المبرد بالماء خلية وقود PEM يتكون نظام توليد الطاقة من خمس وحدات مستقلة: مجموعة خلايا الوقود، ووحدة تزويد الهيدروجين، ووحدة تزويد الهواء، ووحدة إدارة الحرارة، ووحدة التحكم الإلكترونية. كل وحدة معزولة عن الأخرى لمنع التداخل بين الغاز والماء والكهرباء، مما يقلل من مخاطر السلامة على مستوى بنية النظام.

المكونات الأساسية | التركيب والوظائف |
مجموعة خلايا وقود الهيدروجين PEMFC (غشاء تبادل البروتونات) | يقوم هذا المكون الأساسي للنظام، وهو عبارة عن مجموعة خلايا وقود ذات غشاء تبادل البروتونات، بتحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين والأكسجين إلى طاقة كهربائية ويعمل كوحدة أساسية لتوليد الطاقة. |
وحدة تزويد الهيدروجين | يضمن كاشف تسرب الهيدروجين، وفاصل البخار والسائل، ومضخة إعادة تدوير الهيدروجين (للتكوينات التي تبلغ 10 كيلوواط وما فوق)، وجهاز معالجة العادم، وما إلى ذلك، دخول الهيدروجين إلى المدخنة بشكل مستقر وآمن، بينما يتم تصريف غاز العادم من النظام من خلال منفذ عادم الهيدروجين. |
وحدة تزويد الهواء | تتألف هذه الوحدة من مرشح هواء، ومبرد داخلي، وجهاز ترطيب، وضاغط هواء، وصمام خانق، وقنوات هواء متنوعة، وهي توفر هواءً نظيفًا وجافًا بمعدل تدفق ثابت (مصدر الأكسجين) إلى المدخنة، مما يلبي متطلبات تشغيل المدخنة. |
وحدة إدارة الحرارة | تتضمن هذه الوحدة مضخة مياه، ومبردًا، ومجسات حرارة، وخزان تمدد، ومروحة تبريد، وجهاز مراقبة التوصيل الحراري، وجهاز إزالة الأيونات. وهي تتحكم في درجة حرارة خلية الوقود وجميع مكونات النظام. ومن خلال التبريد المائي بالتدوير القسري، تعمل الوحدة على تبديد الحرارة المتولدة من خلية الوقود بسرعة، مما يضمن تشغيل النظام ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل ويمنع التلف الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة. |
وحدة التحكم الكهربائية | يستخدم وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مزودة بشاشة لمس للمراقبة لتمكين التحكم الشامل في النظام، ومراقبة المعلمات، وتشخيص الأعطال، ووظائف أخرى. |
بالإضافة إلى تصميم السلامة المتأصل في وحدات النظام، تتميز معدات توليد الطاقة بخلايا الوقود الثابتة بتصميم هيكلي دقيق يضمن السلامة التشغيلية وانبعاثات الغاز الآمنة، ويحقق الفصل بين الأفراد والمعدات ويتيح التدخل اليدوي.
|
① زر التوقف الطارئ ٢- لوحة التحكم في العاكس ③ لوحة التحكم الرئيسية للنظام ④ زر التشغيل (يظل مضاءً أثناء التشغيل العادي) ⑤ زر الإيقاف (يظل مضاءً أثناء حدوث عطل) ⑥ مؤشر الإنذار المبكر (يظل مضاءً أثناء التحذيرات) | |||
|
⑦ فتحة تهوية الهيدروجين ⑧ مدخل الهيدروجين ⑨ فتحة تهوية لتبديد الحرارة ⑩ مخرج العادم ومياه الصرف الصحي
|
الوحدة مزودة بشاشة لمس صناعية عالية الجودة، مما يُغني عن الحاجة إلى جهاز كمبيوتر خارجي. ويمكن تنفيذ ست وظائف رئيسية محليًا، تشمل مراقبة المعدات، وضبط المعلمات، وتصحيح الأخطاء يدويًا، وتحديد الأعطال.
الواجهة الرئيسية: تعرض حالة تشغيل الجهاز (تشغيل/إيقاف/إعادة ضبط العطل) والمعلمات الأساسية مثل طاقة الإخراج والجهد والتيار وضغط الهيدروجين ودرجة حرارة التبريد.
