Почему топливные элементы нуждаются в фильтрации? Воздушные фильтры для топливных элементов.

Катодные воздушные фильтры для топливных элементов — информация и методы выбора

Глобальные усилия по защите окружающей среды и инициативы по снижению зависимости от ископаемого топлива способствуют созданию возможностей для альтернативных, жизнеспособных энергетических решений. Технология водородных топливных элементов, которая использует кислород из отфильтрованного окружающего воздуха и хранящийся водород для производства электроэнергии, достигла значительной доли рынка.

 

Протонообменные мембранные (ПМ) водородные топливные элементы являются привлекательным средством получения энергии, поскольку единственными побочными продуктами являются тепло и вода. Поэтому эта технология топливных элементов имеет нулевые выбросы углерода и обеспечивает очень экологичный и устойчивый вариант для выработки энергии.

В стоящем стремлении к максимальной эффективности системы каждый компонент требует анализа и оптимизации. Топливные элементы ПМ состоят из трех основных компонентов: анода, катода и электролита. Атмосферный воздух или «катодный воздух» протекает через катодную сторону топливного элемента, а водород протекает через анодную сторону топливного элемента. В результате электрохимической реакции образуется электрический ток, который можно использовать для получения энергии. Максимизация чистоты воздуха для катода имеет важное значение для оптимизации топливного элемента PEM.

Применения топливных элементов обычно можно классифицировать как мобильные и немобильные. Мобильные приложения в основном состоят из крупных транспортных средств, таких как автобусы и грузовики. Немобильные или статические приложения в основном состоят из мелкого и крупного производства электроэнергии для коммерческих или промышленных объектов. Вырабатываемая энергия может быть использована немедленно или сохранена в аккумуляторе для будущего использования. Solberg предоставляет решения для фильтрации как для мобильных, так и для статических приложений по всему миру.

 

Почему топливным элементам нужна защита и фильтрация?

 

Перед крупномасштабным производством большинство топливных элементов разрабатываются в лабораториях с относительно чистыми и идеальными условиями воздуха. Однако реальные приложения, особенно мобильные развертывания, часто подвергаются суровым условиям эксплуатации, которые представляют уникальные проблемы с подачей чистого воздуха и надежной работой.

Существует множество стандартов, норм и испытаний фильтрации, которые применяются в зависимости от сегмента рынка и географического положения. Требования к фильтрации частиц и адсорбционной фильтрации различаются по всему миру в зависимости от предпочтений производителя топливных элементов. Производители топливных элементов обычно указывают допустимые размеры частиц и определенные максимальные концентрации компонентов в воздухе. Принятые нормы для этого рынка включают ISO11155-1 и ISO11155-2 (ранее DIN 71460). ISO11155-1 относится к испытаниям размера частиц, а ISO11155-2 касается количественной оценки эффективности адсорбции компонентов.

Правильный размер системы фильтрации начинается с выбора подходящей проницаемой среды или сред. На рисунке 1 показана основная концепция фильтрации проницаемой среды.

Рисунок 1

Компании, занимающиеся фильтрацией, используют различные материалы для достижения различных целей фильтрации. Фильтрация частиц достигается с использованием различных нетканых сред и конфигураций.

 

Таблица 1

 

Какие компоненты в воздухе могут нанести вред топливному элементу?

 

Адсорбция компонентов воздуха является приоритетом среди некоторых производителей топливных элементов. Это достигается с помощью технологии адсорбции углерода. Терминология различается в разных отраслях и по всему миру, однако наиболее распространенным термином является технология «активированного угля». Как правило, активированный уголь интегрируется с фильтрующими средами (перечисленными выше в таблице 1). Его также можно использовать отдельно в гранулированной форме для достижения адсорбции нежелательных компонентов (показано ниже в таблице 2).

 

Таблица 2

 

Фильтрация активированным углем обычно тестируется третьей стороной для проверки рейтингов адсорбции в соответствии с ранее упомянутыми нормами ISO или другими «местными» стандартами.

 

Подача чистого воздуха в топливные элементы

Большинство топливных элементов используют нагнетатель для всасывания атмосферного воздуха и подачи его на катод (см. рисунок 2). Многие стандартные конструкции впускных и встроенных воздушных фильтров для промышленного оборудования для перемещения воздуха подходят для применений фильтрации топливных элементов. Гофрированные фильтры являются отраслевым стандартом, поскольку компактная конструкция максимально увеличивает доступную площадь поверхности, что способствует оптимальной производительности и продлению срока службы элемента. Типичная конфигурация элемента — цилиндрическая с воздухом снаружи внутрь поток.

 

Рисунок 2

 

 

Важно учитывать оптимизацию всей системы при выборе площади поверхности и размера фильтра. С точки зрения производительности фильтрующий элемент будет загружен частицами, которые постепенно ограничивают поток воздуха с течением времени и снижают эффективность адсорбента. Увеличенный перепад давления на фильтрующем элементе в конечном итоге уменьшит подачу воздуха и лишит катод необходимого уровня кислорода. Обеспечение достаточной площади поверхности для учета ожидаемой пылевой нагрузки (на основе рабочей среды и соответствия требованиям кривой потока воздуходувки) имеет решающее значение для обеспечения топливного элемента чистым воздухом, необходимым для эффективного производства энергии. После выбора типа носителя требования к скорости потока определят размер необходимого фильтрующего элемента на основе требуемой площади поверхности.

Заключительным этапом процесса проектирования является выбор корпуса, в котором размещаются фильтры. Корпус фильтра спроектирован для работы с площадкой производителя топливного элемента и обеспечивает соответствующий размер и тип соединения.

Solberg производит корпус и фильтрующие элементы как комплексное решение для рынка топливных элементов и использует различные запатентованные комбинации гофрированных сред для достижения требуемой фильтрации частиц и адсорбции.

 

Обслуживание воздушного фильтра на топливных элементах

Фильтрация в этих системах требует регулярного мониторинга и обслуживания фильтрующих элементов. Рекомендуется мониторинг производительности топливного элемента по перепаду давления. Перепад давления и, если применимо, адсорбционная способность будут определять интервалы обслуживания фильтрующего элемента. Кроме того, датчики влажности оказались приемлемым способом наблюдения за остаточной адсорбционной способностью фильтра с течением времени.

 

Заключение

Поскольку производители топливных элементов стремятся разрабатывать высокоэффективные и долговечные системы топливных элементов, указание правильного промышленного оборудования для перемещения воздуха и требуемой фильтрации обуславливает необходимость сотрудничества со специалистами по фильтрации. Инженеры по топливным элементам отдают предпочтение высоким показателям эффективности для более мелких микронных частиц и технологиям адсорбционной фильтрации для подачи чистого и свободного от загрязнений воздуха в топливный элемент. В результате поставщики фильтрации должны разрабатывать и поставлять высокоэффективные, компактные и экономичные конструкции.

Solberg обладает опытом поставки проверенных и инновационных продуктов фильтрации для проектов по разработке топливных элементов. Мы хорошо подготовлены к реагированию на потребности рынка с помощью наших стандартных, конфигурируемых и индивидуальных решений.