Sistema di ricircolo dell'idrogeno a celle a combustibile

Il sistema di alimentazione dell'idrogeno ha un impatto significativo sulla sicurezza e sulla durata operativa del veicolo.

Il sistema di ricircolo dell'idrogeno funge da componente fondamentale del cella a combustibile sistema di alimentazione dell'idrogeno del motore. La sua funzione principale è quella di ricircolare il gas ad alta umidità dall'uscita dell'anodo all'ingresso del camino. Questo processo non solo consente il riutilizzo dell'idrogeno non reagito, ma umidifica anche il flusso di idrogeno in ingresso, eliminando la necessità di un sistema di umidificazione esterno e semplificando così l'architettura del sistema a celle a combustibile. Attualmente, le pompe di ricircolo dell'idrogeno più diffuse includono pompe Roots, a lobi, a spirale e a palette, con le pompe a palette relativamente rare nei mercati nazionali.

Un sistema di alimentazione dell'idrogeno ad alte prestazioni deve presentare una notevole capacità di stoccaggio dell'idrogeno, stabilità operativa ed elevati standard di sicurezza per garantire un'autonomia di guida estesa e la durata dei veicoli a celle a combustibile. Il sistema di alimentazione dell'idrogeno di bordo comprende componenti di regolazione della pressione/flusso, sensori di perdite di idrogeno, tubazioni di alimentazione, sistemi di controllo e sistemi di ricircolo dell'idrogeno (in genere escluso il serbatoio di stoccaggio dell'idrogeno). Il flusso di lavoro operativo si compone di tre fasi: rifornimento, stoccaggio e consegna.

1. Rifornimento: le stazioni di rifornimento di idrogeno forniscono l'idrogeno ai serbatoi di stoccaggio di bordo tramite valvole di ritegno.

2. Stoccaggio: i serbatoi mantengono idrogeno ad alta purezza (99,999%) a pressioni di 35 MPa o 70 MPa.

3. Erogazione: durante il funzionamento della cella a combustibile, l'idrogeno passa attraverso valvole di riduzione/regolazione della pressione per raggiungere la pressione operativa prima di entrare nello stack tramite valvole a controllo elettronico, sensori di pressione, misuratori di portata e umidificatori. L'idrogeno in eccesso entra nel sistema di ricircolo o viene sottoposto a trattamento prima del rilascio in atmosfera.

Requisiti di sistema critici:

1. Un approvvigionamento stabile di idrogeno aumenta la durata delle celle a combustibile:

La pressione di uscita del serbatoio di stoccaggio (35/70 MPa) supera notevolmente i requisiti operativi della ciminiera.

Una regolazione impropria della pressione può causare danni irreversibili alla membrana a scambio protonico, rendendo necessario un controllo preciso della pressione.

2. La sicurezza intrinseca è obbligatoria: essendo un gas altamente combustibile, i sistemi a idrogeno richiedono un monitoraggio completo dei parametri di pressione, temperatura e flusso.

L'implementazione di componenti di sicurezza (ad esempio sensori, valvole di sicurezza) previene perdite, sovrapressioni, surriscaldamenti e anomalie di flusso.

Dispositivo di ricircolo dell'idrogeno: ottimizzazione dell'utilizzo e della gestione dell'acqua

Il dispositivo di ricircolo dell'idrogeno migliora significativamente l'utilizzo dell'idrogeno stesso, risolvendo al contempo le problematiche di gestione dell'acqua di scarico, influendo direttamente sulla longevità del motore a celle a combustibile. La prassi standard prevede l'estrazione dell'acqua generata durante il funzionamento attraverso la separazione gas-liquido, con l'idrogeno recuperato reintrodotto nel sistema. Questo processo:

Fornisce umidificazione intrinseca tramite vapore acqueo nel gas ricircolato

Aumenta la velocità del flusso dell'anodo per prevenire l'accumulo di acqua ("allagamento")

Migliora l'efficienza complessiva dell'utilizzo dell'idrogeno

Configurazioni del sistema di ricircolo:

Le attuali implementazioni utilizzano principalmente pompe di ricircolo dell'idrogeno ed eiettori, singolarmente o in combinazione:

1. Pompa di ricircolo dell'idrogeno:

Utilizza il controllo del motore a frequenza variabile per la regolazione dinamica del flusso

Vantaggi: Maggiore flessibilità nella circolazione dell'idrogeno in tutte le gamme di potenza

Svantaggio: consumo aggiuntivo di energia elettrica

2.Eiettore​​:

Funzionamento passivo senza requisiti di alimentazione ausiliaria

Vantaggi: costruzione semplice, affidabilità operativa, durata di vita prolungata

Limitazione: la velocità di ricircolo fissa limita l'intervallo operativo effettivo