RU2757533C1 - Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell - Google Patents
Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757533C1 RU2757533C1 RU2020135838A RU2020135838A RU2757533C1 RU 2757533 C1 RU2757533 C1 RU 2757533C1 RU 2020135838 A RU2020135838 A RU 2020135838A RU 2020135838 A RU2020135838 A RU 2020135838A RU 2757533 C1 RU2757533 C1 RU 2757533C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sofc
- cell
- fuel
- fuel cell
- control board
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
- G09B23/18—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Algebra (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обучающему оборудованию в области энергетики, а именно к устройству, являющемуся наглядно-методическим пособием и может быть использовано для проведения лабораторно-практических занятий в образовательных учреждениях при изучении курса альтернативной энергетики. Предложенное устройство является своего рода тренажером для работы с твердооксидным топливным элементом (ТОТЭ).The invention relates to training equipment in the field of energy, namely to a device that is a visual and methodological aid and can be used for laboratory and practical exercises in educational institutions when studying the course of alternative energy. The proposed device is a kind of simulator for working with a solid oxide fuel cell (SOFC).
Одним из преобладающих направлений развития современной энергетики является, так называемая, «зеленая энергетика». В процессе работы соответствующих энергоустановок не происходит загрязнения окружающей среды.One of the predominant trends in the development of modern energy is the so-called "green energy". In the process of operation of the corresponding power plants, there is no pollution of the environment.
К экологически чистой энергетике, безусловно, относится энергетика, основанная на использовании водорода, либо природного, попутного, а также синтез-газа в качестве носителя для аккумулирования, транспортировки и последующей выработки электроэнергии.Clean energy, of course, includes energy based on the use of hydrogen, or natural, associated, as well as synthesis gas as a carrier for the accumulation, transportation and subsequent generation of electricity.
В настоящее время разработан ряд топливных элементов (ТЭ), относящихся к области химических источников тока с прямым преобразованием химической энергии топлива (водорода, синтез-газа и др.) в электрическую и тепловую энергию, например, (RU 160133 U1, 10.03.2016), а также, например, (RU 2625460 С2, 2015).Currently, a number of fuel cells (FCs) have been developed related to the field of chemical current sources with direct conversion of chemical energy of fuel (hydrogen, synthesis gas, etc.) into electrical and thermal energy, for example, (RU 160133 U1, 03/10/2016) , as well as, for example, (RU 2625460 C2, 2015).
Однако, эксплуатация электрохимических генераторов на основе таких ТЭ требует особых знаний и навыков, которые в настоящее время плохо развиты у потребителей. В связи с этим, необходимо дополнительное освящение в образовательных программах или наглядных пособиях принципа работы ТЭ и других электрохимических устройств.However, the operation of electrochemical generators based on such FCs requires special knowledge and skills, which are currently poorly developed among consumers. In this regard, additional consecration in educational programs or visual aids of the principle of operation of fuel cells and other electrochemical devices is necessary.
Это особенно важно для начинающих специалистов, в частности, студентов.This is especially important for beginners, in particular students.
В настоящее время существует большое количество наглядных пособий, например, обучающих стендов, в разных областях техники. Но в области водородной энергетики недостаточно методических пособий в виде обучающих стендов для изучения структуры и принципа действия топливных элементов. Так, к примеру, известно устройство (RU 2678902). Однако оно предназначено для изучения структуры и принципа действия только водородного топливного элемента с протоно-обменной мембраной и не может быть использовано для изучения структуры и принципа действия твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ).Currently, there are a large number of visual aids, for example, training stands, in various fields of technology. But in the field of hydrogen energy, there are not enough teaching aids in the form of training stands for studying the structure and principle of operation of fuel cells. So, for example, a device is known (RU 2678902). However, it is intended to study the structure and principle of operation of only a hydrogen fuel cell with a proton-exchange membrane and cannot be used to study the structure and principle of operation of a solid oxide fuel cell (SOFC).
Из уровня техники не выявлено устройств (стендов) для изучения структуры и принципа действия именно твердооксидных топливных элементов.From the prior art, no devices (stands) have been identified for studying the structure and operating principle of solid oxide fuel cells.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей учебно-методического оборудования, а именно устройства (стенда) для изучения структуры и принципа действия топливного элемента.The technical result, which the claimed invention is aimed at, is to expand the functionality of educational and methodological equipment, namely, a device (stand) for studying the structure and principle of operation of a fuel cell.
Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение визуального контроля процесса оптимизации рабочих параметров устройства. В частности, предлагаемое изобретение дает возможность более эффективно ознакомиться с работой ТОТЭ за счет непосредственного наглядного регулирования происходящих в нем процессов путем подбора оптимальных параметров.The proposed technical solution is aimed at providing visual control of the process of optimizing the operating parameters of the device. In particular, the proposed invention makes it possible to more effectively familiarize oneself with the operation of the SOFC due to the direct visual control of the processes occurring in it by selecting the optimal parameters.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для изучения структуры и принципа действия топливного элемента включает ячейку для исследуемого ТОТЭ, оснащенную нагревателем (при необходимости с измерителем температуры), расходомер (измеритель потока расходуемых газов), по меньшей мере, один регулятор расхода топливного газа, по меньшей мере, один патрубок для подвода топливного газа к устройству, средство для отображения информации и ввода данных, плату управления, систему трубок и проводных соединений, причем плата управления соединена посредством проводных соединений с нагревателем и средством для отображения информации и ввода данных, а расходомер установлен непосредственно на плате или соединен с ней проводным соединением, кроме того плата содержит проводные соединения, для контакта с исследуемым ТОТЭ.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for studying the structure and the principle of operation of the fuel cell includes a cell for the investigated SOFC, equipped with a heater (if necessary with a temperature meter), a flow meter (flow meter of consumed gases), at least one fuel flow regulator. gas, at least one branch pipe for supplying fuel gas to the device, means for displaying information and inputting data, a control board, a system of pipes and wire connections, the control board being connected via wire connections to a heater and means for displaying information and inputting data, and the flowmeter is installed directly on the board or is connected to it by a wire connection; in addition, the board contains wire connections for contact with the SOFC under investigation.
Средством для отображения информации и ввода данных, в зависимости от используемого оборудования, в частности, может представлять собой либо экран с сенсорным управлением, либо монитор с клавиатурой.The means for displaying information and entering data, depending on the equipment used, in particular, can be either a touch screen or a monitor with a keyboard.
При использовании органического топлива устройство снабжают риформером (блоком топливоподготовки), размещенным на линии подачи топливного газа в ячейку для исследуемого ТОТЭ.When using fossil fuel, the device is equipped with a reformer (fuel preparation unit) located on the fuel gas supply line to the cell for the investigated SOFC.
При необходимости полного окисления избыточных газов на выходе из ячейки устанавливают дожигатель уходящих газов. Необходимость установки дожигателя может возникнуть как при использовании водородного топлива, так и органического.If complete oxidation of excess gases is required, a flue gas afterburner is installed at the outlet of the cell. The need to install an afterburner can arise both when using hydrogen fuel and organic.
Устройство может быть снабжено средством принудительной подачи окислителя (блоком подачи окислителя) в ячейку для исследуемого ТОТЭ и/или в риформер и дожигатель.The device can be equipped with a means of forced supply of the oxidant (oxidant supply unit) to the cell for the investigated SOFC and / or to the reformer and afterburner.
Устройство дополнительно снабжено защитным термопрочным экраном.The device is additionally equipped with a protective heat-resistant shield.
Под ячейкой понимается конструкция, в которой располагают исследуемый ТОТЭ и подсоединяют его к проводным соединениям и патрубками к блоку топливоподготовки и к блоку подачи окислителя. Ячейка может быть дополнительно снабжена измерителем температуры ТОТЭ, например, термопарой.A cell is understood as a structure in which the SOFC under study is located and connected to wire connections and branch pipes to the fuel preparation unit and to the oxidizer supply unit. The cell can be additionally equipped with a SOFC temperature meter, for example, a thermocouple.
Под патрубками понимаются элементы соединения микротрубчатого твердооксидного топливного элемента (МТ ТОТЭ) с топливоподводящими трубками (шлангами). На чертежах показан частный случай исполнения патрубка.The nozzles are understood as the elements connecting the microtubular solid oxide fuel cell (MT SOFC) with the fuel supply pipes (hoses). The drawings show a particular case of a branch pipe.
Предложенное изобретение иллюстрируется графическими материалами.The proposed invention is illustrated by graphic materials.
На Фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства;FIG. 1 shows a general view of the claimed device;
На Фиг. 2 - то же в аксонометрии;FIG. 2 - the same in perspective view;
На Фиг. 3 - вид сзади (со снятой задней крышкой корпуса (основания);FIG. 3 - rear view (with the rear cover of the case (base) removed;
На Фиг. 4 - продольный разрез устройства (вид сзади);FIG. 4 is a longitudinal section of the device (rear view);
На Фиг. 5 - ячейка с нагревателем и с размещенным в ней исследуемым ТОТЭ;FIG. 5 - cell with a heater and with the investigated SOFC placed in it;
На Фиг. 6 - общий вид микротрубчатого ТОТЭ с зафиксированными на электродах токосъемными проволоками;FIG. 6 - General view of a microtubular SOFC with collector wires fixed on the electrodes;
На Фиг. 7 - вывод анодного токосъема.FIG. 7 - output of the anode current collection.
Устройство для изучения структуры и принципа действия твердооксидного топливного элемента, включает, ячейку 1 для размещения исследуемого ТОТЭ 2, оснащенную нагревателем 3 топливного элемента и, при необходимости, измерителем температуры (на чертеже не показан). Кроме того, в состав заявленного устройства входят, по меньшей мере, один расходомер 4, средство 5 отображения информации и ввода данных (сенсорный экран или монитор с клавиатурой), а также плата управления (не показана). Плата управления может быть как с модулем электронной нагрузки, так и без нее, при этом нагрузка может быть внешняя.A device for studying the structure and principle of operation of a solid oxide fuel cell includes a
При использовании органического топлива устройство дополнительно оснащается риформером 6 (блоком топливоподготовки), который необходим для преобразования органического топлива в синтез-газ, дожигателем 8 для полного окисления остаточных компонентов топливного газа, а также нагнетателями воздуха (вентиляторы 9 и 10), установленными перед риформером 6 и дожигателем 8 соответственно. Между патрубком 7 для подключения источника топлива (баллона) и риформером 6 может быть установлен запорный электромагнитный клапан (на чертежах не указан). Как правило, запорный клапан присутствует на баллонах с газом (топливом). Риформер 6 или дожигатель 8 могут быть дополнительно оснащены нагревателями (на чертежах не указаны) для разогрева риформера и дожигателя до рабочих температур и измерителями их температуры (на чертежах не указаны).When using fossil fuel, the device is additionally equipped with reformer 6 (fuel preparation unit), which is necessary for converting fossil fuel into synthesis gas,
Расходомер 4 расположен между патрубком для подключения баллона с топливом и входным патрубком 11 для подвода топливного газа к ТОТЭ. Присоединение расходомера осуществляется посредством трубок и/или гибких шлангов. К плате управления и модулю электронной нагрузки подключены посредством проводных соединений (не показаны на чертежах) твердооксидный топливный элемент 2, нагреватель 3 ячейки 1 и средство 5 отображения информации и ввода данных, а также, при их наличии, вентиляторы 9, 10 и 12, и, не указанные на чертежах, измеритель температуры ячейки, нагреватели риформера и дожигателя, измерители температуры риформера и дожигателя. Расходомер 4 может быть подключен к плате проводными соединениями, а может быть закреплен непосредственно на самой плате.The
Подача окислителя для химической реакции, проходящей в твердооксидном топливном элементе осуществляется за счет конвективного переноса кислорода воздуха. Может быть применена схема с принудительной подачей окислителя путем нагнетания его насосом или вентилятором 12.The supply of the oxidant for the chemical reaction in the solid oxide fuel cell is carried out by convective transfer of oxygen in the air. A scheme with forced supply of the oxidizer by pumping it with a pump or
Устройство может быть дополнительно оборудовано средством для обдува (охлаждения) платы управления и модуля электронной нагрузки, например, вентилятором (не показан).The device can be additionally equipped with means for blowing (cooling) the control board and the electronic load module, for example, a fan (not shown).
Также устройство дополнительно может содержать разъем для подключения внешней нагрузки, который соединяют с топливным элементом силовым проводом. Данный порт необходим для подключения внешних устройств или преобразователей напряжения и тока.Also, the device may additionally contain a connector for connecting an external load, which is connected to the fuel cell by a power line. This port is required for connecting external devices or voltage and current converters.
