محاسبه کمینه نرخ هوادهی استاندارد و بررسی پارامترهای عملکردی در سیستم تهویه محیط‌ آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیدروژن و پیل ‌سوختی

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال، آزمایشگاه تحقیقاتی پیل سوختی، فریدونکنار

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال، آزمایشگاه تحقیقاتی پیل سوختی، فریدونکنار

3 کارشناس ارشد مهندسی شیـمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال، آزمایشگاه تحقیقاتی پیل سوختی، فریدونکنار

چکیده

پیل‌های سوختی در مقایسه با موتور‌های احتراق داخلی از بازدهی بیشتر، آلودگی صوتی و آلایندگی کمتری برخوردارند. سوخت فناوری پیل سوختی گاز هیدروژن است که یکی از خطرناک‌ترین گازها از لحاظ اشتعال‌پذیری و قابلیت انفجار است. لذا طراحی محیط آزمایشگاهی ایمن برای ساخت و تست پیل‌ سوختی لازم و ضروری است. از جمله مهمترین اصولی که در آزمایشگاه مذکور باید براساس استاندارد NFPA 853 و IEC 60079 برای سیستم‌های تولید توان پیل‌سوختی لحاظ شود، طراحی سیستم تهویه مناسب جهت جلوگیری از انتشار و انفجار گاز هیدروژن است. لذا در این مقاله با مروری بر مفاهیم تهویة استاندارد و ایمن، مهمترین پارامترهای طراحی این نوع تجهیزات ایمنی برای محیط‌های آزمایشگاهی پیل‌سوختی مورد بررسی قرار گرفته و به‌عنوان مطالعة موردی، برای یک دستگاه تست با دبی گاز ورودی هیدروژن 54 نرمال‌لیتر بر دقیقه با تبیین الگوریتم بهینة محاسبات، زمان تخلیه برای برون‌رفت از ناحیة خطر و حداقل دبی تخلیة لازم براساس ظرفیت فوت مکعب بر دقیقه برآورد گردید. همچنین اثر پارامترهای فشار، دما و قطر نشتی بر میزان نرخ تهویه و حجم منطقه خطر بررسی شده است. نتایج محاسبات انجام‌شده در آزمایشگاه تحقیقاتی مرکز پیل‌سوختی دانشگاه صنعتی مالک اشتر اجرا و مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Chilton, D., Confirmation of Zoning-Gas Panel Enclosure MCE Hydrogen System, REPORT No. 09, 2009.
[2] Ivings, M. J., S. Clarke, S. E. Gant, B. Fletcher, A. Heather,  D. J. Pocock, D. K. Pritchard, R. Santon, C. J. Saunders, Area classification for secondary releases from low pressure natural gas systems, Health and Safety Laboratory, 2008.
[3] Cerchiara, Gennaro M., Nicola Mattei, Martino Schiavetti, and Marco N. Carcassi. "Natural and forced ventilation study in an enclosure hosting a fuel cell." International Journal of Hydrogen Energy 36, no. 3 (2011): 2478-2488.
[4] Electrical apparatus for explosive atmospheres-Classification of hazardous areas, 2002.
[5] Hajji, Yassine, Mourad Bouteraa, Afif ELCafsi, Ali Belghith, Philippe Bournot, and Ftouh Kallel. "Natural ventilation of hydrogen during a leak in a residential garage." Renewable and Sustainable Energy Reviews 50 (2015): 810-818.
[6] Liu, Wei, and David M. Christopher. "Dispersion of hydrogen leaking from a hydrogen fuel cell vehicle." International Journal of Hydrogen Energy 40, no. 46 (2015): 16673-16682.
[7] Dixit, Marm, Yogesh Fulpagare, Jalay Shukla, Pratik Basarkar, Dhrupad Parikh, Rajat Jain, and Atul Bhargav. "Design of fuel cell systems laboratory for hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbon safety." International Journal of Hydrogen Energy 39, no. 31 (2014): 17929-17940.
[8] NFPA 853, Standard for the Installation of Stationary Fuel Cell Power Plants, 2000 Edition.
[9] NASA NSS 1740.16, Safety standard for hydrogen and hydrogen systems, 1997.
[10] HSE RR630, Area classification for secondary releases from low pressure natural gas system, 2008.
[11] Tanrioven, M., and M. S. Alam. "Impact of load management on reliability assessment of grid independent PEM fuel cell power plants." Journal of power sources 157, no. 1 (2006): 401-410.