Sistema de recirculação de hidrogênio de célula de combustível

O sistema de fornecimento de hidrogênio impacta significativamente a segurança do veículo e a vida útil operacional.

O sistema de recirculação de hidrogênio serve como um componente central do célula de combustível Sistema de suprimento de hidrogênio do motor. Sua função principal é recircular o gás com alta umidade da saída do ânodo de volta para a entrada da chaminé. Esse processo não só permite a reutilização do hidrogênio não reagido, como também umidifica o fluxo de hidrogênio de entrada, eliminando a necessidade de um sistema de umidificação externo e, assim, simplificando a arquitetura do sistema de célula de combustível. Atualmente, as bombas de recirculação de hidrogênio mais comuns incluem as do tipo Roots, tipo garra, tipo scroll e tipo palheta, sendo as bombas do tipo palheta relativamente incomuns no mercado doméstico.

Um sistema de fornecimento de hidrogênio de alto desempenho deve apresentar capacidade substancial de armazenamento de hidrogênio, estabilidade operacional e altos padrões de segurança para garantir maior autonomia e durabilidade dos veículos com células de combustível. O sistema de fornecimento de hidrogênio a bordo compreende componentes de regulação de pressão/fluxo, sensores de vazamento de hidrogênio, tubulações de fornecimento, sistemas de controle e sistemas de recirculação de hidrogênio (normalmente excluindo o reservatório de armazenamento de hidrogênio). O fluxo de trabalho operacional consiste em três fases: reabastecimento, armazenamento e entrega.

1. Reabastecimento: Os postos de reabastecimento de hidrogênio fornecem hidrogênio aos tanques de armazenamento de bordo por meio de válvulas de retenção.

2. Armazenamento: Os tanques mantêm hidrogênio de alta pureza (99,999%) a pressões de 35 MPa ou 70 MPa.

3. Distribuição: Durante a operação da célula de combustível, o hidrogênio passa por válvulas redutoras/reguladoras de pressão para atingir a pressão operacional antes de entrar na chaminé por meio de válvulas controladas eletronicamente, sensores de pressão, medidores de vazão e umidificadores. O excesso de hidrogênio entra no sistema de recirculação ou passa por tratamento antes de ser liberado para a atmosfera.

Requisitos críticos do sistema:

1. O fornecimento estável de hidrogênio aumenta a durabilidade da célula de combustível:

A pressão de saída do tanque de armazenamento (35/70 MPa) excede substancialmente os requisitos operacionais da chaminé.

A regulação inadequada da pressão pode causar danos irreversíveis à membrana de troca de prótons, exigindo controle preciso da pressão.

2. A segurança intrínseca é obrigatória: como um gás altamente combustível, os sistemas de hidrogênio exigem monitoramento abrangente dos parâmetros de pressão, temperatura e fluxo.

A implementação de componentes de segurança (por exemplo, sensores, válvulas de alívio) evita vazamentos, sobrepressão, superaquecimento e anomalias de fluxo.

Dispositivo de Recirculação de Hidrogênio: Otimizando a Utilização e a Gestão da Água

O dispositivo de recirculação de hidrogênio melhora significativamente a utilização do hidrogênio, ao mesmo tempo em que aborda os desafios de gerenciamento de água da chaminé, influenciando diretamente a longevidade do motor de célula de combustível. A prática padrão envolve a extração da água gerada durante a operação por meio da separação gás-líquido, com o hidrogênio recuperado sendo reintroduzido no sistema. Este processo:

Fornece umidificação inerente por meio de vapor de água em gás recirculado

Aumenta a velocidade do fluxo do ânodo para evitar o acúmulo de água ("inundação")

Aumenta a eficiência geral da utilização do hidrogênio

Configurações do sistema de recirculação:

As implementações atuais utilizam principalmente bombas de recirculação de hidrogênio e ejetores, individualmente ou em combinação:

1. Bomba de recirculação de hidrogênio:

Emprega controle de motor de frequência variável para ajuste de fluxo dinâmico

Vantagens: Maior flexibilidade na circulação de hidrogênio em todas as faixas de potência

Desvantagem: Consumo adicional de energia elétrica

2.Ejetor:

Operação passiva sem requisitos de energia auxiliar

Vantagens: Construção simples, confiabilidade operacional, vida útil prolongada

Limitação: A taxa de recirculação fixa restringe a faixa operacional efetiva