Средство для ввода данных может быть выполнено в разных вариациях. Так, например, оно может быть выполнено в виде отдельного блока, например, клавиатуры, или же функции указания и ввода на сенсорном экране, или же мышь, подключенная через USB-порт, или же содержать квадратурный энкондер.The data entry tool can be made in different variations. So, for example, it can be implemented as a separate unit, for example, a keyboard, or the function of pointing and entering on a touch screen, or a mouse connected via a USB port, or it can contain a quadrature encoder.
Устройство может быть дополнительно снабжено датчиками монооксида углерода, диоксида углерода, водорода, углеводородов. Такие датчики позволяют аварийно отключить устройство путем перекрытия электромагнитного клапана в случае регистрации датчиком утечки топлива во внешнюю среду, либо в случае превышения пороговых значений в выхлопных газах.The device can be additionally equipped with sensors for carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, hydrocarbons. Such sensors allow emergency shutdown of the device by closing the solenoid valve if the sensor detects fuel leakage into the external environment, or in case of exceeding the threshold values in the exhaust gases.
В качестве источника топлива используется:The following is used as a fuel source:
- баллон с металлогидридом, в котором водород хранится в связанном состоянии в виде гидрида и выделяется в диапазоне комнатных температур;- a balloon with a metal hydride, in which hydrogen is stored in a bound state in the form of a hydride and is released in the range of room temperatures;
- баллон со сжатым водородом;- a cylinder with compressed hydrogen;
- баллон со сжиженным органическим топливом;- a bottle with liquefied organic fuel;
- баллон со сжатым углеводородным топливом.- a cylinder with compressed hydrocarbon fuel.
Все элементы устройства могут быть расположены на основании. В качестве основания может быть использован стол, стенд и т.п.All elements of the device can be located on the base. A table, stand, etc. can be used as a base.
На основании могут быть расположены посадочные места для баллона с топливом и для запасных баллонов с топливом, а также разъем для подключения к внешнему источнику топлива. На основании могут располагаться органы управления параметрами работы устройства.The base can accommodate seats for a fuel bottle and for spare fuel bottles, as well as a connector for connecting to an external fuel source. On the base can be located controls of the parameters of the device.
Такие элементы конструкции как расходомер, электронная плата управления, электронная нагрузка и вентиляторы располагаются в корпусе устройства.Structural elements such as flow meter, electronic control board, electronic load and fans are located in the device housing.
Заявленное устройство для изучения структуры и принципа действия твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) является своеобразным тренажером и может использоваться начинающими специалистами для приобретения навыков работы с ТОТЭ.The claimed device for studying the structure and principle of operation of a solid oxide fuel cell (SOFC) is a kind of simulator and can be used by novice specialists to acquire skills in working with SOFC.
Для работы ТОТЭ необходимы топливо и окислитель. В качестве топлива используют водород либо органическое газообразное топливо, а в качестве окислителя кислород из окружающего воздуха.SOFC requires fuel and an oxidizer to operate. Hydrogen or organic gaseous fuel is used as a fuel, and oxygen from the ambient air is used as an oxidizing agent.
Баллон с топливом, который является сменным (на чертеже не показан), подключается к патрубку 7, расположенному на корпусе 13 устройства. Водород из баллона с водородом через понижающий газовый редуктор, запорный электромагнитный клапан (на чертеже не показан) и расходомер 4 поступает по трубкам и шлангам в твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ). В случае использования органического топлива (синтез-газ или др.) топливо из баллона поступает в риформер 6 через понижающий газовый редуктор, запорный электромагнитный клапан (на чертеже не показан) и расходомер 4 по трубкам. Кислород из воздуха, необходимый для реакции преобразования топлива в риформере 6, поступает путем нагнетания его вентилятором 9. Кислород из воздуха, необходимый для реакции окисления остаточных компонентов топлива в дожигателе 8, поступает путем нагнетания его вентилятором 10, мембранным насосом или другим типом нагнетателя. Входящая температура воздуха равна температуре окружающей среды. В твердооксидном топливном элементе 2 происходит непосредственное преобразование химической энергии топлива (синтез-газ, водород, СО, углеводороды) в электрическую и тепловую. За счет реакции окисления топлива на электродах 14, 15 (катод и анод соответственно) топливного элемента 2 создается разность потенциалов. Изменения электрохимических показателей топливного элемента (в зависимости от внешних условий), можно регистрировать, путем подключения нагрузки к электродам 14, 15 тоководами 16.The fuel tank, which is replaceable (not shown in the drawing), is connected to the
Индикация измеренных и установленных величин осуществляется на средстве 5. Расходомер 4 регистрирует и контролирует расход топлива, поступающего в топливный элемент 2 или в риформер 6 (в зависимости от вида используемого топлива).The indication of the measured and set values is carried out on the
Средство 5 необходимо для обеспечения наглядности происходящих процессов в работе топливного элемента при одновременной возможности подбора оптимальных параметров (режимов) работы устройства.
