Tillförlitlig användning av bränsleceller
Funktionsintegrerade systemlösningar för vätgasförsörjning och vattenavskiljning – Samarbetet med Proton Motor Fuel Cell GmbH
Armaturkomponenter från Bürkert har redan påvisat tillförlitligheten i många olika vätgasapplikation. För Proton Motor Fuel Cell GmbH bränsleceller utvecklades integrationsfärdiga systemlösningar för anodförsörjning och vattenavskiljning. Ett konstruktivt sätt att möta klimatkrisen och förbättra CO2-fotavtrycket är användning av grön vätgas. Bränslecellssystem är en ekologisk och hållbar lösning för energiförsörjningen, både i stationära och mobila sammanhang. Armaturkomponenter gör att de fungerar tillförlitligt och säkert. De gör att funktionsintegrerade systemlösningar, bestående av ventiler och tillhörande sensorik, ger en exakt vätgasdosering, en säker vätgasavspärrning, och den exakta vattenavskiljningen i bränslecellens anodkrets och kan monteras tätt intill bränslecell-stacken.
Exakt och säker dosering av vätgas
Med HyStack® 400 har Proton Motor Fuel Cell GmbH utvecklat kompakt bränslecellsmoduler som täcker en effekt på 21,3 till 49,7 kW och därmed passar för många olika användningar. Bränslecellsmodulerna går att skala upp i HyShelter® och kan ordnas till en nyckelfärdig hybridcontainerlösning.
Den skalbara bränslecellen HyStack® 400 täcker effekter från 21,3 till 49,7 kW och passar därför för många olika användningar.
Tack vare erfarenheten inom vätgasområdet, både inom alstring och distribution och användning, är Bürkert en kompetent partner vid utvecklingen av den eftersökta armaturlösningen. Dessutom har bränslecellstillverkaren goda erfarenheter av Bürkert-ventilteknik sedan tidigare projekt. Till produktportföljen hör ett stort antal armaturkomponenter vars material är avstämda på de speciella kraven som gäller vid dessa användningsområden, vilket ger grunden för olika systemlösningar. I den beskrivna användningen har det utvecklats kompakta block för anodförsörjning och vattenavskiljning, som monteras med armaturskruvfästen direkt på stackens medieadapterplatta och som tar upp minimalt med monteringsutrymme. ”Medieadapterplattorna, som vi beställer av en partner i 3D-utskrift, är mer än bara ett mekaniskt gränssnitt. De är en multifunktionell komponent som även övervaka tryck och temperatur på de enskilda sträckorna, och tillsammans med det överordnade systemet säkerställer de den korrekta tempereringen”, säger Robert Baustädter. Det gör att bränslecellerna snabbt är driftklara, även i minusgrader.
”Vi letade efter en beprövad, integrationsfärdig systemlösning för vätgasförsörjningen och vattenavsöndringen, som klarar våra armaturkrav och har definierade gränssnitt till bränslecells-stackmodulen. Sådana system är avgörande för att bränslecellen ska fungera, då de reglerar vätgasmatningen vid anodingången och dessutom styr säkerhetsfrånkopplingen. Vid anodutgången måste de säkerställa gasspolning och vattenavsöndring.“
Reglerventiler i anodblocket
I anodblocket övertar en regelventil vätgasförsörjningen och en kopplingsventil övertar säkerhetsavspärrningen av vätgasen. En integrerad trycksensor kontrollerar börtrycket. En extra tryckbrytare har monterats som redundant säkerhetskomponent. Säkerhetskopplingsventilen (typ 6440) – en servostyrd kolvventil – är redan beprövad i många andra vätgasanvändningar. För att öka tryck- och läckageskyddet är ankarets motdel och styrningsrör sammansvetsade med varandra. Husets utformning och ytkvalitet möjliggör maximala flödesvärden. Spolarna tätas med epoxi med hög kemisk beständighet. Den andra ventilen (typ 6020) – en direktverkande proportionalventil – övertar tryckregleringen för vätgasen. Med den integrerade spärrfunktionen är den dessutom tättslutande och används redan i många vätgas- och gastillämpningar. Passande patron- (cartridge-) och flänshus samt magnetspolar med fordonskontakter i kapslingsklassen IP6K9K finns att tillgå för användning i bränslecellssystem.
Kompakta systemblock har utvecklats för anodförsörjningen och vattenavskiljningen som monteras med armaturskruvfästen direkt på stackens medieadapterplatta.
Vatten- och vätgasavskiljning
Vätgas som leds in i anoden förbrukas aldrig fullständigt i bränslecellssystem. Med den så kallade recirkulationskretsen går inte den oanvända vätgasen till spillo, utan återförs till bränslecellerna igen. Vid anodutgången ser vattenavskiljaren med två integrerade ventiler för det första till att det går att spola bränslecellssystemet, och för det andra att vattnet som uppstår vid den kemiska reaktionen avskiljs i bränslecellsstacken. Vid de båda direktverkande lyftankarventilerna (typ 7011) är ankarets motdel och styrningsrör sammansvetsade med varandra för att öka tryck- och läckageskyddet. Tätningsmaterialen är anpassade för användningen. Det är för att ventilerna måste inte bara fungera exakt och tillförlitligt, utan också vara anpassade till det specifika användningsområdet. För vätgas gäller t.ex. att de material som används inte får bli spröda och inte får korrodera vid användning med avjoniserat vatten.
”Då den armatursystemlösningen för anodmatningen och vattenavsöndringen vid HyStack® 400 nu har beprövats fortsätter vi med vårt nära samarbete med Bürkert. Med HyStack® 200, med effekt från 4 till 11 kW, som utvecklas just nu, kommer vi använda liknande armatursystem, enda skillnaden är de mindre ventilmåtten. Här kommer vi fortsätta dra fördel av armaturexperternas erfarenheter.