This work is supported by an agreement with Syracuse University awarded by the Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems with funding under prime award number DE-EE0006031 from the US Department of Energy and matching funding under award number 53367 from the New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), contract 61736 from NYSERDA, and an award from Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) through the Syracuse Center of Excellence, under award number #C120183. This work is supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant No. 1247399.

1. Yanma Hesaplamaları <ol><li> analiz için yakıt seçin. Burada, referans yakıt olarak metan seçer, ancak prensipler diğer hidrokarbon yakıtlara devredilemez. </li><li> stokiyometrik yanma için yakıt olarak metan 1 mol, denge denklemi (1) ile denklemi elde etmek için (2). <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> Hava kütlesi ile metan kütlesini bölerek stokiyometrik için yakıt-hava oranını (F / A stoich.) Metan yanması için Denklem 3&#39;te olduğu gibi hesaplayın. Hesaplamak için, pay metan kez mol sayısı metan mol kütlesi (16 g · mol-1) ve payda oksijen kez mol sayısı oksijen mol kütlesi (32 g · mol-1) artı azot kez mol sayısı azot molar kütlesi (28 g · mol-1). <img alt="denklem 3"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot; /&gt; </li><li> ekivalan oranının (denklem 4) değiştirilmesi için, hava akış hızı, yakıt akış hızı ya da aynı anda her ikisine birden değişir. Tipik olarak, miktarların birini düzeltmek ve diğer değişir. brülör yakıt veya hava debisini ya düzeltmek için belirleyin. Bu deney için, 10 L / dak yakıt akış hızı düzeltmek ve hava debisi bu kurulum değişir sağlar. <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> Sabit yakıt akış hızı, f, (/ dakika 10 L), F / A soğukkanlı ile. (0.0583) hesaplanır ve ekivalan oranı tanımı verilen hava akış oranını hesaplamak A, her bir ekivalan oranı test edilmesi için. Denklem (5) Her denklik oranı L / dak hava akış oranını hesaplarken doğrudan bir yol sağlar ve sonuçları stokiyometri için 1 bir denklik oranı gösterilmiştir. <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> NOT: Üst Flammkabiliyeti limiti (veya üst patlama limiti), bir katalizör olmadan alev söndürmesiz yanmış olabilir zengin ekivalan oranıdır. Daha yüksek ekivalan oranlarında bir katalizörün kullanımı ile elde edilebilir, ancak olmayan katalitik yanma bu yazıda açıklanmıştır. Seçilen yakıt için üst alevlenme sınırını değerlendirmek için literatürüne bakın. </li></ol> 2. Yanma Karakterizasyonu Deneysel Kurulum <ol><li> Adım 1.5 elde edilen akış oranlarına dayalı metan ve hava için kütle akış kontrol (MFC) seçin. MFC boyutu seçilirken, MFC kendi aralığının düşük ucunda çalışan olmayacak (&lt;tam ölçek değerinin% 10) test sırasında emin olmak için dikkatli kullanın. Bu özel durum için sırasıyla metan ve hava, 40 L / dak ve 200 L / dk MFC&#39;ler kullanın. </li><li> bakır boru aracılığı ile metan ve hava tanklarına MFC&#39;ler bağlayın. </li><li> belirtildiği gibi MFC için uygun basınca metan ve hava tanklarında regülatörleri ayarlayınüretici tarafından. Bu durumda, 138 kPa (20 psi) basıncı ayarlamak. </li><li> doğru akış oranları sağlamak için MFC&#39;ler kalibre. </li><li> yanma odası oluşturmak. Bu deney için, bir yanma haznesi 168 mm çıkış çapı uzunluğunda 914 mm geliştirmek. <ol><li> yanma egzoz analizi için ve yanma odasının uzunluğu boyunca termokupl yerleştirilmesi için matkap bağlantı noktaları. gerekli kesin sayısı ve aralığı, alev büyüklüğü ve deney amaçları bağlıdır. Bu kurulum için, uzay ilk 5 termokupl 7 mm aralıklı yanma bölgeye yakın yerleştirilir. Uzay 14 mm aralıklı son 6 termokupl. Egzoz bağlantı noktaları için aynı mesafeyi kullanın. </li><li> liman delikleri ile yanma odasına K-tipi termokupl yerleştirin. Yanma odasının ortasına termokupl ucu aynı hizaya getirin. Boyut liman delikleri termokupl uygun ve yüksek sıcaklık metal Ferüllü ve sızıntıyı önlemek için fındık ile mühür. </li></ol></li><li> idarevb veri toplama modülüne doğrudan K-tipi termokupl. </li><li> USB sürücü ile bilgisayara veri toplama modülünü bağlayın. </li><li> hemen yakıt MFC sonra sadece brülör önce bakır boru yolu tek yönlü bir valf takın. Bu akış sadece birkaç MFC hareket böylece vana yönlendirmek. tek yönlü valfler flaş geri önlemek için önemli bir güvenlik özelliğidir. </li><li> öncesi ve sızıntılara karşı MFC kurulumundan sonra bakır boru kontrol edin. sızıntı kabarcıklar oluşturmak gibi sızıntıları tespit etmek için boru bir fırça ile uygulanır sabunlu su kullanın. </li><li> bakır boru aracılığı ile kütle akış kontrol için yanma odası ve brülör bağlayın. </li><li> Yanma odası kurulumu tamamladıktan sonra, test için egzoz bağlantı noktalarından birini seçin. GC analizi noktasına uzanan bakır boru için bu porta bağlayın. </li><li> Yanma odasından egzoz çekin ve daha sonra analiz için GC içine itmek için bir şırınga seçin. Bu deney için, bir kullanımı25 ml şırınga. </li><li> GC egzoz bağlantı portu, bakır boru ile uygun olarak, üç yönlü bir valf yerleştirin. GC, egzoz portuna ikinci ve 25 ml şırınga üçüncü iki yollu vana bir ucunu. 3-yollu vana bakır boru bağlayın. odasından yanma egzoz emmek ve sonra analiz için GC içine itmek için şırınga kullanın. </li><li> GC ve şırıngaya 3-yollu vanayı bağlayın. Başarılı çalışmasını sağlamak için şırınga pistonu harekete. Not: bir düzeneğin basitleştirilmiş şematik, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. </li></ol><img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> Şekil 1. Yanma karakterizasyonu deney düzeneği şematik. Yanma karakterizasyonu deney düzeneği şematik gösteren yakıt, hava ve egzoz akımları (siyah oklar) ve veri akışları (kırmızı oklar). Tek yönlü vanalar flaş geri önlemek için kullanılır. <a= &quot;Https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot; href&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. 