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Mar 03, 2024

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 de l'hydrogène utilisée pour le ravitaillement des véhicules électriques à pile à combustible

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

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

Schéma du LMRC. Broerman et coll.

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

Le Southwest Research Institute a créé un compresseur à hydrogène innovant et plus efficace. Le compresseur alternatif 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 fermé 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 afin de ravitailler les véhicules équipés de piles à combustible à hydrogène. Pour faire le plein des véhicules à hydrogène, le gaz doit d’abord être comprimé à haute pression. 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 risque de fuite lorsque le gaz traverse l'équipement.

Les particules d’hydrogène étant si petites, des problèmes inhérents de compatibilité des matériaux se posent 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 au début des problèmes avec les particules d'hydrogène provoquant la défaillance des aimants, nous avons donc dû les recouvrir plus efficacement pour éviter cela.

Le nouveau LMRC comprend un compresseur hermétique, hermétiquement scellé grâce à une combinaison de solutions développées par SwRI. Les revêtements protègent les aimants de l'incursion d'hydrogène et de la fragilisation, 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 à manivelle qui les oblige à effectuer le même mouvement à chaque fois, à chaque tour 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 alternatifs, dont les moteurs se déplacent de manière répétée dans le même mouvement et nécessitent une lubrification pour la maintenance, le moteur linéaire du LMRC peut déplacer le piston selon un modèle 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 friction, éliminant ainsi le besoin d'une 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 torchère.

Initialement financé par le ministère américain de l'Énergie et dont les coûts sont partagés par ACI Services, le LMRC a depuis été soutenu par un financement de recherche interne au SwRI. Le LMRC a été exploité avec succès pour la première fois en 2020 et a achevé son exploitation continue 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 décarbonation dans un large éventail d'industries.

Ressources

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan et Shade, Willard Norman. (2020) « Compresseur alternatif à moteur linéaire (LMRC) pour la compression de l'hydrogène sur les pistes ». États-Unis. est ce que je: 10.2172/1894346