نظام إعادة تدوير الهيدروجين بخلايا الوقود

يؤثر نظام إمداد الهيدروجين بشكل كبير على سلامة السيارة وعمرها التشغيلي.

يعد نظام إعادة تدوير الهيدروجين بمثابة مكون أساسي لـ خلية الوقود نظام إمداد الهيدروجين للمحرك. وظيفته الأساسية هي إعادة تدوير غاز عالي الرطوبة من مخرج الأنود إلى مدخل المدخنة. لا تقتصر هذه العملية على تمكين إعادة استخدام الهيدروجين غير المتفاعل فحسب، بل تُرطب أيضًا تيار الهيدروجين الوارد، مما يُلغي الحاجة إلى نظام ترطيب خارجي، وبالتالي يُبسط بنية نظام خلية الوقود. حاليًا، تشمل مضخات إعادة تدوير الهيدروجين الشائعة الأنواع التالية: الجذور، والمخالب، واللولبية، والريشية، مع أن المضخات ذات الريش نادرة نسبيًا في الأسواق المحلية.

يجب أن يتمتع نظام إمداد الهيدروجين عالي الأداء بسعة تخزين كبيرة، واستقرار تشغيلي، ومعايير سلامة عالية لضمان مدى قيادة أطول ومتانة مركبات خلايا الوقود. يتكون نظام إمداد الهيدروجين المدمج من مكونات تنظيم الضغط/التدفق، وأجهزة استشعار تسرب الهيدروجين، وأنابيب الإمداد، وأنظمة التحكم، وأنظمة إعادة تدوير الهيدروجين (باستثناء وعاء تخزين الهيدروجين عادةً). يتكون سير العمل التشغيلي من ثلاث مراحل: التزود بالوقود، والتخزين، والتوصيل.

1. التزود بالوقود: تقوم محطات التزود بالوقود بالهيدروجين بتوصيل الهيدروجين إلى خزانات التخزين الموجودة على متن الطائرة عبر صمامات الفحص.

2. التخزين: تحافظ الخزانات على الهيدروجين عالي النقاء (99.999%) عند ضغوط 35 ميجا باسكال أو 70 ميجا باسكال.

٣. التوصيل: أثناء تشغيل خلية الوقود، يمر الهيدروجين عبر صمامات تخفيض/تنظيم الضغط لتحقيق ضغط التشغيل قبل دخوله إلى المدخنة عبر صمامات مُتحكم بها إلكترونيًا، وأجهزة استشعار ضغط، ومقاييس تدفق، وأجهزة ترطيب. يدخل الهيدروجين الزائد إما إلى نظام إعادة التدوير أو يخضع للمعالجة قبل إطلاقه في الغلاف الجوي.

متطلبات النظام الأساسية:

1.يعزز إمداد الهيدروجين المستقر من متانة خلية الوقود:

يتجاوز ضغط مخرج خزان التخزين (35/70 ميجا باسكال) متطلبات تشغيل المكدس بشكل كبير.

قد يؤدي تنظيم الضغط غير السليم إلى تلف غشاء التبادل البروتوني بشكل لا رجعة فيه، مما يتطلب التحكم الدقيق في الضغط.

2. السلامة الجوهرية إلزامية: نظرًا لأن الهيدروجين غاز قابل للاشتعال بدرجة عالية، فإن أنظمة الهيدروجين تتطلب مراقبة شاملة لمعلمات الضغط ودرجة الحرارة والتدفق.

يؤدي تنفيذ مكونات السلامة (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار، وصمامات تخفيف الضغط) إلى منع التسربات، والضغط الزائد، والسخونة الزائدة، وتشوهات التدفق.

جهاز إعادة تدوير الهيدروجين: تحسين استخدام المياه وإدارتها

يُحسّن جهاز إعادة تدوير الهيدروجين استخدام الهيدروجين بشكل ملحوظ، مع معالجة تحديات إدارة مياه المداخن، مما يؤثر بشكل مباشر على عمر محرك خلية الوقود. تتضمن الممارسة المتبعة استخراج المياه المُولّدة أثناء التشغيل من خلال فصل الغاز عن السائل، مع إعادة إدخال الهيدروجين المُستعاد إلى النظام. هذه العملية:

يوفر ترطيبًا طبيعيًا من خلال بخار الماء في الغاز المعاد تدويره

يزيد من سرعة تدفق الأنود لمنع تراكم المياه ("الفيضانات")

يعزز كفاءة استخدام الهيدروجين بشكل عام

​​تكوينات نظام إعادة التدوير:​​

تعتمد التطبيقات الحالية بشكل أساسي على مضخات إعادة تدوير الهيدروجين والقاذفات، إما بشكل فردي أو بالاشتراك مع:

1. مضخة إعادة تدوير الهيدروجين:

يستخدم التحكم في المحرك ذي التردد المتغير لضبط التدفق الديناميكي

المزايا: مرونة محسنة لدورة الهيدروجين عبر نطاقات الطاقة

العيب: استهلاك إضافي للطاقة الكهربائية

2. القاذف:

التشغيل السلبي دون متطلبات الطاقة المساعدة

المزايا: بناء بسيط، وموثوقية تشغيلية، وعمر خدمة طويل

الحدود: معدل إعادة التدوير الثابت يقيد نطاق التشغيل الفعال