3. Yanma Karakterizasyonu Deneyi <ol><li> Testten önce, tam olarak şırınga pistonu itmek ve egzoz portu tarafında üç yollu vanasını açın. </li><li> 86.5 L / dakika bir akış hızında ilk hava MFC açın. </li><li> 10 L / dakikalık bir akış hızı ile metan MFC açın. Bu tutuşturmak daha kolaydır 1.10 bir önceden karıştırılmış denklik oranı, biraz zengin bir karışım oluşturur. </li><li> kayıt verilerini başlamak için bilgisayar modülü üzerinden ısıl açın. </li><li> hafif bütan kullanarak yanma odası sonunda karışımını ateşlemek. Kontak açıldıktan sonra alev brülör ön stabilize edilmelidir. </li><li> istenen değere 86.5 L / dakika başlangıç ​​değerinden yavaş havanın akış hızını ayarlayarak toluilen ayarlayın. Çok hızlı hareket etmeye özen gösterin ya da flammab dışına gitmekalev söndürme neden olur ility sınırlar. </li><li> sıcaklıklar stabilize termokupl sonra bir veri dosyasında sıcaklık okuma kaydedin. </li><li> Bir kez daha, egzoz limanından yanma egzoz ayıklamak için şırınga pistonu çekin. </li><li> Yanma egzoz ayıkladıktan sonra, GC tarafına üç yollu vanasını açın ve egzoz portu tarafını kapatın. </li><li> tamamen kapanır ve egzoz tüm GC gönderildi kadar şırınga pistonu itin. </li><li> GC bağlantı noktasını bağlayan bakır boru artık gazların tüm çıkarılana kadar tekrarlayın 3.8-3.10 adımları. kaç kez gösterecektir şırınga hacmine göre bakır boru iç hacminin basit bir analizi tekrarlanması için 3,8-3,10 ihtiyacını adımları. </li><li> boru içinde kalan tüm gazların çıkarılması sonra analiz için son bir egzoz numunesi alır. GC içine egzoz gazını itin ve analiz modu 7,17 GC çevirin. </li><li> kaydederek GC verilerini kaydetmekGC analizi verileri. </li><li> İstenen tüm denklik oranları test kadar tekrarlayın 3.1-3.13 adımları. </li></ol> Model Yanma Egzoz 4. Kalkınma <ol><li> eğilimleri gözlemlemek için yanma egzoz tür hacim yüzdesi çizilir. </li><li> Model yanma egzoz kesilmiş konsantrasyon değerini belirler. Başlangıç ​​MT-FFC analiz için örnek bir yanma atık yakıt geliştirirken, sadece parçalar önemli oranlarda ortaya çıkan (&gt;% 1) modeli yakıt dahil edilir. </li><li> Model yakıt için egzoz önemli hidrojen ve karbon monoksit (her bir bileşen için&gt;% 1) oluşturmak yalnızca denklik oranlarını seçin. </li><li> Egzoz gazı bileşenleri toplantının 4.3 kriterleri her biri için ses yüzdesini kaydedin. </li></ol> 5. Yakıt Hücresi Test Kurulumu <ol><li> Her gaz için akış hızı aralıklarını belirleyin. t GC analizi sonuçlarından elde edilen hacim yüzdesi çarpınO her bir yakıt hücre içinde istenen model yanma egzoz akış hızını toplam. </li><li> her tür için maksimum ve minimum akış belirlemek için her yanma egzoz türler için akış hızlarının aralığı değerlendirin. </li><li> Adım 2.1 açıklanan aynı esaslara göre seçin akış metre. </li><li> bakır boru aracılığı ile gaz tankları akış metre takarak test cihazı oluşturun. </li><li> akış ölçerler için öngörülen değere gaz basınç regülatörleri ayarlayın. </li><li> yanıcı bir gaz kullanılarak, her bir akış metre aşağı doğru, bakır boru yolu, tek yönlü valfler yerleştirin. </li><li> bakır boru ve bir manifoldu yoluyla hep birlikte debimetre çıkış portları bağlayın. </li><li> Yakıt hücresinin dış çapından biraz daha büyük bir iç çapa sahip olan çelik borunun içine mikro-tüp şeklindeki SOFC ayarlayın. seramik yapıştırıcı kullanılarak çelik boru için yakıt hücresi mühür. </li><li> Seramik refrakter m parçasına mikro boru SOFC çelik boru iletişimefırında yakıt hücresi tutmak aterial. </li><li> Anot 2 teller ve katot üzerinde 2 kablo ile mikro tübüler SOFC bağlı akım toplama ve gerilim duygusu telleri ile 4 prob tekniği 10,11 yararlanın. teller birbirine oluşturarak şort geçmemesine dikkat edin. </li><li> Potentiyostat 10,11 dört prob dört teli bağlayın. </li><li> Bilgisayara 10,11 ile potansiyostatı bağlayın. </li><li> Mikro tübüler SOFC elektrolit 10,11 dışını dokunmadan ucu ile fırında bir termokupl yerleştirin. </li><li> veri toplama modülüne termokupl kablolarını takın. </li><li> USB portundan bilgisayara veri toplama modülünü bağlayın. Not: Şekil 2, MT-FFC test kurulumu gösteren basitleştirilmiş bir şemasıdır. geliştirilen model yakıt ve yakıt hücresine modeli, yakıt akışını kontrol etmek için kurulan kurulum ile, test alışılmış f göre gerçekleştirilebilirHücre test yöntemleri UEL. Bu yöntemler literatürde iyi kurulmuş ve burada tekrar edilmeyecektir. </li></ol><img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> Şekil 2. Mikro tübüler alev destekli yakıt hücresi test kurulum şematik. H 2, CO, CO 2 Akımları, N2 (siyah oklar) Bir MFC ve geri flaş önlemek için tek yönlü vana ile düzenlenir. geri SOFC için Elektronlar potentiyostat için fırında SOFC akış (yeşil hat) ve. Termokupl verileri ve elektrokimyasal veri akışı kırmızı oklarla temsil edilir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Gorte, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+towards+commercialization+of+solid+oxide+fuel+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-tubular+flame-assisted+fuel+cells+for+micro-combined+heat+and+power+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+power+generation+directly+from+combustion+flame+of+gases,+liquids,+and+solids.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+study+of+partial+oxidation+of+methane+by+non-equilibrium+oxygen+plasma+to+produce+hydrogen+rich+syngas.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+flames+established+with+jet+in+cross+flow+of+fuel-rich+combustion.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extinction+limits+of+catalytic+combustion+in+microchannels.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas-phase+and+catalytic+combustion+in+heat-recirculating+burners.">Gas-phase and catalytic combustion in heat-recirculating burners.</a> P. Combustion Institute. 30 (2), 2463-2472 (2005).</li><li>K&#1255;hler, M., O&#223;wald, P., Xu, H., Kathrotia, T., Hasse, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speciation+data+for+fuel-rich+methane+oxy-combustion+and+reforming+under+prototypical+partial+oxidation+conditions.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thermally+self-sustaining+miniature+solid+oxide+fuel+cell.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flame-assisted+fuel+cells+running+methane.