Worauf bei der Auswahl von Wasserstoffventilen zu achten ist

Hochleistungs-Wasserstoffventile: Auswahlkriterien

Chuck Hayes, Principal Applications Engineer für Clean Energy, Swagelok

Wasserstoffkraftstoff wächst rasant als Mobilitätslösung. Er hat sich als sicher, kosteneffektiv, praktisch und nachhaltig erwiesen. Kurz: Er ist der ideale Weg für die Zukunft des Transports.

Wasserstoff ist der ideale Weg für die Zukunft des Transports.

Um dieses Potenzial zu erfüllen, müssen Wasserstofffahrzeuge und Betankungsinfrastruktur mit hochwertigen Materialien für leckagefreie Leistung über Jahre oder Jahrzehnte konzipiert und gebaut werden. Nicht jede Komponente ist dieser Aufgabe gewachsen. Wasserstoffproduktion und -handling bringen eigene Herausforderungen mit sich und fordern spezifische Leistungskriterien von Komponenten im gesamten Wasserstoffkraftstoffsystem.

Ventile – verantwortlich für die Steuerung des Wasserstoffflusses in Fahrzeug- oder Stationssystemen – sind ein gutes Beispiel. Wie stellen Sie sicher, dass Sie ein Ventil wählen und spezifizieren, das für Wasserstoffdienst geeignete Leistung liefert? Lesen Sie weiter.

Warum Hochleistung bei Wasserstoffventilen entscheidend ist

Betriebsbedingungen für Wasserstoffkraftstoffsysteme sind inhärent anspruchsvoll. Bei der Spezifikation von Wasserstoffventilen müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Drücke. Um gewünschte Dichte zu erreichen, muss H₂ in Fahrzeugtanks bei 350–700 bar gespeichert werden
• Spannung und Vibration. Systeme müssen hohe Geschwindigkeiten, unebene Straßen und widrige Wetterbedingungen aushalten
• Sicherheit. Betankungsstationen müssen vom durchschnittlichen Verbraucher sicher bedienbar sein
• Wartung. Fähigkeit, leckagefreie Verbindungen bei Servicearbeiten einfach wiederherzustellen

Alle Wasserstoffventile sollten Leistungsniveaus bieten, die diese Anforderungen erfüllen. Sie sollten leckagefreie Leistung am Anschlusspunkt und an ihrer Absperr- oder Regelstelle demonstrieren, mit der Fähigkeit, den für Wasserstoffanwendungen inhärenten Betriebsbedingungen standzuhalten.

Was Wasserstoff anders macht

Wasserstoffmoleküle zählen zu den kleinsten in der Natur – und das macht ihre Eindämmung herausfordernd.

Alle Verbindungspunkte in Wasserstoffsystemen müssen leckagefrei sein. Entweichendes Gas birgt Sicherheitsrisiken, besonders wenn Endnutzer an einem Spender während des Betankens interagieren. Leckgas in Fahrzeugen oder Speichersystemen ist auch verschwenderisch.

Und weil Wasserstoffmoleküle so klein sind, können sie in niedrigwertige Edelstähle diffundieren. Dieses Phänomen nennt sich Wasserstoffversprödung. Über Zeit können Druckspannungen Risse im Material erzeugen, was im Wasserstoffdienst hochproblematisch wird.

Wasserstoff-Kugelventile

Kugelventile sind gängige Komponenten in Wasserstoffsystemen, um Wasserstofffluss in eine Richtung zu starten und zu stoppen. Bei Auswahl für Wasserstoffanwendungen sollte auf Stempeldichtungsdesigns geachtet werden, die hochverschleißfest sind. Eine gute Option kann ein Kugelventil mit Trunnion-Design und Direktschluss umfassen, das leckagefreie Leistung bei jeder Betätigung und Absperrung ermöglicht. Ein unten gelagerter Stempel kann zudem potenzielles Stempelausblasen reduzieren und bietet erhöhte Sicherheit.

Im Zweifel sollte Ihr Ventillieferant Ihre Auswahl beraten können. Anwendbare Kugelventile bieten 2- oder 3-Wege-Funktionalität, verschiedene Montageoptionen und einen Bereich von Durchflusskoeffizienten je nach Systembedarf. Schließlich auf gute Kompatibilität mit für Wasserstoffanwendungen spezifisch konzipierten Verschraubungen achten.

Wasserstoff-Nadelventile

Nadelventile dienen feineren Durchflussanpassungen. In Wasserstoffanwendungen sind wichtige Überlegungen bei der Spezifikation nötig. Nadelventile sind typischerweise Ganzmetall-Konstruktionen, die große Kraft für korrektes Abdichten erfordern. Diese Kraft kann den Nadelstift und möglicherweise den Sitz verformen, was potenzielle Gefahren und kostspielige Wartung schafft. Weiter erfordert die nötige Kraft typischerweise große Pneumatikaktoren für Öffnen und Schließen, was bis zu zwei Minuten für vollständige Betätigung dauern kann.

Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, Nadelventile aus hochwertigem 316-Edelstahl zu suchen, der Verformung bei wiederholter Nutzung widersteht. Auch beachten: Nicht alle Nadelventile sind für gängige Wasserstoffanwendungen (350/700 bar) druckgerecht; wählen Sie ein für erhöhte Betriebsdrücke qualifiziertes Nadelventil. Und wie bei Kugelventilen ist Kompatibilität mit anderen wasserstoffqualifizierten Komponenten Pflicht.

Wasserstoff-Rückschlagventile

Rückschlagventile erfüllen essenzielle Sicherheitsfunktionen in Wasserstoffkompressoren von Betankungssystemen, indem sie übermäßigen Rückfluss kontrollieren, um den Endnutzer zu schützen. Im Vergleich zu allgemeinen Anwendungen müssen Wasserstoff-Rückschlagventile einigen Besonderheiten Rechnung tragen.

Die meisten Rückschlagventile enthalten Federn – Komponenten, typischerweise aus verfestigtem Material, das anfälliger für Wasserstoffversprödung ist als hochwertiger 316-Edelstahl. Zudem unterliegen Fahrzeugbetankungsanwendungen solchen Ventilen großen, schnellen Temperatur- und Druckänderungen, was erhöhten Stress auf Elastomerdichtungen des Ventils erzeugt. Angesichts dieser Punkte sind Kugel-Rückschlagventile für Wasserstoffkompressoren besser geeignet. Materialintegrität und Kompatibilität mit anderen Wasserstoffkomponenten sind auch hier wichtig.

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Die langfristige Tragfähigkeit des Wasserstoff-Mobilitätskraftstoffmarkts hängt von Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Fahrzeugen und Infrastruktur ab. Die Auswahl und Spezifikation der richtigen Komponenten für alle Wasserstoffsysteme hilft der Technologie, ihr volles Potenzial langfristig zu entfalten.

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