Система за рециркулация на водород с горивни клетки

Системата за захранване с водород влияе значително върху безопасността и експлоатационния живот на превозното средство.

Системата за рециркулация на водород служи като основен компонент на горивна клетка Системата за подаване на водород на двигателя. Основната ѝ функция е да рециркулира газ с висока влажност от изхода на анода обратно към входа на комина. Този процес не само позволява повторното използване на нереагирал водород, но и овлажнява входящия водороден поток, елиминирайки необходимостта от външна система за овлажняване и по този начин опростявайки архитектурата на системата с горивни клетки. Понастоящем основните помпи за рециркулация на водород включват помпи тип Roots, тип с нокът, спирален тип и лопатков тип, като лопатковите помпи са сравнително рядко срещани на вътрешните пазари.

Високопроизводителната система за захранване с водород трябва да притежава значителен капацитет за съхранение на водород, оперативна стабилност и високи стандарти за безопасност, за да осигури удължен пробег и дълготрайност на превозните средства с горивни клетки. Бордовата система за захранване с водород включва компоненти за регулиране на налягането/потока, сензори за течове на водород, захранващи тръбопроводи, системи за управление и системи за рециркулация на водород (обикновено с изключение на съда за съхранение на водород). Оперативният работен процес се състои от три фази: зареждане с гориво, съхранение и доставка.

1. Зареждане с гориво: Станциите за зареждане с водород доставят водород до бордовите резервоари за съхранение чрез възвратни клапани.

2. Съхранение: Резервоарите поддържат водород с висока чистота (99,999%) при налягане от 35 MPa или 70 MPa.

3. Доставка: По време на работа на горивната клетка, водородът преминава през редуцир/регулиращи клапани, за да се достигне работно налягане, преди да влезе в комина чрез електронно контролирани клапани, сензори за налягане, разходомери и овлажнители. Излишният водород или влиза в системата за рециркулация, или се третира преди изпускане в атмосферата.

Критични системни изисквания:

1. Стабилното снабдяване с водород подобрява издръжливостта на горивните клетки:

Изходното налягане на резервоара за съхранение (35/70 MPa) значително надвишава експлоатационните изисквания на комина.

Неправилното регулиране на налягането може да причини необратимо увреждане на мембраната за протонен обмен, което налага прецизен контрол на налягането.

2. Искробезопасността е задължителна: Като леснозапалим газ, водородните системи изискват цялостно наблюдение на параметрите на налягането, температурата и потока.

Внедряването на предпазни компоненти (напр. сензори, предпазни клапани) предотвратява течове, свръхналягане, прегряване и аномалии в потока.

Устройство за рециркулация на водород: Оптимизиране на използването и управлението на водите

Устройството за рециркулация на водород значително подобрява оползотворяването на водорода, като същевременно се справя с предизвикателствата, свързани с управлението на водата в комина, като пряко влияе върху дълготрайността на горивните клетки. Стандартната практика включва извличане на водата, генерирана по време на работа, чрез разделяне на газ и течност, като възстановеният водород се въвежда отново в системата. Този процес:

Осигурява присъщо овлажняване чрез водна пара в рециркулиращия газ

Увеличава скоростта на анодния поток, за да предотврати натрупването на вода („наводняване“)

Подобрява общата ефективност на използване на водорода

Конфигурации на системата за рециркулация:

Настоящите реализации използват предимно помпи и ежектори за рециркулация на водород, поотделно или в комбинация:

1. Помпа за рециркулация на водород:

Използва управление на двигателя с променлива честота за динамично регулиране на потока

Предимства: Подобрена гъвкавост на циркулацията на водород в различните диапазони на мощност

Недостатък: Допълнителна консумация на електроенергия

2. Ежектор:

Пасивна работа без изисквания за спомагателно захранване

Предимства: Опростена конструкция, надеждност на експлоатацията, удължен експлоатационен живот

Ограничение: Фиксираната скорост на рециркулация ограничава ефективния работен диапазон