Doğrudan Metanol Yakıt Pilinde Kullanılan Yardımcı Elemanlar

Yakıt pilinin çalıĢması için gerekli yardımcı elemanlar;

 Yakıt pompası  Hava pompası  Sirkülasyon Pompası  Yakıt tankı

 Yakıt, hava ve ısı sensörleri  Kontrol kartı

 DC/DC dönüĢtürücü (Öztorul, 2009).

Ģeklinde sıralanabilir. Kontrol kartının tasarımında bu elemanların nasıl çalıĢtığının ve görevlerinin ne olduğunun iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle öncelikli olarak yardımcı elemanlar incelenmiĢtir.

4.2.1 Yakıt pompası

Doğrudan metanol yakıt pilleri çalıĢtığı sürece metanol-su karıĢımındaki metanol sürekli azalmaktadır. Yakıt pilinin veriminin düĢmemesi için metanol-su karıĢımının belirli değerler arasında tutulması gerekmektedir. Metanol-su karıĢımını sabit tutmak için yakıt deposundan yakıt tankına yakıt pompası vasıtası ile metanol pompalanmaktadır (Younghyum vd., 2010). Yakıt pompası seçilirken yakıt pilinin büyüklüğüne ve harcadığı metanol miktarına dikkat etmek gerekmektedir. Metanol-su karıĢımındaki metanolün yüksek değerlerde olması yakıt pilinde bulunan membrana zarar vereceğinden pompanın düĢük seviyede yakıt verebilecek Ģekilde seçilmesi önemlidir.

Bazı yakıt pompaları kontrol ünitesi ile kontrol edilmektedir. Pompanın kontrol kartına gerekli bilgi gönderilerek istenilen miktarda yakıt pompalaması sağlanmaktadır. Pompanın her çalıĢmada ne kadar yakıt pompalayacağı bilindiğinden istenilen miktar kadar iĢlem tekrarlanarak gerekli yakıt doğrudan yakıt deposuna pompalanmaktadır. Yakıt pompalarının istenildiğinde kontrol ünitesi olmadan da direk olarak kontrol edilmeleri mümkündür. Ancak bunun yapılabilmesi için mikrodenetleyici yazılımının pompanın kontrolünü sağlayacak Ģekilde yazılması ve pompa sürücü elemanının kontrol kartına eklenmesi gerekmektedir.

ġekil 4.2. Yakıt pompası

4.2.2 Hava pompası

gerekmektedir. Bu nedenle hava pompası kullanılmaktadır. Yakıt pili çalıĢtığı sürece havanın sürekli ve sabit basınçla gönderilmesi yakıt pilinin verimi için çok önemlidir. Özellikle yüksek akım yoğunluklarında katalitik yüzeyde reaksiyon çok hızlı olduğu için verilen oksijenin az olması gerektiği kadar gerilim veya akım üretilememesine neden olmakta, bu da yakıt pilinin verimini düĢürmektedir (Younghyum vd., 2010).

Hava pompaları çalıĢma gerilimlerine göre DC ve AC olmak üzere iki Ģekilde bulunmaktadır. DC hava pompalarında gönderilen hava basıncı gerilime bağlı iken AC hava pompalarında frekansa bağlıdır. Yakıt pilinin çıkıĢ gerilimi çekilen akıma bağlı olarak değiĢebildiği için gerilimdeki değiĢimden etkilenmemesi ve yüksek verimde çalıĢması açısından AC hava pompaları daha kullanıĢlıdır.

4.2.3 Sirkülasyon (Devirdaym) pompası

Metanol-su karıĢımı yakıt tankında bulunmaktadır. Yakıt pilinin çalıĢtığı sürece metanol-su karıĢımının yakıt tankından yakıt piline sürekli gönderilmesi gerekmektedir. Metanol-su karıĢımını yakıt tankından yakıt piline gönderen eleman sirkülasyon pompasıdır (Younghyum vd., 2010). Sirkülâsyon pompası sadece metanol-su karıĢımının yakıt piline gönderilmesini değil aynı zamanda yakıt pilinden açığa çıkan su ve kullanılmayan metanol-su karıĢımının yakıt tankına geri dönmesini sağlayan pompadır. Yakıt pilinin çıkıĢına bağlı olarak devirdaym pompasının çalıĢma gerilim değerleri değiĢmektedir.

