SwRI crée un moteur linéaire

Un nouveau compresseur d'hydrogène développé au Southwest Research Institute (SwRI) peut améliorer l'efficacité et la fiabilité de la compression d'hydrogène utilisée dans le ravitaillement des véhicules électriques à pile à combustible (FCEV).

Le compresseur alternatif à moteur linéaire (LMRC) développé par SwRI est conçu pour comprimer l'hydrogène comme source de carburant pour les FCEV et autres véhicules à hydrogène. Le système de compression avancé utilise un nouveau concept d'entraînement d'un piston à aimant permanent à l'intérieur d'un cylindre de compresseur hermétiquement scellé à travers des enroulements électromagnétiques.

Schéma du LMRC. Broerman et al.

Le LMRC est une amélioration par rapport aux compresseurs à pistons conventionnels car il minimise le nombre de pièces mécaniques, réduit les chemins de fuite et est facilement modularisé pour une installation simple sur le terrain.

Le Southwest Research Institute a créé un compresseur à hydrogène innovant et plus efficace. Le compresseur à piston à moteur linéaire (LMRC) est conçu pour comprimer l'hydrogène comme source de carburant pour les voitures à hydrogène. Contrairement à la plupart des compresseurs à hydrogène, le LMRC est hermétiquement scellé et est entraîné par un moteur linéaire qui permet une efficacité de compression accrue. Avec l'aimable autorisation de SwRI.

Le LMRC a été construit et conçu pour comprimer l'hydrogène pour ravitailler les véhicules équipés de piles à hydrogène. Pour faire le plein de véhicules à hydrogène, le gaz doit d'abord être comprimé à des pressions élevées. Nous avons donc décidé de concevoir un compresseur plus efficace et étanche.

Un défi majeur pour la compression de l'hydrogène est la petite taille des particules d'hydrogène, qui augmente le potentiel de fuites lorsque le gaz circule dans l'équipement.

Étant donné que les particules d'hydrogène sont si petites, il existe des problèmes inhérents de compatibilité des matériaux lors de la conception d'un compresseur. Les particules sont si petites qu'elles s'infiltrent et altèrent les performances des matériaux et des équipements. Par exemple, nous avons eu quelques problèmes au début avec les particules d'hydrogène provoquant la défaillance des aimants, nous avons donc dû enduire les aimants plus efficacement pour éviter cela.

Le nouveau LMRC comprend un compresseur hermétique, scellé hermétiquement à l'aide d'une combinaison de solutions développées par SwRI. Les revêtements protègent les aimants de l'incursion et de la fragilisation de l'hydrogène, tandis que la conception améliorée des vannes minimise les fuites. Il utilise également un piston en céramique pour minimiser la dilatation thermique et réduire les contraintes sur son joint.

Les compresseurs typiques ont un mécanisme à piston et manivelle qui les oblige à faire le même mouvement à chaque fois, à chaque révolution du moteur qui l'entraîne. Le LMRC de SwRI est actionné linéairement, nous pouvons donc modifier le profil de mouvement linéaire pour optimiser le processus de compression.

Pour éviter les contaminants dans l'hydrogène gazeux, la plupart des compresseurs à hydrogène nécessitent des mécanismes sans huile. Contrairement à la plupart des compresseurs à piston, qui ont des moteurs qui se déplacent à plusieurs reprises dans le même mouvement et nécessitent une lubrification pour l'entretien, le moteur linéaire du LMRC peut déplacer le piston selon un schéma de mouvement défini par l'utilisateur, est monté pour un mouvement vertical et possède une conception de joint dynamique unique.

En conséquence, les joints et les roulements du compresseur subissent moins de frottement, éliminant le besoin de lubrification traditionnelle. Il peut également être utilisé dans une gamme d'applications de compression pour éviter les fuites de gaz dans l'atmosphère, telles que les applications de récupération de gaz dangereux ou de gaz de torche.

Financé à l'origine par le Département américain de l'énergie et partagé par ACI Services, le LMRC a depuis été soutenu par un financement de recherche interne au SwRI. Le LMRC a été exécuté avec succès pour la première fois en 2020 et a terminé son fonctionnement continu dans les conditions de conception entre le milieu et la fin de 2022. À l'avenir, Broerman prévoit de modifier différents aspects de la conception du LMRC pour augmenter l'efficacité et les vitesses afin d'augmenter les débits et d'appliquer le LMRC à d'autres applications de compression nécessitant une étanchéité hermétique.

SwRI dispose d'une équipe multidisciplinaire dédiée aux initiatives de recherche sur l'énergie hydrogène afin de déployer des technologies de décarbonisation dans un large éventail d'industries.

Ressources

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan et Shade, Willard Norman. (2020) "Compresseur à piston à moteur linéaire (LMRC) pour la compression d'hydrogène sur le parvis". États-Unis. doi: 10.2172/1894346

Publié le 29 mars 2023 dans Piles à combustible, Hydrogène, Stockage d'hydrogène, Infrastructure | Lien permanent | Commentaires (4)