Максимизация эффективности: грамотный выбор компонентов для автомобилей на водородных топливных элементах

Оптимизация выбора компонентов для автомобилей на водородных топливных элементах

Чак Хейз, главный инженер

По всему миру значительные инвестиции вкладываются в водородную мобильность и инфраструктуру, делающую её возможной.

Почему? По мере того как автопроизводители стремятся к более высокой эффективности и сокращению выбросов, технология водородных топливных элементов стала все более привлекательной. Автомобили на водородных топливных элементах используют водородный газ и кислород для создания электричества в топливном элементе, которое питает электрический двигатель, обеспечивая эксплуатацию с нулевыми выбросами, большую мощность и крутящий момент, необходимый для тяжелых приложений.

Это перспективная технология и быстро движущийся, быстро эволюционирующий рынок. Правительства и лидеры отрасли адресуют барьеры для принятия и действительно инвестируют в поддержку и развитие водородного транспорта. С точки зрения компонентов, мы работали над предоставлением правильных решений для технологии водородных топливных элементов для достижения их полного потенциала, как внутри самих автомобилей, так и как часть бурной инфраструктуры, которая потребуется для крупномасштабного принятия.

Есть несколько важных соображений, которые должны быть сделаны при выборе и спецификации водородных компонентов для надежной эксплуатации автомобилей и инфраструктуры. Вот несколько вещей, которые нужно держать в уме:

Выбор материала имеет значение

Контроль коррозии важен в любом приложении, где задействованы трубные фитинги, но сдерживание водорода создает специфический, уникальный вызов. Водородная ломкость может влиять на нержавеющую сталь 316, распространенный сплав, используемый для фитингов, клапанов и трубок, включая те, обычно используемые в архитектуре водородных автомобилей.

Явление происходит, отчасти, потому что водород состоит из очень малых молекул — настолько малых, что водород может двигаться в кубическую решетку стенок материала, разрывая его молекулярные связи и компрометируя целостность материала. В эффекте, водородная ломкость может заставить некоторые сорта нержавеющей стали вести себя больше как чугун: очень хрупкие и восприимчивые к трещинам.

Как таковое, проектировщики водородной инфраструктуры должны уделять тщательное внимание составу нержавеющей стали. Более высокая концентрация хрома и никеля может защищать от водородной ломкости, способствуя большей вязкости и коррозионной стойкости. Американское общество испытаний и материалов (ASTM) требует минимум 10% никеля в формулировках нержавеющей стали 316, но более высококачественная нержавеющая сталь 316 с 12% минимальным никелем лучше подходит для уникальных вызовов водорода. Swagelok использует сталь с минимумом 12% никеля.

Производительность под давлением

Сопротивление утечкам критично в любой жидкостной системе. Но внутри водородных автомобилей и инфраструктурных приложений есть некоторые специальные соображения, которые должны быть сделаны в выборе и спецификации типов компонентов при создании соединений.

Во-первых, хранение водорода высоко под давлением; чем выше давление, тем дальше дальность автомобиля. Сегодняшние водородные автомобили хранят газ либо при 350 бар, либо при 700 бар (5000 psi или 10 200 psi), в зависимости от потребностей приложения. Многие автопарки краткой дальности, например, используют 350 бар (5000 psi), зная, что каждый автомобиль может возвращаться к центральному хабу каждую ночь для заправки. В приложениях дальней дальности, как дальнобойная перевозка, 700 бар (10 000 psi) обеспечивает намного большую дальность, где производители нацелены на 400 миль (1000 км). Более высокие давления требуют более высокопроизводительных компонентов, и традиционные варианты просто не применимы.

Виброустойчивость тоже критична. Пока важна в промышленных приложениях, фитинги и соединения в водородных приложениях должны надежно выдерживать повторяющиеся и постоянные вибрации, связанные с движущимся автомобилем. Конусно-резьбовые фитинги, например, делаются вручную. Качество подготовки трубки может варьироваться в зависимости от установщика — и водород очень не прощает несовершенств. Маломолекулярный газ может утечь через даже самые миниатюрные пространства, и даже самые маленькие утечки могут стать крупной проблемой. Только передовые, последовательные технологии фитингов, такие как серия FK Swagelok, могут обеспечить правильную производительность.

Прикладно-специфические компоненты

Во всей водородной транспортной сфере у разных автомобилей разные дизайны и компонентные требования. Рассмотрим муниципальные автобусные автопарки, первоклассную область возможностей для водородной топливной мощности. Потому что у них баки хранения на крыше, автобусная архитектура требует некоторой инерентной гибкости против дальнеследовых автомобилей; как таковое, надежные шланги, которые могут обрабатывать 350 бар (5000 psi), обеспечивают некоторую гибкость вместо жесткости стальной трубки.

Здесь важно, чтобы выбор шланга соответствовал правильным критериям. По тем же причинам, что высокопроизводительные формулировки нержавеющей стали 316 должны рассматриваться для трубок и фитингов в водородных приложениях по всей линии, полимерные сердцевины шлангов с металлической оплеткой не подойдут для водородных автобусов. Проектировщики должны рассматривать выбор шланга с теми же соображениями, выбирая те, что сделаны из высококачественных материалов для обработки конкретного приложения.

Надежная поддержка

В стремлении достичь потенциала, который представляет водородный транспорт, проектировщики и производители должны искать работу с поставщиками компонентов с значительной, широкой экспертизой в водородном пространстве.

Наши команды работали с газовыми системами, включая водород, на протяжении всей истории нашей организации. Наша экспертиза в производительности компонентов и материальной науке превосходства, объединенная с надежной, глобально достигающей службой и поддержкой, может помочь производителям в водородном транспортном пространстве захватить новые и растущие возможности везде.

Заинтересованы в узнавании больше? Свяжитесь с Swagelok сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь построить надежные водородные транспортные автомобили и инфраструктуру.