การพัฒนาเทคโนโลยีการผนึกสำหรับชั้นวางเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งแบบแผ่น

Development on sealing technology for planar solid oxide fuel cell

Name: นิตินัย ปัญญ์บุศยกุล

ThaSH: การปิดผนึก (เทคโนโลยี)

ThaSH: เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง

Othors: วิศวกรรมเครื่องกล -- วิทยานิพนธ์.

Othors: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล -- วิทยานิพนธ์.

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีการผนึกสำหรับชั้นวางเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งแบบ แผ่น (planar SOFC) โดยมุ่งเน้นไปที่ fuel/oxidant seals ซึ่งเป็นการพัฒนารูปทรงการผนึก และ วัสดุผนึกเซลล์ เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซออกซิเจนจากด้านคาโทดทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนจากฝืง แอโนด ซึ่งการรั่วจะส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง และทำให้เกิดความร้อนสูงที่บริเวณที่เกิดการรั่ว นำไปสู่ความแตกต่างของอุณหภูมิในหอเซลล์ ก่อให้เกิดปัญหาความเค้นเนื่องจากความร้อน เพราะฉะนั้นการออกแบบจะต้องคำนึงถึงระดับของความเค้นให้ตํ่ากว่าขีดจำกัดของความเค้นที่เกิดชื้น รวมทั้งพฤติกรรมของวัสดุในช่วงยืดหยุ่น และพลาสติกด้วย การพัฒนาเทคโนโลยีการผนึกเริ่มตั้งแต่การออกแบบและสร้างต้นแบบเทคโนโลยีการผนึก ด้วยภาระกด การศึกษาในส่วนของการผนึก แบบผนึกแข็งเกร็ง compressive seal และการ วิเคราะห์ความเค้นด้วยระเบียบวิธีทางไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยรายละเอียดของการศึกษาได้แก่ i) การ ผนึกแบบแข็งเกร็งได้ทำการศึกษาพฤติกรรมของวัสดุผนึกแก้วชนิดต่างๆ ต่อคุณลักษณะจำเพาะ และ อัตราการรั่ว ii) compressive seal ได้มีการศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่มีผลกระทบต่ออัตราการรั่ว ได้แก่ ลักษณะของรูปแบบของภาระ ลักษณะรูปร่างของร่องผนึก ความหยาบของพื้นผิว ความกว้างของร่อง ผนึก ภาระ อุณหภูมิที่มีอิทธิพลต่อการอ่อนตัวของวัสดุ และชนิดของวัสดุผนึก และ iii) การวิเคราะห์ ปัญหาการกระจายตัวของความเค้นเนื่องจากรูปแบบของภาระบนพื้นผิวของอินเตอร์คอนเน็กเตอร์จะ ถูกอธิบายโดย pressure indicating films และการจำลองเซิงตัวเลข ภายใต้เงื่อนไขการจำลองแบบ 3 มิติ บนพื้นฐานแนวคิดแบบสถิตยศาสตร์ ขณะที่การวิเคราะห์ปัญหาการกระจายตัวของความเค้น เนื่องจากความร้อน ภายใต้การออกแบบร่องผนึกสี่เหลี่ยม ร่องผนึกรูปตัวยู และร่องผนึกสามเหลี่ยม จะถูกอธิบายด้วยการจำลองเซิงตัวเลข ภายใต้เงื่อนไขการจำลองแบบ line contact, dynamic, explicit และ direct method จากผลการศึกษาสามารถอธิบายได้ดังนี้ศึอ i) การศึกษาวัสดุผนึกแก้วที่มีส่วนผสมของโพลิเมอร์ผสมและแก้วภายใต้สภาวะการทำงาน ของ planar SOFC พบว่าจากการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคแสดงให้เห็นว่าขนาดของรูพรุนมีการ ขยายตัวชื้นเมื่ออัตราส่วนผสมของโพลิเมอร์ผสมลดลง และอุณหภูมิการทำงานเพิ่มชื้น อัตราการรั่วที่ อุณหภูมิ 800°c มีค่าน้อยกว่า 3.41xl0"4 cm3/min-cm ลัดส่วนของวัสดุผนึกแก้วระหว่างโพลิเมอร์ ผสมและแก้วที่อัตราส่วน 1:3 เป็นลัดส่วนที่เหมาะสมสำหรับ planar SOFC ii) การผนึกแบบ compressive seal มีการศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลกระทบต่ออัตราการรั่ว ได้แก่ รูปแบบของการกระจายตัวของภาระ การออกแบบร่องผนึก ความหยาบผิว ความกว้างของร่อง ผนึก ภาระ อุณหภูมิ และชนิดของวัสดุผนึก ภายใต้สภาวะการทำงานของ planar SOFC โดยจาก การศึกษาการกระจายตัวของภาระพบว่าภาระแบบ uniform มีอัตราการรั่วที่น้อยกว่าภาระแบบจุด การออกแบบร่องผนึกจะพบว่าร่องผนึกรูปตัวยู