Fluidní komponenty od firmy Bürkert svou spolehlivost prokázaly v mnoha aplikacích s využitím vodíku. Pro palivové články společnosti Proton Motor Fuel Cell GmbH byla vyvinuta systémová řešení připravená k integraci pro napájení anod a odlučování vody. Jedním z konstruktivních způsobů, jak řešit klimatickou krizi a zlepšit uhlíkovou stopu, je používání zeleného vodíku. Systémy palivových článků představují jak ve stacionárním tak i mobilním využití ekologické a udržitelné řešení zásobování energií. K jejich spolehlivosti a bezpečné funkci přispívají fluidní komponenty. Funkčně integrovaná systémová řešení sestávající z ventilů a souvisejících senzorů zajišťují přesné dávkování vodíku, spolehlivé uzavírání vodíku a přesné odlučování vody v anodovém okruhu palivového článku a lze je kompaktně instalovat na svazky palivových článků.
Přesné a bezpečné dávkování vodíku
Společnost Proton Motor Fuel Cell GmbH vyvinula kompaktní moduly palivových článků HyStack® 400 s výkonem od 21,3 do 49,7 kW, které jsou vhodné pro širokou škálu nejrůznějších aplikací. V zařízení HyShelter® jsou moduly palivových článků uspořádané škálovatelným způsobem do hybridního kontejnerového řešení na klíč.
Škálovatelný palivový článek HyStack® 400 pokrývá výkon od 21,3 do 49,7 kW, a proto je vhodný pro mnoho různých aplikací.
Společnost Bürkert se ukázala jako kompetentní partner pro vývoj požadovaného fluidního řešení díky svým zkušenostem ve všech oblastech s využitím vodíku, a to jak ve výrobě, tak v distribuci a využití. Výrobci palivových článků mají s technologií ventilů Bürkert dobré zkušenosti i z předchozích projektů. Do portfolia produktů patří také řada fluidních komponent, jejichž materiály jsou přizpůsobeny speciálním požadavkům těchto oblastí použití a tvoří základ pro širokou škálu systémových řešení. V popsané aplikaci byly vyvinuty kompaktní bloky pro napájení anod a odlučování vody, které se připevňují přímo k adaptérové desce média svazků pomocí fluidních šroubových spojů a vyžadují málo místa pro instalaci. „Adaptérové desky média, které jsme nechali vyrobit u partnera pomocí 3D tisku, jsou více než jen mechanickým rozhraním. Jedná se o multifunkční konstrukční díl, který rovněž monitoruje tlak a teplotu v jednotlivých sekcích a zajišťuje správnou regulaci teploty v souhře s nadřazeným systémem,“ doplňuje Robert Baustädter. Palivové články jsou tak připravené k provozu i při teplotách pod bodem mrazu.
„Pro zásobování modulů vodíkem a odlučování vody jsme hledali ověřené systémové řešení připravené k integraci, které by splňovalo naše fluidní požadavky a mělo definovaná rozhraní k modulu svazku palivových článků. Tyto systémy jsou pro funkci palivového článku nezbytné, protože regulují přísun vodíku na anodový vstup a jsou také zodpovědné za bezpečnostní vypnutí. Na anodovém výstupu musí zajišťovat proplachování plynem a odlučování vody.“
Regulační ventily v anodovém bloku
V anodovém bloku přebírá regulační ventil zásobování vodíkem a ventil otevřeno/zavřeno zajišťuje bezpečnostní uzavření vodíku. Integrovaný tlakový senzor kontroluje požadovaný tlak. Jako redundantní bezpečnostní komponenta byl navíc zabudován tlakový spínač. Bezpečnostní uzavírací ventil (typ 6440) – pístový ventil řízený přes servo – už se osvědčil v mnoha jiných aplikacích s využitím vodíku. Pro zvýšení odolnosti proti tlaku a únikům jsou zátka a vodicí trubka jádra vzájemně svařeny. Tvarování a povrchová kvalita tělesa umožňují maximální hodnoty průtoku. Magnetické cívky jsou olisovány chemicky vysoce odolným epoxidem. Druhý ventil (typ 6020) – přímý proporcionální ventil – přebírá regulaci tlaku vodíku. Díky integrované uzavírací funkci je také hermeticky uzavíratelný a již se používá v mnoha vodíkových a plynových aplikacích. Pro použití v systémech palivových článků jsou k dispozici zásuvná (kazetová) a přírubová pouzdra a magnetické cívky s konektory pro automobilový průmysl s druhem krytí IP6K9K.
Pro napájení anod a odlučování vody byly vyvinuty kompaktní systémové bloky, které se pomocí fluidních šroubových spojů instalují přímo na adaptérovou desku média svazků.
Odlučování vody a vodíku
V systémech palivových článků se nikdy nespotřebuje veškerý vodík přiváděný do anody. Díky takzvanému recirkulačnímu okruhu se nevyužitý vodík nepromrhá, ale znovu přivede do svazku palivových článků. Na výstupu z anody zajišťuje odlučovač vody se dvěma integrovanými ventily na jedné straně proplachování systému palivového článku a na druhé straně odlučování vody vznikající při chemické reakci v palivovém článku. U obou přímých ventilů se zdvihovou kotvou (typ 7011) jsou pro zvýšení odolnosti proti tlaku a únikům zátka a vodicí trubka jádra vzájemně svařeny. Těsnící materiály jsou přizpůsobeny aplikaci. Ventily musí pracovat nejen přesně a spolehlivě, ale také musí být na míru přizpůsobené speciální oblasti použití. Například u vodíku nesmí použité materiály při kontaktu s deionizovanou vodou křehnout a nesmí korodovat.
„Protože se řešení fluidního systému pro napájení anod a odlučování vody v zařízení HyStack® 400 mezitím osvědčilo, chceme se společností Bürkert i nadále úzce spolupracovat. V zařízení HyStack® 200 s výkonem 4 až 11 kW, které se aktuálně vyvíjí, by se měly využívat v podstatě stejné fluidní systémy, pouze s menšími DN ventilů. I v tomto případě využijeme výhody know-how odborníků na fluidiku“.