Los investigadores de la Facle de Ingeniería FAMU-FSU han desarrollado un sistema de almacenamiento y entrega de hidrógeno líquido que puede ayudar a hacer realidad la aviación de emisiones cero. Su trabajo ofrece un esquema de sistema integrado de expansión que indica numerosos desafíos de la ingeniería como un medio de enfriamiento construido para usar hidrógeno como combustible limpio y un sistema de energía importante a bordo del avión de potencia.
El estudio, apareció en Energía aplicada, 100 planos eléctricos híbridos de pasajeros introducen un diseño para aeronaves que extrae electricidad de las celdas de combustible de hidrógeno y el generador superconductor con turbina de hidrógeno. Esto muestra cómo el hidrógeno líquido se puede almacenar de manera efectiva, se puede transferir de manera segura y usarse para enfriar el sistema basado en el barco, mientras que admite los requisitos de energía durante varias etapas de vuelos como Take -Off, Cruise and Landing.
“Nuestro objetivo era crear un solo sistema que maneja más de una tarea importante: almacenamiento de combustible, enfriamiento y control de entrega”, dijo Vovo, profesor de departamento de ingeniería mecánica y el mismo escritor del estudio. “Este diseño es la base del sistema de aviación de hidrógeno del mundo real”.
El hidrógeno se considera un combustible limpio prometedor para la aviación, ya que empaca más kg más de energía que el combustible para aviones y no emite dióxido de carbono. Pero también es muy denso, es decir, requiere más espacio a menos que el líquido súper frío se conserve a -253 ° C.
Para abordar este desafío, el equipo hizo una corrección integral de nivel de sistema para diseñar los tanques de creación y todos asociados con ellos. En lugar de centrarse completamente en el tanque, explicó un nuevo índice de gravedad, que es la proporción del sistema de combustible masivo. Sus índices incluyen combustible de hidrógeno a gran escala, estructura del tanque, aislamiento, intercambiadores de calor, equipos de circulación y fluidos de trabajo.
Al ajustar los parámetros de diseño clave repetidos, como la presión de ventilación y los intercambiadores de calor, identificaron el diseño, que recibe una masa del sistema total a una masa de combustible. La configuración máxima resultante recibe un índice de gravedad de 0.62, lo que significa que el 62 % del peso total del sistema es el combustible de hidrógeno, lo cual es una mejora significativa que los diseños tradicionales.
La segunda función clave del sistema es la gestión térmica. En lugar de instalar un sistema de enfriamiento separado, el diseño raíz de hidrógeno ultra sólido a través de una serie de intercambiadores de calor que elimina el calor residual de los componentes del barco, como generadores súper conductores, motores, cables y electrónica de potencia. Dado que el hidrógeno absorbe este calor, su temperatura aumenta gradualmente, un proceso esencial debe calentarse antes de que el hidrógeno ingrese a las celdas de combustible y las turbinas.
Proporcionar hidrógeno líquido en la aeronave ofrece sus desafíos. Las bombas mecánicas agregan peso y complejidad y pueden introducir calor no deseado o falla del riesgo en condiciones torcidas. Para evitar estos problemas, el equipo desarrolló un sistema libre de bomba que utiliza la presión del tanque para controlar el flujo de combustible de hidrógeno.
La presión se regula utilizando dos métodos: inyectar gas de hidrógeno de un cilindro estándar de alta presión para aumentar la presión y reducir el vapor de hidrógeno. Para reducirlo. Un sensor de presión LOP de retroalimentación conecta el perfil de demanda de energía de la aeronave, que permite el ajuste de tiempo real de la presión del tanque para garantizar la tasa correcta de flujo de hidrógeno en todas las etapas de vuelo. Las impresiones muestran que puede proporcionar hidrógeno a una velocidad de 0.25 kg por segundo, lo cual es suficiente para satisfacer la demanda de 16.2 MW de electricidad durante la toma o emergencia.
Los intercambiadores de calor están dispuestos en orden. A medida que el sistema de hidrógeno fluye, se enfría componentes de alto rendimiento a la primera temperatura de la tripulación, como el generador y cables de alta temperatura de alta temperatura. Luego absorbe el calor de los componentes de alta temperatura, incluidos motores eléctricos, unidades de motor y electrónica de alimentación. Finalmente, antes de alcanzar las celdas de combustible, el hidrógeno ya se calienta para cumplir con las condiciones máximas de entrada de pila de combustible.
En esta etapa, la integración térmica permite que el hidrógeno líquido actúe como coalistas y combustible, lo que maximiza el rendimiento del sistema al tiempo que minimiza la complejidad del hardware.
“Antes de eso, las personas no estaban seguras de transmitir efectivamente el hidrógeno líquido a una aeronave, y puede usarlo para enfriar el componente del sistema de energía”, dijo Go. “No solo demostramos que esto es posible, sino que también demostramos que necesita corrección de nivel del sistema para este tipo de diseño”.
Pasos futuros
Aunque este estudio se centra en la corrección del diseño y la imitación del sistema, el siguiente paso incluirá la verificación experimental. Go y su equipo tienen la intención de construir y probar un sistema prototipo en el Centro de FSU para el sistema de energía avanzado.
El proyecto es parte del programa integrado de aviación de extrusión cero de la NASA, que trae en todo Estados Unidos para desarrollar un traje completo de tecnologías de aviación limpia. Las universidades asociadas incluyen Georgia Tech, Instituto de Tecnología de Illinois, Universidad de Tennessee y Universidad en Buffalo. Guías FSU que intentan almacenamiento de hidrógeno, gestión térmica y diseño del sistema de energía.
En la FSU, los socios clave incluyen al estudiante graduado parte S. Verdy. Profesores Lance Cole, Juan Orders, Hui Lee, Cistrary Pamidi; Y CreyoJinx, Supercondicuticity y otros expertos en facultad en el sistema de energía.
El proyecto fue respaldado por la NASA como parte del iniciador de liderazgo de la Universidad de Universidad, lo que brinda a las universidades la oportunidad de obtener financiamiento de la NASA y construir sus equipos y presentar su propia agenda de investigación con objetivos, lo que respalda el plan de la agencia.
La investigación de GO se realizó en la sede de la FSU en el Laboratorio Nacional de Campo Magnético, que está respaldado por la National Science Foundation y la Florida estatal.