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+direct+flame+fuel+cell+using+a+propane+flame.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+solid+oxide+fuel+cells+with+multi-element+diffusion+flame+burners.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+a+solid+oxide+fuel+cell+couple+operated+via+in+situ+catalytic+partial+oxidation+of+n-butane.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+study+of+portable+direct-flame+solid+oxide+fuel+cell+(DF-SOFC)+stack+with+butane+fuel.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-performance+no-chamber+fuel+cell+operated+on+ethanol+flame.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coking-free+direct-methanol-flame+fuel+cell+with+traditional+nickel-cermet+anode.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+sintering+temperature+on+the+performance+of+SrSc0.1Co0.9O3-&#948;+oxygen+semipermeable+membrane.">Effects of sintering temperature on the performance of SrSc0.1Co0.9O3-&#948; oxygen semipermeable membrane.</a> Braz. J. Chem. Eng. 32 (3), 757-765 (2015).</li><li>Turns, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. , (2000).</li><li>Glassman, I., Yetter, R. A., Glumac, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combustion. , (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Burada tartışılan protokol önceki yanma karakterizasyonu araştırma ve yakıt hücresi test arasında önemli bir köprüdür. Reformasyon yakıt ve yakıt hücresi testleri için yanma kullanımı DFFC kurulumları 10-15 birkaç yıldır uygulanmıştır. Bununla birlikte, DFFCs yanma işleminin karakterizasyonu alev bileşimin 16 yerinde karakterizasyonu ile ilgilidir ve bir MS 8 kullanır. DFFC ortama açık olduğu gibi, egzoz kompozisyonu çoğunlukla su ve CO 2 ve egzoz karakterizasyonu gerekli değildir oluşmaktadır. Kısmen kapalı bir bölme içinde yanma egzoz karakterize etmek için son FFC konsepti bir prosedür geliştirmek için (yani, hava-yakıt oranını muhafaza eden bir) gereklidir. Bunun yerine, bir MS kullanarak, GC yanma egzoz analizi 7 için de geçerlidir. Bu Srg içinde yakıt hücreleri test etmek için egzoz, basit bir yöntem karakterize sonraAust gereklidir. Bu tam entegre bir brülör ve yakıt hücresi test etme aleti geliştirmek mümkün olsa da, bu prosedür, değişen egzos bileşimleri ile yakıt hücresi performansı bilimsel araştırma için uygulanabilen basit bir ilk adımı içerir. Yanma karakterizasyonu yaklaşım yaygın olmakla birlikte, FFC araştırma uygulama önemli bir gelişmedir. Bu prosedürde en kritik adımlar uygun güvenlik önlemleri ateşleme öncesinde alınmış olmasını sağlamak için vardır; ve yanma odasına hava kaçağı olmadığından emin olmak için. tek yönlü bir valf ve / veya alev tutucular gibi yüksek sıcaklık malzemelerin kullanımı cihaz ve araştırmacı güvenliği için çok önemlidir. Sonuçlar bölümünde gösterildiği gibi, yanma odasına geri akım veya hava diğer sızıntı olması durumunda, doğru bir sonuç geniş oluşabilir. Bu geri akış karışımının denklik oranını değiştirir ve farklı oluşturabilirŞekil 3 &#39;de gösterildiği gibi sonuçlar elde desen karıştırılması. belirlemek için iki yöntem tarif edilmiş olan, yanma odasına havanın geri akışı varsa da, bu kullanım olup olmadığını belirlemek, bir üçüncü bir yolu yoktur. Alev hava için MFC kapatıldığında yanmaya devam ederse, bu yöntem sadece değerlendirir. Bu önceden karıştırılmış yanma işlemi yanma reaksiyonları için sadece hava MFC sağlanır. Yakıt sol ise kontak sonrası, hava beslemesi kapatılabilir. Alev hava yokluğunda sönecektir. yanma devam ederse, o zaman geri akışı havanın yanma odasına gerçekleşiyor. Bu belirlendikten sonra hava geri akışı önlemek yanma odasına havanın geri akım, işleme devam etmeden önce ihtiyaç duyulur. Sorunu Tespit nispeten basit olabilir. Yanma egzoz yanma üstüne yükselmeye neden olur, daha az batmaz bu nedenle sıcak ve birbölme. kesonlar ucuna hava herhangi bir arka akış odasının altındaki ortaya çıkar. yanma odaları egzoz bağlantı alt bölümünü bloke edildikten sonra, yeniden yapılabilir, yukarıda tarif edilen üç teknik hava odasına geri akan emin olmak için. Bu tartışma odası zaten sızıntılara karşı kontrol edilmiştir varsayar. Komple karıştırma da algılanan metan eser miktarlarda ve GC ölçümleri tekrarlanabilir olmasını sağlayarak kontrol edilmelidir. Yanma egzoz karakterize ve model yanma egzoz kompozisyonu geliştirdikten sonra, yakıt hücresi test uygulamaları bir dizi var. protokol bölümü mikro tübüler SOFC testi için bu tekniğin özel uygulama anlatılmaktadır. Bununla birlikte, aynı temel prosedür düzlemsel ve daha büyük bir boru şekilli SOFC dahil olmak üzere diğer yakıt hücresi geometrileri test etmek için uygulanabilir. protokol aynı zamanda her iki geometri için yığın tasarımları test kadar uzanır. Ek olarakProtokol yakıt olarak metan ile sınırlı değildir. Yöntem ayrıca, yakıt açısından zengin yanma işlemlerinden H2 üretimi ve CO için önemli bir potansiyel vardır Diğer alkanlar ve alkol yakıt uzatılabilir. açıklanan protokol daha ileri FFCs gelişimini birçok uygulama olsa da, bu tekniğe sınırlamalar vardır. protokol farklı yakıt bakımından zengin yanma süreçleri ve yakıt faaliyet SOFC olasılığını test etmek için kurulmuştur. Yakıt hücreleri modeli yakıt bakımından zengin egzoz faaliyet sırasında potansiyel görülmektedir. Özellikle, umut verici performansın temel göstergeler yüksek güç yoğunluğu, akım yoğunluğu, yakıt kullanımı ve yakıt hücresinde elde açık devre gerilimini içerir. Bununla birlikte, bu, sadece en önemli türler ile örnek bir yakıt geliştirilmesi yapılabilir çalışmalar sınırlar. Örneğin, uzun vadeli test modeli yanma egzoz içinde SOFC faaliyet mümkün, ama bent yakıt hücresi gerçek uzun süreli performans özelliklerinin en iyi göstergesi sağlamayabilir. Uzun vadede, yanma egzoz eser türlerinin bazıları SOFC performansına zarar olabilir. Bu sonuçları test gerçek bir brülör ve tam yanma egzoz SOFC tam entegrasyonunu gerektirir. Bu kısıtlamalar, mevcut olsa da, teknik hala enerji üretimi gelecekteki bir kaynağı olarak FFCs performans ve potansiyel değerlendirmek için basit ve kontrollü bir araç sağlar.

