Brennstoffzellen Befeuchter der FC Serie
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The Fuel Cell Humidifier for portable, stationary, materials handling and automotive applications.
Perma Pure’s FC Series™ Fuel Cell Humidifiers are the industry standard and offer unparalleled performance, reliability and lifetime up to 20,000 hours. Designed to meet the exacting requirements of the fuel cell user, these Nafion®-based products provide consistent, repeatable humidification of air and hydrogen across the specified flow range. Perma Pure Fuel Cell Humidifiers feature a low pressure drop and do not require power to operate, greatly reducing the parasitic load on your system. Benefits of the FC include:
- Befeuchten von Brennstoffzellenzuluft oder Brennstoffgas aus dem Kathodenabgas bzw. auch mit Flüssigwasser
- Rückgewinnung von Energie und Feuchte
- geringer Druckverlust
- keine beweglichen Teile
- kein Verlust an Wasserstoff
- kein Verlust an Sauerstoff
- Very high efficiency
- No power consumption
- No freeze/thaw issues
- Self-limiting humidification
- Compact and robust
- Gas to Gas or Water to Gas humidification
- Suitable for use with H2
Prinzip
Der Transport von Wasser durch eine Nafion® Membrane ist von den PERMA PURE Nafion® Trocknern seit langem bekannt. Wenn Wasser eine an der Außenseite der Nafionmembrane befindliche Sulfonsäuregruppe berührt, wird es spontan von der Gruppe gebunden. Weitere Sulfonsäuregruppen, die sich im Inneren der Membrane befinden, haben jetzt, da sie noch kein Wasser gebunden haben, eine höhere Affinität zum Wasser. Das Wasser wird konsequenterweise durch die Ionenkanäle transportiert, bis es die andere Wandungsseite erreicht und die Nafion® Wand gesättigt ist. Dieser Transport erfolgt schnell in die Richtung des Wasserpartialdruckgefälles. Befindet sich auf der einen Seite der Membrane ein Gas hoher Feuchte oder auch flüssiges Wasser und auf der anderen Seite ein strömendes trockenes Gas, so wird das Wasser von dem trockenen Gas aufgenommen. Man spricht dann von einer “Permeationsdestillation”. Der Wassertransport ist abhängig von der Verweilzeit des Gases im Befeuchter, der Temperatur des Wassers oder der Feuchte des Befeuchtergases.
Aufbau der Perma Pure Befeuchter
Perma Pure Befeuchter arbeiten entweder als “Wasser zu Gas” oder auch “Gas zu Gas” Befeuchter. Der Aufbau der Befeuchter ist grundsätzlich gleich. Ein Bündel von Nafion Röhrchen, die an beiden Enden in einen zylindrischen Kopf aus Kunstharz eingegossen sind, befindet sich, ähnlich der Konstruktion eines Wärmetauschers, in einem zumeist rohrförmigen Gehäuse.
Bei den “Wasser zu Gas” Befeuchtern befindet sich auf der Außenseite des Bündels thermostatisiertes Wasser, während das zu befeuchtende Gas im Inneren der Röhrchen strömt. Da die gesamte Nafionmembrane bei dieser Konstruktion wassergesättigt ist, bietet die “Wasser zu Gas” Befeuchtung einen maximalen Feuchtetransport in das zu befeuchtende Gas. Thermostatisiertes Wasser muss bei dieser Methode durch den Befeuchter zirkuliert werden. Der Feuchtetransport hängt stark von der Temperatur des Wassers ab. Bei entsprechender Verweilzeit des zu befeuchtenden Gases im Befeuchter, erreicht man annähernd Wasserdampfsättigung im Gas.
“Wasser zu Gas” Befeuchter werden hauptsächlich für Testaufbauten verwendet, da man durch Änderung der Wassertemperatur einfach die Befeuchtung ändern kann.
Bei den “Gas zu Gas” Befeuchtern strömt ein Befeuchtergas mit hoher Wasserdampfkonzentration im Gegenstrom zum trockenen Gas, das dadurch befeuchtet wird. Als Befeuchtergas wird normalerweise das Kathodenabgas der Brennstoffzelle verwendet. Diese Konstruktion hat den Vorteil dass sie energieneutral ist und die meiste Wärme des Kathodenabgases zusammen mit der Feuchtigkeit auf das zu befeuchtende Betriebsgas übertragen wird. Die erreichte Wasserdampfkonzentration im Betriebsgas hängt natürlich ganz entscheidend von der Wasserdampfkonzentration im Befeuchtergas ab.
“Gas zu Gas” Befeuchter werden vor allem bei Prototypen und Produktionstypen von Brennstoffzellen eingesetzt. Die Anwenderspezifikation bestimmt die aktive Länge der Nafion® Röhrchen und deren Anzahl im Bündel.
