اجزا سیستم تهویه مطبوع

پردیس فناوری کیش-طرح مشاور متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

منابع حرارت

منابع حرارت معمولاً با مصرف سوخت یا الکتریسیته حرارت تولید می‌کنند که بر اساس نوع سیالی که گرم می‌شود با نام‌های دیگ (منابع حرارتی که سیال مایع را گرم می‌کنند) و کوره (منابع حرارتی که سیال گاز را گرم می‌کنند) شناخته می‌شوند.

منابع برودت

در همه سیستم‌های مکانیکی ایجاد سرمایش تنها از طریق برودت تبخیری امکانپذیر است و هرچه سرعت تبخیر یک ماده بیشتر باشد میزان سرمایش ایجاد شده توسط آن نیز بیشتر خواهد بود. منابع برودت در سیستم‌های معمول گرمایش و سرمایش به نام چیلر شناخته می‌شوند و به دو نوع ضربه‌ای یا معمولی و چیلر جذبی تقسیم می‌شوند. در هر دو نوع سرمایش در اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد که معمولاً گازی شکل است ایجاد می‌گردد.

مخزن انبساط

این قسمت فقط در سیستم‌های تمام آب وجود دارند. در سیستم‌های تمام آب چون مدار حرکت سیال بسته می‌باشد با تغییر دمای سیال موجود در سیستم و تغییر حجم آن به اتصالات سیستم و کل مدار فشار وارد شده و ممکن است باعث ایجاد اشکال در سیستم شود. منبع انبساط قطعه‌ای است که وظیفه کنترل تغییر حجم سیال را به عهده دارد. فقط یک نمونه از منبع انبساط مدل دیاگرامی در دنیا موجود است.

پمپ‌ها

این دستگاه‌ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را به عهده دارند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولاً از نوع پمپ‌های حلزونی هستند و پمپ‌هایی که سیال گاز را به حرکت درمی‌آورند، فن یا بادزن نامیده می‌شوند و در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی بکار می‌روند. دستگاه‌های رطوبت زن دستگاه‌هایی هستند که برای افزایش رطوبت محیط از آن‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه با سیستمای مختلف و متفاوتی کار می‌کنند؛ که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• تشتکی
• فراصوت
• دیسکی
• بستر متخلخل
• بستر صلب
• پاششی

دستگاه‌های رطوبت گیر

این دستگاه‌ها به صورت معمول با استفاده از پدیده فیزیکی تعرق رطوبت هوا را از بین می‌برد. بدین معنی که با سرد کردن هوا دمای آن به پایین‌تر از نقطه شبنم می‌رسد و رطوبت هوا به صورت قطرات ریز آب از هوا خارج می‌شوند. این دستگاه‌ها در حالت عادی بوسیله یک منبع برودت یک کویل را سرد کرده (کویل سرمایش ایجاد می‌کند) و با عبور هوا از روی کویل رطوبت آن گرفته می‌شود.

کویل‌ها

کویل‌ها در واقع محلهای تبادل حرارت در سیستم‌های سرمایش گرمایش هستند. کویل‌ها را بر اساس عملکرد می‌توان به دو نوع سرمایشی گرمایشی تقسیم کرد. همین‌طور کویل‌ها را بر اساس سیال به سه دسته زیر تقسیم می‌کنند:

• هوا به هوا
• آب به هوا یا بالعکس
• آب به آب

بیشترین کاربرد کویل در سیستم برقی ماشین‌های اشتعال جرقه‌ای است.

فن و هواکش‌ها

هواکش‌ها نیز به عنوان یکی از اجزا دستگاه‌های تهویه مطبوع نقش مهمی در آن‌ها داشته و به نوعی قلب تپنده این دستگاه‌ها به‌شمار می‌روند. اصولاً وظیفه جابجایی هوای گرم یا سرد عبوری از کویل‌های یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاه‌های تهویه مطبوع بعهده هواکش‌ها است. هواکش‌های بکار رفته در دستگاه‌های تهویه مطبوع از دو نوع هواکش‌های گریز از مرکز یا هواکش‌های جریان محوری است.