Устройство оборудовано регулятором расхода топливного газа, рукоятки 17 которого размещены на передней панели устройства.The device is equipped with a fuel gas flow regulator, the
Поскольку работа ТОТЭ осуществляется при очень высоких температурах, то конструкция заявленного устройства предполагает наличие термозащитного экрана, обеспечивающего безопасность проведения работ по изучению структуры и принципа действия твердооксидного топливного элемента. Термозащитный экран может быть прозрачным, например, из кварцевого или другого жаростойкого стекла, и обеспечивает наглядность процессов нагрева и охлаждения ТОТЭ, а также дополнительный визуальный контроль целостности исследуемого ТОТЭ.Since the operation of SOFCs is carried out at very high temperatures, the design of the claimed device presupposes the presence of a thermal shield, which ensures the safety of work on the study of the structure and principle of operation of a solid oxide fuel cell. The thermal shield can be transparent, for example, made of quartz or other heat-resistant glass, and provides visibility of the SOFC heating and cooling processes, as well as additional visual control of the integrity of the investigated SOFC.
Средство ввода данных позволяет задать необходимые режимы работы. На мониторе (дисплее) отображаются заданные параметры работы устройства и измеряемые величины, такие как электрический ток исследуемого ТОТЭ, напряжение исследуемого ТОТЭ, мощность исследуемого ТОТЭ, расход топлива, потоки воздуха, температура исследуемого ТОТЭ, температура в камере риформера, а также температура в дожигателе.The data entry tool allows you to set the required operating modes. The monitor (display) displays the set operating parameters of the device and measured values, such as the electric current of the investigated SOFC, the voltage of the investigated SOFC, the power of the investigated SOFC, fuel consumption, air flows, the temperature of the investigated SOFC, the temperature in the reformer chamber, and the temperature in the afterburner.
Электронная нагрузка позволяет имитировать потребителя. Вся электрическая энергия, передаваемая на электронную нагрузку, переходит в ней в тепловую энергию, которая рассеивается в воздухе, чему может способствовать дополнительно установленный вентилятор.The electronic load allows you to simulate the consumer. All electrical energy transmitted to the electronic load is converted into thermal energy, which is dissipated in the air, which can be facilitated by an additionally installed fan.
Иногда целесообразно дополнить устройство разъемами или клеммами для подключения внешней нагрузки. Разъемы или клеммы позволяют подключить внешнего потребителя и измерить напряжение сторонними приборами, и могут быть расположены на плате управления устройства.Sometimes it is advisable to supplement the device with connectors or terminals for connecting an external load. Connectors or terminals allow you to connect an external consumer and measure the voltage with third-party devices, and can be located on the control board of the device.
Пример конкретного осуществления работы заявленного устройства.An example of a specific implementation of the claimed device.
Сначала проводится подготовка образца микротрубчатого твердооксидного топливного элемента (МТ-ТОТЭ) для проведения измерений.First, a sample of a microtubular solid oxide fuel cell (MT-SOFC) is prepared for measurements.
Для этого на поверхность катода наматывается проволока 18 из сплава на основе серебра. Шаг намотки ~ 10-15 мм. Для улучшения контакта проволоки с поверхностью катода можно применить проводящую пасту на основе серебра или платины.For this, a
Затем внутрь МТ-ТОТЭ помещается тонкая никелевая проволока 19 сложенная втрое (анодный токосъем), так, чтобы с двух сторон топливного элемента концы проволоки выступали на 15-25 мм.Then, inside the MT-SOFC, a
После этого на концы МТ-ТОТЭ надеваются силиконовые шланги 20 с пластиковыми переходниками 21, фиксируя собой анодный токосъем с обоих концов твердооксидного топливного элемента. Никелевая проволока 19, зажатая шлангами, выводится наружу.After that,
С устройства на время установки МТ-ТОТЭ в ячейку снимается термозащитный экран.The thermal protective screen is removed from the device during the MT-SOFC installation into the cell.
