SwRI crea un motor lineal

Un nuevo compresor de hidrógeno desarrollado en Southwest Research Institute (SwRI) puede mejorar la eficiencia y confiabilidad de la compresión de hidrógeno utilizada en el reabastecimiento de combustible de vehículos eléctricos de celda de combustible (FCEV).

El compresor alternativo accionado por motor lineal (LMRC) desarrollado por SwRI está diseñado para comprimir hidrógeno como fuente de combustible para FCEV y otros vehículos impulsados ​​por hidrógeno. El sistema de compresión avanzado utiliza un concepto novedoso de impulsar un pistón de imán permanente dentro de un cilindro compresor sellado herméticamente a través de bobinados electromagnéticos.

Esquema de LMRC. Broermann et al.

El LMRC es una mejora con respecto a los compresores alternativos convencionales, ya que minimiza el recuento de piezas mecánicas, reduce las vías de fuga y se modular fácilmente para una instalación sencilla en el campo.

Southwest Research Institute ha creado un compresor de hidrógeno innovador y más eficiente. El compresor alternativo accionado por motor lineal (LMRC) está diseñado para comprimir hidrógeno como fuente de combustible para automóviles impulsados ​​por hidrógeno. A diferencia de la mayoría de los compresores de hidrógeno, el LMRC está sellado herméticamente y es impulsado por un motor lineal que permite una mayor eficiencia de compresión. Cortesía de SwRI.

El LMRC fue construido y diseñado para comprimir hidrógeno para repostar vehículos con celdas de combustible de hidrógeno. Para repostar vehículos de hidrógeno, primero se debe comprimir el gas a altas presiones. Por lo tanto, nos propusimos diseñar un compresor a prueba de fugas más eficiente.

Un desafío clave para la compresión de hidrógeno es el pequeño tamaño de las partículas de hidrógeno, lo que aumenta el potencial de fugas a medida que el gas fluye a través del equipo.

Debido a que las partículas de hidrógeno son tan pequeñas, existen problemas de compatibilidad de materiales inherentes al diseñar un compresor. Las partículas son tan pequeñas que se cuelan y alteran el rendimiento de los materiales y equipos. Por ejemplo, tuvimos algunos problemas iniciales con las partículas de hidrógeno que causaron fallas en los imanes, por lo que tuvimos que recubrir los imanes de manera más efectiva para evitar eso.

El novedoso LMRC cuenta con un compresor hermético, sellado herméticamente mediante una combinación de soluciones desarrolladas por SwRI. Los revestimientos protegen los imanes de la incursión de hidrógeno y la fragilización, mientras que los diseños mejorados de las válvulas minimizan las fugas. También utiliza un pistón de cerámica para minimizar la expansión del calor y reducir la tensión en su sello.

Los compresores típicos tienen un mecanismo de pistón y manivela que les obliga a hacer el mismo movimiento cada vez, con cada revolución del motor que lo impulsa. El LMRC de SwRI se acciona linealmente, por lo que podemos cambiar el perfil de movimiento lineal para optimizar el proceso de compresión.

Para evitar contaminantes en el gas de hidrógeno, la mayoría de los compresores de hidrógeno requieren mecanismos sin aceite. A diferencia de la mayoría de los compresores alternativos, que tienen motores que se mueven repetidamente con el mismo movimiento y requieren lubricación para su mantenimiento, el motor lineal del LMRC puede mover el pistón en un patrón de movimiento definido por el usuario, está montado para movimiento vertical y tiene un diseño de sello dinámico único.

Como resultado, los sellos y cojinetes del compresor experimentan menos fricción, eliminando la necesidad de la lubricación tradicional. También se puede utilizar en una variedad de aplicaciones de compresión para evitar fugas de gas a la atmósfera, como aplicaciones de recuperación de gases peligrosos o gases de combustión.

Financiado originalmente por el Departamento de Energía de EE. UU. y con los costos compartidos por ACI Services, el LMRC ha recibido desde entonces financiamiento de investigación interno en SwRI. El LMRC se ejecutó con éxito por primera vez en 2020 y completó la operación continua en las condiciones de diseño a mediados o fines de 2022. En el futuro, Broerman planea modificar diferentes aspectos del diseño del LMRC para aumentar la eficiencia y las velocidades para aumentar las tasas de flujo y aplicar el LMRC a otras aplicaciones de compresión que requieren un sellado hermético.

SwRI tiene un equipo multidisciplinario dedicado a iniciativas de investigación de energía de hidrógeno para implementar tecnologías de descarbonización en un amplio espectro de industrias.

Recursos

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan y Shade, Willard Norman. (2020) "Compresor alternativo de motor lineal (LMRC) para compresión de hidrógeno en la explanada". Estados Unidos. doi: 10.2172/1894346

Publicado el 29 de marzo de 2023 en Pilas de combustible, Hidrógeno, Almacenamiento de hidrógeno, Infraestructura | Enlace permanente | Comentarios (4)