Auf was müssen Sie bei der Auswahl von Wasserstoff-Ventilen achten?
Leistungsstarke Ventile für Wasserstoffanwendungen – was Sie bei der Auswahl beachten müssen
Chuck Hayes, Principal Applications Engineer for Clean Energy, Swagelok
Wasserstoff als Kraftstoff verbreitet sich mehr und mehr als Mobilitätslösung. Es hat sich als sicher, kosteneffizient, praktisch und nachhaltig erwiesen und ist somit eine ideale Alternative für
Wasserstoff ist die ideale Alternative für die Zukunft des Transportwesens.
Um das volle Potenzial von Mobilitätslösungen auf Wasserstoffbasis auszuschöpfen, müssen in Wasserstofffahrzeugen und der zugehörigen Infrastruktur zur Betankung qualitativ hochwertige Materialien verbaut werden, sodass über Jahre bzw. sogar Jahrzehnte hinweg ein leckagefreier Betrieb sichergestellt werden kann. Dies können nicht alle Komponenten gewährleisten. Die Herstellung und Handhabung von Wasserstoff als Kraftstoff birgt einige besondere Herausforderungen. Die im gesamten Wasserstoff-Kraftstoffsystem verbauten Komponenten müssen daher einige Leistungsanforderungen erfüllen.
Ventile – verantwortlich für die Durchflussregelung von Wasserstoff in Fahrzeugen oder stationären Systemen – sind ein gutes Beispiel hierfür. Wie können Sie sich sicher sein, dass Sie bei der Auswahl und Spezifikation eines Ventils für Wasserstoffanwendungen richtig entscheiden? Dieser Frage gehen wir in diesem Artikel auf den Grund.
Warum leistungsstarke Ventile für Wasserstoffanwendungen so wichtig sind
Wasserstoff-Kraftstoffsysteme bringen im Hinblick auf die erforderlichen Betriebsbedingungen einige Herausforderungen mit sich. Zu den Aspekten, die es bei der Spezifikation von Wasserstoffventilen zu berücksichtigen gilt, zählen:
- Drücke Zur Erreichung der gewünschten Dichte muss Wasserstoff in Fahrzeugtanks bei 350 bis 700 bar gespeichert werden.
- Belastungen und Erschütterungen Die Systeme müssen für hohe Geschwindigkeiten, holprige Straßen und schlechte Witterungsverhältnisse ausgelegt sein.
- Sicherheit Wasserstofftankstellen müssen auch für Durchschnittsverbraucher sicher nutzbar sein.
- Wartung Bei Wartungsarbeiten müssen leckagefreie Verbindungen problemlos erneuert werden können.
Um diese Anforderungen erfüllen zu können, sollten alle Wasserstoffventile entsprechend leistungsstark sein. Die Verbindungsstelle sowie der Absperr- bzw. Regulierungspunkt muss leckagefrei sein. Zudem müssen Wasserstoffventile den für Wasserstoffanwendungen typischen Betriebsbedingungen standhalten können.
Was ist so besonders an Wasserstoff?
Wasserstoffmoleküle zählen zu den kleinsten Molekülen unseres Planeten und sind daher sehr flüchtig. Eine Speicherung oder der Transport von Wasserstoff kann daher eine echte Herausforderung sein.
Alle Verbindungsstellen in Wasserstoffsystemen müssen leckagefrei sein. Entweichendes Gas kann ein Sicherheitsrisiko darstellen, insbesondere bei Nutzung der Zapsäule durch den Endverbraucher während des Betankungsvorgangs. Zudem wird durch ein Entweichen in Fahrzeugen oder Speichersystemen Gas verschwendet.
Aufgrund ihrer geringen Größe können Wasserstoffmoleküle sogar in Edelstahl niedrigerer Qualitätsstufen eindringen. Dieses Phänomen wird auch als Wasserstoffversprödung bezeichnet. Mit der Zeit können Risse im Material entstehen, welche für Wasserstoffsysteme zu einem großen Problem werden kann.