هدف از تهویه مطبوع

تهویه مطبوع از طرق مختلف این شرایط را در محیط‌های مسکونی، صنعتی، تجاری، پزشکی، اداری و بدون در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی برای انسان فراهم می‌کند که عبارتند از:

• کنترل دمای محیط بوسیلهٔ سرمایش و گرمایش دهی
• کنترل رطوبت بوسیلهٔ خشک کردن و رطوبت دهی
• کنترل سرعت وزش هوا و تصفیهٔ هوا
• به‌وجود آوردن هوای پاک و سالم
• ضد عفونی و ایزوله کردن هوا در محیط‌های پزشکی و بیمارستان‌ها.

همچنین تهویهٔ مطبوع نقش مهمی در آسمان خراش‌های بزرگ و محیط‌های دریایی مانند آکواریوم‌ها که ایمنی و سلامت محیطیشان وابسته به تغییرات دما و رطوبت است ایفا می‌کند.

در اصل طراحی سیستم‌های HVAC از یکی از زیر گروهای اصلی مهندسی مکانیک و بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک شاره هاو انتقال گرما به‌وجود آمده‌است.

تهویه مطبوع

پردیس فناوری کیش-طرح مشاور متخصص صنغت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

تهویه مطبوع یعنی انجام عملیاتی روی هوا تا بتوان شرایط هوای محل مورد نظر را برای زیستن، کار کردن یا عملیات صنعتی معین، راحت و بهداشتی کرد و به حد مطلوب برسانیم. تهویه مطبوع باعث می‌شود شرایط هوا طبق روش خاصی به صورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند.

تهویه مطبوع یا هوارسانی دلپذیر یا هوایش دلپذیر شاخه‌ای از مهندسی مکانیک است. وظیفه آن تأمین شرایطی است که موجب رفاه انسان شود و برای نگهداری محصول یا فرایند خاصی مورد نیاز باشد. برای انجام چنین عملی دستگاهی با ظرفیت مناسب بایستی نصب و در طی سال کنترل گردد. ظرفیت دستگاه با حداکثر بار لحظه‌ای واقعی تعیین می‌گردد و نوع کنترل نیز با توجه به شرایطی که باید در طی مدت اعمال پیک بار و بار جزئی تأمین شود، مشخص می‌شود.

تخمین بار ممکن است گاهی به روش دقیق و گاهی نیز با روش‌های سرانگشتی انجام گیرد. دقت در تخمین بار یکی از عوامل بهینه‌سازی مصرف انرژی است. تهویه مطبوع معمولاً شامل: سرمایش، گرمایش، رطوبت زنی و رطوبت زدائی وتصفیه هوا می‌باشد.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع

سیستم‌های هوا–آب

معمولاً در این سیستم‌ها گرمایش به وسیله آب و سرمایش به وسیله هوا صورت می‌گیرد. لازم است ذکر شود که گرمایش با آب معمولاً به دو صورت امکان‌پذیر است. گرمایش با آب گرم که با دمای ۷۰ تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کند و گرمایش با آب داغ که در این سیستم با تحت فشار قرار دادن کل سیستم، دمای آب را تا حدود ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد یا بالاتر افزایش می‌دهند. گرمایش با آب داغ معمولاً در ساختمان‌های عظیم یا جاهایی که در اثر افزایش مسیر لوله‌کشی در آب افت حرارت ایجاد می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیستم تهویه مطبوع تمام آب

این سیستم‌ها نمی‌توانند میزان رطوبت هوا را تغییر دهند اما به لحاظ حجم کم تأسیسات و همچنین هزینه کم راه‌اندازی و نگهداری بر سایر سیستم‌ها مزیت دارد.