ġekil 4.3. Farklı sirkülasyon pompası modelleri

4.2.4 Yakıt tankı

tepkime sonucu eksilen metanol yakıt pompası vasıtası ile yakıt tankına gönderilmekte, tepkime sonucu yakıt pilinde meydana gelen su ve kullanılmayan metanol-su karıĢımı yakıt tankına geri gönderilmektedir. Yakıt pilinin veriminin yüksek olabilmesi için metanol-su karıĢımının belli oranda sabit tutulması gerekmektedir. Yakıt pilinin kullandığı metanol yakıt pompası vasıtası ile yakıt tankına gönderildiğinde sonradan eklenen metanolün ve pilde ortaya çıkan suyun iyi karıĢtırılarak metanol-su karıĢımının aynı yoğunlukta olması için tankın dizaynının çok iyi yapılması gerekmektedir. Bununla beraber yakıt tankında bulunan metanol-su karıĢımının belli seviyede yakıt tankında bulunması gerekmektedir. Özellikle yakıt pilinde ısınma sonucunda suyun buharlaĢması ile su miktarında azalma olabilir. Bu durum metanol-su oranını değiĢtireceğinden yakıt tankındaki karıĢım seviyesi belli bir değerin altına indiğinde kontrol kartının sistemi kapatması sağlanmalıdır. Sistem kapatılmaz ise membrana zarar vererek yakıt pilinin çalıĢmaz durumuna gelmesine sebep olabilir.

Metanol iyi bir çözücüdür. Bu nedenle yakıt tankı seçilirken yapımında kauçuk ve plastik gibi malzemeler kullanılmayan tanklar seçilmelidir. Yapısında metal bulunan tankların kullanılmamasına özen gösterilmelidir. Eğer metal bir yakıt tankı kullanılacak ise paslanmaz çelikten yapılıĢ olmasına dikkat edilmelidir. Aksi takdirde tankın delinmesi sonucu metanol havaya karıĢabilmekte ve canlılar için hayati tehlikeler doğurabilmektedir.

4.2.5 Yakıt, hava ve ısı sensörleri

Doğrudan metanol yakıt pilleri çok kompleks sistemlerdir. Sistemin çalıĢması sırasında birçok ölçümün yapılması ve bu ölçümlerin kontrol kartına iletilmesi gerekmektedir. Kontrol kartı yapılan ölçümler sonucunda ne yapılması gerektiğine karar verecek ve gerekli iĢlemlerin yapılmasını sağlayacaktır. Sistemde ölçme iĢlemini yapan elemanlar sensörlerdir.

Doğrudan metanol yakıt pilleri çalıĢırken ısı açığa çıkarırlar. Metanol‟ün kaynama ısısı 65.1Cº olduğundan yakıt pilinin bu değeri aĢmasına izin verilmemelidir. Bu nedenle yakıt piline ısısı ısı sensörü bağlanarak mutlaka ölçülmelidir. Bazı doğrudan metanol yakıt pillerinde yakıt pili çekilen güce bağlı olarak çok fazla ısınmakta ve soğutulabilmesi için yakıt pili ile yakıt deposu arasına bir radyatör bağlanmaktadır.

