Tisztaság a maximális hatásfok érdekében

A fém bipoláris lemezek hatékony és eredményes tisztítása

2021. június 25., péntek, 06:00

Címkék: alkatrész tisztítás CO2 CO2 snow-jet technology EcoClean felület felülettisztítás oldószeres tisztítás széndioxid hó tisztítástechnológia

Az alacsony súly és terjedelem, a könnyed hidegen indíthatóság, illetve a viszonylagosan kedvező költségű sorozatgyártás mind olyan előnyök, melyeket a fém bipoláris lemezek nyújtani tudnak. Az üzemanyagcella-kötegek alapvető elemei döntő feladatokat látnak el a közegellátás, az elektromos kapcsolás, illetve a hűtés terén. Hogy mindezt milyen jól tudják ellátni, egyebek mellett függ az anyagok tisztaságától, illetve az alkalmazott lemezektől is. Az Ecoclean vállalat különböző eljárásokkal kísérletezett annak érdekében, hogy lehetővé tegye a minél költséghatékonyabb és gazdaságosabb tisztítást.

Az üzemanyagcellák kulcsfontosságú technológiának számítanak a járműhajtások villamosítása terén, és jelentős szerepük van helyhez kötött energiaforrásként az energetikai átállásban. Az üzemanyagcella-rendszer magja a kötegekbe egybekapcsolt több bipoláris lemez, melyek anódokból és katódokból, köztük pedig egy protonokat szállító fóliából állnak.

A bipoláris lemezek különböző feladatokat látnak el: az egyik cella anódját a szomszédos cella katódjával fizikálisan és elektromosan is összekötik. A bipoláris lemez felelős az (anód oldali) hidrogén reakciógáz és a (katód oldali) levegő szállításáért. A lemezek ezért mindkét oldalukon beépített áramlási profillal vannak ellátva (Flowfield), melyek kialakítása döntő hatással van a teljes aggregátor hatásfokára. Ebből kifolyólag a bipoláris lemezek szabályozzák az elektromos energia leadását és a vízgőz elvezetését. Egy további funkciójuk pedig a hőszabályozás.

Különösen meggyőző a bipoláris lemezek alkalmazása a tehergépjárműveknél alacsony súlyuk és terjedelmük, illetve a hidegindítási képességük miatt. A hatásfok elérésében fontos szerepet játszik a tisztítás (Forrás: Ecoclean GmbH)

A lemezek készítésénél több különböző anyagot alkalmaztak, úgymint extrakoncentrált grafitot, grafit-műanyag keverékeket és fémeket. A fém bipoláris lemezek előnyei különösen a tehergépjárműveknél való felhasználásnál mutatkoznak meg. Súlyuk és terjedelmük alacsony, illetve jó a hidegen való indítási képességük is. A bipoláris lemezekben ezért benne van a költséghatékony sorozatgyártás lehetősége, melyet méretgazdaságossággal még javítani is lehet.

A tisztaság biztosítja a bevonat minőségét és a hatásfokot

A fém bipoláris lemezek anódja és katódja túlnyomórészt 0,1–0,2 mm vékony nemesacél-ötvözetből készül. Az anyagot rendszerint egy tekercsből gombolyítják le, melynek felületét különböző húzó és gördülő zsírok, olajok, emulziók és nem ismert idegen anyagok szennyezték be a gyártásnál. A következő lépésben az anód- és katódfóliákat mechanikusan vagy vízformázással precízen átalakítják, majd sajtolással vagy lézerrel kivágják a külső kontúrjaikat. Ezekből a folyamatokból szintén maradnak vissza szennyeződések a megmunkálási közegből (olajok és/vagy emulziók) a lemezeken. Az anód- és katódlemezek végső összeillesztésénél, amely gyakran lézeres hegesztéssel történik, szintén keletkeznek oxidok és égésnyomok. Végül elkészül a bipoláris lemezek bevonata. Ahhoz, hogy homogén bevonatot kapjunk, biztosítva ezzel az anyag jó tapadóképességét, legkésőbb itt be kell vetnünk egy tisztítási eljárást.

A szorosan kötegelt üzemanyagcelláknál, melyeknél a lehető legkisebb helyen a magas teljesítmény elérése a cél, ajánlatos, hogy a tisztítás már az illesztés előtt megtörténjék. Így megakadályozható, hogy az anódok és katódok közé szennyeződések ékelődjenek be, melyek az elkerülhetetlenül fellépő magas hőképződésnél kioldódnak, és eltömítik az áramlást. Ez ugyanis a hatásfok csökkenéséhez vezetne. A menet közben beiktatott tisztítási lépés egyúttal lecsökkenti a lézerhegesztésnél keletkező égési nyomok és oxidok által keletkezett felületi szennyeződéseket is.