در این سیستم سیال ناقل حرارت و برودت آب می‌باشد. آب در موتور خانه در دستگاه‌های حرارتی مانند دیگ بخار یا دیگ آبگرم، گرم می‌شوند و برای گرمایش ساختمان در فصول سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای فصول گرم مثل تابستان در موتورخانه از چیلر یا آبسرد کن برای تهیه آب سرد استفاده می‌شود و برای سرمایش ساختمان از این آب سرد استفاده می‌گردد. آبگرم و آبسرد تهیه شده به داخل کویل‌های مبدل حرارتی اتاق‌ها (مثل فن کویل) ارسال می‌شود. بادبزن یا فن متعلق به این دستگاه هوا را از روی کویل عبور داده و باعث گرمایش یا سرمایش اتاق‌های داخلی ساختمان می‌گردد.

سیستم تهویه مطبوع تمام هوا

تنها سیستمی که می‌تواند یک سیستم تهویه مطبوع کامل را فراهم کند. مهمترین ایراد این سیستم‌ها حجم زیاد تجهیزات و کانال‌های انتقال هوا می‌باشد.

در این سیستم نیز در موتور خانه دستگاه‌های تهیه آبسرد (چیلر) و آبگرم (دیگ آبگرم) با تجهیزات مربوط فعالیت می‌کنند و برای تهیه و ارسال هوای گرم یا سرد از دستگاه‌هایی به نام هواساز مرکزی (a.h.u) استفاده می‌شود. دستگاه هواساز دور از موتورخانه و در محلی نزدیکتر به فضای تهویه شونده در اتاقکی نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می‌شود و هوایی که توسط فن با سرعت از روی این کویل عبور می‌کند سرد یا گرم شده و بوسیله کانال‌های هوای سقفی بداخل فضاهای تهویه شونده توزیع می‌شود. توضیح اینکه هوای عبوری از روی کویل تصفیه فیزیکی شده و رطوبت زنی یا رطوبت‌گیری می‌شود و بعد به داخل فضاها ارسال می‌شود.

سیستم هوا شوی

نحوه عملکرد دستگاه ایرواشر بدین صورت است که آب شهری توسط یک پمپ به سیستم لوله‌کشی و توزیع آب دستگاه ایرواشر منتقل می‌کنند و سپس توسط نازلهای تعبیه شده در ایرواشر سیستم آب با فشار بالا و به صورت پودر بر روی تشتک انتهایی دستگاه پاشیده می‌شود. این عمل به افزایش انتقال حرارت بین آب و هوا کمک کرده و باعث می‌شود به کمک فن سانتریفوژی که در جلوی ایرواشر قرار دارد هوای خنک و مرطوب به وسیله ایرواشر ایجاد شود. یکی از مزایای این دستگاه تصفیه و شسته شدن هوا توسط آب می‌باشد. لازم به ذکر است که در حالت گرمایش این سیستم ها با کمک بویلر یا پکیج نیز آب گرم را می توان به دستگاه رساند و از گرمایش ان نیز استفاده کرد

برش لیزری چوب در صنعت چه فوایدی دارد؟

پردیس فناوری کیش-طرح مشاور متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

با استفاده از روش برش لیزری، انواع مختلفی از مواد را می توان به اشکال و اندازه های متفاوت تبدیل کرد.

در جهان تجاری امروز، برش لیزری فرصت های هیجان انگیزی را فراهم می کند که این امکان با تکنولوژی های قدیمی میسر نمی باشد. با استفاده از این تکنولوژی، شرکت ها می توانند تولید قطعات شخصی، سفارشی شده و حرفه ای را با استفاده از دستگاه لیزر برش چوب انجام دهند. برش لیزری چوب به دلیل ظرافت و انطباق پذیری آن، بین صنعتگران بسیار محبوب شده است.