Внутрь цилиндрического нагревательного элемента 3 ячейки помещается измеряемый образец МТ-ТОТЭ. Фиксация топливного элемента производится патрубками 11 (например, в виде силиконовых шлангов), соединяющими трубки подвода и отвода топливных газов с пластиковыми переходниками 21, установленными на топливном элементе 2.The measured MT-SOFC sample is placed inside the
Схема дальнейшего соединения элементов устройства:Scheme of further connection of the device elements:
Вариант 1. При использовании водорода.
Баллон с водородом через входной патрубок и понижающий редуктор подключен по схеме: баллон с водородом - понижающий редуктор - электромагнитный клапан - регулятор расхода топливного газа - расходомер - МТ ТОТЭ (через патрубки 11 ячейки) - выходной патрубок 22.The hydrogen cylinder is connected through the inlet pipe and the reduction gear according to the following scheme: hydrogen cylinder - reduction gear - solenoid valve - fuel gas flow regulator - flow meter - MT SOFC (through the 11 cell nozzles) -
При необходимости окисления избыточных газов водорода, перед патрубком 22 устанавливают дожигатель 8.If it is necessary to oxidize excess hydrogen gases, an
Вариант 2. При использовании органического, например, углеводородного топлива.
Баллон с углеводородным топливом через входной патрубок и понижающий редуктор подключен по схеме: баллон с топливом - понижающий редуктор - электромагнитный клапан - регулятор расхода топливного газа - расходомер - риформер - МТ ТОТЭ (через патрубки 11 ячейки) - дожигатель 8 - выходной патрубок 22.The hydrocarbon fuel cylinder through the inlet pipe and the reduction gearbox is connected according to the following scheme: fuel cylinder - reduction gearbox - solenoid valve - fuel gas flow regulator - flow meter - reformer - MT SOFC (through
Вариант 3. Возможно совмещение двух схем (вариант 1 и вариант 2) в одном устройстве.
Далее приведены частные примеры проведения измерений.Below are some examples of measurements.
Проведение измерений на топливной смеси пропан-бутан.Measurements on a propane-butane fuel mixture.
К быстроразъемному соединению на боковой поверхности устройства подключается баллон с сжиженной пропан-бутановой смесью.A cylinder with a liquefied propane-butane mixture is connected to the quick-disconnect connector on the side surface of the device.
Включение питания устройства производится переключателем, расположенным, например, на задней панели устройства (стенда).The device is powered on by a switch located, for example, on the rear panel of the device (stand).
Для проведения измерений на пропан-бутановой смеси, на дисплее необходимо выбрать необходимый тип топлива - «пропан-бутан».To carry out measurements on a propane-butane mixture, it is necessary to select the required type of fuel - "propane-butane" on the display.
Целевая температура нагревателя топливного элемента задается вручную на дисплее и обеспечивается автоматически платой управления с помощью контроля температуры термопарой. Диапазон температур 500-750°С.The target temperature of the fuel cell heater is manually set on the display and provided automatically by the control board using a thermocouple temperature control. Temperature range 500-750 ° C.
Автоматически включается нагрев дожигателя до температуры не менее 350°С. Автоматически включается подача воздуха в дожигатель центробежным вентилятором.The afterburner is automatically heated to a temperature of at least 350 ° C. The air supply to the afterburner is automatically switched on by a centrifugal fan.
После нагрева дожигателя до целевой температуры на дисплей выводится сообщение о включении нагрева риформера.After the afterburner heats up to the target temperature, the display shows a message that the reformer heating is on.
Автоматически включается нагрев риформера до достижения им температуры 650°С и подача воздуха в риформер мембранным насосом.The reformer is heated automatically until it reaches a temperature of 650 ° C and air is supplied to the reformer by a membrane pump.
После нагрева риформера до целевой температуры на дисплей выводится предупреждение о необходимости подачи топлива перед нагревом ячейки с топливным элементом.Once the reformer has heated to the target temperature, a warning is displayed to warn that fuel must be supplied before heating the fuel cell.