teknoloji geliştirmeye devam ettikçe katı oksit yakıt hücresi (SOFC) yenilikler son yıllarda bildirilmiştir. Birçok avantajları arasında, SOFC diğer yanma tabanlı enerji üretim teknikleri 1 ile karşılaştırıldığında yüksek yakıt verimliliği, düşük emisyon ve orta yakıt esnekliği için bilinen haline gelmiştir. Ayrıca, SOFC hatta küçük ölçeklerde yüksek yakıt verimliliği sağlayan büyütülebilir. Ne yazık ki, mevcut hidrojen altyapısı sınırlamalar genellikle verimsiz yakıt reform sistemleri için bir ihtiyaç yaratmıştır. Son zamanlarda gelişme mikro tübüler alev destekli yakıt hücresi (mT-FFC) yazarın daha önceki çalışmaları 2 olduğu bildirilmiştir. MT-FFC yanma 3 aracılığıyla reform ısı üretimine ve yakıt sağlar orijinal doğrudan alev yakıt hücresi (DFFC), faydaları üzerine inşa alev destekli yakıt hücresi (FFC) ilk örneğidir. DFFC ayar çevre Envir açık bir alev ile doğrudan temas halinde olan bir SOFC yerleştirironment. Alev kısmen saf metan veya diğer daha ağır hidrokarbon göre C-koklaştırma için daha az potansiyele sahip SOFC doğrudan kullanılabilir H2 ve CO oluşturmak için daha ağır hidrokarbon yakıtların okside eder. Buna ek olarak alev kendi çalışma sıcaklığına SOFC getirmek için gerekli ısı enerji sağlar. Orijinal DFFC için yeni bir değişiklik alev bölge dışına SOFC hareketli ve FFC 2 oluşturmak için SOFC yanma egzoz kanalize ederek meydana geldi. DFFC farklı olarak, yanma (yerine ortam içinde) kısmen kapalı bir oda içinde, hava oranı, yakıt kontrol edilebilir ve egzoz doğrudan tam yanma meydana gelmeden yakıt hücresine beslenebilir ortaya çıkar. FFCs yüksek yakıt kullanımı ve DFFCs 2 ile karşılaştırıldığında yüksek elektriksel verimlilik gibi ek avantajları var. Araştırma gelişmekte olan bir alanda olduğu gibi, gerekli deneysel teknikler mT-FF potansiyelini değerlendirmek olduğunuGelecekteki enerji üretim uygulamaları için Cs. Bu teknikler, CO2 ve H2O ile birlikte, kısmi oksidasyon ya da yakıt bakımından zengin yanma ve ayrıca sentez gazı olarak da bilinen H2 ve CO, üretilmesi için bir yol olarak tanımlanmıştır egzoz analizini gerektirir Sentez gazı, enerji üretimi için yakıt hücrelerinde doğrudan kullanılabilir. Yakıt zengin yanma egzoz analizi de son yıllarda kurulmuştur ve çok farklı amaçlar için teorik olarak 4, hesaplama 5,6 ve deneysel 7 yürütülmektedir. Teorik ve sayısal çalışmaların çoğu reaksiyon mekanizmaları için yanma ürünü enerjik elverişli türler ve kimyasal kinetik modelleri değerlendirmek için kimyasal denge analizi (CEA) yararlanmıştır. bu yöntemler çok yararlı olabilirdi, birçok gelişmekte olan teknolojiler araştırma ve geliştirme sırasında deneysel teknikler üzerine yararlanmıştır. Deneysel teknikler genellikle Ana güveniyorkullanmak suretiyle yanma egzoz parçalama ya da bir gaz kromatograf (GC) 7 ya da kütle spektrometresi (MS), 8. GC hattı / şırınga veya MS prob Ya yanma egzoz sokulur ve ölçümler türlerin konsantrasyonunun değerlendirmek için alınır. Deneysel tekniklerin uygulanması küçük ölçekli elektrik üretimi alanında yaygın olmuştur. Bazı örnekler tek odacık SOFC 7,9 ve DFFCs 10-15 ile çalışmak üzere geliştirilmiş olan mikro yakma cihazlarım içerir. Yanma egzoz analizi, farklı sıcaklıklarda, akış oranları ve ekivalan oranlarında içeren çalışma koşulları geniş altında oluşur. DFFC araştırma, yakıt ve oksidanın alanında tam yanma sağlar ortam açık brülör kısmen önceden karıştırılmış ya da olmayan önceden karıştırılmış olabilir. Alev kompozisyon analiz etmek için ihtiyacı olan bir MS DFFC araştırma ve yanma analizleri 16 pek çok durumda kullanılmaktadır. FFC en son gelişmeler yakıtın toplam oksidasyonunu engellemek için kısmen kapalı bir ortamda brülör ile önceden karıştırılmış yanma dayanarak değişmektedir. Bunun bir sonucu olarak, hava kaçağı arındırılmış kontrollü bir ortamda yanma egzoz analizi gereklidir. Bu amaçla geliştirilen deneysel teknikler değişen denklik oranlarda yanma egzoz GC analizi ile mikro yakıcı araştırma için kullanılan önceki tekniklere dayanmaktadır. GC analizi, yanma egzoz bileşimin özelliklerinin neden olur (yani, CO2 dahil olmak üzere her çıkış bileşenin hacim yüzdesi, H2 O, N 2, vs.) Bu analiz ile ölçülen oranına göre farklı gazların karıştırma sağlar GC gelecek FFC araştırma için bir model yakıt bakımından zengin yanma egzoz oluşturun. Yakıt açısından zengin yanma egzoz analiz model yakıt bakımından zengin yanma egzoz geliştirilmesi ve uygulamak için protokollerSOFC test için egzoz ing Bu yazıda kurulmuştur. Ortak zorluklar ve sınırlamalar bu teknikler için tartışılmıştır.

