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Jun 22, 2023

So wählen Sie das richtige High aus

Während die Welt nach einem Kraftstoff sucht, der Diesel und Benzin in Mobilitätsanwendungen ersetzen kann, entwickelt sich Wasserstoff schnell zu einer praktikablen Option. Zu seinen Vorteilen zählen Sicherheit, Erschwinglichkeit und Energiedichte

Während die Welt nach einem Kraftstoff sucht, der Diesel und Benzin in Mobilitätsanwendungen ersetzen kann, entwickelt sich Wasserstoff schnell zu einer praktikablen Option. Zu seinen Vorteilen zählen Sicherheit, Erschwinglichkeit, Energiedichte und Nachhaltigkeit. Mit anderen Worten: Es bietet alle Vorteile fossiler Brennstoffe ohne die störenden Emissionen.

Doch bevor Wasserstoff zu einem weltweit akzeptierten Mobilitätskraftstoff werden kann, müssen die Hersteller Wasserstofffahrzeuge und, was ebenso wichtig ist, die Infrastruktur zu ihrer Unterstützung herstellen. Die Ausrüstung muss aus Materialien höchster Qualität hergestellt werden, da Wasserstoff als Brennstoff besondere Herausforderungen mit sich bringt, denen nicht alle Komponenten gewachsen sind. Entscheidend ist, dass Wasserstoff-Kraftstoffsysteme bei der Kraftstoffabgabe nicht auslaufen dürfen. Die in Wasserstoff-Infrastruktursystemen verwendeten Komponenten müssen Komponenten enthalten, die bestimmte Leistungskriterien erfüllen.

Eine dieser Komponenten ist das Ventil, das steuert, wie der Wasserstoff entweder durch das Fahrzeug oder in die stationäre Tankstelle fließt. Die Auswahl der richtigen Ventile für Wasserstoffsysteme ist komplex und erfordert ein umfassendes Verständnis der Unterschiede zwischen Wasserstoff und herkömmlichen Kraftstoffen und der Leistungskriterien, die ein Wasserstoffventil erfüllen muss.

Die Eindämmung von Wasserstoffmolekülen ist weitaus schwieriger als bei anderen Kraftstoffen, da seine Moleküle zu den kleinsten in der natürlichen Welt gehören. Auf kleinstem Raum werden Wasserstoffmoleküle versuchen zu entkommen. Daher sind dichte Verbindungspunkte unerlässlich, um potenzielle Sicherheitsrisiken für Verbraucher zu vermeiden, die den Kraftstoff in ihre Fahrzeuge füllen.

Wasserstoffsysteme, die herkömmlichen Edelstahl verwenden, können mit der Zeit schwächer werden, da Wasserstoffmoleküle in das umgebende Rohr absorbiert werden, was als Wasserstoffversprödung bezeichnet wird. Wenn es nicht kontrolliert wird, kann es zur Bildung von Rissen im Rückhaltesystem und zu erheblichen Lecks kommen.

Die Bedingungen, unter denen Wasserstoff-Brennstoffsysteme betrieben werden, stellen ihre ganz eigenen Herausforderungen dar. Wenn Sie mit der Auswahl Ihrer Ventile für Wasserstoffanwendungen beginnen, müssen Sie die folgenden vier Punkte berücksichtigen:

Die in diesen Systemen einsetzbaren Ventilkonstruktionen sind vielfältig und müssen alle diese strengen Kriterien erfüllen und in der Lage sein, leckagefreie Verbindungen an Absperr- oder Regelstellen herzustellen. Es sollte auch in der Lage sein, die unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu bewältigen, denen es in einem Wasserstofffahrzeug oder Tanksystem ausgesetzt ist.

Eine der in Wasserstoffsystemen am häufigsten vorkommenden Komponenten ist ein Kugelhahn. Typischerweise stoppt und startet es den Wasserstofffluss durch das System von einer Richtung zur nächsten (sieheAbbildung 1 ). Bei der Entscheidung, welche Kugelhähne für Ihre Wasserstoffanwendungen am besten geeignet sind, ist es wichtig, auf verschleißfeste Schaftdichtungen zu achten. Eine Option könnte darin bestehen, eine Kugel im Zapfenstil mit Direktlast-Design einzubeziehen. Ein solches Ventil sorgt bei jeder Aktivierung oder Abschaltung für eine leckagefreie Leistung. Eine weitere Option ist eine von unten beaufschlagte Spindelkonstruktion, um ein mögliches Ausbrechen der Spindel zu verhindern und so den Betrieb des Systems sicherer zu machen.

