水素エネルギー圧縮機用マグネット

水素エネルギー圧縮機用マグネット

水素は、将来最も有望な環境に優しいエネルギーの 1 つです。 宇宙で最も豊富な元素として、有害な廃棄物や温室効果ガスを排出せずに燃料電池で電気に変換できる、クリーンなエネルギーの終わりのない源を提供します。 しかし、水素の普及の鍵は、特に定置用途や自動車用途で使用される場合、貯蔵と配送の効率的な戦略にあります。

水素は、自然の地層 (塩の洞窟、硬い岩の洞窟、枯渇した油田やガス田など) で長期保管するか、輸送用の圧縮水素ガスとして短期間保管するために、液体または気体の形で保管できます。 -燃料電池電気自動車のボードアプリケーション。液体貯蔵は、所定のレベルのエネルギー密度に対して必要なスペースが少なくて済むため、好ましい。

実用化に十分なエネルギー密度を達成するには、水素を高圧レベルまで圧縮する必要があります。 これは、従来の機械的圧縮技術を使用して実現できます。 往復動式、ダイヤフラム式、リニア式のコンプレッサーや、極低温、金属水素化物、電気化学式のコンプレッサーなど、水素用に特別に考案された革新的な非機械技術などです。

ガス貯蔵の場合、既存のパイプラインインフラで輸送するために水素が天然ガスと混合される可能性が高い。このソリューションのエネルギー密度は、パイプラインの容量とその材料の完全性、および大量の水素を処理するエンドユーザーの能力によって制限されます。このタイプのシステムのパフォーマンスを決定するために、いくつかの研究努力が進行中です (Kurz et al.、2020a および b を参照)。

液体貯蔵の場合、現在利用可能な最良の選択肢は、水素化ホウ素ニッケル (NbH) などのアルカリ金属ホウ化物として水素を貯蔵することです。これは、カルノー効率の損失がわずか 40% で 1,000 °C までの動作を維持できます。 それにもかかわらず、この種の材料は、そのような高温において周囲空気中に見られる微量の酸素および水による中毒に対して脆弱である。さらに、ＮｂＨの製造には費用と時間がかかる。

より速く、よりコスト効率の高いアプローチは、遠心ポンプを使用して水素を圧縮することであり、この技術はすでに産業用途で広く使用されています。しかし、このようなポンプの動作条件は非常に厳しいものであり、ポンプのコンポーネントに高度な磨耗を引き起こす可能性があります。これは、大きな回転加速と振動の影響を受けるローターの場合に特に当てはまります。ロータブレードやシールに損傷が生じると、メンテナンスや修理のコストが増加し、ポンプの効率が低下し、その結果、システム全体の信頼性が損なわれる可能性があります。

この問題に対処するために、Southwest Research Institute (SwRI) は、燃料電池電気自動車 (FCEV) 用の水素を圧縮するために特別に設計された、LMRC と呼ばれるリニア モーター駆動の往復コンプレッサーを開発しました。 この気密密閉された機械は、コーティング、バルブ設計、密閉ピストンなど、脆化や劣化から保護するために SwRI が開発したソリューションを組み合わせて使用​​しています。 また、消費電力と可動部品の数を削減するリニアモーター設計を採用しており、効率、信頼性、製品ライフサイクルが向上します。


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