صفحة دائرة الهواء: تعرض حالة تشغيل ضاغط الهواء، ومجموعة خلايا الوقود، ومحول التيار المستمر إلى التيار المستمر، وصمام التحكم في الهواء، بما في ذلك المعلمات الرئيسية مثل السرعة والطاقة ودرجة الحرارة.
صفحة دائرة الهيدروجين: توفر معلومات حول حالة صمام مدخل الهيدروجين، والصمام النسبي، وصمام التطهير (مفتوح/مغلق)، ومضخة الدوران.
صفحة دائرة التبريد: تراقب حالة تشغيل مضخة مياه التبريد (السرعة والضغط ومعدل التدفق) بالإضافة إلى الرادياتير.
صفحة التحذيرات والأعطال: تعرض سجلات الأعطال التاريخية للمعدات (رموز الأعطال، وأوصاف الأعطال، وأوقات حدوثها) لتسهيل استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة.
صفحة تسجيل البيانات: تسجل مختلف حالات التشغيل للنظام.

يدعم الجهاز التحكم اليدوي في العمليات مثل بدء التشغيل والإيقاف والتنظيف وإمداد الهيدروجين، مما يجعله مناسبًا للاستخدام أثناء التشغيل والصيانة.
عند حدوث عطل أثناء التشغيل، تعرض واجهة شاشة اللمس تلقائيًا رمز العطل ووصفه، مما يتيح استكشاف الأخطاء وإصلاحها بسرعة؛ تم تجهيز الجهاز بواجهة اتصال، ويمكن أيضًا استرداد بيانات التشغيل عبر قناة الاتصال هذه.
وصف العطل | الأسباب المحتملة | حل سريع |
عطل ارتفاع ضغط الأنود | 1. عطل في صمام تخفيض ضغط الهيدروجين الخارجي أو فشل في تثبيت الضغط؛ 2. صمام الملف اللولبي لمدخل الهيدروجين لا يغلق بشكل صحيح؛ 4. فشل إمداد الهيدروجين في التكيف بسرعة بسبب التغيرات المفاجئة في الحمل | 1. إذا كان مصدر الهيدروجين الخارجي مزودًا بصمام تنظيم الضغط أو صمام تخفيض الضغط، فأعد معايرة أو استبدل صمام تنظيم ضغط الهيدروجين أو صمام تخفيض الضغط؛ 2. تحقق من أداء إحكام صمام الملف اللولبي للهيدروجين؛ استبدله إذا كان معيبًا؛ 3. اضبط فتحة صمام الضغط الخلفي بدقة لتحقيق استقرار ضغط خط الأنابيب؛ 4. زيادة أو تقليل الحمل بسلاسة ليتناسب مع استجابة إمداد الهيدروجين |
عطل انخفاض ضغط مصدر الهيدروجين | 1. ضغط غير كافٍ من مصدر الهيدروجين في المنبع؛ 2. تسربات في أنابيب الهيدروجين أو وصلات غير محكمة؛ 3. صمام تخفيض الضغط عالق في وضع الفتح، مما يتسبب في تقييد تدفق الغاز؛ 4. ضبط غير طبيعي لصمام الضغط الخلفي يمنع تدفق الهيدروجين بسلاسة إلى المدخنة. | 1. تحقق من ضغط الخرج لأسطوانة الهيدروجين أو معدات إمداد الهيدروجين؛ 2. تحقق من وجود تسريبات وقم بربط وصلات الأنابيب بإحكام؛ 3. قم بتفكيك وتنظيف بكرة صمام تخفيض الضغط، أو استبدل جسم الصمام؛ 4. تحقق مما إذا كان صمام الضغط الخلفي يعمل بشكل صحيح. |
خلل في تركيز الهيدروجين العالي | 1. عدم اكتمال عملية تنقية الهيدروجين والتهوية؛ 2. لقد انحرف مستشعر تركيز الهيدروجين ولم تتم معايرته؛ 3. تسرب الغاز داخل خلية الوقود أو فشل مانع التسرب؛ 4. انسداد خط العادم مما يتسبب في ارتداد غاز العادم | 1. زيادة وتيرة ومدة عملية التنظيف؛ 2. أعد معايرة مستشعر تركيز الهيدروجين؛ 3. قم بإيقاف تشغيل النظام لفحص حشيات المكدس وأختام اللوحة الطرفية؛ 4. قم بتنظيف خط عادم الهيدروجين لضمان تدفق العادم دون عوائق |
