ارتقاء ايمني آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي هيدروژن و پيل‌سوختي با طراحي سيستم تهويه مناسب

Increasing Security of a Fuel Cell Technology Research Laboratory Using a Proper Ventilation System

نگراني جهاني در مورد آلودگي محيط زيست و كاهش ذخاير سوخت‌هاي فسيلي دانشمندان را به دنبال راه حلي براي جايگزيني مناسب براي سوخت‌هاي فسيلي با استفاده از انرژي پاك انداخت. در دهه‌هاي اخير يكي از بهترين جايگزين‌ها براي سوخت‌هاي فسيلي، پيل‌هاي سوختي هستند. پيل‌هاي سوختي به عنوان يك منبع انرژي پاك قابليت استفاده در نيروگاه‌ها، اتومبيل‌ها و وسايل قابل حمل ديگر را دارند. از مزاياي پيل‌سوختي آماده سازي آسان، عمرطولاني، انجام عمليات در دماي كم، چگالي توان بالا، شروع به كار سريع و نشتي كم است كه تمام اين ويژگي‌ها، صنايع مختلف را براي سرمايه گذاري در اين بخش تشويق كرده است.با توجه به اينكه سوخت فناوري پيل سوختي گاز هيدروژن مي‌باشد كه يكي از خطرناك‌ترين گازها از لحاظ اشتعال‌پذيري و قابليت انفجار است، مبحث ايمني در اين فناوري بسيار حائز اهميت است. لذا طراحي يك محيط آزمايشگاهي ايمن جهت ساخت و تست پيل‌سوختي لازم و ضروري است. يكي از مهمترين اصولي كه در اين آزمايشگاه مذكور بايد بر اساس استاندارد NFPA 853 و IEC 60079 براي سيستم‌هاي توليد توان پيل‌سوختي لحاظ شود، طراحي سيستم تهويه مناسب جهت جلوگيري از انتشار و انفجار گاز هيدروژن است. لذا در اين مقاله با مروري بر مفاهيم تهويه استاندارد و ايمن، مهمترين پارامترهاي طراحي اين نوع تجهيزات ايمني براي محيط‌هاي آزمايشگاهي پيل‌سوختي مورد بررسي قرار گرفته و به عنوان مطالعه موردي، براي يك دستگاه تست با نرخ مصرف مشخص با تبيين الگوريتم بهينه محاسبات، زمان تخليه براي برون‌رفت از ناحيه خطر و حداقل دبي تخليه لازم بر اساس ظرفيت فوت مكعب بر دقيقه (cfm) برآورد گرديد. همچنين اثر پارامترهاي فشار، دما و قطر نشتي بر ميزان نرخ تهويه و حجم منطقه خطر بررسي شده است. نتايج محاسبات انجام شده در آزمايشگاه تحقيقاتي مركز پيل‌سوختي دانشگاه صنعتي مالك اشتر اجرا و مورد بهره‌برداري قرار گرفته است.

Fuel cell (FC) technology is cleaner, quieter, and more efficient in comparison to internal combustion engines. The fuel of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) technology is hydrogen known as one of the most perilously flammable and explosive gases. Therefore, the design of a secure FC laboratory for manufacturing and PEMFC testing plays a crucial role. According to NFPA 853 and IEC 60079 standards, one of the main issues that should be considered for an appropriate design of PEMFC laboratory is a suitable ventilation system for preventing emission and explosion of hydrogen. In this study, the fundamentals of standard for secure ventilation were explained in details and the most important design parameters of security instruments for FC laboratory was carefully investigated. As a case study, the discharge time of hydrogen was estimated in a test station with 54 SLPM inlet flow rate utilizing an optimized calculating algorithm. In addition, the minimum hydrogen discharge flow rate was predicted and the effects of pressure, temperature and cross sectional leakage on ventilation rate and volume of danger zone were studied. The results of this research were applied in national fuel cell research laboratory of Malek Ashtar university of technology.