دستگاه برش لیزری به عنوان یکی از پرکاربردترین دستگاه‌های صنعتی شناخته می‌شود که می‌توان از آن در صنایع مختلف استفاده کرد. استفاده از اشعه لیزر در دستگاه های برش و حکاکی باعث افزایش چشمگیر دقت این دستگاه ها می باشد. دستگاه برش لیزری ،دستگاه مکانیکی است که به یک ابزار لیزری مجهز شده و از آن برای برش و حکاکی لیزری بر روی سطوح مختلف استفاده می‌شود.

صنعتگران طرح های ساده و پیچیده را توسط دستگاه برش لیزری به سادگی بر روی چوب برش می دهند. همچنین از آنجا که ماشین برش لیزری به طور مستقیم با متریال چوب ارتباط ندارد، سایش هایی نظیر برش با اره و چاقو روی چوب ایجاد نمی شود. اره را کنار بگذارید و دستگاه لیزر برش چوب را جایگزین نمایید.

برش با مته، اصطلاح کلی است که با نام cnc شناخته شده است این دستگاه‌ها از کامپیوتر دستور می‌گیرند. در cnc بجای لیزر از مته استفاده می‌شود. در برش لیزری قطعات با تاباندن یک پرتوی لیزر قوی به سطح جسم برش یا حکاکی می‌شوند. استفاده از دستگاه لیزر و کامپیوتر باعث عدم دخالت نیروی انسان، بهبود عملکرد، دقت و سرعت عمل در اجرا می شود.

برش لیزر چوب چگونه کار می کند؟ اساسا لیزر یک پرتو قوی از نور متمرکز است که می تواند همه انواع چوب را به راحتی برش دهد. برش لیزری تکنولوژی است که از آن برای برش لیزری چوب استفاده می کند و معمولا برای برنامه های تولید در صنعت استفاده می شود. برش لیزری چوب جهت صنایع دستی هنری، جعبه جواهر، هدایا، دکوراسیون داخلی، خاتم کاری، جعبه های تبلیغاتی، انواع استند نمایشگاهی و فروشگاهی، اسباب بازی، ساخت زیورآلات چوبی، دکوراسیون چوبی، تندیس، جعبه بسته بندی استفاده می شود. لیزر برای پروژه های چوب کاری سازگار است و بسیار مناسب می باشد. برش و حکاکی چوب یکی از پرطرفدارترین کاربردهای لیزر است زیرا می تواند بسیاری از پروژه های مختلف را پوشش دهد.
 انواع چوب مناسب جهت برش و حکاکی با لیزر نظیر MDF،HDF، تخته سه لا، چوب طبیعی، چوب مصنوعی، چوب پلاست، چوب گردو، چوب توسکا، چوب راش، چوب سدر، چوب گیلاس جهت برشکاری مناسب می باشد.

انواع مخزن

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

مخازن افقی

این مخازن با داشتن ارتفاع کم در فضاهایی با محدودیت ارتفاع به خوبی قابل نصب و استفاده هستند. 

 مخازن عمودی

این مخازن با اشغال کمترین سطح در مکان هایی که محدودیت ارتفاع ندارند قابل استفاده می باشند . 

مخازن مکعبی و کتابی

    این مخازن در سه حجم ۲۳۰ لیتری مکعبی ، ۸۰۰ لیتری مکعبی افقی و ۱۰۰۰ لیتری و ۲۰۰۰ لیتری کتابی تولید می شوند. این مخازن مکعبی با شکل هندسی خاصشان با اشغال کمترین فضا و با امکان نصب در فضاهای بلا استفاده ، حجم ذخیره قابل توجهی قرار می دارند.

مخازن مادولار افقی

  این مخازن به صورت ویژه به دو شکل سبک و سنگین ( مخازن قابل دفن ) با هدف ذخیره آب و با قابلیت کاربری در سپتیک تانکها و پکیجهای تصفیه فاضلاب تولید می شوند و دامنه حجمی آنها از ۵۰۰۰ لیتر تا ۱۰۰۰۰۰ لیتر قابل افزایش است.

