من به عنوان یک تأمین کننده ترمیستور ، اغلب در مورد کاربردهای متنوع ترمیستورها سؤال می شود. یک سؤالی که اخیراً علاقه من را کاهش داده است این است که آیا می توان از یک ترمیستور در یک سیستم سلول سوخت استفاده کرد. در این وبلاگ ، من به جنبه های فنی ترمیستورها و سیستم های سلولی سوخت می پردازم تا یک پاسخ جامع ارائه دهم.
درک ترمیستورها
ترمیستورها مقاومتهای حساس به دما هستند. مقاومت آنها با تغییرات دما به طور قابل توجهی تغییر می کند. دو نوع اصلی ترمیستور وجود دارد: ترمیستورهای ضریب دمای منفی (NTC) و ترمیستورهای ضریب دمای مثبت (PTC).
ترمیستورهای NTC مقاومت دارند که با افزایش دما کاهش می یابد. این ویژگی آنها را برای اندازه گیری دما و جبران خسارت ایده آل می کند. به عنوان مثال ،ترمیستور هشدار آتش نشانی 100Kیک ترمیستور NTC است که معمولاً در سیستم های زنگ خطر استفاده می شود. خاصیت پاسخ سریع آن به آن اجازه می دهد تا به سرعت تغییرات دما در ارتباط با آتش سوزی را تشخیص دهد.
از طرف دیگر ، ترمیستورهای PTC مقاومت دارند که با دما افزایش می یابد. آنها غالباً برای محافظت از دما ، بخاری های تنظیم کننده و برنامه های محدود فعلی مورد استفاده قرار می گیرند. درسنسور ترمیستور زنگ خطر آتش سوزیهمچنین می تواند یک نوع PTC در برخی از تنظیمات پیشرفته آتش سوزی باشد - محافظت قابل اعتماد در برابر افزایش دمای غیر طبیعی.
مبانی سیستم های سلولهای سوخت
سلولهای سوختی دستگاههای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی یک سوخت (مانند هیدروژن) و اکسیدان (معمولاً اکسیژن از هوا) را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آنها چندین مزیت نسبت به موتورهای احتراق سنتی ، از جمله راندمان بالاتر ، تولید گازهای گلخانه ای پایین و عملکرد ساکت تر ارائه می دهند.
یک سیستم سلول سوخت معمولی شامل چندین مؤلفه از جمله پشته سلول سوخت ، سیستم های تأمین سوخت و اکسیدان ، سیستم مدیریت حرارتی و واحد تهویه برق است. حفظ شرایط بهینه عملیاتی برای عملکرد و ماندگاری سلول سوخت بسیار مهم است. دما یکی از مهمترین پارامترها است ، زیرا بر واکنشهای الکتروشیمیایی ، هدایت غشای و کارایی کلی سیستم تأثیر می گذارد.
آیا می توان از ترمیستور در سیستم سلول سوخت استفاده کرد؟
پاسخ مثبت است ، و ترمیستورها می توانند نقش مهمی در سیستم های سلولی سوخت داشته باشند ، عمدتاً در جنبه های زیر:
نظارت دما
نظارت دقیق دما برای عملکرد مناسب یک سیستم سلول سوخت ضروری است. ترمیستورها را می توان از لحاظ استراتژیک در مکان های مختلف درون سیستم ، مانند پشته سلول سوخت ، کانال های خنک کننده و ورودی/خروجی گازهای واکنش دهنده قرار داد. با اندازه گیری مداوم دما ، سیستم می تواند پارامترهای عملیاتی را تنظیم کند تا اطمینان حاصل شود که سلول سوخت در محدوده دمای مطلوب کار می کند.
به عنوان مثال ، در یک سلول سوخت غشای تبادل پروتون (PEMFC) ، الکترولیت غشایی برای حفظ هدایت پروتون بالا به دامنه دمای خاصی (معمولاً بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد) نیاز دارد. اگر درجه حرارت خیلی کم باشد ، غشای ممکن است خشک شود و منجر به افزایش مقاومت و کاهش عملکرد شود. از طرف دیگر ، اگر درجه حرارت خیلی زیاد باشد ، غشای ممکن است تخریب شود و طول عمر سلول سوخت را کوتاه کند. ترمیستورها می توانند این تغییرات دما را تشخیص داده و اقدامات اصلاحی مانند تنظیم سرعت جریان خنک کننده یا منبع سوخت/اکسیدان را ایجاد کنند.
مدیریت حرارتی
مدیریت حرارتی جنبه مهمی از سیستم های سلولی سوخت است. ترمیستورها می توانند به عنوان بخشی از حلقه کنترل بازخورد در سیستم مدیریت حرارتی استفاده شوند. آنها داده های دمای زمان واقعی را به کنترلر ارائه می دهند ، که سپس مکانیسم های خنک کننده یا گرمایش را بر این اساس تنظیم می کند.
