水素燃料電池システム部品

原子炉の正常な動作を維持するために、水素燃料電池システムは、水素供給システム、水管理システム、空気システム、およびその他の外部補助サブシステムの協力も必要とします。対応するシステム コンポーネントには、水素循環ポンプ、水素ボトル、加湿器、空気圧縮機が含まれます。燃料電池は作動すると大量の水を生成します。含水率が低すぎると、プロトン透過を妨げる「ドライ フィルム」と呼ばれる現象が発生します。含水量が多すぎると、「水浸し」が発生し、多孔質媒体内でのガスの拡散が妨げられ、反応器の出力電圧が低下する可能性があります。カソード側からアノード側に侵入する不純物ガス（N2）の蓄積は、水素と触媒層との接触を阻害し、局所的な「水素欠乏」と化学的腐食を引き起こします。したがって、水のバランスは、PEM 水素燃料電池のリアクターの寿命にとって非常に重要です。その解決策として、水素循環装置（循環ポンプ、インジェクター）を原子炉内に導入し、ガスパージ、水素再利用、水素加湿などの機能を実現します。

水素循環ポンプは、稼働状況に応じてリアルタイムで水素流量を制御し、水素利用効率を向上させます。しかし、「水素脆化」は、水素や水遊びを伴う環境で起こりやすいです。低温時の凍結現象により、システムが正常に動作しなくなる場合があります。そのため、水素循環ポンプには、耐水性が高く、出力圧力が安定していて、オイルフリーである必要があり、準備が難しく、製造コストも高くなります。したがって、シングルエジェクターとダブルエジェクターのスキームが開発されました。前者は、高/低負荷、システムの起動停止、システムの可変負荷、およびその他の作業条件の下でワークフローの安定性を維持するのは容易ではなく、後者はさまざまな作業条件に適応できますが、構造が複雑で制御が困難です [18]。いくつかのエジェクターと水素循環ポンプが並列にあり、エジェクターとバイパス水素循環ポンプ方式にも、明確な長所と短所があります。 2010 年に、米国の技術コンサルティング会社は、返された排気ガスを使用して注入された水素を加湿する水素サイクル システムの設計を提案しました (アノード加湿器なし)。これは、将来の水素サイクル装置の開発方向を表しています。

水素燃料電池システムの空気圧縮機は、原子炉の出力密度に一致する酸化剤 (空気) を提供できます。圧力比が高く、体積が小さく、騒音が小さく、出力が大きく、オイルがなく、構造がコンパクトであるという利点があります。一般的な車載用燃料電池空気圧縮機には、遠心式、スクリュー式、スクロール式などがあります。現在、スクリュー空気圧縮機が広く使用されていますが、遠心空気圧縮機は、気密性が高く、構造がコンパクトで、振動が小さく、エネルギー変換効率が高いため、より多くの応用の可能性があります。空気圧縮機、ベアリング、モーターの主要コンポーネントでは、ボトルネック技術であり、低コスト、摩擦抵抗コーティング材料も開発の焦点です。 General Electric、United Technologies、Prager Energy、ドイツの Xcellsis、カナダの Ballard Power Systems、および日本のトヨタ自動車株式会社はすべて、商用エアコンプレッサ製品ラインを持っています。