<table><tbody><tr><td>Gas chromotograph</td><td>SRI Instruments, Inc.</td><td>SRI 8610C</td><td></td></tr><tr><td>K type thermocouples</td><td>Omega</td><td>KQXL-116G-6</td><td>Custom length</td></tr><tr><td>K type thermocouple extension wire</td><td>Omega</td><td>EXTT-K-20-SLE-100</td><td></td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Omega</td><td>FMA5427</td><td>0-40 L/min (N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)&lt;br/&gt; Used for methane</td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Omega</td><td>FMA5443</td><td>0-200 L/min (N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)&lt;br/&gt; Used for air</td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Omega</td><td>FMA5402A</td><td>0-10 ml/min (N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)&lt;br/&gt; Used for CO</td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>200 SCCM (Propane)&lt;br/&gt; Used for CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>5 L/min (Air)&lt;br/&gt; Used for N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>500 SCCM (N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)&lt;br/&gt; Used for H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Harris Products Group</td><td>HP721-125-350-F</td><td>Methane tank</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-590-E</td><td>Air tank</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Airgas</td><td>Y11-SR145B</td><td>CO tank</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-320-E</td><td>CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; tank</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Airgas</td><td>Y12-215B</td><td>N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; tank</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-015-350-D</td><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; tank</td></tr><tr><td>Methane, Compressed,&lt;br/&gt;Ultra high purity</td><td>Airgas</td><td>UN1971</td><td>Extremely Flammable</td></tr><tr><td>Air, Compressed,&lt;br/&gt;Ultra pure</td><td>Airgas</td><td>UN1002</td><td>Not classified as hazardous to health.</td></tr><tr><td>CO, Compressed,&lt;br/&gt;Ultra high purity</td><td>Airgas</td><td>UN1016</td><td>Toxic by inhalation, Extremely flammable</td></tr><tr><td>CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, Compressed,&lt;br/&gt;Research grade</td><td>Airgas</td><td>UN1013</td><td>Asphyxiant in high concentrations</td></tr><tr><td>N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, Compressed,&lt;br/&gt; Ultra high purity</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td>Not classified as hazardous to health.</td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, Compressed,&lt;br/&gt; Ultra high purity</td><td>Airgas</td><td>UN1049</td><td>Extremely flammable, burns with invisible flame</td></tr><tr><td>Source meter</td><td>Tektronix, Inc.</td><td>Keithley 2420</td><td>Connects to computer via USB</td></tr><tr><td>Horizontal split tube furnace</td><td>MTI Corportation</td><td>OTF-1200X</td><td></td></tr><tr><td>Data acquisition</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9172</td><td>Connects to computer via USB</td></tr><tr><td>Thermocouple input</td><td>National Instruments</td><td>NI 9211</td><td>Connects to cDAQ-9172</td></tr><tr><td>Computer control for Mass Flow Controllers</td><td>National Instruments</td><td>NI 9263</td><td>Connects to cDAQ-9172&lt;br/&gt; Computer control for Mass Flow Controllers</td></tr><tr><td>Testing software</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>

