Funcionamiento fiable de celdas de combustible
Soluciones de sistema con integración funcional para el suministro de hidrógeno y la separación de agua — La colaboración con Proton Motor Fuel Cell GmbH
Los componentes para fluidos de Bürkert ya han demostrado su fiabilidad en muchas aplicaciones con hidrógeno. Para las celdas de combustible de Proton Motor Fuel Cell GmbH se desarrollaron soluciones de sistema listas para la integración para la alimentación del ánodo y la separación del agua. El uso de hidrógeno verde representa una manera constructiva de afrontar la crisis climática y mejorar la huella de CO2. Los sistemas de celdas de combustible son una solución ecológica y sostenible para el suministro de energía, tanto en el uso estático como en el móvil. Los componentes para fluidos contribuyen a su funcionamiento fiable y seguro. Así, las soluciones de sistema con integración funcional compuestas de válvulas y los correspondientes sensores se encargan de la dosificación exacta del hidrógeno, el corte seguro del flujo de hidrógeno, así como la separación precisa del agua en el circuito anódico de la celda de combustible y se pueden montar de forma compacta en las pilas de celdas de combustible.
Dosificación exacta y segura de hidrógeno
Con HyStack® 400, la empresa Proton Motor Fuel Cell GmbH ha desarrollado unos módulos de celdas de combustible compactos que cubren una potencia de 21,3 a 49,7 kW, con lo cual son aptos para múltiples aplicaciones. En HyShelter®, los módulos de celdas de combustible están dispuestos de forma escalable en una solución de contenedor híbrida «llave en mano».
La celda de combustible escalable HyStack® 400 cubre unas potencias de 21,3 a 49,7 kW, con lo cual es apta para múltiples aplicaciones.
Bürkert demostró ser un socio competente para el desarrollo de la solución de fluidos buscada gracias a su experiencia en todos los ámbitos relacionados con el hidrógeno, tanto en la producción como en la distribución y el uso. En proyectos anteriores en el pasado, los fabricantes de celdas de combustible ya tuvieran buenas experiencias con la tecnología de válvulas de Bürkert. El catálogo de productos comprende numerosos componentes para fluidos cuyos materiales están adaptados a los requisitos especiales que plantean estos ámbitos de aplicación y representan la base para las soluciones de sistema más diversas. En la aplicación descrita se desarrollaron para la alimentación del ánodo y la separación del agua unos bloques compactos que se montan directamente con racores para fluidos en la placa adaptadora de medios de las pilas y ocupan poco espacio de instalación. «En este contexto, las placas adaptadoras de medios, que son fabricadas por un socio mediante impresión 3D, son algo más que solo una interfaz mecánica. Son componentes multifunción que vigilan también la presión y la temperatura de los distintos trayectos y aseguran, junto con el sistema superior, la regulación correcta de la temperatura», añade Robert Baustädter. De este modo, las celdas de combustible están operativas con rapidez, incluso a temperaturas bajo cero.
«Para el suministro de hidrógeno y la separación del agua de los módulos buscamos una solución de sistema validada y lista para la integración que correspondiera a nuestros requisitos fluídicos y ofreciera unas interfaces definidas con el módulo de pila de celdas de combustible. Estos sistemas son esenciales para el funcionamiento de la celda de combustible, dado que regulan el suministro de hidrógeno a la entrada del ánodo y se encargan, además, de la desconexión de seguridad. A la salida del ánodo deben asegurar la inyección de gas y la separación del agua».
Válvulas reguladoras en el bloque de ánodo
En el bloque de ánodo, una válvula reguladora se encarga del suministro de hidrógeno y una válvula de cierre del corte de seguridad del flujo de hidrógeno. Un sensor de presión integrado verifica la presión nominal. Como componente de seguridad redundante se ha instalado, adicionalmente, un interruptor de presión. La válvula de cierre de seguridad (tipo 6440) es una válvula de pistón servopilotada que ya ha demostrado su valía en muchas otras aplicaciones con hidrógeno. Para incrementar la seguridad frente a la presión y las fugas, los tapones y el tubo guía de núcleo están soldados entre sí. La forma y la calidad de superficie del cuerpo permiten alcanzar unos valores de caudal máximos. Las bobinas están encapsuladas con epoxi de alta resistencia química. La segunda válvula (tipo 6020) es una válvula proporcional de efecto directo que asume la regulación de presión del hidrógeno. Con su función de cierre integrada, es hermética y ya se está utilizando en múltiples aplicaciones con hidrógeno y gas. Para el uso en sistemas de celdas de combustible se ofrecen cuerpos con brida enchufable (cartridge) y con conexión de bridas, así como bobinas magnéticas con conector para automoción según el tipo de protección IP6K9K.
Para la alimentación del ánodo y la separación del agua se han desarrollado bloques de sistema compactos que se montan directamente con racores para fluidos en la placa adaptadora de medios de las pilas.
Separación de agua e hidrógeno
En los sistemas de celdas de combustible, el hidrógeno introducido en el ánodo no se consume nunca por completo. Con el llamado circuito de recirculación, el hidrógeno sin utilizar no se desperdicia, sino que se vuelve a conducir a la pila de celdas de combustible. A la salida del ánodo, el separador de agua con dos válvulas integradas se encarga, por una parte, de posibilitar el proceso de lavado del sistema de celdas de combustible y, por otra parte, de separar el agua producida en la reacción química en la pila de celdas de combustible. En las dos válvulas de émbolo de efecto directo (tipo 7011), los tapones y el tubo guía de núcleo están soldados entre sí para incrementar la seguridad frente a la presión y las fugas. Los materiales de sellado están adaptados a la aplicación concreta, porque las válvulas no solo necesitan trabajar de forma precisa y fiable; además, deben estar adaptadas al campo de aplicación específico. En el caso del hidrógeno, por ejemplo, los materiales empleados no deben estar sujetos a fragilización ni sufrir corrosión en el uso con agua desionizada.
«Dado que la solución de sistema de fluidos para la alimentación del ánodo y la separación del agua ya ha demostrado su valía en el HyStack® 400, continuaremos en el futuro nuestra estrecha colaboración con Bürkert. En el HyStack® 200 con una potencia de entre 4 y 11 kW, que se está desarrollando en estos momentos, se utilizarán, en principio, los mismos sistemas de fluidos, pero con unos menores diámetros nominales de las válvulas. También en este caso nos beneficiaremos de nuevo de los conocimientos técnicos de los expertos en fluidos».