Funcionamento confiável de Células de combustível
Soluções de sistemas funcionalmente integrados para alimentação de hidrogênio e separação de água: a colaboração com a Proton Motor Fuel Cell GmbH
Os componentes fluídicos da Bürkert já tiveram sua confiabilidade comprovada em várias aplicações com hidrogênio. Para as células de combustível da Proton Motor Fuel Cell GmbH, foram desenvolvidas as soluções de sistema para alimentação de anodos e separação de água que já estão prontas para integração. Usar hidrogênio verde é uma forma construtiva de enfrentar a crise climática e melhorar a pegada de carbono. Os sistemas de células de combustível para uso estacionário e móvel são uma solução de fornecimento de energia ecológica e sustentável. Os componentes fluídicos contribuem para que seu funcionamento seja confiável e seguro. Soluções de sistema funcionalmente integradas, que consistem em válvulas e sensores, garantem a dosagem precisa e o desligamento seguro de hidrogênio, bem como a separação precisa de água no circuito anódico da célula de combustível e, graças a seu formato compacto, podem ser montadas nas pilhas de células de combustível.
Dosagem precisa e segura de hidrogênio
Com o HyStack® 400, a Proton Motor Fuel Cell GmbH desenvolveu módulos compactos de células de combustível que têm potência entre 21,3 e 49,7 kW e podem ser usados em várias aplicações. No HyShelter®, os módulos de células de combustível são organizados de maneira escalonável, para formar uma solução de contêiner híbrida e pronta para uso.
A célula de combustível escalonável, HyStack® 400, têm potências de 21,3 a 49,7 kW e atende a aplicações mais variadas.
Com sua ampla experiência com hidrogênio, que abrange a produção, distribuição e utilização, a Bürkert mostrou-se uma parceira competente no desenvolvimento da tão procurada solução de fluido. Em projetos anteriores, os fabricantes de células de combustível também tiveram boas experiências com a tecnologia de válvulas Bürkert. O portfólio de produtos inclui vários componentes fluídicos feitos de materiais adaptados aos requisitos específicos destas áreas de aplicação, o que forma a base para uma ampla variedade de soluções de sistema. Para a aplicação descrita, foram desenvolvidos blocos compactos para alimentação de anodo e separação de água. Eles são fixados diretamente à placa adaptadora para fluido da pilha por meio de conexões roscadas fluídicas e precisam de pouco espaço para instalação. "As placas adaptadoras para fluido, produzidas por uma empresa parceira usando impressão 3D, não são uma mera interface mecânica. Elas são um componente multifuncional que também monitora a pressão e a temperatura de trechos individuais e, em conjunto com o sistema de nível superior, garante o controle correto da temperatura", explica Robert Baustädter. As células de combustível ficam rapidamente prontas para operação, mesmo em temperaturas abaixo de zero.
"Para a alimentação de hidrogênio e separação de água nos módulos, estávamos em busca de uma solução de sistema comprovada e pronta para integração, que atendesse aos nossos requisitos fluídicos e tivesse interfaces definidas para o módulo da pilha de células de combustível. Os sistemas desse tipo são essenciais para o funcionamento de uma célula de combustível, porque regulam a alimentação de hidrogênio na entrada do anodo e também controlam o desligamento de segurança. Na saída do anodo eles precisam garantir a purga do gás e a separação da água."
Válvulas de regulação no bloco de anodo
No bloco de anodo, uma válvula de regulação assume a alimentação de hidrogênio e uma válvula de abertura e fechamento garante o desligamento de segurança do hidrogênio. Um sensor de pressão integrado verifica a pressão nominal. Um pressostato também foi instalado como componente de segurança redundante. A válvula de abertura e fechamento de segurança (Tipo 6440) — uma válvula de pistão servo controlada — já teve seu valor comprovado em muitas outras aplicações com hidrogênio. O paralelo da âncora e o tubo de guia do núcleo são soldados juntos para aumentar a segurança contra pressão e vazamentos. O formato e a qualidade da superfície do corpo permitem os valores máximos de vazão. As bobinas são moldadas em epóxi de alta resistência química. A segunda válvula (Tipo 6020) — uma válvula proporcional com efeito direto — assume o controle de pressão de hidrogênio. Com sua função de fechamento integrada, ela também veda hermeticamente e já está em uso em várias aplicações com hidrogênio e gás. As ligações de encaixe (cartucho) e de flange adequadas, bem como as bobinas magnéticas com conectores automotivos com grau de proteção IP6K9K, estão disponíveis para uso em sistemas de células de combustível.
Os blocos de sistema compactos foram desenvolvidos para alimentação de anodo e separação de água. Eles são fixados diretamente à placa adaptadora para fluido da pilha por meio de conexões roscadas fluídicas.
Separação de água e hidrogênio
Nos sistemas de células de combustível, o hidrogênio introduzido no anodo nunca é consumido completamente. Graças ao chamado ciclo de recirculação, o hidrogênio não utilizado não é desperdiçado, mas é reintroduzido na pilha de células de combustível. Na saída do anodo, o separador de água com duas válvulas integradas garante a limpeza do sistema de célula de combustível e a separação da água criada na pilha de célula de combustível durante a reação química. Em duas válvulas de armadura elevatória com efeito direto (Tipo 7011) o paralelo da âncora e o tubo de guia do núcleo são soldados juntos para aumentar a segurança contra pressão e vazamentos. Os materiais de vedação são adaptados à aplicação, já que as válvulas não só precisam funcionar de forma precisa e confiável, mas também devem ser adaptadas à área de aplicação específica. Por exemplo, no caso de hidrogênio, os materiais utilizados não devem tornar-se quebradiços e nem ficar afetados pela corrosão, quando utilizados com água deionizada.
"Como a solução de sistema fluídico para alimentação de anodo e separação de água no HyStack® 400 obteve ótimos resultados, continuaremos a trabalhar em parceria próxima com a Bürkert no futuro. O HyStack® 200 com potências de 4 a 11 kW, que está em fase de desenvolvimento, utilizará, em princípio, os mesmos sistemas fluídicos, mas com menores diâmetros nominais de válvula. Nesse caso também contaremos com o conhecimento e a competência dos especialistas em fluidos".