Sistem de recirculare a hidrogenului în pile de combustie

Sistemul de alimentare cu hidrogen are un impact semnificativ asupra siguranței și duratei de viață operaționale a vehiculului.

Sistemul de recirculare a hidrogenului servește drept componentă centrală a pilă de combustie Sistemul de alimentare cu hidrogen al motorului. Funcția sa principală este de a recircula gazul cu umiditate ridicată de la ieșirea anodului înapoi la intrarea în coș. Acest proces nu numai că permite reutilizarea hidrogenului nereacționat, dar și umidifică fluxul de hidrogen care intră, eliminând necesitatea unui sistem de umidificare extern și simplificând astfel arhitectura sistemului de pile de combustie. În prezent, pompele de recirculare a hidrogenului principale includ cele de tip Roots, de tip cu gheare, de tip spirală și de tip cu palete, pompele de tip cu palete fiind relativ mai puțin frecvente pe piețele interne.

Un sistem de alimentare cu hidrogen de înaltă performanță trebuie să prezinte o capacitate substanțială de stocare a hidrogenului, stabilitate operațională și standarde ridicate de siguranță pentru a asigura o autonomie extinsă și durabilitatea vehiculelor cu pile de combustie. Sistemul de alimentare cu hidrogen de la bord cuprinde componente de reglare a presiunii/debitului, senzori de scurgere a hidrogenului, conducte de alimentare, sisteme de control și sisteme de recirculare a hidrogenului (de obicei, excluzând vasul de stocare a hidrogenului). Fluxul de lucru operațional constă în trei faze: realimentare, stocare și livrare.

1. Realimentare: Stațiile de alimentare cu hidrogen livrează hidrogen către rezervoarele de stocare de la bord prin intermediul unor supape de sens unic.

2. Depozitare: Rezervoarele mențin hidrogen de înaltă puritate (99,999%) la presiuni de 35 MPa sau 70 MPa.

3. Livrarea: În timpul funcționării pilelor de combustie, hidrogenul trece prin valve de reducere/reglare a presiunii pentru a atinge presiunea operațională înainte de a intra în coș prin intermediul valvelor controlate electronic, senzorilor de presiune, debitmetrelor și umidificatoarelor. Excesul de hidrogen fie intră în sistemul de recirculare, fie este tratat înainte de eliberarea în atmosferă.

Cerințe critice de sistem:

1. Alimentarea stabilă cu hidrogen îmbunătățește durabilitatea pilelor de combustie:

Presiunea de ieșire a rezervorului de stocare (35/70 MPa) depășește substanțial cerințele de funcționare a coșului de fum.

Reglarea necorespunzătoare a presiunii poate provoca deteriorarea ireversibilă a membranei de schimb de protoni, necesitând un control precis al presiunii.

2. Siguranța intrinsecă este obligatorie: Fiind un gaz extrem de combustibil, sistemele cu hidrogen necesită o monitorizare cuprinzătoare a parametrilor de presiune, temperatură și debit.

Implementarea componentelor de siguranță (de exemplu, senzori, supape de siguranță) previne scurgerile, suprapresiunea, supraîncălzirea și anomaliile de debit.

Dispozitiv de recirculare a hidrogenului: optimizarea utilizării și gestionarea apei

Dispozitivul de recirculare a hidrogenului îmbunătățește semnificativ utilizarea hidrogenului, abordând în același timp provocările legate de gestionarea apei din coș, influențând direct longevitatea motorului cu pile de combustie. Practica standard implică extragerea apei generate în timpul funcționării prin separarea gaz-lichid, hidrogenul recuperat fiind reintrodus în sistem. Acest proces:

Oferă umidificare inerentă prin vapori de apă în gazul recirculat

Crește viteza de curgere a anodului pentru a preveni acumularea de apă („inundații”)

Îmbunătățește eficiența generală a utilizării hidrogenului

Configurații ale sistemului de recirculare:

Implementările actuale utilizează în principal pompe și ejectoare de recirculare a hidrogenului, fie individual, fie în combinație:

1. Pompă de recirculare a hidrogenului:

Utilizează controlul motorului cu frecvență variabilă pentru reglarea dinamică a debitului

Avantaje: Flexibilitate sporită a circulației hidrogenului în toate intervalele de putere

Dezavantaj: Consum suplimentar de energie electrică

2. Ejector:

Funcționare pasivă fără cerințe de alimentare auxiliară

Avantaje: Construcție simplă, fiabilitate în funcționare, durată de viață extinsă

Limitare: Rata fixă ​​de recirculare constrânge intervalul de funcționare efectiv