combustion characterization and model fuel development for micro-tubular flame-assisted 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 generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

Yanma karakterizasyonu odası öncesinde test sırasında odası veya diğer hava kaçağı içine hava geri akışı için istenen denklik oranlarında test kontrol edilmelidir. Açık odalarında yanma süreçleri neredeyse izobarik olduğu bilinmektedir. Bunun bir sonucu olarak, yanma odası içindeki basınç, dış ortamdan hava bölmesi, egzoz bağlantı veya başka bir sızıntı noktalarından yanma odasına geri akan olmasını sağlamak için yeterli olmayabilir. hiçbir geri akım oluştuğunu doğrulamak için birkaç deneysel teknikler vardır. İlk olarak, bir katalitik olmayan brülör için, zengin-tutuşma limitleri de birçok yakıtlar 18,19 için kurulmuştur. zengin alevlenme sınırını yaklaşana kadar kontak sonrası, akış denklik oranı yavaş yavaş ayarlanmalıdır. Zengin alevlenme sınırı alev söndürme olmadan önemli ölçüde aşılabilir, daha sonra hava t içine geri akan olduğunu kanıtlar vardırO istenenden daha bir yalın karışım sonuçlanan yanma odası. 3 1.85 bir denklik oranı kuru metan yanma egzoz up için elde edilen ilk sonuçları göstermektedir. Şekil 3&#39;te gösterilen rağmen alev 3.97 bir eşdeğerlik oranına kadar söndürme yoktu. 3.97 bir eşdeğerlik oranı elde sadece 1.64 rapor 18 zengin bir alevlenme sınırı ile, katalitik olmayan yanma ile mümkün değildir. Bu sonuçlar, hava kaçağı yanma odasına ve bir olası kaynağı, egzoz çıkışından geri akım olduğunu göstermektedir. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54638/54638fig3.jpg" /> Yanma odası gösterisi türlerinin rastgele dalgalanmalar içine hava geri akışını engelleyen önce Şekil 3. İlk yanma egzoz karakterizasyonu. Analiz sonuçları. beklenen trendler sapma ya yanlış karışımı gösteriring veya hava kaçağı. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54638/54638fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> yakıcının için yanıcılık üst limitlerinin incelenmesi backflow kontrol etmek için tek yol değildir. Şekil 3&#39;te ikinci gösterge egzoz türlerinin çeşitli için trendleri beklenen trendleri takip kalmamasıdır. CEA ürünleri sıcaklık, basınç ve ekivalan oranı farklı koşullar altında enerji açısından olan göre yanma ürünleri değerlendirmek için kullanılan yaygın bir tekniktir. CEA Bu deneyde gözlemlenebilir olmalıdır eğilimleri değerlendiren bir yol sağlar. Ortak yakıtlar için farklı CEA sonuçları literatürde bulunabilir veya bu görev için geliştirilen yazılım programları kullanılarak değerlendirilebilir. Şekil 4 CEA kuru metan yakıt yanma birincil türler için sonuçları gösteriyor<html> egzoz. Hemen hemen tüm egzoz türler beklenen eğilimleri Şekil 3 saptığını gösterilen iken, O 2, belki de en önemlisidir. En iyi şekilde yanma ürünlerini oluşturmak için yanma sırasında tüketilmesi gerekir olarak 1&#39;den büyük ekivalan oranlarında çok az O2 beklenmektedir. O 2 konsantrasyonunun ekivalan oranlarında düşük göre 1.75 ve 1.85 bir eşdeğerlik oranı O2 daha yüksek bir miktarda elde edilmesi aralığının en düşük iken beklenmemektedir. Bu eksik karıştırma veya yanma odasına O 2 geri akış ya olası bir göstergesidir. Ayrıca, bu aralığı boyunca 1 hacim yüzde veya daha yüksek CH 4 tespit da eksik karıştırma olası bir göstergesidir. CEA sonuçları ile karşılaştırma yoluyla trend analizi hava veya olası karıştırma sorunları geri akışı varsa belirtmek yardımcı olabilir. p_upload / 54638 / 54638fig4.jpg &quot;/&gt; Şekil 4. yanma metan / hava ürünlerin kimyasal denge analizi. Kimyasal denge analizi (CEA) sonuçlar farklı denklik oranlarında egzoz gazı bileşimi için termodinamik denge tahminler göstermektedir. Deneysel veriler mükemmel uymuyor iken, CEA beklenen eğilimler bir göstergesidir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54638/54638fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Yanma odası egzoz havanın geri-akışı tespit ve tartışma kısmında tarif edildiği gibi yanma odası çıkış portunun bir kısmını bloke etmek suretiyle önlenmiştir. Yanma odası çıkış portunun bir kısmını bloke edilmesinden sonra, zengin alev alma sınır yanma odası için yaklaşık 1.45 arasında bir denklik oranı vardı. geri akış engelledi, yanma ileEgzoz Tablo 1 &#39;de gösterilen ekivalan oranlarında ve yakıt ve hava akış hızlarında değerlendirildi. Tablo 1&#39; de gösterilen akış oranları Denklem 5. Şekil 5 kullanarak protokol aşama 1.5&#39;de elde edilmiştir kuru yanma egzoz karakterizasyonu sonuçları göstermektedir tabloda gösterilen koşulları 1. Şekil 5 gerçek eğilimleri Şekil 4&#39;te gösterilen CEA sonuçları karşılaştırılabilir olduğunu doğrulamaktadır. Bu sonuçların bazı doğrulama sağlar. Ancak, 1.45 bir denklik oranında örneğin CO 2 olarak CEA eğilimleri sapan bazı noktalar vardır. 