وان های صنعتی و شیلاتی

 این محصولات به عنوان حوضچه های کاملا بهداشتی در صنایع غذایی و شیلاتی کاربری دارند. خاصیت ضد خوردگی این استخرهای کوچک پلی اتیلنی موجب گردیده در صنایع و به خصوص در انواع روشهای آبکاری فلزات کاربری داشته باشند. 

مخازن تک لایه :

  این مخازن به صورت بی رنگ و یا رنگی مطابق سفارش مشتری قابل تولید می باشند.

کاربری: ذخیره سازی آب آشامیدنی در مکانهای تاریک و مواد غذایی و انواع مواد شیمیایی (جایگزین استینلس استیل)

مخازن دو لایه:

   لایه داخلی این مخازن بی رنگ یا سفید و لایه بیرونی آنها رنگی می باشد. به دلیل وجود لایه رنگی نور کمتری  به داخل مخزن نفوذ پیدا می کند.

کاربری : ذخیره سازی آب آشامیدنی و مواد غذایی و انواع مواد شیمیایی (جایگزین استینلس استیل)

مخازن سه لایه:

   این مخازن دارای سه لایه با رنگهای متمایز می باشند . به صورت معمول لایه های داخل و بیرونی سفید رنگ هستند و لایه میانی با رنگ مشکی مانع نفوذ از نور به داخل مخزن می شود. این مسئله در محیط های روشن علاوه بر جلوگیری از تشکیل و رشد جلبکها در داخل مخازن نگهداری آب ، مانع از تاثیر مخرب نور آفتاب و اشعه یو وی آن بر ترکیبات شیمایی دیگر سیالات ذخیره شده در این مخازن می گردد.

کاربرد: ذخیره سازی آب آشامیدنی و مواد غذایی و شیمایی حساس به نور

مخازن فوم دار:

   این مخازن بر حسب نیاز مشتریان به فرمهای دو لایه و سه لایه تولید می شوند. وجود لایه فوم علاوه بر افزایش ضخامت و ایجاد استحکام سبب کاهش انتقال حرارت از جداره مخزن شده و در شرایط آب و هوایی گرم و سرد، دمای داخل مخزن را در مدت طولانی تری ثابت نگه می دارد.

کاربرد: ذخیره سازی آب آشامیدنی و مواد غذایی که نیاز به محافظت در برابر یخزدگی و تغییرات دمایی دارند.

گلخانه‌ها در ایران 

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی کشاورزی

کشاورزی، بیش از هر عامل دیگری به وجود منابع آبی و اقلیم مناسب وابسته است. در صورت آسیب دیدن هر یک از این موارد، ادامه کار کشاورزان با سختی بسیاری مواجه می‌شود. بخش کشاورزی عمده‌ترین مصرف‌کننده منابع آبی در کشور است؛ به‌ گونه‌ای که نزدیک به 90 درصد از کل منابع آبی کشور در این بخش مصرف می‌شود. این مقدار حدود 20 درصد بالاتر از متوسط جهانی است.

مقدار تولید محصولات کشاورزی کشور با میزان آب مصرفی در این حوزه هم‌خوانی ندارد و با استانداردهای جهانی فاصله دارد. یکی از موثرترین راه‌حل‌های این مسئله، استفاده از کشت گلخانه‌ای است که در آن محصول مورد نظر با آبیاری محدود و شرایط اقلیمی قابل کنترل رشد می‌کند.

در چهار سال گذشته، مساحت گلخانه‌های کشور از 8818 هکتار به بیش از 12800 هکتار رسیده است و حدود 45 درصد رشد داشته است. همچنین، بنا بر اظهارات وزیر جهاد کشاورزی، 2400 هکتار گلخانه با رویکرد اصلاح الگوی کشت و توسعه اقتصاد کشاورزی تا پایان امسال در سراسر کشور راه‌اندازی می‌شود.

