Osoby do kontaktu:
dr inż. Michał Jurczyk
dr inż. Daniel Węcel
Generator wodoru z elektrolizerami AEM
Podstawowym elementem stanowiska badawczego jest generator wodoru wyposażony w elektrolizery typu AEM o wydajności 0,5 Nm3H2/h i maksymalnym ciśnieniu gazu na wylocie z instalacji wynoszącym 3,5 MPa. Elektrolitem wykorzystywanym w układzie generatora wodoru jest roztwór wodorotlenku potasu, więc elektrolizery pracują w środowisku alkalicznym. Czystość wytwarzanego wodoru w przeliczeniu na suchy gaz (za modułem osuszania) wynosi 99,999% a maksymalne zużycie wody 0,4 l/h. Woda dostarczona do procesu elektrolizy musi charakteryzować się konduktywnością mniejszą niż 10 µS/cm3. Generator wodoru zasilany jest z sieci 230 V AC, co wymusza zastosowanie elektronicznych przetwornic AC/DC, ponieważ elektrolizery wraz z innymi elementami generatora wymagają zasilania prądem stałym (DC). Przetwornice wraz z układem sterowania generatorem wodoru znajdują się w module zasilającym. Generator wodoru wyposażony jest w autonomiczny system pomiarowy, który posiada możliwość pomiaru oraz wyświetlania w czasie rzeczywistym głównych parametrów urządzenia.
Moduł elektrolizy wody złożony jest z dwóch niezależnie zasilanych elektrolizerów typu AEM. Oprócz elektrolizerów w skład modułu wchodzą: zbiornik elektrolitu, chłodnica wraz z pompą obiegową elektrolitu, pompa uzupełniająca wodę dostarczaną do procesu elektrolizy oraz zestaw filtrów. Stabilizację temperatury zapewnia chłodnica powietrzna oraz grzałka elektrolitu. W przypadku zbyt niskiej temperatury początkowej elektrolitu grzałka podgrzewa go do wymaganej temperatury 20oC. Chłodnica powietrzna wyposażona jest w dwa wentylatory o mocy 90 W każdy. Jeden z nich pracuje w sposób ciągły, zapewniając chłodzenie roztworu roboczego, natomiast drugi uruchamia się jedynie w chwili, gdy temperatura przekroczy 45oC, umożliwiając szybkie schłodzenie elektrolitu.
Dodatkowo, w układzie zdecydowano się na zainstalowanie modułu osuszania gazu. Moduł osuszania składa się z dwóch naprzemiennie działających urządzeń osuszających zapewniających odpowiednią czystość wodoru poprzez absorpcję znajdującej się w gazie wody. Osuszacz nie pracujący w danej chwili podlega regeneracji i jest wygrzewany przy użyciu grzałki. Zainstalowanie dodatkowego modułu osuszania pozwoliło na osiągniecie lepszej czystości wytworzonego w procesie elektrolizy wodoru, która wynosi 99,999%. Uzyskanie wysokiej klasy wodoru na wylocie z układu, pozwala na prowadzenie badań możliwości współpracy generatora ze zbiornikami do magazynowania wodoru przy niskim ciśnieniu. Każdy ze zbiorników może pomieścić do 800 Ndm3 wodoru przy ciśnieniu znamionowym wynoszącym 25 bar. Magazynowanie w takich warunkach jest możliwe dzięki sorpcji wodoru do materiału porowatego, którym wypełniony jest zbiornik. Procesy napełniania oraz opróżniania takiego typu zbiornika, ze względu na charakter reakcji, są silnie egzo- oraz endotermiczne, dlatego podczas realizacji badań rekomendowane jest wykorzystanie kąpieli wodnej, umożliwiającej stabilizację temperatury.
