Eine präzise und anpassungsfähige Regelung des Systemdrucks und des Massenstroms der Gasleitungen kann den entscheidenden Unterschied bei der Entwicklung eines effizienten Wasserstoff-Brennstoffzellensystems ausmachen. In diesem Artikel gehen wir auf die verschiedenen Sensortechnologien in Brennstoffzellenanwendungen ein und erörtern, wie Massenfluss- und Druckgeräte zur Optimierung dieser Technologien eingesetzt werden.

Schnelle und genaue Instrumente im gesamten Brennstoffzellensystem erleichtern die Arbeit bei der Durchführung von Prüfung und Diagnose von PEM-Brennstoffzellen. Dank der großen Regelbereichsverhältnisse der Alicat-Messgeräte lassen sich Prozesse während der Entwicklungsphase problemlos skalieren.

Die Regulierung der Verhältnisse und Verteilungen von Oxidationsmittel und Reaktanten über die Gasdiffusionsschichten der Stapel hinweg ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Wirkungsgrads der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie. Durch den Einsatz einer MFC mit Stabilisierungszeiten von nur 30 Millisekunden wird eine zuverlässige und reaktionsschnelle Durchflussregelung zu einem unschätzbaren Vorteil in Brennstoffzellen-Prüfständen.

Wenn die Prozessbedingungen hohe Drücke und niedrige Durchflussraten beinhalten, ist ein Coriolis-Massendurchflussregler ist eine zuverlässige, hochpräzise Option. Für höhere Durchflussraten der Ein- und Ausgänge der Hauptleitung ist ein Differenzdruck (DP) Massendurchflussregler kann zur gleichzeitigen Überwachung von Druck und Massedurchfluss über einen großen Bereich von Durchflussraten verwendet werden. Außerdem ist es wichtig, dass Aufrechterhaltung einer strengen Gegendruckkontrolle, was in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und Nässe schwierig sein kann. Um diesen Bedingungen gerecht zu werden, eignet sich ein Druckregler mit Membran, der auf einen von einem Alicat-Doppelventil-Druckregler gesteuerten Vorsatzdruck gut anspricht.

Wie auch bei der Elektrolyse ist ein Mehrdüsen-Gegendruckregler eignet sich hervorragend zur Aufrechterhaltung idealer Reaktionsbedingungen in Brennstoffzellensystemen und ermöglicht unter den meisten Testbedingungen eine Druckregelung bis hinunter zu 0,0001 PSIG. Durch den Einsatz von DP-Massendurchflussmesser aus rostfreiem Stahl schnelle und genaue Massendurchflussmesswerte liefern, die nicht durch die durch das Gerät strömende Feuchtigkeit beeinflusst werden.

Eine weitere Herausforderung ist die Temperaturregelung im gesamten Stapel. Gut geregelte Temperaturen sorgen für eine gleichmäßige Leistungsverteilung. Eine unzureichende Regelung kann zu Effizienzverlusten und sogar zu Schäden an den Stapelelementen führen. Diese Herausforderungen werden umso größer, je mehr Zellen der Stapel enthält. Die Einbindung von Differenzdruck-Massendurchflussregler Mit Reaktionszeiten von ≥30 ms und Regelbereichen von bis zu 10.000:1 lässt sich eine schnelle und stabile Temperaturregelung erreichen, da jedes Gerät die Prozesstemperatur an seiner jeweiligen Stelle im Prozess meldet. Diese MFCs können als Wasserstoff-Massendurchflussregler eingesetzt werden oder vor Ort umgeschaltet werden, um weiterhin alle 97 anderen Reingase oder ein von Ihnen gewähltes individuelles Gasgemisch mit voller Genauigkeit zu dosieren.

Befeuchtung ist ebenso wichtig, um eine effiziente Protonenleitfähigkeit in der Elektrolytschicht zu gewährleisten, da ein Überschuss oder ein Mangel an Wasser die Effizienz der Brennstoffzelle stark beeinträchtigen kann.

Sobald die optimalen Durchflussmengen, Drücke und Temperaturen ermittelt wurden, können Alicat-Lösungen zur Regelung von Durchfluss und Druck sowie zur Temperaturüberwachung in Ihren fertigen Brennstoffzellensystemen eingesetzt werden.

Druckregelungseinheiten können in Kombination mit externen Sensoren zur Regelung des Drucks vor der Sensorposition verwendet werden. In Hochtemperatur- und Hochfeuchteleitungen können auch externe Sensoren und Ventile zur Druckregelung eingesetzt werden. Kurze Ansprechzeiten und Turndown-Verhältnisse von bis zu 10.000:1 sorgen dafür, dass Druck- und Massendurchflussregler den Wasserstofffluss in Vorwärmsystemen präzise steuern und die Effizienz des Brennstoffzellensystems aufrechterhalten können. In der Zwischenzeit sorgt ein Gegendruckregler mit mehreren Öffnungen für die Aufrechterhaltung des Abgasausstoßes.

Die Dichtheitsprüfung von Brennstoffzellensystemen – insbesondere die Prüfung auf Membranundichtigkeiten und Permeabilität – ist von entscheidender Bedeutung. Die Durchführung einer Dichtheitsprüfung gewährleistet konstante Durchflussraten, erhält die Prozesseffizienz aufrecht und minimiert den Verlust von Reaktanten. Bei den Reaktanten kann es sich um hochwertige Schwermetalle in den Katalysatorschichten der Membran-Elektroden-Einheiten handeln. Die Dichtheitsprüfung kann bei Brennstoffzellenstapeln mit größerem Volumen besonders schwierig sein, da die Prüfung mehrstufiger Prozesse während des Tests zu Durchflussspitzen führen kann.

Dichtheitsprüfstationen bestehen in der Regel aus zwei Komponenten. Die erste ist eine Doppelventil-Druckregler, wobei 1000 Messwerte pro Sekunde erfasst werden. Der Doppelventil-Regler sorgt dafür, dass das Prüfobjekt auf einem festgelegten Druck gehalten wird, während der Heliumverbrauch minimiert wird. Gleichzeitig tragen eine hochsensible PID-Regelung und eine Funktion zur schrittweisen Ansteuerung des Sollwerts dazu bei, die Membran während der Prüfung vor Durchflussspitzen zu schützen. Der Doppelventil-Druckregler ist mit einem Massendurchflussmesser mit geringem Druckverlust, das selbst kleinste Leckagen erfasst. Bei einem Druckabfall von nur 0,07 PSID über das Gerät hinweg ist die Durchflussmessung empfindlicher und erfolgt nahezu ungehindert. Diese beiden Geräte lassen sich über einen einzigen Computer oder eine SPS steuern, wobei aus einer umfangreichen Liste von Kommunikationsprotokollen gewählt werden kann. Digitale Protokolle ermöglichen eine einfache Automatisierung und Datenanalyse.

Lösungen für andere Bereiche der Brennstoffzellenforschung

Für die vielen anderen Prozesse und Tests, die in der Forschung und Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen erforderlich sind (z. B. Katalysatorverifizierung und Elektrodentests), haben wir eine Reihe von kundenspezifischen Lösungen für Massenfluss und Druck, die eine Vielzahl von Technologien verwenden.

Wenn Sie Fragen zu Lösungen für die Regulierung und Prüfung von Wasserstoff-Brennstoffzellen haben, Kontakt zu unseren Anwendungsingenieuren um eine Lösung für Ihren Prozessbedarf zu finden.

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