از آنجایی که به ازای هر هکتار گلخانه، 8 تا 12 فرصت شغلی ایجاد می‌گردد، با رسیدن به این هدف، شرایط اشتغال کشور نیز بهبود خواهد یافت. در دو سال گذشته، صادرات سازه و تجهیزات گلخانه‌ای، نهاده‌های مصرفی و همچنین صادرات انواع سبزی و صیفی، حدود 500 میلیون دلار برای کشور ارزآوری داشته است.

در این میان عرضه گل و گیاه زینتی از ارزش اقتصادی بالایی برخوردار است. هیچ بخشی از کشاورزی ما، به اندازه تولید گل و گیاهان زینتی درآمدزایی ندارد. به طوری که هر متر مربع آن 100 تا 300 هزار تومان ارزش دارد و سهم گل و گیاه زینتی در برنامه 10 ساله، 20000 هکتار برآورد شده است. در نیمه نخست امسال، صادرات گل و گیاه زینتی رشد دو برابری داشته است. کشت گل و گیاه ظرفیت بالای صادراتی و ایجاد شغل را دارد و زنجیره تولید گل و گیاه زینتی در کشور می‌تواند حدود 40 هزار فرصت شغلی مستقیم ایجاد کند.

تولید در حوزه گل و گیاه زینتی کشور از سال 92 تا 96 به میزان 30 درصد افزایش یافته به طوری که از نظر افزایش وسعت گلخانه 30 درصد، حجم بازار 21 درصد، تولید گل‌های شاخه‌بریده 24 درصد، تولید گل‌های گلدانی 45 درصد، درختچه زینتی 71 درصد و گل‌های فصلی و نشایی 24 درصد رشد داشته است. در حال حاضر تمایل بهره‌برداران به سمت گل‌های گلدانی است و این محصول نیز برای صادرات مناسب است.

در کمتر از 2 سال گذشته، نزدیک به 100 میلیون دلار تجهیزات و سازه‌های گلخانه‌ای صادر و ارزآوری محصولات گلخانه‌ای بیش از 300 میلیون دلار برآورد شده است. در 9 ماه نخست امسال نیز بیش از ۹۵۰ هزار تن محصولات گلخانه‌ای به ارزش ۳۵۰ میلیون دلار از کشور صادر شده است. پیش‌بینی می‌شود این عدد تا پایان سال به ۵۰۰ میلیون دلار برسد.

کشور ایران، تنها 0/3 درصد ازسطح گلخانه‌های جهان را دارد و در این میان، سهم گلخانه‌های مدرن ایران بین 5 تا 10 درصد و گلخانه‌های نیمه‌مدرن حدود 70 درصد از تمام گلخانه‌های کشور است.

در شکل زیر، توزیع سطحمحصولات گلخانه‌ای کشور در سال 1396 نشان داده شده است.

به صورت کلی مزایای کشت گلخانه‌ای را می‌توان به شرح زیر بیان کرد:

•  افزایش تولید بر واحد سطح.
• تولید محصول بیش از یک بار در سال.
•  افزایش کیفیت محصول تولیدی.
• صرفه‌جویی در مصرف آب.
•  استفاده از اراضی غیر قابل کشت.
• عدم‌وابستگی تولید به شرایط محیطی و امکان بازاریابی مناسب.
•  ایجاد فرصت‌های شغلی مناسب.

راهبرد توسعه گلخانه‌ها در ایران به شرطی مقوم امنیت غذایی کشور خواهد بود که اولاً چرخه کامل تولید طبیعی محصولات در تولید گلخانه‌ای طی شود. ثانیاً ملاحظات بهینه‌سازی مصرف سوخت در سیستم‌های گرمایش و سرمایش جدی گرفته شود. ثالثاً در یک برنامه میان‌مدت، تجاری‌سازی تولید بذر اصلاح شده، کشور را به مرز خودکفایی برساند و با شناسنامه‌دار کردن محصولات گلخانه‌ای و کدگذاری گلخانه‌ها، امکان نظارت بر محصولات فراهم شود.

