Monitoring carbon monoxide concentration in fuel cells using micromechanical cantilever sensors
Mikromekanik kantilever sensor kullanarak yakıt hücresindeki karbon monoksit derişiminin izlenmesi
- Tez No: 958214
- Danışmanlar: DR. MOHAMMED F. DAQAQ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Clemson University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Reformerden çıkan ve yakıt hücresine giren hidrojen yakıtındaki karbon monoksit (CO) dahil olmak üzere gazların derişiminin tahmin edilmesi son derece önemlidir. CO'nun yüksek konsantrasyonu, yakıt hücresi katalizörünün zehirlenmesine neden olur ve hücrenin kalıcı şekilde zarar görmesine yol açabilir. Mevcut uygulamalar, bu ölçümün gerçekleştirilmesi için pahalı ve hacimli spektral analiz cihazlarının kullanılmasını gerektirmektedir. Ancak bu yöntemler, yüksek maliyetlerinin yanı sıra, yakıt hücresinin taşınabilirliğini ve kendi kendine yetebilirliğini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Bu sorunları aşmak ve taşınabilir, kendi içinde entegre olmuş, gerçek zamanlı bir ölçüm modülüne ulaşmak amacıyla, bu tezde yakıt hücresindeki düşük derişimlerdeki CO'i tespit edebilen mikro-kantilever (microcantilever) sensör dizilerine dayalı yeni bir teknoloji sunulmuş ve deneysel olarak araştırılmıştır. Çalışmanın sonuçları, mikrokantilever homojen bakır yüklü Y zeolit (CuY) tabakaları ile döndürme (spin-coating) ile kaplama yöntemiyle kaplanabileceğini göstermektedir. Bu zeolit, yakıt hücresi çalışma sıcaklıkları ve çeşitli basınçlar altında CO'i adsorplama yeteneğine sahiptir. CO adsorpsiyonu sonucunda sensörün rezonans frekansında bir kayma meydana gelmekte ve bu kayma ölçülerek CO derişimi ile ilişkilendirilebilmektedir. Yapılan deneylerde, %10 ağırlıkça bakır (Cu) yüklü CuY zeolit kullanıldığında, sensörün maksimum adsorpsiyon kapasitesine 40 °C sıcaklıkta ulaştığı belirlenmiştir. Ayrıca, deneysel veriler zeolit tabaka sayısı belirli bir eşik değere (4 tabaka) kadar artırıldığında sensör hassasiyetinin yükseldiğini, ancak bu eşik aşıldığında ilave tabakaların hassasiyeti olumsuz etkilediğini ortaya koymuştur. Bu tezde tanımlanan deneylerde, mikro-kantileverlerin birinci mod rezonans frekansında tekrarlanabilir şekilde maksimum 275 Hz'lik bir kayma ölçülmüştür. Sonuç olarak, bu frekans değişimleri, gaz karışımındaki CO derişimi ile ilişkilendirilebilir; bu da yakıt hücresine giren ve çıkan gazların akışının kapalı çevrimli, gerçek zamanlı kontrol ve tanısına olanak sağlar. Bu yaklaşım, yakıt hücresindeki yakıt eksikliği riskini azaltabilir ve katalizörün ani ve geri dönüşsüz şekilde devre dışı kalmasını önleyebilir.
Özet (Çeviri)
Estimating the concentration of gases including carbon monoxide (CO) in the hydrogen fuel exiting the reformer and entering the fuel cell is imperative. A high concentration of CO can cause fuel-cell catalyst poisoning, which permanently destroys the cell. Current practices call for utilizing expensive and bulky spectral analyzers to achieve this task. In addition to their high cost, these methodologies, undoubtedly, hinder the portability and self-containment of the cell. To overcome these problems and achieve the desired objectives of a portable, self-contained, and real-time measurement module, this thesis presents and experimentally investigates a new enabling technology based on utilizing an array of microcantilever sensors to detect minute concentrations of CO in the fuel cell. Results of this study indicate that microcantilevers can be spin coated with homogenous layers of copper-exchanged Y zeolite (CuY). This zeolite is capable of adsorbing CO over a range pressures and fuel cell operating temperatures. As a result of this adsorption, the sensor experiences a shift in its resonance frequency, which can be measured and related to the concentration of CO. It is determined that maximum adsorption capacity of the sensor occurs at 40 oC using CuY zeolite that is loaded with 10 wt% Cu. Furthermore, experimental findings indicate that the sensitivity of the sensor increases as the number of zeolite layers is increased up to a certain threshold (4 layers). Beyond this threshold, adding more layers will only result in a less sensitive sensor. In the experiments described in this thesis, a maximum repeatable shift of 275 Hz in the first modal frequency of the microcantilevers is measured. Ultimately, such frequency shifts can be related to the concentration of CO in the gas mixture, allowing closed-loop, real-time control and diagnosis of the flow of gases into and out of the fuel cell. This can help avoid fuel-cell starvation and prevent catastrophic deactivation of the necessary fuel cell catalyst.
Benzer Tezler
- A nonlinear grey bernoulli model ıntegrated with grey wolf optimizer for PM concentration prediction in ıstanbul
Gri kurt algoritması ile entegre edilmiş doğrusal olmayan gri bernoulli modeli ile ıstanbul PM konsantrasyonunun tahmini
İREM ŞENGÖNÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUNCAY ÖZCAN
- Fuel-oil ve toz kömür yakılan kazanlarda ağır metal emisyonlarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
BERNA CAN
- Yarı Eberhart tipi kireç fırınlarının modifikasyonunun üretim enerjisi, yakıt ekonomisi ve hava kirliliği açısından incelenmesi
Investigating the effects of modifications to semi Eberhart type kilns on production enegy, fuel economy and air pollution
EVİN UĞUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Çevre MühendisliğiGazi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN TOPAL
- İstanbul Atatürk Havalimanı PAT sahasında HC ve CO emisyonlarının ölçüm ve değerlendirilmesi
Measurement and evaluation of HC and CO emissions in the runway, apron and taxi areas of Istanbul Ataturk Airport
ARZU HASANÇEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Çevre Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CUMA BAYAT