un tubo di rame.
- Dopo aver completato la configurazione della camera di combustione, selezionare una delle luci di scarico per i test. Collegare questa porta per tubi di rame che si estende fino al porto di analisi GC.
- Selezionare una siringa per tirare lo scarico dalla camera di combustione e spingerlo nel GC per l'analisi. Per questo esperimento, utilizzare un25 ml siringa.
- Inserire una valvola a tre vie in linea con i tubi di rame che collega la porta di scarico al GC. Collegare un'estremità della valvola a due vie per il GC, la seconda per la luce di scarico ed il terzo alla siringa 25 ml. Collegare il tubo di rame alla valvola a 3 vie. Usare la siringa per aspirare gas di scarico della combustione dalla camera e poi spingerlo nella GC per l'analisi.
- Collegare la valvola a 3 vie per la GC e la siringa. Azionare lo stantuffo della siringa per garantire un funzionamento efficace.
NOTA: Uno schema semplificato della configurazione è mostrata in Figura 1.
3. Caratterizzazione combustione Experiment 4. Sviluppo del modello di combustione di scarico Imposta cellulare Test 5. Fuel 
Flussi di Figura 1. caratterizzazione combustione sperimentale impostazione schematica. La combustione caratterizzazione apparato sperimentale che mostra schema di carburante, aria e di scarico (frecce nere) e flussi di dati (frecce rosse). valvole unidirezionali sono utilizzati per prevenire il flash.
NOTA: la figura 2 è uno schema semplificato che mostra la configurazione di test mT-FFC. Con il combustibile modello sviluppato e la configurazione stabilita per controllare il flusso di carburante modello per la cella a combustibile, il test può procedere secondo f convenzionaleuel metodi di prova delle cellule. Questi metodi sono ben stabiliti in letteratura e non si ripeteranno qui. 
Figura 2. Micro-tubolare fiamma assistita configurazione test fuel cell schematica. Flussi di H 2, CO, CO 2, N 2 (frecce nere) sono regolati con un MFC e una valvola unidirezionale per impedire un ritorno di fiamma. flusso elettroni (linea verde) dal SOFC nel forno alla potenziostato e di nuovo al SOFC. Flusso di dati termocoppia e dati elettrochimica è rappresentata da frecce rosse. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Representative Results
La camera di caratterizzazione di combustione deve essere controllato prima della prova ai rapporti di equivalenza desiderate per riflusso di aria nella camera o altre perdite d'aria durante la prova. I processi di combustione in camere aperte sono noti per essere quasi isobarica. Come risultato, la pressione all'interno della camera di combustione può non essere sufficiente a garantire che l'aria dall'ambiente esterno è back-fluisce nella camera di combustione dalla camera di scarico o di altri punti di perdita. Ci sono diverse tecniche sperimentali per confermare che nessun riflusso si sta verificando. In primo luogo, per un bruciatore non catalitica, i limiti ricchi di infiammabilità sono ben stabiliti per molti combustibili 18,19. Dopo l'accensione, il rapporto di equivalenza del flusso deve essere regolato lentamente finché si avvicina il ricco limite di infiammabilità. Se i ricchi limite di infiammabilità può essere superato in modo significativo senza fiamma tempra, poi ci sono prove che l'aria è di back-fluendo in tha camera di combustione risultante in una miscela più magra di quanto desiderato. Figura 3 mostra i risultati iniziali ottenuti per secca combustione del metano scarico fino ad un rapporto di equivalenza di 1,85. Anche se non mostrato in figura 3, la fiamma non spegnere fino ad un rapporto di equivalenza di 3,97. Con una ricca infiammabilità limite di soli 1,64 segnalato 18, ottenendo un rapporto di equivalenza di 3,97 non è possibile con la combustione non catalitica. Questi risultati indicano che non vi è perdita di aria nella camera di combustione e una possibile fonte è riflusso dall'uscita di scarico.