پیل سوختی

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

پیل سوختی  یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و از بازدهٔ بالایی برخوردار است. معروف‌ترین نوع پیل سوختی حال حاضر پیل سوختی هیدروژنی است. انواع دیگر پیل سوختی مانند پیل سوختی متانول نیز کاربردهای خاصی دارند. در مورد پیل سوختی هیدروژنی می‌توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می‌گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می‌گردد. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت و غشا تشکیل شده‌است.

نحوه عملکرد

هر پیل سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود و غشا به منظور جدا کردن دو بخش پیل می‌باشد. در قطب آند، هیدروژن بر روی یک کاتالیزور واکنش داده و تولید دو یون با بار مثبت و دو الکترون با بار منفی می‌کند.

H₂(g) → 2H⁺ + 2e^–

پروتون به وجود آمده از محیط الکترولیت گذر کرده حال آنکه الکترون در فضای مدار حرکت می‌کند و تولید جریان مینماید. در قطب کاتد اکسیژن با یون و الکترون واکنش نشان داده و تولید آب و حرارت مینماید.

O₂(g) + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O(g)

این سلول به تنهائی ۰.۷ ولت نیروی محرکهٔ الکتریکی تولید می‌کند که برای روشنایی یک لامپ کوچک کافی می‌باشد. اگر این پیلها به صورت سری قرار گیرند قادر به تولید برق با توان چندین مگاوات می‌باشند.^[۱]

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)

انواع پیل سوختی

پیلهای سوختی در انواع زیر موجود می‌باشند: پیل‌های سوختی براساس نوع الکترولیت استفاده شده در آن‌ها به پنج نوع اصلی طبقه‌بندی می‌شوند.

• پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشاء مبادله‌کننده پروتون (PEMFC)
• پیل سوختی قلیایی (AFC)
• پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)
• پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)
• پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)
• پیل سوختی میکروبی (MFC)
• پیل سوختی اسید فرمیک (FFC)
• پیل سوختی هوا-روی (Zn-Air FC)
• پیل سوختی سرامیکی

لازم به ذکر است که پیل سوختی متانول مستقیم (DMFC)۶ از خانواده پیل سوختی PEMFC است. پیل‌های سوختی بر اساس دمای عملکرد، دارای دامنه دمایی از ۸۰ برای (PEMFC) تا ۱۰۰۰ برای (SOFC) می‌باشند. پیل‌های سوختی دمای پایین (PEMFC ،PAFC ،AFC) دارای حامل‌های یونیH+ ویا OH- هستند که انتقال یون از میان الکترولیت و انتقال الکترون‌ها از طریق مدار خارجی را به عهده دارند، و در پیل‌های سوختی دمای بالا مانند الکترولیت کربنات مذاب (MCFC) و الکترولیت اکسید جامد (SOFC)، جریان الکتریکی به ترتیب از طریق یون‌هایCO۳۲- و O۲- انتقال می‌یابد. در پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) یا سرامیکی رسانش یون در الکترولیت معمولاً در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود.

مزایا

مزایای پیل‌های سوختی بطور کلی عبارت‌اند از: پیل سوختی آلودگی ناشی از سوزاندان سوختهای فسیلی را حذف نموده و تنها محصول جانبی آن آب می‌باشد.

