Sistemi di tenuta speciali Parker Hannifin per elettrolizzatori e celle a combustibile

La Prädifa Technology Division di Parker Hannifin ha sviluppato un’ampia gamma di soluzioni di tenuta progettate per soddisfare i requisiti speciali di elettrolizzatori e celle a combustibile, e in particolare delle piastre bipolari utilizzate nelle unità di celle a combustibile.

La gamma di prodotti spazia dalle guarnizioni composite iniettate alle guarnizioni per telai in gomma e in PTFE, queste ultime disponibili anche nelle dimensioni XXL.

Gli elettrolizzatori e le celle a combustibile svolgono un ruolo essenziale nella produzione e utilizzo dell’idrogeno in modo sostenibile. Si tratta di sistemi strettamente correlati tra loro dal punto di vista tecnologico, con una composizione analoga e un principio di funzionamento sostanzialmente simile, ma che nella cella a combustibile è inverso rispetto a quello di un elettrolizzatore. Gli elettrolizzatori e le celle a combustibile possono differire in termini di dimensioni, composizione chimica delle celle e parametri operativi e, in parte, hanno requisiti diversi a seconda della tecnologia. Indipendentemente dal progetto tecnico specifico, l’unità responsabile della reazione chimica è sempre fondamentale per il sistema. È costituita da vari componenti, tra cui il gruppo di elettrodi a membrana (MEA), che rappresenta il ‘cuore’ elettrochimico della cella a combustibile o dell’elettrolizzatore.

Allo stesso modo, le piastre bipolari sono componenti essenziali dell’unità. Fungono da elementi di collegamento tra le singole celle e consentono il trasporto di gas e liquidi tra gli elettrodi. Servono non solo a distribuire il gas e a raffreddare l’unità, ma anche a sigillarla per proteggerla dall’esterno. La tenuta affidabile delle piastre bipolari rappresenta una delle maggiori sfide nella progettazione di sistemi di celle a combustibile o di elettrolizzatori. Una tenuta inadeguata può causare perdite di gas o di elettroliti, che possono compromettere le prestazioni del sistema o causare problemi di sicurezza. Le guarnizioni utilizzate sono fondamentali per l’efficienza e la sicurezza dell’intero sistema. Inoltre, per garantire prestazioni ottimali delle celle a combustibile e degli elettrolizzatori sono essenziali sia una tenuta affidabile che protegga dall’esterno, sia un’efficace separazione dei gas di processo all’interno del sistema.

Soluzioni di tenuta per piastre bipolari
Le condizioni operative nelle celle a combustibile o negli elettrolizzatori pongono sfide importanti nel settore delle guarnizioni. A seconda del principio di funzionamento del sistema, questi elementi devono essere in grado di resistere a pressioni elevate, alte temperature e/o fluidi corrosivi, garantendo al contempo che gli elementi liberati, i prodotti o gli elettroliti non possano fuoriuscire in modo incontrollato. Questo prerequisito assicura il rispetto dei rigorosi standard per la durata e la sicurezza della cella a combustibile o del sistema elettrolizzatore.

Per soddisfare queste condizioni occorrono non solo materiali idonei, ma anche un design di tenuta semplice, affidabile e facile da installare che consenta una produzione di massa solida ed efficiente dal punto di vista economico. A tale scopo, Parker Prädifa ha sviluppato un’ampia gamma di soluzioni di tenuta disponibili in numerose forme e dimensioni, dalle guarnizioni elastomeriche per telai alle soluzioni composite con guarnizioni collegate a telai portanti o direttamente alla piastra bipolare o ad altri componenti dell’unità (ad esempio telai di montaggio, strutture di distribuzione del gas o membrane). In caso di condizioni applicative difficili e requisiti di durata particolarmente elevati, sono disponibili anche soluzioni di tenuta in PTFE. La panoramica seguente riassume brevemente gli usi e i vantaggi delle varie soluzioni:

Guarnizioni per telai in gomma
Questo tipo di guarnizione offre una soluzione conveniente. Possono essere prodotte in modo classico in uno stampo o utilizzando la tecnologia di estrusione continua praticamente per tutte le dimensioni e le forme desiderate. Sono adatte a temperature fino a 250 °C, hanno una buona deformazione plastica permanente e sono compatibili con celle a combustibile (ad es. PAFC, AFC, PEM) ed elettrolizzatori (ad es. AE, PEME).

Guarnizioni composite iniettate
Possono essere applicate direttamente a una piastra bipolare o a un telaio portante in metallo o plastica. Ciò riduce notevolmente gli errori di assemblaggio, i tempi e i costi e semplifica il processo di installazione. In alcuni casi potrebbe non essere necessario creare scanalature nelle guarnizioni. Le guarnizioni sono disponibili in grandi dimensioni per applicazioni con elettrolizzatori (produzione di segmenti).

Guarnizioni in PTFE
Sono particolarmente adatte ad applicazioni che richiedono un’elevata resistenza chimica; è il caso, ad esempio, delle celle a combustibile e degli elettrolizzatori stazionari che operano con sostanze chimiche aggressive. Sono caratterizzate da elevata resistenza ai fluidi, lunga durata, buone proprietà di isolamento elettrico ed elevata stabilità dimensionale sotto carico. Questi tipi di guarnizioni in PTFE sono disponibili in materiali speciali con un comportamento di permeazione ottimizzato e anche in dimensioni XXL fino a 4,5 metri.

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