1.45 bir denklik oranında hata bir kısmı yanma egzoz numunesinde alev, olası su verme ve sapmalar içinde istikrarsızlıklar neden olabilir zengin alevlenme sınırı yakınında faaliyet olmasıdır. Analiz sonuçlarının tekrarlanabilirliği ve doğruluğunu sağlamak için tekrar edilmelidir. Zengin-fl altında faaliyet(Bu kurulum 1.4 maksimum denklik oranı etrafında örneğin,) odasının ammability sınırı tavsiye edilir. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> ekivalan oranı </td><td> Metan debisi (L / dk) </td><td> Hava debisi (L / dk) </td></tr><tr><td> 0.80 </td><td> 10 </td><td> 119.0 </td></tr><tr><td> 0.90 </td><td> 10 </td><td> 105.8 </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 10 </td><td> 95.0 </td></tr><tr><td> 1.05 </td><td> 10 </td><td> 90.6 </td></tr><tr><td> 1.10 </td><td> 10 </td><td> 86.5 </td></tr><tr><td> 1.15 </td><td> 10 </td><td> 82.8 </td></tr><tr><td> 1.20 </td><td> 10 </td><td> 79.3 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 10 </td><td> 76.1 </td></tr><tr><td> 1.30 </td><td> 10 </td><td> 73.2 </td></tr><tr><td> 1.35 </td><td&gt; 10 </td><td> 70.5 </td></tr><tr><td> 1.40 </td><td> 10 </td><td> 68.0 </td></tr><tr><td> 1.45 </td><td> 10 </td><td> 65.7 </td></tr></tbody></table> Tablo 1. Yanma karakterizasyonu metan ve hava akışı değişen denklik oranlarda oranları. Gerekli akış oranlarının hesaplanması protokolünün 1. bölümünde ele alınmıştır. Denklem 5 ekivalan oranı ve sabit bir metan akış oranına göre, hava akış hızını hesaplamak için kullanılır. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54638/54638fig5.jpg" /> Metan / hava yanma egzoz Şekil 5. Yanma karakterizasyonu analizi. Yanma odasına havanın geri akışı önlemek sonra elde edilen geliştirilmiş sonuçlar. eğilimler sonuçların doğruluğu güven veren CEA tahminlerine benzer. Çoklu testlerEgzoz beklenen eğilimleri sapmalar meydana geldiğinde gerekli olabilir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54638/54638fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Yanma egzoz zengin alev alma sınırına kadar, özelliği, model için yanma egzoz mt-FFC testleri için geliştirilebilir. Model yanma egzoz gelişimi egzoz türleri çalışma için en uygun olan bağlıdır. FFCs ilk çalışmalarda, ana ilgi elektrokimyasal enerji dönüşümü için uygun yakıtın nispeten küçük miktarlarda yanma egzoz yakıt hücresi performans özelliklerini anlamak bulunmaktadır. Bu özellikler tepe güç yoğunluğu, akım yoğunluğu, açık devre gerilimi, yakıt kullanımı ve farklı denklik oranlarında verimlilik ve çalışma sıcaklıklarını içerir. Nispeten küçük bir yakıt konsantrasyonu faaliyet o olduğunuBirçok yakıt hücreleri yakıt yüksek konsantrasyonlarda ve CO2, H2O ve diğerleri arasında inert gazların da dahil olmak üzere diğer gazların düşük konsantrasyonlarda ile çalışır şekilde FFCs ayırt primer özelliklerin KD. % 1 modeli yanma egzoz dahil edildi yukarıdaki hacim oranları ile yanma karakterizasyonu tespit bu değerlendirme sadece gazlar yapmak. Sonuç olarak, sadece, H 2 de, CO, CO2 ve N2 metan yanması için bir model yakıt bakımından zengin yanma egzoz geliştirmek için gerekli. Tablo 2, yanma karakterizasyonu değerlendirme sonuçlarını göstermektedir. 300 ml / dakika, yakıt hücresinin anot tarafında bir toplam akış oranı, her türün akış oranları Tablo 2 &#39;de gösterilmiştir. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> ekivalan oranı </td><td> H 2 hacim% </td><td> H <sub&gt; 2 (ml · dk -1) </td><td> CO hacim% </td><td> CO (ml · dk -1) </td><td> CO 2 hacim% </td><td> CO 2 (ml · dk -1) </td><td> N 2 hacim% </td><td> (-1 Ml · dakika) N2 </td><td> Toplam (ml · dk -1) </td></tr><tr><td> 1.10 </td><td> 1.1 </td><td> 3.2 </td><td> 2.4 </td><td> 7.2 </td><td> 11.3 </td><td> 34.0 </td><td> 85.2 </td><td> 255,6 </td><td> 300 </td></tr><tr><td> 1.15 </td><td> 1.8 </td><td> 5.4 </td><td> 3.2 </td><td> 9.7 </td><td> 10.6 </td><td> 31.9 </td><td> 84.4 </td><td> 253.1 </td><td> 300 </td></tr><tr><td> 1.20 </td><td> 4.3 </td><td> 12.9 </td><td> 4.6 </td><td> 13.8 </td><td> 10.0 </td><td> 29.9 </td><td> 81,1 </td><td> 243,4 </td><td> 300 </td&gt; </tr><tr><td> 1.25 </td><td> 6.4 </td><td> 19.1 </td><td> 5.6 </td><td> 16.7 </td><td> 9.2 </td><td> 27.6 </td><td> 78.9 </td><td> 236,6 </td><td> 300 </td></tr><tr><td> 1.30 </td><td> 8.0 </td><td> 24.0 </td><td> 6.5 </td><td> 19.5 </td><td> 8.5 </td><td> 25.6 </td><td> 77.0 </td><td> 230,9 </td><td> 300 </td></tr><tr><td> 1.35 </td><td> 11.5 </td><td> 34.6 </td><td> 8.0 </td><td> 24.1 </td><td> 8.3 </td><td> 24.8 </td><td> 72.2 </td><td> 216,5 </td><td> 300 </td></tr><tr><td> 1.40 </td><td> 12.4 </td><td> 37.3 </td><td> 8.7 </td><td> 26.2 </td><td> 7.6 </td><td> 22.7 </td><td> 71.3 </td><td> 213,8 </td><td> 300 </td></tr></tbody></table> Tablo 2. Model yanma egzoz kompozisyonu ve akış hızları. Deneysel sonuçlar yanma karakterizasyonu için elde edilen hacim p olarak gösterilmiştirtespit edilen türlerin ercents. Yakıt hücrelerinin modeli yakıt bakımından zengin yanma egzoz toplam akış hızı / dakika 300 ml olarak ayarlandı. Her bir tür akış hızı toplam akış oranının ve her türe hacmi yüzde çarpılarak hesaplanır.