Temperaturbeständigkeit
Die maximale Betriebstemperatur eines Befeuchters hängt von den verwendeten Materialien ab. Grenzen setzt vor allem das Material des Außenrohres und des Kunstharzkopfes des Nafionbündels. Verwendet man Polypropylen als Außenrohr, wird eine Temperatur größer 100° C nicht empfohlen, verwendet man Edelstahl kann die Temperatur 120° C betragen. Für Anwendungen bei höheren Drucken (2 ? 3 bar) und Temperaturen (größer 90° C) wird Edelstahl empfohlen.
Typische Leistungsdaten von Perma Pure Befeuchtern für Brennstoffzellen-Zuluft
“Wasser zu Gas” Befeuchter
Perma Pure stellt eine ganze Reihe von “Wasser zu Gas” Befeuchtern von Modellen mit nur einem Röhrchen bis hin zu Rohrbündeln mit 240 Einzelröhrchen her. Im folgenden sind die typischen Leistungsdaten eines Befeuchters mit 240 Einzelröhrchen und einer aktiven Länge von 24″ ( ca. 60 cm) dargestellt. Die Befeuchtung hängt im wesentlichen von der Verweilzeit des Gases repräsentiert durch den Gasfluss und von der Temperatur des Wassers ab.
Intelligent Product Numbering System
Perma Pure offers the FC-Series humidifier in a wide range of sizes with variety of lengths, materials and port configurations. Choose the size based on your flow rate and pressure requirement and build your FC Humidifier according to the selection guide and the part number table below:
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FC Series Selection Guide for Fuel Cell Systems
- FC100 Series – Compact humidifier for portable systems up to 500W. Weighs less than 100 grams. Gas flows to 16 alpm
- FC125 Series – Built using low-cost molded parts. The FC125-Series humidifiers are an ideal choice for systems up to 1kW. Gas flows to 80 alpm (gas/gas) and 200 alpm (water/gas)
- FC200 Series – Ideal for systems up to 3kW, the FC200-Series is a rugged, compact humidifier for mobile and stationary applications alike. Gas flows to 225 alpm (gas/gas) and 650 alpm (water/gas)
- FC300 Series – Our standard humidifier for gas-to-gas humidification in 5kW systems, the FC300-Series is available in ABS or PPO (Noryl) for high pressure applications. Gas flows to 700 alpm (gas/gas) and 2,000 alpm (water/gas)
- FC400 Series – Available in both ABS and PPO, the FC400-Series is designed to provide ideal humidification for 7-12KW systems. The high pressure model is now being evaluated for use in passenger cars. Gas flows to 1,000 alpm (gas/gas) and 7,000 alpm (water/gas)
- FC600 Series – The FC600-Series is suitable for gas-to-gas humidification for systems up to 50kW. When operated water-to-gas, this humidifier is a great choice to replace a bubbler in large test stands (80-100 kW). Gas flows to 1,000 alpm (gas/gas) and 7,000 alpm (water/gas)
Specifications
| Series | # of Nafion Tubes | Ports4 | Max. Pressure | Gas-to-Gas1 | Water-to-Gas2 |
| Flow Rate Recommendation | |||||
| FC100 | 80 | 1/4″ FNPT | to 25 psig | 4-16 slpm | < 75 slpm |
| FC125 | 240 | 1/2″ FNPT | to 25 psig | 15-75 slpm | < 150 slpm |
| FC150 | 480 | 3/4″ FNPT | to 15 psig | 35-150 slpm | 200-300 slpm |
| FC200 | 780 | 1″ FNPT | to 10 psig | 50-300 slpm | 300-450 slpm |
| FC300 | 1660 | 1-1/2″ FNPT | to 5 psig | 120-625 slpm | 450-1000 slpm |
| FC300HP | 1660 | 1-1/2″ FNPT | 3 barg | 120-625 slpm | 450-1000 slpm |
| FC400 | 2500 | 1″ FNPT3 | < 5 psig | 200-1000 slpm | 1000-1500 slpm |
| FC600 | 7000 | 2″ FNPT | < 5 psig | 500-2500 slpm | 1500 + slpm |
| Maximum differential pressure, with tube > shell side, 5 psig; Max. temperature 90°C. The use of metal fittings is not recommended with FC Series Humidifiers. Nylon, ABS or polypropylene fittings are suggested. |
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1 Flow rate recommendations based upon an approach temperature between 4-6 degrees. The optimal dry air inlet temperature range is between 35 and 55°C.
2 Water-to-gas flow rate is based upon a 80-85%RH. See actual performance curves for specific flow rates. Note that the gas pressure must be higher than the water pressure.
3 2″ ports available as option.
4 When ordering, specify port orientation as same side or 180 degree rotation