После подтверждения готовности к включению нагрева ячейки, необходимо вручную открыть вентиль на баллоне с газом и по показаниям расходомера на экране установить необходимый поток игольчатым вентилем (регулятором расхода топлива) при помощи рукоятки 17.After confirming the readiness to turn on the heating of the cell, it is necessary to manually open the valve on the gas cylinder and, according to the readings of the flow meter on the screen, set the required flow with the needle valve (fuel flow regulator) using the
После выхода нагревателя ячейки с топливным элементом на заданную температуру выводится сообщение о готовности к проведению измерений.After the heater of the cell with the fuel cell reaches the set temperature, a message is displayed about the readiness to take measurements.
По нажатию на пункт меню «Снять ВАХ» (вольтамперная характеристика) автоматически производится построение ВАХ исследуемого МТ-ТОТЭ путем автоматического изменения собственного внутреннего сопротивления встроенной в плату управления электронной нагрузки.By clicking on the menu item “Take I – V characteristic” (volt-ampere characteristic), the I – V characteristic of the investigated MT-SOFC is automatically plotted by automatically changing its own internal resistance of the electronic load built into the control board.
Проведение измерений на водороде.Carrying out measurements on hydrogen.
Включение питания устройства производится переключателем, расположенным, например, на задней панели устройства (стенда).The device is powered on by a switch located, for example, on the rear panel of the device (stand).
Для проведения измерений на водороде, на дисплее необходимо выбрать необходимый тип топлива - «водород».To carry out measurements on hydrogen, the display must select the required type of fuel - "hydrogen".
Целевая температура нагревателя топливного элемента задается вручную на дисплее. Диапазон температур 500-750°С.The target fuel cell heater temperature is manually set on the display. Temperature range 500-750 ° C.
На дисплей выводится предупреждение о необходимости подачи топлива перед нагревом ячейки с топливным элементом.The display shows a warning that fuel must be supplied before heating the fuel cell.
После подтверждения готовности к включению нагрева ячейки, необходимо подключить металлогидридный баллон с водородом к быстроразъемному соединению на боковой поверхности устройства, по показаниям расходомера на экране установить необходимый поток игольчатым регулятором расхода топлива при помощи рукоятки 17.After confirming the readiness to turn on the heating of the cell, it is necessary to connect the metal hydride cylinder with hydrogen to the quick-disconnect connection on the side surface of the device, according to the readings of the flow meter on the screen, set the required flow with the needle fuel flow regulator using the
После выхода нагревателя ячейки с топливным элементом на заданную температуру выводится сообщение о готовности к проведению измерений.After the heater of the cell with the fuel cell reaches the set temperature, a message is displayed about the readiness to take measurements.
По нажатию на пункт меню «Снять ВАХ» автоматически производится построение ВАХ топливного элемента.By clicking on the "Take I - V characteristic" menu item, the I - V characteristic of the fuel cell is automatically plotted.
Проведение лабораторно-практических занятий на предложенном устройстве позволяет изучить:Conducting laboratory and practical exercises on the proposed device allows you to study:
структуру, конструкцию и принцип действия твердооксидного топливного элемента;structure, design and principle of operation of a solid oxide fuel cell;
термодинамику топливного элемента;fuel cell thermodynamics;
характеристическую кривую и кривую изменения мощности топливного элемента;the characteristic curve and the curve of the change in the power of the fuel cell;
коэффициент полезного действия;efficiency;
необходимые компоненты для формирования источников электропитания на основе твердооксидных топливных элементов автономного энергоснабжения устройств;necessary components for the formation of power supplies based on solid oxide fuel cells for autonomous power supply of devices;
силовую электронику и преобразование напряжения.power electronics and voltage conversion.
Режимы и параметры, которые возможно установить на предлагаемом устройстве:Modes and parameters that can be set on the proposed device:
- Температура отключения: максимальная температура какого-либо из блоков устройства (при наличии соответствующих измерителей температуры), при которой перекроется подача топлива в риформер или топливный элемент путем перекрытия запорного электромагнитного клапана.- Shutdown temperature: the maximum temperature of any of the device blocks (if there are appropriate temperature meters) at which the fuel supply to the reformer or fuel cell is shut off by closing the shut-off solenoid valve.