A többfúvókás kialakításnak köszönhetően a CO2-hósugárral történő tisztítás a bipoláris lemezek teljes felületét gyorsan és eredményesen tisztítja (Forrás: Ecoclean GmbH)

A megfelelő eljárás kiválasztása

A fém bipoláris lemezek tisztításánál jelentős kihívást jelentenek a felületen lévő, többnyire láthatatlan, kémiai hártyaszerű maradványok. Olajokról, zsírokról, emulziókról és további vegyi anyagokról beszélünk itt, melyeknek összetétele sokszor ismeretlen. Ezek a nem specifikus szennyeződések olyan tisztítási oldatot kívánnak meg, melyek biztosítják azok megbízható és adekvát eltávolítását. Az Ecoclean GmbH ezért vizsgálatokat folytatott lézer, CO2-hósugár és vizeskémiai oldószeres tisztítással és gőzsugárral.

Mind a lézeres, mind a CO2-hósugaras tisztítás is néhány másodpercen belül eltávolítja az oxid- és égési nyomokat, illetve a kémiai hártyaszerű szennyeződéseket a bipoláris lemezek hegesztési varratairól. A bipoláris lemezek teljes felületének megtisztításánál mindkét eljárás lefolytatásakor jó eredmények születtek. Mivel a felületet celláról cellára végig kellett járni a lézerrel, a tisztítás időigényes volt. A CO2-hósugaras tisztításnál a rendszert fel lehet szerelni megfelelő számú fúvókával is, így lehetővé válik a teljes felület gyors megmunkálása.

Az oldószeres vizeskémiai eljárással az olajokat és zsírokat, illetve a részecskéket jól el lehetett távolítani. Az emulziók, égésnyomok és oxidok tisztításánál ez az eljárás nem alkalmazható. A vizesbázisú közegekkel történő merülő nedveskémiai tisztítás a szükséges szárítás miatt csak korlátozottan és nagy odafigyelés mellett lehetséges.

A hártyaszerű kémiai szennyeződések és részecskeszennyeződések, valamint égésnyomok és oxidok tisztításánál nagyon jó eredmények születtek a gőzsugárral történő tisztításkor. A tisztító hatás ennél az eljárásnál a tisztítási feladathoz igazított folyadékmennyiséggel beállított gőz, a nagy sebességű légáramlás és a megfelelően kialakított fúvókák koncepciójának együttes hatásának köszönhető. Ez a tisztítási folyamat is mindössze néhány másodpercet vett igénybe.

A jó tisztító hatás a gőztisztítási eljárásnál a tisztítási feladathoz igazított folyadékmennyiséggel beállított gőz, a magassebességű légáramlás és a megfelelően kialakított fúvókák együttes hatásának köszönhető (Forrás: Ecoclean GmbH)

A tisztítás különböző mérési technikákkal történő validálása

A tisztítási eredmények ellenőrzése a felületi feszültség alapján érintőszög-mérési technikával és teszttintával, fluoreszenciaméréssel, illetve infravörös színképelemzéssel történt. A fluoreszenciamérési technika nem bizonyult alkalmasnak a nem fluoreszkáló szennyeződések miatt. A kezdő méréseknél a bipoláris lemezek felületi feszültsége nagyon különböző szennyezettségi értékeket mutatott, a tisztítás után viszont szignifikánsan csökkentek ezek az értékek. Olyan egyértelmű állítást, miszerint az alkatrész megfelelő tisztaságú-e a következő folyamathoz, nem lehetett kimondani. Ehhez meg kell határozni az idevaló folyamatspecifikus követelményeket. Az infravörös színelemzéshez a próbák alatt (tekercsszakasz, bipoláris lemezek) minden maradványt eltávolítottak, tehát megalkottak egy referenciatisztaságot. Az infravörös színelemzést követően a felület analizálása következett, a próbákat referenciaszennyeződéssel koszolták be, elvégezték utána a tisztítást, majd újra analizálták az eredményt. Ez az analízis azt mutatta meg, hogy a gőztisztítással a hártyás-kémiai szennyeződéseket megbízhatóan el lehetett távolítani.

A monschaui tesztcentrumban a szakértők elvégezték a fent felsorolt és még számos, további tisztítási kísérletet és ellenőrzést az alkatrésztisztítás és felülettisztítás területén.

A gyártósorba integrált, automatizált tisztítás

A hatékony munkafolyamat érdekében az illesztések és/vagy a bevonat elkészítése előtt be lehet illeszteni a gyártási folyamatba a tisztítást. Az automatizálás optimálisan tud alkalmazkodni az adott gyártási folyamat speciális követelményeihez és adottságaihoz.

Doris Schulz

www.ecoclean-group.net

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
ÉLELMISZER-BIZTONSÁG
Média Partnerek