Wenn Sie mit einem seriösen Ventillieferanten zusammenarbeiten, erhalten Sie Zugang zu Beratern, die Sie bei Ihrer Auswahl unterstützen können. Die meisten Wasserstoff-Kugelhähne verfügen über eine Zwei- oder Drei-Wege-Funktionalität, können gemäß Ihren Spezifikationen montiert werden und haben unterschiedliche Durchflusskoeffizienten, sodass Sie den Kugelhahn auswählen können, der Ihren Anwendungsanforderungen entspricht. Stellen Sie abschließend sicher, dass die Armaturen für Wasserstoffanwendungen ausgelegt sind, um die Kompatibilität sicherzustellen.

In den meisten Wasserstoffsystemen sind Nadelventile erforderlich, um Feineinstellungen der jeweils fließenden Wasserstoffmenge vorzunehmen (sieheFigur 2 ) – aber sie erfordern Überlegungen, die bei anderen Nadelventilanwendungen nicht vorhanden sind. Beispielsweise bestehen die meisten Nadelventile vollständig aus Metall und erfordern einen erheblichen Kraftaufwand, um sie richtig abzudichten. Wiederholte Krafteinwirkung auf diese Ventile könnte die Nadel und möglicherweise den Sitz verformen. Dies birgt potenzielle Sicherheitsrisiken und die Komponente muss – oft mit hohem Kostenaufwand – sofort repariert werden. Darüber hinaus erfordert die erforderliche Kraft möglicherweise große Luftantriebe zum Öffnen und Schließen der Ventile, was normalerweise zu einer Verzögerung von zwei Minuten bis zur vollständigen Betätigung führt.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen sollten Nadelventile für Wasserstoffanwendungen aus hochwertigem Edelstahl 316 hergestellt werden, der stark genug ist, um die Verformung beim Öffnen und Schließen im Laufe der Zeit zu reduzieren. Es ist außerdem wichtig, sicherzustellen, dass die von Ihnen gewählten Ventile ordnungsgemäß für den Druck ausgelegt sind, der einem Wasserstoffsystem innewohnt, insbesondere 350–700 bar. Schließlich sollten Sie sicherstellen, dass die von Ihnen ausgewählten Nadelventile mit Ihren anderen wasserstoffgeeigneten Komponenten kompatibel sind.

Da die Sicherheit bei Wasserstoffbetankungssystemen ein wichtiger Aspekt ist, ist es von entscheidender Bedeutung, über die richtigen Rückschlagventile zu verfügen, um übermäßigen Rückfluss zu kontrollieren (Figur 3 ). Im Gegensatz zu Rückschlagventilen in anderen Anwendungen stellen sie beim Einsatz in Wasserstoffsystemen besondere Anforderungen.

In den meisten Fällen verfügen Rückschlagventile über Federn, die aufgrund ihrer üblicherweise aus kaltverfestigten Materialien gefertigten Federn anfälliger für Wasserstoffversprödung sind als Rückschlagventile aus hochwertigem Edelstahl 316. Darüber hinaus können Rückschlagventile bei der Betankung von Wasserstofffahrzeugen großen, schnellen Temperatur- und Druckänderungen ausgesetzt sein. Wenn das Rückschlagventil nicht für die Beanspruchung ausgelegt ist, können die Elastomerdichtungen vorzeitig kaputt gehen und eine Undichtigkeit verursachen. Angesichts ihrer Grenzen könnten Kugelrückschlagventile in Wasserstoffkompressoren besser funktionieren. Stellen Sie wie bei allen Ventilen sicher, dass sie mit den anderen von Ihnen ausgewählten Teilen kompatibel sind.

Damit der Markt für Wasserstoffmobilitätskraftstoffe langfristig überlebensfähig sein soll, müssen die Wasserstoffsysteme in den Fahrzeugen und an den Tankstellen sicher, zuverlässig und langlebig sein. Die Ermittlung der Komponenten, die diese Funktionen am besten erfüllen, wird dazu beitragen, die Technologie in eine umweltfreundlichere Zukunft voranzutreiben.

Chuck Hayes ist Leiter der Anwendungskommerzialisierung für saubere Energie bei der Swagelok Company.