- Скорость вращения вентилятора подачи окислителя к топливному элементу.- Rotation speed of the fan for supplying oxidant to the fuel cell.
- Установка режима электронной нагрузки: режимы постоянного тока (изменяется напряжение), постоянного напряжения (изменяется ток) и постоянной мощности.- Setting the electronic load mode: constant current (voltage change), constant voltage (current change) and constant power modes.
Разработанное наглядно-методическое устройство может использоваться как для демонстрации работы альтернативных источников энергии, так и в качестве обучения и тренинга персонала, работающего в области энергетики.The developed visual-methodological device can be used both to demonstrate the operation of alternative energy sources, and as training and education of personnel working in the field of energy.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135838A RU2757533C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell |
PCT/RU2021/000470 WO2022093069A1 (en) | 2020-10-30 | 2021-10-28 | Device for studying the structure and working of a solid oxide fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135838A RU2757533C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757533C1 true RU2757533C1 (en) | 2021-10-18 |
Family
ID=78286625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020135838A RU2757533C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757533C1 (en) |
WO (1) | WO2022093069A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0829912A2 (en) * | 1996-09-15 | 1998-03-18 | Matthias Dr. Bronold | Demonstration device for the production of hydrogen and energy |
WO2002067350A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-29 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Demonstration system on a mobile supporting stand for a fuel cell unit-type district heating power station |
EP1555706A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-20 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system |
RU2678902C1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью"Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") | Fuel cell structure and operating principle studying device |
-
2020
- 2020-10-30 RU RU2020135838A patent/RU2757533C1/en active
-
2021
- 2021-10-28 WO PCT/RU2021/000470 patent/WO2022093069A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0829912A2 (en) * | 1996-09-15 | 1998-03-18 | Matthias Dr. Bronold | Demonstration device for the production of hydrogen and energy |
WO2002067350A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-29 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Demonstration system on a mobile supporting stand for a fuel cell unit-type district heating power station |
EP1555706A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-20 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system |
RU2678902C1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью"Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") | Fuel cell structure and operating principle studying device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022093069A1 (en) | 2022-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Costamagna et al. | Design and part-load performance of a hybrid system based on a solid oxide fuel cell reactor and a micro gas turbine | |
O’Brien et al. | Performance measurements of solid-oxide electrolysis cells for hydrogen production | |
EP1555706A1 (en) | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system | |
Schluckner et al. | Three-dimensional numerical and experimental investigation of an industrial-sized SOFC fueled by diesel reformat–Part I: Creation of a base model for further carbon deposition modeling | |
US20050153180A1 (en) | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system | |
CN208314069U (en) | Hydrogen fuel cell monofilm electrode test apparatus | |
Dinu et al. | Educational laboratory system based on electrochemical devices | |
Wu et al. | Cell performance, impedance, and various resistances measurements of an anode-supported button cell using a new pressurized solid oxide fuel cell rig at 1–5 atm and 750–850 C | |
US20040110047A1 (en) | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system | |
JP6578090B2 (en) | Cell evaluation system | |
RU2757533C1 (en) | Device for studying structure and principle of operation of solid oxide fuel cell | |
CN113937322B (en) | Multifunctional solid oxide fuel cell stack test system and operation method thereof | |
EP1441407A2 (en) | Functional test and demonstration apparatus for fuel cell power system | |
RU2678902C1 (en) | Fuel cell structure and operating principle studying device | |
KR100766473B1 (en) | Analyzer for fuel cell | |
Barrera et al. | Performance and life time test on a 5 kW SOFC system for distributed cogeneration | |
CN110148339A (en) | Portable SOFC fuel cell instruments used for education | |
CN210535134U (en) | Portable SOFC fuel cell teaching instrument | |
CN109192020A (en) | A kind of high-temperature fuel cell instruments used for education | |
Gebregergis et al. | The development of solid oxide fuel cell (SOFC) emulator | |
Scrivano et al. | Experimental characterization of PEM fuel cells by micro-models for the prediction of on-site performance | |
CN101261244B (en) | Method for measuring hydrogen gas content of air by hydrogen sensor | |
KR101599456B1 (en) | Dummy stack of fuel cell | |
CN113745575A (en) | Reversible solid oxide fuel cell measuring system and method | |
Kuo et al. | Performance analysis of a stationary fuel cell thermoelectric cogeneration system |