SwRI erstellt einen Linearmotor

Ein neuer Wasserstoffkompressor, der am Southwest Research Institute (SwRI) entwickelt wurde, kann die Effizienz und Zuverlässigkeit der Wasserstoffkomprimierung beim Betanken von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs) verbessern.

Der vom SwRI entwickelte linearmotorbetriebene Kolbenkompressor (LMRC) ist für die Komprimierung von Wasserstoff als Kraftstoffquelle für FCEVs und andere wasserstoffbetriebene Fahrzeuge konzipiert. Das fortschrittliche Kompressionssystem nutzt ein neuartiges Konzept zum Antrieb eines Permanentmagnetkolbens in einem hermetisch abgedichteten Kompressorzylinder über elektromagnetische Wicklungen.

Schematische Darstellung von LMRC. Broerman et al.

Der LMRC stellt eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kolbenkompressoren dar, da er die Anzahl der mechanischen Teile minimiert, Leckpfade reduziert und für eine einfache Installation vor Ort leicht modularisiert werden kann.

Das Southwest Research Institute hat einen innovativen, effizienteren Wasserstoffkompressor entwickelt. Der linearmotorgetriebene Kolbenkompressor (LMRC) ist für die Verdichtung von Wasserstoff als Kraftstoffquelle für wasserstoffbetriebene Autos konzipiert. Im Gegensatz zu den meisten Wasserstoffkompressoren ist der LMRC hermetisch abgedichtet und wird von einem Linearmotor angetrieben, der eine höhere Kompressionseffizienz ermöglicht. Mit freundlicher Genehmigung von SwRI.

Das LMRC wurde gebaut und konzipiert, um Wasserstoff zum Betanken von Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen zu komprimieren. Um Wasserstofffahrzeuge zu betanken, muss das Gas zunächst auf hohe Drücke komprimiert werden. Deshalb haben wir uns vorgenommen, einen effizienteren, leckagesicheren Kompressor zu entwickeln.

Eine zentrale Herausforderung bei der Wasserstoffkomprimierung ist die geringe Partikelgröße von Wasserstoff, die das Risiko von Lecks erhöht, wenn das Gas durch Geräte strömt.

Da Wasserstoffpartikel so klein sind, gibt es bei der Konstruktion eines Kompressors inhärente Probleme mit der Materialkompatibilität. Die Partikel sind so klein, dass sie eindringen und die Leistung von Materialien und Geräten beeinträchtigen. Beispielsweise hatten wir schon früh Probleme mit den Wasserstoffpartikeln, die zum Versagen der Magnete führten. Daher mussten wir die Magnete wirksamer beschichten, um dies zu verhindern.

Der neuartige LMRC verfügt über einen luftdichten Kompressor, der mithilfe einer Kombination von SwRI-entwickelten Lösungen hermetisch abgedichtet ist. Beschichtungen schützen Magnete vor dem Eindringen von Wasserstoff und Versprödung, während verbesserte Ventilkonstruktionen Leckagen minimieren. Außerdem wird ein Keramikkolben verwendet, um die Wärmeausdehnung zu minimieren und die Belastung der Dichtung zu verringern.

Typische Kompressoren verfügen über einen Kolben- und Kurbelmechanismus, der sie dazu zwingt, bei jeder Umdrehung des Motors, der sie antreibt, immer die gleiche Bewegung auszuführen. Der LMRC von SwRI wird linear betätigt, sodass wir das lineare Bewegungsprofil ändern können, um den Kompressionsprozess zu optimieren.

Um Verunreinigungen im Wasserstoffgas zu vermeiden, erfordern die meisten Wasserstoffkompressoren ölfreie Mechanismen. Im Gegensatz zu den meisten Kolbenkompressoren, deren Motoren sich wiederholt in derselben Bewegung bewegen und zur Wartung geschmiert werden müssen, kann der Linearmotor des LMRC den Kolben in einem benutzerdefinierten Bewegungsmuster bewegen, ist für vertikale Bewegungen montiert und verfügt über ein einzigartiges dynamisches Dichtungsdesign.

Dadurch erfahren die Dichtungen und Lager des Kompressors weniger Reibung, sodass keine herkömmliche Schmierung erforderlich ist. Es kann auch in einer Reihe von Kompressionsanwendungen eingesetzt werden, um zu verhindern, dass Gas in die Atmosphäre gelangt, beispielsweise bei Anwendungen zur Rückgewinnung gefährlicher Gase oder Fackelgas.

Ursprünglich vom US-Energieministerium finanziert und von ACI Services an den Kosten beteiligt, wird das LMRC seitdem durch interne Forschungsmittel am SwRI unterstützt. Das LMRC wurde 2020 zum ersten Mal erfolgreich betrieben und hat Mitte bis Ende 2022 den Dauerbetrieb unter Auslegungsbedingungen abgeschlossen. Für die Zukunft plant Broerman, verschiedene Aspekte des LMRC-Designs zu modifizieren, um die Effizienz und Geschwindigkeit zu erhöhen, die Durchflussraten zu steigern und anzuwenden des LMRC auf andere Kompressionsanwendungen, die eine hermetische Abdichtung erfordern.

SwRI verfügt über ein multidisziplinäres Team, das sich Forschungsinitiativen zur Wasserstoffenergie widmet, um Dekarbonisierungstechnologien in einem breiten Spektrum von Branchen einzusetzen.

Ressourcen

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan und Shade, Willard Norman. (2020) „Linearmotor-Kolbenkompressor (LMRC) für die Wasserstoffverdichtung auf Vorplätzen“. Vereinigte Staaten. doi: 10.2172/1894346

Gepostet am 29. März 2023 in Brennstoffzellen, Wasserstoff, Wasserstoffspeicherung, Infrastruktur | Permalink | Kommentare (4)