در یک سیستم سلول سوخت در مقیاس بزرگ ، می توان از ترمیستورهای متعدد برای ایجاد نقشه دما از پشته سلول سوخت استفاده کرد. این امر امکان کنترل دقیق تر توزیع حرارتی ، جلوگیری از نقاط داغ و اطمینان از عملکرد یکنواخت در پشته را فراهم می کند. به عنوان مثال ، اگر یک ترمیستور افزایش دمای محلی را در یک بخش خاص از پشته تشخیص دهد ، کنترل کننده می تواند جریان خنک کننده را به آن منطقه افزایش دهد تا گرمای اضافی را از بین ببرد.
تشخیص گسل
ترمیستورها همچنین می توانند برای تشخیص گسل در سیستم های سلول سوخت استفاده شوند. تغییرات دمای غیر طبیعی می تواند مشکلات احتمالی مانند انسداد در کانال های خنک کننده ، بخاری نقص یا نشت موجود در سوخت یا اکسیدان را نشان دهد. با نظارت مداوم دما ، ترمیستورها می توانند این ناهنجاری ها را زود تشخیص دهند و امکان نگهداری به موقع و جلوگیری از آسیب بیشتر سیستم را فراهم می کنند.
مزایای استفاده از ترمیستورها در سیستم های سلولی سوخت
چندین مزیت برای استفاده از ترمیستورها در سیستم های سلولهای سوخت وجود دارد:
حساسیت بالا
ترمیستورها نسبت به تغییرات دما از حساسیت بالایی برخوردار هستند ، به این معنی که می توانند حتی تغییرات کمی در دما را تشخیص دهند. این برای سیستم های سلولهای سوخت بسیار مهم است ، جایی که برای اطمینان از عملکرد بهینه ، کنترل دما دقیق لازم است.
اندازه فشرده
ترمیستورها به طور معمول از نظر اندازه کوچک هستند و باعث می شوند بدون در نظر گرفتن فضای زیادی ، در سیستم سلول سوخت ادغام شوند. این امر به ویژه در برنامه هایی که فضا محدود است ، مانند سیستم های سلولی سوختی خودرو یا قابل حمل بسیار مهم است.
هزینه - اثربخشی
در مقایسه با سایر سنسورهای دما ، ترمیستورها نسبتاً ارزان هستند. این امر آنها را به یک راه حل هزینه - مؤثر برای سیستم های سلولهای سوخت در مقیاس بزرگ تبدیل می کند ، جایی که ممکن است چندین سنسور برای نظارت جامع دما لازم باشد.
چالش ها و ملاحظات
در حالی که ترمیستورها در سیستم های سلولی سوخت فواید زیادی را ارائه می دهند ، برخی از چالش ها و ملاحظات نیز وجود دارد:
سازگاری شیمیایی
محیط شیمیایی خشن در یک سیستم سلول سوخت می تواند یک چالش برای پایداری طولانی مدت ترمیستورها باشد. گازهای واکنش دهنده (مانند هیدروژن و اکسیژن) و الکترولیت به طور بالقوه می توانند با مواد ترمیستور واکنش نشان دهند و منجر به تغییر در خصوصیات الکتریکی آنها شوند. بنابراین ، انتخاب ترمیستورها با مواد مناسب که از نظر شیمیایی با محیط سلول سوخت سازگار هستند ، ضروری است.
زمان پاسخ
در برخی از کاربردهای سلولهای سوخت پویا بالا ، مانند سیستم های سلولهای سوخت خودرو در حین شتاب سریع یا کاهش سریع ، زمان پاسخ ترمیستور ممکن است یک عامل محدود کننده باشد. ترمیستورهای پاسخ سریعتر ممکن است برای ردیابی دقیق تغییرات سریع دما لازم باشد.
پایان
در نتیجه ، ترمیستورها می توانند به طور موثری در سیستم های سلولهای سوخت برای نظارت بر دما ، مدیریت حرارتی و تشخیص گسل استفاده شوند. حساسیت بالا ، اندازه جمع و جور و هزینه آنها ، آنها را به یک انتخاب مناسب برای طیف گسترده ای از کاربردهای سلول سوخت تبدیل می کند. با این حال ، مهم است که هنگام انتخاب ترمیستورها برای سیستم های سلول سوخت ، سازگاری شیمیایی و زمان پاسخ را در نظر بگیرید.
اگر در توسعه یا بهره برداری از سیستم سلول سوخت درگیر هستید و به دنبال ترمیستورهای قابل اعتماد هستید ، من شما را تشویق می کنم تا برای بحث بیشتر با من تماس بگیرید. ما می توانیم با هم کار کنیم تا مناسب ترین ترمیستورها را برای کاربرد خاص شما انتخاب کرده و از عملکرد بهینه سیستم سلول سوخت خود اطمینان حاصل کنیم.
منابع
- Larminie ، J. ، & Dicks ، A. (2003). سیستم های سلول سوخت توضیح داده شده است. ویلی
- باربی ، اف. (2013). سلولهای سوخت PEM: نظریه و عمل. Elsevier
- Vielstich ، W. ، Lamm ، A. ، & Gasteiger ، HA (2003). کتابچه راهنمای سلول های سوخت - اصول ، فناوری و برنامه ها. ویلی
