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Sistema de almacenamiento de energía térmica fría a bordo para el proceso de abastecimiento de hidrógeno

joven min kim

La presión de almacenamiento de hidrógeno en los vehículos de pila de combustible se ha incrementado de 35 MPa a 70 MPa para permitir una mayor autonomía de conducción. En el lado negativo, dicho aumento de presión da como resultado un aumento significativo de la temperatura dentro del tanque de hidrógeno durante el llenado rápido en una estación de servicio, lo que puede plantear problemas de seguridad. La instalación de un enfriador a menudo mitiga esta preocupación porque enfría el gas de hidrógeno antes de que se deposite en el tanque. Para abordar tanto la mejora de la eficiencia energética como las preocupaciones de seguridad, este documento propuso un sistema de almacenamiento de energía térmica fría (CTES) a bordo, enfriado por hidrógeno expandido. Durante el ciclo de conducción, el sistema propuesto utiliza un expansor, en lugar de un regulador de presión, para generar energía adicional y gas hidrógeno frío. Además, CTES está equipado con materiales de cambio de fase (PCM) para recuperar la energía fría del gas hidrógeno expandido, que luego se utiliza en el siguiente llenado para enfriar el gas hidrógeno a alta presión de la estación de servicio. Hace unos años, la presión típica de almacenamiento de hidrógeno en los vehículos de pila de combustible era de 35 MPa; tal presión produjo una densidad de energía volumétrica muy baja para acomodar la conducción de largo alcance que requeriría 70 MPa. Recientemente, se ha adoptado ampliamente el almacenamiento de hidrógeno a bordo, principalmente a alta presión de 70 MPa. Sin embargo, este aumento de presión conduce a un aumento significativo en la temperatura del tanque del vehículo durante el llenado rápido en una estación de servicio debido al calor de compresión y la expansión Joule-Thomson. El preenfriamiento del hidrógeno con un enfriador antes de repostar mitiga el aumento de temperatura para cumplir con la temperatura máxima permitida del tanque que cumple con los estándares y regulaciones internacionales, como el protocolo de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y el código de seguridad de la Organización Internacional de Normalización (ISO) ( es decir, 85 °C). Tal aumento de temperatura durante el proceso de llenado también reduce la cantidad total de gas almacenado dentro del tanque. En una serie de experimentos, Kim et al. cambio de temperatura cuantificado en el cilindro del tanque utilizando análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD). miguel et al. evaluó el efecto de la tasa de llenado en el gas.