Figura 3. Prima di scarico della combustione caratterizzazione. I risultati delle analisi precedenti a prevenire il riflusso di aria nella camera di combustione spettacolo fluttuazioni casuali di specie. Deviazione dal trend attesi indica un mix improprioing o perdite d'aria. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
L'esame dei limiti superiori di infiammabilità per il combustore non è l'unico modo per verificare riflusso. Una seconda indicazione da figura 3 è che le tendenze per molte delle specie di scarico non seguono le tendenze attesi. CEA è una tecnica comune che viene utilizzato per valutare i prodotti di combustione in base alle quali i prodotti sono energeticamente favorevole in diverse condizioni di temperatura, pressione, e il rapporto di equivalenza. CEA fornisce un modo di valutare tendenze che dovrebbero essere osservabile in questo esperimento. Diversi risultati CEA per i combustibili più comuni possono essere trovati nella letteratura o possono essere valutati utilizzando programmi software sviluppati per questo compito. La figura 4 mostra il CEA risultati per le specie principali a secco combusti metano in scarico. Mentre quasi tutte le specie di scarico mostrati in figura 3 si discostano da tendenze previste, O 2 è forse la più importante. A rapporti di equivalenza maggiori di 1, pochissimo O 2 è previsto come la maggior parte di esso dovrebbe essere consumato durante la combustione per formare prodotti di combustione. Mentre la concentrazione O 2 è bassa nella maggior parte della gamma, ottenendo una maggiore quantità di O 2 ad un rapporto di equivalenza di 1,75 e 1,85 rispetto ad abbassare i rapporti di equivalenza non è previsto. Questa è una possibile indicazione di una miscelazione incompleta o riflusso di O 2 nella camera di combustione. Inoltre, la rilevazione CH 4 a 1 volume per cento o superiore in tutta questa gamma è anche una possibile indicazione di miscelazione incompleta. L'analisi delle tendenze attraverso il confronto con i risultati CEA può aiutare a indicare se vi è il riflusso d'aria o di possibili problemi di miscelazione.
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Figura 4. Analisi chimica di equilibrio di prodotti metano / aria di combustione. Analisi di equilibrio chimico (CEA) risultati mostrano previsioni di equilibrio termodinamico per la composizione dei gas di scarico in diversi rapporti di equivalenza. Mentre i dati sperimentali non corrisponde perfettamente, CEA fornisce un'indicazione delle tendenze previste. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Back-flusso di aria allo scarico della camera di combustione è stato rilevato e impedito bloccando una porzione della luce di scarico della camera di combustione, come descritto nella sezione di discussione. Dopo aver bloccato una porzione della luce di scarico della camera di combustione del limite ricchi infiammabilità aveva un rapporto di equivalenza di circa 1,45 per la camera di combustione. Con controcorrente impedito, la combustionescarico è stato valutato nei rapporti di equivalenza e portate di carburante e la portata dell'aria indicati nella Tabella 1. Le portate indicati nella Tabella 1 sono stati ottenuti nel passo 1.5 del protocollo utilizzando equazione 5. Figura 5 mostra i risultati della caratterizzazione di scarico della combustione a secco per la condizioni riportate nella Tabella 1. Figura 5 conferma che le tendenze attuali sono paragonabili ai risultati CEA illustrati nella Figura 4. Questo fornisce alcune validazione dei risultati. Tuttavia, ci sono alcuni punti che deviano da tendenze CEA quali CO 2 ad un rapporto di equivalenza di 1,45. Una porzione dell'errore con un rapporto di equivalenza di 1,45 è che il combustore funziona in prossimità del limite ricchi infiammabilità, che può causare instabilità all'interno della fiamma, possibile tempra e deviazioni nel campione di scarico. L'analisi deve essere ripetuta per garantire la ripetibilità e precisione dei risultati. Operando al di sotto dei ricchi-FLSi raccomanda limite ammability della camera (per esempio, circa un rapporto massimo di equivalenza di 1,4 in questa configurazione).