Watch this Scientific Journal Video about Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells at JoVE.com

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

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

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

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

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Engineering

Unit 1

Alkanes and Cycloalkanes

SCIENTISTS IN ACTION

9.5K Görüntüleme.  Syracuse University. A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

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

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Mühendislik

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Thermopower Dalgalarının Çalışmasında Kimyasal Yakıt ve Multi-duvarlı Karbon Nanotüpler Hibrit Kompozitlerin Hazırlanması ve Değerlendirilmesi

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

Multi-parçacık Phonon Confinement Modeli ile Raman Spektroskopisi kullanarak nano-kristal Boyut Dağılımı Karakterizasyonu

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve<em&gt; In Situ</em&gt; Morfoloji Karakterizasyonu

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

Reaksiyon Kinetiği ve I Yanma Dinamikleri<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Ve Alüminyum Karışımları

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

A Guide to Concentration Alternating Frequency Response Analysis of Fuel Cells

An experimental setup capable of generating a periodic concentration input perturbation of oxygen was used to perform concentration-alternating frequency response analysis (cFRA) on proton-exchange membrane (PEM) fuel cells. During cFRA experiments, the modulated concentration feed was sent to the cathode of the cell at different frequencies. The electric response, which can be cell potential or current depending on the control applied on the cell, was registered in order to formulate a frequency response transfer function. Unlike traditional electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the novel cFRA methodology makes it possible to separate the contribution of different mass transport phenomena from the kinetic charge transfer processes in the frequency response spectra of the cell. Moreover, cFRA is able to differentiate between varying humidification states of the cathode. In this protocol, the focus is on the detailed description of the procedure to perform cFRA experiments. The most critical steps of the measurements and future improvements to the technique are discussed.

We present a protocol for concentration alternating frequency response analysis of fuel cells, a promising new method of studying fuel cell dynamics.

Yakıt Hücrelerinin Konsantrasyon Alternatif Frekans Yanıt Analizi Kılavuzu

An experimental setup capable of generating a periodic concentration input perturbation of oxygen was used to perform concentration-alternating frequency ...

Çevre

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

Yakıtların yanma kimya: bir atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör ile elde edilen nicel Türleşme veri birleştiğinde ışın moleküler Kütle Spektrometre

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Kimya

Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the different regression rates of acrylonitrile butadiene styrene and paraffin-based fuels, which increase the exchanges of both matter and energy by swirl flow and recirculation zones formed at the grooves between the adjacent vanes. The centrifugal casting technique is used to cast the paraffin-based fuel into an acrylonitrile butadiene styrene substrate made by three-dimensional printing. Using oxygen as the oxidizer, a series of tests were conducted to investigate the combustion performance of the novel fuel grain. In comparison to paraffin-based fuel grains, the fuel grain with a nested helical structure, which can be maintained throughout the combustion process, showed significant improvement in the regression rate and great potential in improvement of combustion efficiency.

A technique utilizing a solid fuel grain with a novel nested helical structure to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine is presented.

İç içe helisel yapıya sahip Yeni Bir Yakıt Tanesi Kullanarak Hibrit Roket Motorunun Yanma Performansını Artırma

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the ...

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler