Perché i compressori e le soffianti hanno bisogno di silenziatori per i filtri in ingresso?
Filtri aria catodici per celle a combustibile - Informazioni e metodi di selezione
Gli sforzi ambientali globali e le iniziative volte a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili promuovono le opportunità di soluzioni energetiche alternative e valide. La tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno, che utilizza l'ossigeno dell'aria ambiente filtrata e l'idrogeno immagazzinato per creare elettricità, ha raggiunto una notevole quota di mercato.
Le celle a idrogeno a membrana a scambio protonico (PEM) sono un mezzo interessante per ottenere energia, poiché gli unici sottoprodotti sono calore e acqua. Pertanto, questa tecnologia a celle a combustibile è a zero emissioni di carbonio e rappresenta un'opzione molto ecologica e sostenibile per la generazione di energia.
Nel tentativo di massimizzare l'efficienza del sistema, ogni componente deve essere analizzato e ottimizzato. Le celle a combustibile PEM sono costituite da tre componenti principali: l'anodo, il catodo e l'elettrolita. L'aria atmosferica o "aria catodica" passa attraverso il lato catodico della cella a combustibile e l'idrogeno passa attraverso il lato anodico della cella a combustibile. La reazione elettrochimica che ne deriva produce una corrente elettrica che può essere sfruttata per ottenere energia. La massimizzazione della purezza dell'aria per il catodo è essenziale per ottimizzare una cella a combustibile PEM.
Le applicazioni delle celle a combustibile possono essere generalmente classificate come mobili e non mobili. Le applicazioni mobili sono costituite per lo più da veicoli di grandi dimensioni, come autobus e camion. Le applicazioni non mobili, o statiche, consistono per lo più nella produzione di energia su piccola o grande scala per siti commerciali o industriali. L'energia generata può essere utilizzata immediatamente o immagazzinata in una batteria per un uso futuro. Solberg fornisce soluzioni di filtrazione per applicazioni mobili e statiche in tutto il mondo.
Perché le celle a combustibile hanno bisogno di protezione e filtrazione?
Prima della produzione su larga scala, la maggior parte delle celle a combustibile viene sviluppata in laboratori con condizioni d'aria relativamente pulite e ideali. Tuttavia, le applicazioni del mondo reale, in particolare quelle mobili, sono spesso soggette a condizioni operative ambientali difficili, che presentano sfide uniche per quanto riguarda la fornitura di aria pulita e prestazioni affidabili.
Esistono numerosi standard di filtrazione, norme e test che vengono applicati a seconda del segmento di mercato e della posizione geografica. I requisiti per la filtrazione del particolato e dell'adsorbimento variano globalmente a seconda delle preferenze del produttore di celle a combustibile. I produttori di celle a combustibile in genere specificano i limiti di dimensione del particolato e determinate concentrazioni massime di componenti aerodispersi. Le norme accettate per questo mercato sono ISO11155-1 e ISO11155-2 (in precedenza DIN 71460). La ISO11155-1 si riferisce ai test sulle dimensioni del particolato e la ISO11155-2 alla quantificazione delle prestazioni di adsorbimento dei costituenti.
Il corretto dimensionamento di un sistema di filtrazione inizia con la selezione del mezzo o dei mezzi permeabili appropriati. La Figura 1 illustra il concetto di base della filtrazione con mezzi permeabili.
Figura 1
Le aziende di filtrazione utilizzano materiali diversi per raggiungere vari obiettivi di filtrazione. La filtrazione del particolato si ottiene utilizzando diversi supporti e configurazioni di tessuto non tessuto.
Tabella 1
Quali sostanze presenti nell'aria possono danneggiare una cella a combustibile?
L'adsorbimento dei costituenti presenti nell'aria è una priorità per alcuni produttori di celle a combustibile. Ciò avviene grazie alla tecnologia di adsorbimento del carbone. La terminologia varia nei diversi settori e in tutto il mondo, ma il termine più comunemente utilizzato è quello di tecnologia a "carbone attivo". In generale, il carbone attivo viene integrato con i mezzi di filtrazione (elencati nella Tabella 1). Può essere utilizzato anche da solo, in forma granulare, per ottenere l'adsorbimento dei costituenti indesiderati (come mostrato nella tabella 2).
