SwRI создает линейный двигатель

Новый водородный компрессор, разработанный в Юго-Западном научно-исследовательском институте (SwRI), может повысить эффективность и надежность сжатия водорода, используемого при заправке электромобилей на топливных элементах (FCEV).

Разработанный SwRI линейный поршневой компрессор с приводом от двигателя (LMRC) предназначен для сжатия водорода в качестве источника топлива для FCEV и других транспортных средств, работающих на водороде. В усовершенствованной системе сжатия используется новая концепция приведения в движение поршня с постоянным магнитом внутри герметичного цилиндра компрессора через электромагнитные обмотки.

Схема LMRC. Броерман и др.

LMRC является улучшением по сравнению с обычными поршневыми компрессорами, поскольку он сводит к минимуму количество механических деталей, уменьшает пути утечек и легко разбирается по модулям для простой установки на месте.

Юго-западный научно-исследовательский институт создал инновационный, более эффективный водородный компрессор. Линейный поршневой компрессор с приводом от двигателя (LMRC) предназначен для сжатия водорода в качестве источника топлива для автомобилей с водородным двигателем. В отличие от большинства водородных компрессоров, LMRC герметично закрыт и приводится в движение линейным двигателем, что позволяет повысить эффективность сжатия. С разрешения SwRI.

LMRC был построен и спроектирован для сжатия водорода для заправки автомобилей с водородными топливными элементами. Для заправки водородных автомобилей газ необходимо сначала сжать до высокого давления. Итак, мы решили разработать более эффективный и герметичный компрессор.

Ключевой проблемой при сжатии водорода является малый размер частиц водорода, что увеличивает вероятность утечек при прохождении газа через оборудование.

Поскольку частицы водорода настолько малы, при проектировании компрессора возникают проблемы совместимости материалов. Частицы настолько малы, что проникают внутрь и изменяют характеристики материалов и оборудования. Например, на ранних этапах у нас были проблемы с частицами водорода, приводившими к выходу из строя магнитов, поэтому нам пришлось покрывать магниты более эффективным покрытием, чтобы предотвратить это.

Новый LMRC оснащен воздухонепроницаемым компрессором, герметично закрытым с использованием комбинации решений, разработанных SwRI. Покрытия защищают магниты от проникновения водорода и охрупчивания, а улучшенная конструкция клапанов сводит к минимуму утечки. В нем также используется керамический поршень, чтобы минимизировать тепловое расширение и снизить нагрузку на уплотнение.

Типичные компрессоры имеют поршневой и кривошипно-шатунный механизм, который требует, чтобы они каждый раз совершали одно и то же движение при каждом обороте приводящего его двигателя. LMRC SwRI приводится в действие линейно, поэтому мы можем изменить профиль линейного движения для оптимизации процесса сжатия.

Чтобы избежать загрязнения газообразного водорода, большинство водородных компрессоров требуют безмасляных механизмов. В отличие от большинства поршневых компрессоров, двигатели которых совершают неоднократное одно и то же движение и требуют смазки для обслуживания, линейный двигатель LMRC может перемещать поршень по заданной пользователем схеме движения, установлен для вертикального перемещения и имеет уникальную конструкцию динамического уплотнения.

В результате уплотнения и подшипники компрессора испытывают меньше трения, что устраняет необходимость в традиционной смазке. Его также можно использовать в различных приложениях сжатия, чтобы избежать утечки газа в атмосферу, например, при утилизации опасного газа или в системах утилизации факельного газа.

Первоначально финансируемый Министерством энергетики США и совместно финансируемый ACI Services, LMRC с тех пор поддерживается за счет внутреннего финансирования исследований в SwRI. LMRC был успешно запущен впервые в 2020 году и завершил непрерывную работу в проектных условиях в середине-конце 2022 года. В дальнейшем Броерман планирует изменить различные аспекты конструкции LMRC, чтобы повысить эффективность и скорость, увеличить скорость потока и применить LMRC для других применений сжатия, требующих герметичного уплотнения.

В SwRI есть многопрофильная команда, занимающаяся исследовательскими инициативами в области водородной энергетики с целью внедрения технологий декарбонизации в широком спектре отраслей.

Ресурсы

Броерман, Юджин Лео, Пернер, Натан и Шейд, Уиллард Норман. (2020) «Поршневой компрессор с линейным двигателем (LMRC) для сжатия водорода на привокзальной площади». Соединенные Штаты. дои: 10.2172/1894346