SwRI crea un motore lineare

Un nuovo compressore di idrogeno sviluppato presso il Southwest Research Institute (SwRI) può migliorare l’efficienza e l’affidabilità della compressione dell’idrogeno utilizzata nel rifornimento di veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV).

Il compressore alternativo a motore lineare (LMRC) sviluppato da SwRI è progettato per comprimere l'idrogeno come fonte di carburante per FCEV e altri veicoli alimentati a idrogeno. L'avanzato sistema di compressione utilizza un nuovo concetto di azionamento di un pistone a magnete permanente all'interno di un cilindro del compressore sigillato ermeticamente attraverso avvolgimenti elettromagnetici.

Schema dell'LMRC. Broerman et al.

L'LMRC rappresenta un miglioramento rispetto ai compressori alternativi convenzionali poiché riduce al minimo il numero di parti meccaniche, riduce i percorsi di perdita ed è facilmente modularizzabile per una semplice installazione sul campo.

Il Southwest Research Institute ha creato un compressore di idrogeno innovativo e più efficiente. Il compressore alternativo a motore lineare (LMRC) è progettato per comprimere l'idrogeno come fonte di carburante per le automobili alimentate a idrogeno. A differenza della maggior parte dei compressori a idrogeno, l'LMRC è sigillato ermeticamente ed è azionato da un motore lineare che consente una maggiore efficienza di compressione. Per gentile concessione dell'SwRI.

L'LMRC è stato costruito e progettato per comprimere l'idrogeno per il rifornimento di veicoli con celle a combustibile a idrogeno. Per rifornire i veicoli a idrogeno, il gas deve essere prima compresso ad alte pressioni. Quindi, abbiamo deciso di progettare un compressore più efficiente e a prova di perdite.

Una sfida chiave per la compressione dell’idrogeno è la piccola dimensione delle particelle dell’idrogeno, che aumenta il rischio di perdite mentre il gas scorre attraverso le apparecchiature.

Poiché le particelle di idrogeno sono così piccole, ci sono problemi intrinseci di compatibilità dei materiali durante la progettazione di un compressore. Le particelle sono così piccole che si insinuano e alterano le prestazioni dei materiali e delle apparecchiature. Ad esempio, abbiamo riscontrato alcuni problemi iniziali con le particelle di idrogeno che causavano il cedimento dei magneti, quindi abbiamo dovuto rivestire i magneti in modo più efficace per evitarlo.

Il nuovo LMRC è dotato di un compressore ermetico, sigillato ermeticamente utilizzando una combinazione di soluzioni sviluppate da SwRI. I rivestimenti proteggono i magneti dalle incursioni di idrogeno e dall'infragilimento, mentre il design migliorato delle valvole riduce al minimo le perdite. Utilizza inoltre un pistone in ceramica per ridurre al minimo l'espansione del calore e ridurre lo stress sulla guarnizione.

I compressori tipici hanno un pistone e un meccanismo a manovella che richiede loro di eseguire lo stesso movimento ogni volta, ad ogni giro del motore che lo aziona. L'LMRC di SwRI è azionato linearmente, quindi possiamo modificare il profilo di movimento lineare per ottimizzare il processo di compressione.

Per evitare contaminanti nel gas idrogeno, la maggior parte dei compressori di idrogeno richiede meccanismi senza olio. A differenza della maggior parte dei compressori alternativi, che dispongono di motori che si muovono ripetutamente nello stesso movimento e richiedono lubrificazione per la manutenzione, il motore lineare dell'LMRC può spostare il pistone secondo uno schema di movimento definito dall'utente, è montato per il movimento verticale e presenta un esclusivo design della tenuta dinamica.

Di conseguenza, le guarnizioni e i cuscinetti del compressore subiscono meno attrito, eliminando la necessità della lubrificazione tradizionale. Può essere utilizzato anche in una vasta gamma di applicazioni di compressione per evitare perdite di gas nell'atmosfera, come applicazioni di recupero di gas pericolosi o di gas di torcia.

Originariamente finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e con costi condivisi da ACI Services, l'LMRC è stato da allora sostenuto da finanziamenti interni per la ricerca presso SwRI. L'LMRC è stato gestito con successo per la prima volta nel 2020 e ha completato il funzionamento continuo alle condizioni di progetto tra la metà e la fine del 2022. In futuro, Broerman prevede di modificare diversi aspetti della progettazione dell'LMRC per aumentare l'efficienza e la velocità per aumentare le portate e applicare l'LMRC ad altre applicazioni di compressione che richiedono una tenuta ermetica.

SwRI dispone di un team multidisciplinare dedicato alle iniziative di ricerca sull’energia dell’idrogeno per implementare tecnologie di decarbonizzazione in un ampio spettro di settori.

Risorse

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan e Shade, Willard Norman. (2020) "Compressore alternativo a motore lineare (LMRC) per la compressione dell'idrogeno sul piazzale". Stati Uniti. doi: 10.2172/1894346