• در صورتی‌که هیدروژن مصرفی حاصل از الکترولیز آب باشد نشر گازهای گلخانه ای به صفر می‌رسد.
• به دلیل وابسته نبودن به سوختهای فسیلی متداول نظیر بنزین و نفت، وابستگی اقتصادی کشورهای ناپایدار اقتصادی را حذف می‌کند.
• از سوخت‌های تجدید پذیر استفاده شده و عامل گرمایش زمین را حذف می‌کند.
• با نصب پیلهای سوختی نیروگاهی کوچک، شبکه غیرمتمرکز نیرو گسترده می‌گردد.
• پیل‌های سوختی راندمان بالاتری نسبت به سوختهای فسیلی متداول نظیر نفت و بنزین دارد.
• هیدروژن در هر مکانی از آب و برق تولید می‌گردد؛ لذا پتانسیل تولید سوخت، غیرمتمرکز خواهد شد.
• اکثر پیلهای سوختی در مقایسه با موتورهای متداول بسیار بی صدا هستند.
• انتقال گرما از پیلهای دما پایین بسیار کم می‌باشد لذا آن‌ها را برای کاربردهای نظامی مناسب خواهد شد.
• زمان عملکرد آن‌ها از باتریهای متداول بسیار طولانی‌تر است. فقط با دو برابر نمودن سوخت مصرفی می‌توان زمان عملکرد را دو برابر نمود و نیازی به دو برابر کردن خود پیل نمی‌باشد.
• سوختگیری مجدد پیلهای سوختی به راحتی امکان‌پذیر می‌باشد و هیچگونه اثرات حافظه‌ای بر جای نمی‌گذارد.
• بعلت عدم وجود اجزای متحرک نگهداری از آن‌ها بسیار ساده می‌باشد.
• نصب و بهره‌برداری از پیل‌های سوختی بسیار ساده و مقرون به صرفه می‌باشد.
• پیل‌های سوختی مدولار می‌باشند یعنی براحتی توان تولیدی از آن‌ها قابل افزایش می‌باشد.
• این مولدها قابلیت تولید هم‌زمان برق و حرارت را دارند.
• امکان استفاده از سوختهای تجدیدپذیر و سوختهای فسیلی پاک در آن‌ها وجود دارد.
• به میکروتوربین‌ها متصل می‌گردند.
• پیل سوختی به تغییر بار الکتریکی پاسخ می‌دهد.
• پیل سوختی امکان تولید برق مستقیم با کیفیت بالا را دارد.
• دانسیته نیروی بالا دارد.
• میزان بازدهی آن‌ها نسبت به سلول‌های دیگر بیشتر است.

معایب

• به مواد بیشتر و فرایندهای سریعتری نسبت به دیگر پیل‌ها نیاز دارد.
• ممکن است در مدت طولانی کار، گرما مشکلاتی چون ناسازگاری عناصر و افت انرژی را موجب شود.
• در صورت استفاده از سوخت ناخالص، کار و گرمای بیش از حد موجب رسوب کربن و در نهایت مسمومیت پیل می‌گردد.

زمینه‌های مختلف استفاده از پیل‌های سوختی

• حمل ونقل (خودروهای سواری و وسایط نقلیه عمومی): چند نمونه اتوبوس هیدروژنی تولید شرکت بالارد از سال 2007 در ویسلر کانادا مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اولین مدل تجاری خودرو پیل سوختی توسط هیوندای در سال 2015 به بازار عرضه شده‌است. سایر شرکت‌های عمده خودروسازی نیز نخستین مدل‌های خودرو هیدروژنی خود را در سالهای 2016 و 2017 به بازار عرضه خواهند کرد.
• نیروگاه‌ها (نیروگاه‌های متمرکز و غیرمتمرکز اعم از خانگی، تجاری، صنعتی):پیل‌های سوختی به دلیل آرام و بی صدا بودن برای تولید برق محله‌ای گزینه خوبی محسوب می‌شود. به علاوه کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان برای گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
• وسایل الکترونیکی قابل حمل (تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و …)
• صنایع نظامی: پیل‌های سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند در تانک‌ها، زره‌پوش و خودروهای نظامی استفاده می‌شوند. نداشتن قطعه متحرک در این نوع پیل‌های سوختی باعث کاهش صدا شده و به دلیل کارکرد در حرارت پایین ردیابی آن‌ها مشکل تر از خودروهایی با موتور درون سوز می‌باشد.