ġekil 4.4. Birçok amaçla kullanılan sensörler

Yakıt pilindeki ve radyatördeki ısıyı ölçmek için ısı sensörleri kullanılmaktadır. Isı sensörlerinden alınan bilgiye bağlı olarak kontrol kartı, yakıt pili ve radyatörü soğutması için fanları devreye sokmakta veya devreden çıkarmaktadır. Isı değeri çok yükseldiğinde ise kontrol kartı bütün sistemi kapatarak sadece fanları çalıĢtırmakta, yakıt pilinin istenen ısı değerine düĢmesini sağlamakta ve kullanıcıya yüksek ısı uyarısı vermektedir. Bazı yakıt pillerinde yakıtın yakıt deposundan yakıt tankına gelip gelmediğini kontrol etmek amacı ile yakıt sensörü kullanılmaktadır. Sensörden alınan bilgiye göre eğer yakıt deposundan yakıt gelmiyor ise kontrol kartı sistemi durdurmakta ve yakıt yok uyarısını kullanıcıya vermektedir. Bazı yakıt pillerinde ise hava pompasından gelen havanın basıncı ölçülmekte ve kontrol kartına iletilmektedir. Yakıt pillerinin doğru ve verimli çalıĢması sensörlerden alınan bilgilere bağlıdır. Kontrol kartı sensörlerden alınan bilgilere bağlı olarak çalıĢması nedeni ile sensörlerin doğru seçilmesi ve kullanılması hayati önem arz etmektedir.

4.2.6 Kontrol kartı

Kontrol kartı yakıt pillerinin kontrol ünitesi olduğundan hayati önem arz etmektedir. Sensörlerden gelen bilgilerin değerlendirilmesi, pompaların çalıĢtırılması, yakıt kontrolünün yapılması, DC/DC çeviricinin çalıĢması gibi birçok iĢlemin yapıldığı yer kontrol kartıdır. Kontrol kartında mikrodenetleyici, sensörlerden gelen bilgiyi alan ve bu bilgilere bağlı olarak gerekli iĢlemlerin ara elemanlar vasıtası ile yapılmasını sağlayan devre elemanıdır. Mikrodenetleyici içerisindeki yazılıma göre çalıĢmaktadır. Bu nedenle parametreler doğru tespit edilmeli ve bu parametrelere bağlı olarak iyi bir algoritma oluĢturulmalıdır. Algoritma oluĢturulmadan önce sistemin nasıl çalıĢacağı, sensörlerden gelen bilgilere bağlı olarak nasıl iĢlem yapacağı, hangi durumda sistemi kapatacağı veya beklemeye alacağı, hangi pompa veya fanı hangi durumda çalıĢtıracağı

veya durduracağı gibi durumların belirlenmesi ve daha sonra bu bilgilere göre algoritma oluĢturulması gerekmektedir. Algoritma oluĢturulduktan sonra mikrodenetleyici için gerekli yazılımı yazılmalı ve içerisine yüklenmelidir. Mikrodenetleyici programlandıktan sonra gerekli sürücü elemanları devreye eklenerek kontrol kartı tamamlanmaktadır. Kontrol kartı sadece sensör bilgilerini alan veya pompa çalıĢtıran eleman değildir. Yakıt pilinin çıkıĢı DC gerilim vermektedir. Kullanılan pompalar veya fanlar AC gerilim ile çalıĢıyor ise veya yakıt pilinin çıkıĢından AC gerilim alınmak isteniyor ise gerekli çevirmeleri yapmak veya gerilim-frekans kontrolü yapmakta kontrol kartının görevidir.

4.2.7 DC/DC çevirici

Yakıt pilinden elde edilen gerilim çıkıĢta istenilen düzeyde olmayabilir. Ġstenilen seviyeye çıkarılması için bir çeviriciye ihtiyaç vardır. Çevirme iĢlemi yapılır iken mutlaka kayıplar meydana gelmektedir. Sistemin veriminin iyi olması isteniyor ise çeviricinin minimum kayıpla çevirme yapması gerekmektedir (Kirubakaran, 2009). Bu nedenle iyi bir çeviriciye ihtiyaç duyulmaktadır. Çeviriciler isteğe bağlı olarak kontrol kartında veya ayrı olarak kullanılabilirler. Ayrı bir çevirici kullanılması yakıt pilinin boyutunu büyüteceğinden genellikle kontrol kartı üzerinde dizayn edilmektedir. Yakıt pili ile ev cihazları çalıĢtırılmak istediğinde ise DC gerilimin AC gerilime dönüĢtürülebilmesi için DC/AC çeviriciler kullanılmalıdır.