Generatory wodoru z elektrolizerami PEM
Na wyposażeniu laboratorium znajdują się również dwa generatory wodoru TsvetChrom-60. W każdym z nich znajdują się 2 elektrolizery typu PEM. Wydajność pojedynczego generatora wynosi 0,91 dm3H2/min, a czystość produkowanego wodoru 99,99%. Maksymalne ciśnienie wodoru 0,5 MPa. Są one stosowane jako źródła czystego wodoru do celów laboratoryjnych oraz jako jednostki przystosowane do współpracy z różnymi źródłami zasilania tj. zasilacze regulowane, ogniwa fotowoltaiczne lub akumulatory. Dzięki zmianie sposobu zasilania uzyskuje się różne wydajności produkcji wodoru. Generatory wodoru są wykorzystywane jako elementy stanowisk laboratoryjnych w projektach badawczych oraz przy realizacji zajęć dydaktycznych, zajęć zorientowanych projektowo PBL i prac dyplomowych.
Wodorowe ogniwa paliwowe
W laboratorium znajdują się stanowiska pomiarowe systemu FC-42/HLC firmy Heliocentris. W skład systemów wchodzą stosy ogniw paliwowych typu PEM firmy Schunk o mocy elektrycznej 360 W (zestaw o mocy 720 W składa się z 2 stosów połączonych równolegle) i o parametrach nominalnych: 24 V, 15 A. Ogniwa pracują z autonomicznym układem sterowania, w którego skład wchodzą: układ chłodzenia (zmodyfikowany na potrzeby przeprowadzenia badań), kompresor (z dodatkowym zbiornikiem wyrównawczym i rotametrem do pomiaru strumienia powietrza), reduktor oraz elektroniczny układ sterujący i zabezpieczający. Układ pomiarowy pozwala na wyznaczenie charakterystyk napięciowo-prądowo i mocy oraz charakterystyk w stanach przejściowych przy zmianie obciążenia ogniw. Na wyposażeniu laboratorium znajduje się również obciążenie elektroniczne pozwalające na programowanie sposobu obciążania ogniwa paliwowego w czasie.
W Laboratorium Technik Wodorowych znajdują się również miniaturowe ogniwa paliwowe wykorzystywane przy realizacji zajęć dydaktycznych lub prac dyplomowych.
Infrastruktura laboratorium pozwala wykorzystywać wodór ze zbiorników ciśnieniowych dostarczanych przez firmy zewnętrzne lub z wodoru wyprodukowanego na miejscu w generatorach wodoru.
Generator metanu
Instalacja laboratoryjna generatora metanu służy do badań nad konwersją wodoru i dwutlenku węgla do metanu w środowisku katalizatora reakcji metanizacji. Instalacja wyposażona jest w trzy zawory elektromagnetyczne dla następujących gazów procesowych - dwutlenku węgla, wodoru i azotu. Przepływ dwóch z tych gazów - dwutlenku węgla i wodoru jest sterowany automatycznie przez regulatory przepływu masowego (z możliwością ustawienia dokładności przepływu równej 0,1 dm3min-1), natomiast przepływ trzeciego gazu, azotu, odbywa się ręcznie sterowany zaworem rotametrycznym - gaz ten służy do przepłukiwania instalacji. Na wlocie reaktora znajduje się przetwornik ciśnienia PC-28 do pomiaru ciśnienia oraz termopara do pomiaru temperatury gazu. W reaktorze zainstalowane są trzy termopary do pomiaru temperatury na początku, w środku i na końcu złoża katalizatora. Reaktor ogrzewany jest dwoma piecami elektrycznymi. Na wylocie reaktora znajduje się ręczny zawór iglicowy do ustawiania ciśnienia w układzie. Za wylotem reaktora zabudowana jest chłodnica połączona ze zbiornikiem na skropliny. Chłodnica posiada jedną strefę chłodzenia, na jej wlocie i wylocie zainstalowane są termopary, a przepływ powietrza w strefie chłodzenia sterowany jest ręcznie za pomocą rotametru. Za chłodnicą znajduje wylot do pobrania próbki gazu do analizy. System jest podłączony do palnika, w którym spalany jest powstały gaz. Cała aparatura (oprócz rotametrów ręcznych) instalacji generatora metanu połączona jest z panelem sterowania wyświetlającym parametry procesu.