| rapporto di equivalenza | Portata Metano (L / min) | Portata d'aria (L / min) |
| 0,80 | 10 | 119,0 |
| 0.90 | 10 | 105.8 |
| 1.00 | 10 | 95,0 |
| 1.05 | 10 | 90.6 |
| 1.10 | 10 | 86.5 |
| 1.15 | 10 | 82.8 |
| 1.20 | 10 | 79,3 |
| 1.25 | 10 | 76,1 |
| 1.30 | 10 | 73,2 |
| 1.35 | 70,5 | |
| 1.40 | 10 | 68.0 |
| 1.45 | 10 | 65,7 |
Tabella 1. combustione di metano e la caratterizzazione del flusso d'aria tassi a diversi rapporti di equivalenza. Calcolo delle portate richieste è discusso nella sezione 1 del protocollo. Equazione 5 viene utilizzato per calcolare le portate di aria sulla base del rapporto di equivalenza ed una portata di metano fisso.
Figura 5. Analisi della combustione caratterizzazione di scarico metano / aria di combustione. Risultati migliorati ottenuti dopo impedisca il flusso di aria nella camera di combustione. Le tendenze sono simili alle previsioni CEA forniscono fiducia nella precisione dei risultati. Più test dipuò essere necessaria la scarico quando deviazioni dai trend attesi si verificano. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Con il gas di scarico della combustione caratterizzato fino ai ricchi limite di infiammabilità, i gas di scarico modello di combustione può essere sviluppato per i test MT-FFC. Sviluppo dello scarico modello di combustione dipende da quale specie scarico sono più rilevanti per lo studio. Negli studi iniziali della FFC, l'interesse principale è nella comprensione delle caratteristiche delle prestazioni cella a combustibile a gas di scarico di combustione con quantità relativamente piccole di combustibile disponibile per la conversione di energia elettrochimica. Queste caratteristiche includono densità di potenza di picco, densità di corrente, tensione a circuito aperto, utilizzazione del combustibile ed efficienza a diversi rapporti di equivalenza e le temperature di esercizio. Operando in una concentrazione di carburante relativamente piccolo è ona delle caratteristiche principali che distinguono FFC il maggior numero di celle a combustibile funzionano con alte concentrazioni di carburante e basse concentrazioni di altri gas, tra cui CO 2, H 2 O e gas inerti, tra gli altri. Per rendere questa valutazione solo i gas rilevati nella caratterizzazione di combustione con percentuali di volume superiore all'1% sono stati inclusi nello scarico modello di combustione. Come risultato, solo H 2, CO, CO 2 e N 2 sono stati necessari per sviluppare uno scarico di combustione ricca di combustibile modello per la combustione del metano. La Tabella 2 mostra i risultati della valutazione caratterizzazione combustione. Per una portata totale sul lato anodico della cella a combustibile di 300 ml / min, le portate di ogni specie sono mostrati in Tabella 2.
| rapporto di equivalenza | H 2% in volume | H | CO% in volume | CO (ml · min -1) | CO 2% in volume | CO 2 (ml · min -1) | N 2% in volume | N 2 (ml · min -1) | Totale (ml · min -1) |
| 1.10 | 1.1 | 3.2 | 2.4 | 7.2 | 11.3 | 34.0 | 85.2 | 255.6 | 300 |
| 1.15 | 1.8 | 5.4 | 3.2 | 9.7 | 10.6 | 31.9 | 84.4 | 253.1 | 300 |
| 1.20 | 4.3 | 12.9 | 4.6 | 13.8 | 10.0 | 29.9 | 81,1 | 243,4 | 300 |
| 1.25 | 6.4 | 19.1 | 5.6 | 16,7 | 9.2 | 27.6 | 78.9 | 236,6 | 300 |
| 1.30 | 8.0 | 24,0 | 6.5 | 19.5 | 8.5 | 25.6 | 77.0 | 230,9 | 300 |
| 1.35 | 11.5 | 34.6 | 8.0 | 24.1 | 8.3 | 24.8 | 72.2 | 216.5 | 300 |
| 1.40 | 12.4 | 37.3 | 8.7 | 26.2 | 7.6 | 22.7 | 71,3 | 213,8 | 300 |
Tabella 2. Modello di scarico di combustione composizione e portate. Risultati sperimentali ottenuti per la caratterizzazione di combustione sono mostrati come volume di percents della specie rilevate. La portata totale del modello di scarico di combustione ricchi di combustibile per le celle a combustibile è stato impostato a 300 ml / min. La portata di ogni singola specie è calcolato moltiplicando la portata totale e la percentuale in volume di ciascuna specie.
