Experimental and numerical analysis of the acoustic behaviour of hydrogen pressure regulators for fuel cell applications

Hydrogen is now considered one of the most promising solutions for the future, including in the automotive sector. More and more companies are orienting toward green technologies, driven particularly by new European regulations that aim to gradually eliminate the production of internal combustion vehicles. Hydrogen represents a valid alternative, able to achieve performance that can sometimes exceed that of electric engines, especially in long-distance applications. However, high costs and safety challenges mean that this solution has not yet been widely implemented. OMB Saleri, a company based in Brescia, develops and produces a variety of specific valves for hydrogen systems used in light and heavy vehicles that operate with fuel cells. Among these, pressure regulators play a fundamental role, ensuring the correct function of both the storage system and the fuel cells by reducing pressure from 700 to 7 bar. However, noise issues have been identified under certain operating conditions, which reduce passenger comfort. The complex and purely mechanical nature of the regulator makes it difficult to identify the source of the noise and, consequently, to find solutions to reduce sound emissions. This thesis work represents a first step toward finding a solution. In the initial phase, experimental tests conducted by OMB Saleri in recent years are analysed with the objective of understanding the factors that influence noise levels. Subsequently, the GASDYN software, developed by the Polytechnic University of Milan, is introduced to perform one-dimensional acoustic simulations of the regulator. The final goal is to identify parameters that could contribute to noise reduction of the regulator itself.

L'idrogeno è ormai riconosciuto come una delle soluzioni più promettenti per il futuro, anche nel settore automotive. Sempre più aziende si stanno orientando verso tecnologie green, spinte soprattutto dai nuovi regolamenti europei che prevedono la progressiva eliminazione della produzione di veicoli a combustione interna. L'idrogeno rappresenta quindi una valida alternativa, in grado di assicurare prestazioni talvolta superiori a quelle dei motori elettrici, soprattutto nelle applicazioni su lunghe distanze. Tuttavia, gli elevati costi e le sfide in ambito di sicurezza rendono questa soluzione non ancora largamente implementata. OMB Saleri, azienda con sede a Brescia, sviluppa e produce una varietà di valvole specifiche per i sistemi a idrogeno destinati a veicoli leggeri e pesanti che utilizzano celle a combustibile. Tra queste, i regolatori di pressione svolgono un ruolo fondamentale, permettendo un corretto funzionamento sia del sistema di stoccaggio sia delle celle stesse, in quanto in grado di ridurre la pressione da 700 a 7 bar. Tuttavia, sono stati riscontrati problemi di rumorosità quando sottoposti a determinate condizioni operative, riducendo così il comfort dei passeggeri. La natura complessa e puramente meccanica del regolatore rendono difficile individuare l'origine del rumore e, di conseguenza, trovare soluzioni per ridurre l'emissione sonora. Questo lavoro di tesi rappresenta un primo passo nella ricerca di una soluzione. Nella prima fase vengono analizzati i test sperimentali condotti da OMB Saleri negli ultimi anni, con l'obiettivo di comprendere i fattori che influenzano il rumore. Successivamente, viene introdotto l'utilizzo del software GASDYN, sviluppato dal Politecnico di Milano, per effettuare simulazioni acustiche in campo monodimensionale. L’obiettivo finale consiste nell'individuazione di parametri e soluzioni che possano contribuire alla riduzione della rumorosità del regolatore stesso.