มีอัตราการรั่วน้อยกว่าร่องผนึกหน้าตัดสามเหลี่ยม และลี่เหลี่ยม และเมื่อใช้วัสดุเงินในการผนึกร่วมกับร่องผนึกรูปตัวยู กับตรวจไม่พบการรั่วภายใต้ เงื่อนไขภาระแบบ uniform (0.68 MPaและ 800°c) เมื่อพิจารณาเรื่องของความหยาบผิวจะพบว่า ค่าความหยาบผิวจะแปรผันตรงกับอัตราการรั่วโดยค่าความหยาบผิวตํ่าจะทำให้เกิดอัตราการรั่วตํ่า ขณะที่เมื่อพิจารณาความกว้างของร่องผนึกจะพบว่าร่องผนึกยิ่งกว้างอัตราการรั่วยิ่งน้อยลง ใน ขณะเดียวกันเมื่อมีการเพิ่มภาระ และอุณหภูมิจะส่งผลให้อัตราการรั่วลดลง ปัจจัยอื่นๆ ที่มีผลกระทบ ต่ออัตราการรั่วนั้นคือ ชนิดของวัสดุผนึก จากการศึกษาพบว่าวัสดุเงินมีอัตราการรั่วน้อยกว่าวัสดุไมกา (Mica) และ Thermiculite866 ซึ่งทั้งวัสดุเงิน และไมกานั้น มีแนวโน้มของอัตราการรั่วลดลง เมื่อ ความกว้าง อุณหภูมิ และภาระเพิ่มขึ้น แต่สำหรับวัสดุ Thermiculite866 กลับพบว่าอุณหภูมิจะ ผกผันกับปัจจัยอื่นๆ คือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอัตราการรั่วก็จะเพิ่มขึ้น จากผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าวัสดุ ผนึกเงินมีศักยภาพในการป็องกันการรั่วได้ดี นอกจากนี้ภายใต้การผนึกแบบ compressive seal ยังมี การศึกษาการผนึกด้วยวัสดุคอนดักทีฟซิลเวอร์เพนท์ (conductive silver paint) และไมกาที่มีการ จัดเรียงแบบซ้อนกัน ซึ่งพบว่าอัตราการรั่วมีแนวโน้มลดลงเมื่อมีการเพิ่มความกว้าง อุณหภูมิ และ ภาระ และอัตราการรั่วมีค่าน้อยกว่าการใช้ไมกาเพียงอย่างเดียว เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคของไมกา ที่มีคอนดักซ์ทรีพซิลเวอร์แทรกอยู่ส่งผลให้ซ่องว่างและการเชื่อมโยงของซ่องว่างลดลง iii) การวิเคราะห์ความเค้น แสดงให้เห็นว่ารูปแบบของภาระที่กระทำบนพื้นผิวของอินเตอร์ คอนเน็กเตอร์ทำให้การกระจายตัวความเค้นแตกต่างกัน นั่นแสดงให้เห็นถึงอินเตอร์คอนเน็กเตอร์ ไม่ได้เป็นวัตถุแข็งเกร็ง โดยจะพบความเค้นสูงสุดใกล้กับภาระแบบจุด และค่อยๆ ลดลงเมื่อออกห่าง จากภาระแบบจุด โดยภาระแบบกระจายจะมีการกระจายตัวของความเค้นที่ดีกว่า ซึ่งผลที่ได้ สอดคล้องกับ pressure indicating films และอัตราการรั่วค่อนช้างน้อย ขณะที่การวิเคราะห์ความ เค้นของการออกแบบร่องผนึก แสดงให้เห็นว่าการออกแบบร่องผนึกรูปตัวยู มีความเค้นกดที่สูงเกิน กว่าค่าขีดจำกัดความยืดหยุ่น พร้อมทั้งยังมีค่าความเค้นที่สูงที่เพียงพอในบริเวณพื้นที่ที่ครอบคลุมมาก เพียงพอ ขณะที่ร่องผนึกสามเหลี่ยมจะมีความเข้มของความเค้นสูงที่สูงในพื้นที่บริเวณเล็กๆ ในทาง กลับกันร่องผนึกสี่เหลี่ยมจะมีการกระจายตัวของความเค้นที่ดีแต่มีค่าความเค้นที่ตํ่า ขณะที่การเสียรูป ของภาพตัดของร่องผนึกแสดงให้เห็นว่าวัสดุผนึกอยู่ภายใต้พฤติกรรมการเสียรูปแบบพลาสติก กับ พื้นผิวผนังของรูปทรงของร่องผนึกรูปตัวยู ในอันดับที่สูงมากกว่ารูปทรงของร่องผนึกสามเหลี่ยม ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่าพื้นที่การเสียรูปของพื้นผิววัสดุผนึกที่สูงสามารถก่อให้เกิดประสิทธิผลในการ ลดการเชื่อมต่อของซ่องทางระดับจุลภาคระหว่างวัสดุผนึกและพื้นผิวอินเตอร์คอนเน็กเตอร์

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: Lifelong@kmitl.ac.th

Name: บัณฑิต ฟุ้งธรรมสาร

Role: อาจารย์ผู้ควบคุมวิทยานิพนธ์

Email : bundit_f@jgsee.kmutt.ac.th

Created: 2556

Modified: 2558-10-03

Issued: 2558

Issued: 2558-10-03

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต (วิศวกรรมเครื่องกล)

Level: ปริญญาเอก

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

©copyrights สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Fulltext Nitinai Punbusayakul.pdf	31.47 MB	30	2020-05-17 19:39:35

ใช้เวลา

0.034724 วินาที