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Discussion
Il protocollo discusso qui è un importante ponte tra la ricerca precedente caratterizzazione di combustione e la sperimentazione di celle a combustibile. L'uso di combustione per il carburante riforma e il test delle celle a combustibile è stata applicata da diversi anni in DFFC configurazioni 10-15. Tuttavia, la caratterizzazione del processo di combustione in DFFCs riguarda principalmente caratterizzazione in-situ della composizione di fiamma 16 e utilizza un MS 8. Poiché il DFFC è aperta verso l'ambiente, la composizione di scarico consiste principalmente di acqua e CO 2 e non è necessaria la caratterizzazione del gas di scarico. Per sviluppare la recente concept FFC una procedura per caratterizzare il gas di scarico di combustione in una camera parzialmente chiuso (cioè, uno che mantiene il rapporto combustibile-aria) è necessario. Invece di utilizzare un MS, GC è applicabile per l'analisi esausti di combustione 7. Dopo aver caratterizzato scarico, un metodo semplice per testare le celle a combustibile all'interno di questo exhaust è necessario. Mentre è possibile sviluppare un apparato bruciatore e celle a combustibile di test completamente integrata, questa procedura fornisce un semplice passo che può essere applicato per la ricerca scientifica delle prestazioni delle celle a combustibile con vari composizioni scarico. Mentre l'approccio caratterizzazione di combustione è comune, la sua applicazione per la ricerca FFC è un importante sviluppo.
Le fasi più critiche di questa procedura sono per garantire che le misure di sicurezza adeguate sono state prese prima dell'accensione; e per assicurare che non vi siano perdite di aria nella camera di combustione. L'uso di valvole unidirezionali e / o limitatori di fiamma così come i materiali ad alta temperatura è importante per la sicurezza dell'apparecchiatura e dei ricercatori. Come illustrato nella sezione dei risultati, una vasta gamma di risultati errati può verificarsi se è riflusso o altro fuoriuscita di aria nella camera di combustione. Questo riflusso altera il rapporto di equivalenza della miscela e può creare diversimiscelazione modelli che creano risultati come quelli illustrati nella figura 3.
Mentre due metodi per determinare se vi è un riflusso d'aria nella camera di combustione sono già state descritte, c'è un terzo modo di determinare se si sta verificando. Questo metodo valuta soltanto se la fiamma continua a bruciare quando l'MFC per aria viene spenta. In questo processo di combustione premiscelata il solo aria per reazioni di combustione viene alimentata attraverso il MFC. Dopo l'accensione, l'alimentazione dell'aria può essere spento mentre il combustibile viene lasciato acceso. La fiamma si spegne in assenza di aria. Se la combustione continua, quindi eseguire il flusso di aria nella camera di combustione si sta verificando. Dopo aver determinato che vi è riflusso di aria nella camera di combustione, impedendo il riflusso di aria è necessario prima di procedere. Risolvere il problema può essere relativamente semplice. Lo scarico di combustione è caldo e quindi meno vivace, che induce a salire verso l'alto della combustioneCamera. Qualsiasi riflusso d'aria nell'estremità camere si verifica nella parte inferiore della camera. Dopo aver bloccato la sezione inferiore della luce di scarico camere di combustione, le tre tecniche sopra descritte possono essere nuovamente eseguita per assicurare che l'aria viene back-fluisce nella camera. Questa discussione presuppone che la camera è già stato controllato la presenza di perdite. miscelazione completa deve essere verificata anche facendo in modo che ogni metano rilevato è in tracce e le misure GC sono ripetibili.
