Waterstofrecirculatiesysteem met brandstofcellen

Het waterstoftoevoersysteem heeft een grote impact op de veiligheid en de levensduur van voertuigen.

Het waterstofrecirculatiesysteem vormt een kerncomponent van de brandstofcel Het waterstoftoevoersysteem van de motor. De primaire functie is het recirculeren van gas met een hoge luchtvochtigheid van de anode-uitlaat terug naar de schoorsteeninlaat. Dit proces maakt niet alleen hergebruik van niet-gereageerde waterstof mogelijk, maar bevochtigt ook de inkomende waterstofstroom, waardoor een extern bevochtigingssysteem overbodig is en de architectuur van het brandstofcelsysteem wordt vereenvoudigd. Momenteel zijn de gangbare waterstofrecirculatiepompen onder andere het Roots-type, het klauwtype, het scrolltype en het schoepentype, waarbij schoepenpompen relatief ongebruikelijk zijn op de binnenlandse markt.

Een hoogwaardig waterstoftoevoersysteem moet beschikken over een aanzienlijke waterstofopslagcapaciteit, operationele stabiliteit en hoge veiligheidsnormen om een ​​grotere actieradius en duurzaamheid van brandstofcelvoertuigen te garanderen. Het waterstoftoevoersysteem aan boord omvat componenten voor druk-/stroomregeling, waterstofleksensoren, toevoerleidingen, controlesystemen en waterstofrecirculatiesystemen (doorgaans exclusief het waterstofopslagvat). De operationele workflow bestaat uit drie fasen: tanken, opslag en levering.

1. Tanken: Waterstoftankstations leveren waterstof via terugslagkleppen aan de opslagtanks aan boord.

2. Opslag: De tanks handhaven waterstof van hoge zuiverheid (99,999%) bij een druk van 35 MPa of 70 MPa.

3. Toevoer: Tijdens de werking van de brandstofcel stroomt waterstof door drukreduceer-/regelkleppen om de operationele druk te bereiken voordat het de schoorsteen binnenkomt via elektronisch aangestuurde kleppen, druksensoren, flowmeters en luchtbevochtigers. Overtollige waterstof komt in het recirculatiesysteem terecht of wordt behandeld voordat het in de atmosfeer wordt uitgestoten.

Kritieke systeemvereisten:

1. Een stabiele waterstofvoorziening verbetert de duurzaamheid van brandstofcellen:

De uitlaatdruk van de opslagtank (35/70 MPa) overschrijdt de operationele vereisten van de schoorsteen aanzienlijk.

Onjuiste drukregeling kan onherstelbare schade aan het protonenuitwisselingsmembraan veroorzaken, waardoor nauwkeurige drukregeling noodzakelijk is.

2. Intrinsieke veiligheid is verplicht: Omdat waterstof een zeer brandbaar gas is, vereisen waterstofsystemen uitgebreide bewaking van druk-, temperatuur- en stroomparameters.

Door het toepassen van veiligheidscomponenten (bijvoorbeeld sensoren en overdrukventielen) worden lekkages, overdruk, oververhitting en stromingsafwijkingen voorkomen.

Waterstofrecirculatie-apparaat: Optimalisatie van gebruik en waterbeheer

Het waterstofrecirculatiesysteem verbetert het waterstofgebruik aanzienlijk en pakt tegelijkertijd de uitdagingen op het gebied van schoorsteenwaterbeheer aan, wat direct van invloed is op de levensduur van brandstofcelmotoren. Standaardpraktijken omvatten het onttrekken van water dat tijdens bedrijf ontstaat door middel van gas-vloeistofscheiding, waarbij de teruggewonnen waterstof weer in het systeem wordt gebracht. Dit proces:

Zorgt voor inherente bevochtiging via waterdamp in gerecirculeerd gas

Verhoogt de anodestroomsnelheid om waterophoping ("overstroming") te voorkomen

Verbetert de algehele efficiëntie van het waterstofgebruik

Configuraties van recirculatiesystemen:

Huidige implementaties maken voornamelijk gebruik van waterstofrecirculatiepompen en -ejectoren, afzonderlijk of in combinatie:

1. Waterstofrecirculatiepomp:

Maakt gebruik van variabele frequentiemotorregeling voor dynamische stroomregeling

Voordelen: Verbeterde flexibiliteit van de waterstofcirculatie in alle vermogensbereiken

Nadeel: Extra stroomverbruik

2. Uitwerper​​:

Passieve werking zonder hulpstroomvereisten

Voordelen: Eenvoudige constructie, bedrijfszekerheid, langere levensduur

Beperking: Vaste recirculatiesnelheid beperkt het effectieve werkingsbereik