Tabella 2
La filtrazione a carbone attivo viene comunemente sottoposta a test di terze parti per verificare i valori di adsorbimento in conformità alle norme ISO precedentemente citate o ad altri standard "locali".
Fornitura di aria pulita alle celle a combustibile
La maggior parte delle celle a combustibile utilizza una ventola per aspirare l'aria atmosferica e convogliarla al catodo (vedi Figura 2). Molti modelli standard di filtri dell'aria in aspirazione e in linea<> per le apparecchiature industriali di movimentazione dell'aria sono adeguati per le applicazioni di filtrazione delle celle di combustibile.I filtri pieghettati sono lo standard del settore perché il design compatto massimizza la superficie disponibile, contribuendo a garantire prestazioni ottimali e una durata prolungata degli elementi. La configurazione tipica dell'elemento è cilindrica con flusso d'aria dall'esterno verso l'interno.
Figura 2
È importante considerare l'ottimizzazione dell'intero sistema quando si seleziona la superficie e le dimensioni di un filtro. Dal punto di vista delle prestazioni, un elemento filtrante si carica di particolato che nel tempo limita gradualmente il flusso d'aria e riduce l'efficacia dell'adsorbente. L'aumento del differenziale di pressione attraverso l'elemento filtrante finirà per ridurre l'erogazione dell'aria e per privare il catodo dei livelli di ossigeno necessari. Fornire una superficie adeguata per tenere conto del carico di polvere previsto (in base all'ambiente operativo e ai requisiti della curva di flusso della soffiante) è fondamentale per fornire alla cella a combustibile l'aria pulita necessaria per produrre energia in modo efficiente. Una volta selezionato il tipo di media, la portata richiesta determinerà le dimensioni dell'elemento filtrante necessario in base alla superficie richiesta.
La fase finale del processo di progettazione consiste nella scelta dell'alloggiamento per i filtri. L'alloggiamento del filtro è progettato per funzionare con l'ingombro del produttore della cella a combustibile e fornire le dimensioni e il tipo di connessione appropriati.
Solberg produce l'alloggiamento e gli elementi filtranti come soluzione completa per il mercato delle celle a combustibile e utilizza varie combinazioni di supporti pieghettati proprietari per ottenere la filtrazione del particolato e l'adsorbimento richiesti.
Manutenzione del filtro dell'aria di una cella a combustibile
La filtrazione in questi sistemi richiede un monitoraggio e una manutenzione di routine degli elementi filtranti. Si raccomanda il monitoraggio della pressione differenziale delle prestazioni della cella a combustibile. La pressione differenziale ed eventualmente la capacità di adsorbimento determinano gli intervalli di manutenzione dell'elemento filtrante. Inoltre, i sensori di umidità si sono dimostrati un metodo accettabile per osservare la capacità di adsorbimento residua di un filtro nel tempo.
Conclusioni
Poiché i produttori di celle a combustibile cercano di sviluppare sistemi di celle a combustibile altamente efficienti e di lunga durata, la specificazione della giusta attrezzatura industriale per la movimentazione dell'aria e della filtrazione richiesta richiede la collaborazione con gli specialisti della filtrazione. Gli ingegneri delle celle a combustibile prediligono tassi di efficienza elevati per le particelle di dimensioni inferiori ai micron e tecnologie di filtrazione ad adsorbimento per fornire aria pulita e priva di contaminanti alla cella a combustibile. Di conseguenza, i fornitori di sistemi di filtrazione devono sviluppare e fornire progetti altamente efficienti, compatti ed economici.
Solberg ha l'esperienza per fornire prodotti di filtrazione collaudati e innovativi per i progetti di sviluppo delle celle a combustibile. Siamo ben posizionati per rispondere alle esigenze del mercato con le nostre soluzioni standard, configurate e personalizzate.