Dopo che caratterizza il scarico della combustione e sviluppare la composizione modello di scarico di combustione, vi è una gamma di applicazioni di test delle celle a combustibile. La sezione protocollo descrive specifica applicazione di questa tecnica per la prova micro-tubolare SOFC. Tuttavia, la stessa procedura di base può essere applicato per testare altre geometrie celle a combustibile compresi planare e più grandi SOFC tubolari. Il protocollo si estende anche a testare i disegni di stack sia per la geometria. Inoltre, Il protocollo non è limitato a metano come combustibile. Il metodo può essere esteso ad altri alcani e combustibili alcool che hanno anche un potenziale significativo per la generazione di H 2 e CO dai processi di combustione ricchi di combustibile.
Mentre il protocollo descritto ha molte applicazioni che l'ulteriore sviluppo della FFC, ci sono limitazioni a questa tecnica. Il protocollo è stato istituito per testare la possibilità di SOFC che operano in diversi processi e combustibili combustione ricchi di carburante. Il potenziale si osserva quando le celle a combustibile operano in scarico ricchi di carburante del modello. In particolare, gli indicatori chiave di prestazione promettente includono ad alta densità di potenza, densità di corrente, utilizzazione del combustibile e la tensione a circuito aperto realizzato nella cella a combustibile. Tuttavia, lo sviluppo di un modello di carburante con solo le specie più significative presenti limita gli studi che possono essere condotti. Ad esempio, operano le SOFC nello scarico modello di combustione per il test a lungo termine è possibile, ma iot non può fornire la migliore indicazione delle reali caratteristiche di prestazione a lungo termine della cella a combustibile. A lungo termine, alcune delle specie in tracce nei gas di scarico di combustione può diventare dannosa per le prestazioni SOFC. Testare questi risultati richiede la piena integrazione della SOFC con un bruciatore reale e il gas di scarico della combustione completa. Anche se queste limitazioni sono presenti, la tecnica offre ancora un mezzo semplice e controllati per valutare le prestazioni FFC e potenziale come future fonti di generazione di energia.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gas chromotograph | SRI Instruments, Inc. | SRI 8610C | |
| K type thermocouples | Omega | KQXL-116G-6 | Custom length |
| K type thermocouple extension wire | Omega | EXTT-K-20-SLE-100 | |
| Mass flow controller | Omega | FMA5427 | 0-40 L/min (N2) Used for methane |
| Mass flow controller | Omega | FMA5443 | 0-200 L/min (N2) Used for air |
| Mass flow controller | Omega | FMA5402A | 0-10 ml/min (N2) Used for CO |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 200 SCCM (Propane) Used for CO2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 5 L/min (Air) Used for N2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 500 SCCM (N2) Used for H2 |
| Regulator | Harris Products Group | HP721-125-350-F | Methane tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-590-E | Air tank |
| Regulator | Airgas | Y11-SR145B | CO tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-320-E | CO2 tank |
| Regulator | Airgas | Y12-215B | N2 tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-015-350-D | H2 tank |
| Methane, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1971 | Extremely Flammable |
| Air, Compressed, Ultra pure |
Airgas | UN1002 | Not classified as hazardous to health. |
| CO, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1016 | Toxic by inhalation, Extremely flammable |
| CO2, Compressed, Research grade |
Airgas | UN1013 | Asphyxiant in high concentrations |
| N2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1066 | Not classified as hazardous to health. |
| H2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1049 | Extremely flammable, burns with invisible flame |
| Source meter | Tektronix, Inc. | Keithley 2420 | Connects to computer via USB |
| Horizontal split tube furnace | MTI Corportation | OTF-1200X | |
| Data acquisition | National Instruments | NI cDAQ-9172 | Connects to computer via USB |
| Thermocouple input | National Instruments | NI 9211 | Connects to cDAQ-9172 |
| Computer control for Mass Flow Controllers | National Instruments | NI 9263 | Connects to cDAQ-9172 Computer control for Mass Flow Controllers |
| Testing software | National Instruments | LabVIEW 8.6 | |
| Ceramabond | Aremco | 552-VFG | 1 Pint |
References
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