عطل في ضاغط الهواء | 1. خلل في إمداد الطاقة لضاغط الهواء، أو انقطاع في الاتصال، أو فصل الحماية 2. ارتفاع درجة حرارة ضاغط الهواء، أو عدم كفاية سائل التبريد، أو عطل في مضخة المياه، أو ضعف تبديد الحرارة. 3. عدم كفاية تدفق الهواء بسبب انسداد مرشح الهواء، أو تسرب الهواء في الأنابيب، أو سرعة الدوران غير الطبيعية. | 1. تحقق مما إذا كان مصدر الطاقة لضاغط الهواء طبيعيًا وتأكد من أن اتصال CAN يعمل بشكل صحيح. 2. تحقق من حالة تشغيل نظام التبريد والمبرد. 3. نظف عنصر الفلتر وتحقق من خطوط الهواء ومؤشرات السرعة. |
معدل تدفق مضخة المياه منخفض للغاية | 1. عطل في مضخة تدوير مياه التبريد أو عدم كفاية سرعتها؛ 2. انسداد أو انحناء أنابيب التبريد، مما يتسبب في تقييد التدفق؛ 3. فقاعات هواء كبيرة أو انحباسات هوائية في دائرة المياه؛ 4. حساس التدفق تالف / صمام الخانق في الأنابيب مغلق جزئيًا | 1. تحقق من مصدر الطاقة ومحرك مضخة المياه؛ واستبدل مضخة المياه إذا لزم الأمر؛ 2. فحص الأنابيب، وإزالة الانسدادات، واستعادة مساحة المقطع العرضي الكاملة للأنبوب؛ 3. افتح صمام التنفيس لإخراج الهواء، ثم أضف سائل التبريد حتى يمتلئ؛ 4. افتح صمام التحكم في دائرة المياه وقم بمعايرة أو استبدال مستشعر التدفق |
عطل انخفاض الجهد الكلي | 1. عدم كفاية إمدادات الهيدروجين أو انخفاض الضغط 2. انخفاض الجهد بسبب الحمل الزائد على البطارية 3. خلل في قوام الخلايا أو شيخوختها. 4. يؤدي بدء تشغيل الوحدة بأكملها بقدرة عالية إلى انخفاض جهد ناقل البيانات | 1. تحقق مما إذا كان ضغط إمداد الهيدروجين وصمام تخفيض الضغط وأنابيب الهيدروجين تعمل بشكل طبيعي وتم تركيبها بشكل صحيح. 2. قم بتقليل حمل النظام واستأنف التشغيل بمجرد استعادة الجهد. 3. افحص البطارية وتحقق من وجود أي خلل في حالتها. |
انخفاض الجهد في القناة الأدنى | 1. عدم كفاية إمدادات الهيدروجين للنظام 2. عدم كفاية إمدادات الهواء 3. خط أخذ عينات CVM مفكوك أو معيب 4. فشل في اتصال وحدة CVM أو فشل في أخذ العينات 5. انقطاع خط اتصال ناقل CAN الخاص بـ CVM أو وجود مقاومة إنهاء غير طبيعية؛ 6. قطب غشائي تالف | 1. تحقق مما إذا كان الضغط في خطوط الهيدروجين والهواء طبيعياً. 2. استكشاف أخطاء دائرة الكشف عن CVM وإصلاحها. 3. تحقق مما إذا كانت وحدة CVM تتلقى الطاقة بشكل طبيعي. 4. قم بإيقاف تشغيل وحدة CVM وإعادة تشغيلها؛ إذا استمرت المشكلة، فاستبدلها؛ |
يتبع تصميم السلامة لنظام توليد الطاقة بالهيدروجين PEMFC الثابت والمبرد بالماء بالكامل منطقًا من أربعة مستويات يشمل الحماية النشطة، والتخفيف السلبي للمخاطر، والمراقبة الذكية، والتشغيل والصيانة السريعة، مما يضمن توليد طاقة آمن وفعال ومستدام باستخدام خلايا وقود الهيدروجين.