Kugelhähne für Wasserstoffanwendungen
In Wasserstoffsystemen werden zur Unterbrechung des Wasserstoffstroms häufig Kugelhähne eingesetzt. Bei der Auswahl von Kugelhähnen für Wasserstoffanwendungen sind Spindeldichtungsdesigns zu bevorzugen, da sie weniger verschleißanfällig sind. Eine weitere gute Option sind Drehzapfen-Kugelhähne mit Direktbelastungs-Design, die den leckagefreien Betrieb bei jeder Betätigung sicherstellen. Auch ein Ventil mit einer von unten belasteten Spindelkonstruktion kann einen potenziellen Blowout der Spindel verhindern und so die Sicherheit erhöhen.
Ihr Ventil-Lieferant ist sicherlich der beste Ansprechpartner bei Fragen zur Ventilauswahl. Kugelhähne sind als 2- oder 3-Wege-Ventile, mit unterschiedlichen Montageoptionen und einer Vielzahl von Durchflusskoeffizienten erhältlich und können so an Ihre Systemanforderungen angepasst werden. Achten Sie außerdem darauf, dass die gewählten Ventile mit den speziell für Wasserstoffanwendungen ausgelegten Verschraubungen kompatibel sind.
Nadelventile für Wasserstoffanwendungen
Nadelventile ermöglichen feine Anpassungen der Strömungsmenge. Bei der Spezifikation dieser Ventile für Wasserstoffanwendungen müssen einige wichtige Faktoren berücksichtigt werden. Nadelventile bestehen normalerweise vollständig aus Metall. Für ihre Abdichtung ist daher ein relativ großer Kraftaufwand nötig. Durch diese Krafteinwirkung können jedoch die Nadel selbst und möglicherweise auch den Ventilsitz beschädigt werden, was letztlich ein Risiko darstellen und kostenintensive Wartungsarbeiten verursachen kann. Darüber hinaus erfordert eine derartige Krafteinwirkung häufig den Einsatz großer pneumatischer Stellantriebe zum Öffnen und Schließen der Ventile. Bis zur vollständigen Aktivierung der Ventile können dabei jedoch bis zu zwei Minuten vergehen.
Zudem ist es wichtig, Nadelventile aus hochwertigem Edelstahl 316 zu verbauen, die auch nach mehrmaligem Gebrauch nicht verformen. Es muss außerdem berücksichtigt werden, dass nicht alle Nadelventile für die für Wasserstoffanwendungen erforderliche Druckbeaufschlagung (350–700 bar) ausgelegt sind. Es muss ein Ventil ausgewählt werden, dass für hohe Druckstufen ausgelegt ist. Und wie bei Kugelhähnen muss auch hier die Kompatibilität mit anderen, für Wasserstoffanwendungen geeigneten, Komponenten beachtet werden.
Rückschlagventile für Wasserstoffanwendungen
Rückschlagventile erfüllen grundlegende Sicherheitsfunktionen in den in Betankungssystemen verbauten Wasserstoffkompressoren, indem sie zum Schutz der Endverbraucher einen übermäßigen Rückfluss verhindern. Im Vergleich zu herkömmlichen Anwendungen, müssen Rückschlagventile für Wasserstoffanwendungen einige Anforderungen erfüllen.
In den meisten Rückschlagventilen sind Federn verbaut. Diese Komponenten bestehen normalerweise aus gehärteten Materialien, bei denen es eher zu einer Wasserstoffversprödung kommt als bei hochwertigem Edelstahl 316. In Anwendungen für die Fahrzeugbetankung sind diese Ventile zudem starken Temperatur- und Druckunterschieden ausgesetzt, wodurch die Elastomerdichtungen der Ventile zusätzlich belastet werden. Aus diesen Gründen sind Kugelrückschlagventile für Wasserstoffkompressoren besser geeignet. Auch hier spielen die Integrität der Werkstoffe und die Kompatibilität mit anderen Wasserstoffkomponenten eine wichtige Rolle.
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Ob Wasserstoff im Mobilitätssektor langfristig eine tragfähige Option ist, hängt in hohem Maße davon ab, ob sich Fahrzeuge und Infrastruktur als sicher, zuverlässig und widerstandsfähig erweisen. Die Auswahl und Spezifikation der richtigen Komponenten für Wasserstoffsysteme trägt dazu bei, dass die Technologie langfristig ihr volles Potenzial entfalten kann.
Sie möchten mehr erfahren? Swagelok bietet eine große Auswahl an Kugelhähnen, Nadel- und Rückschlagventilen für Wasserstoffanwendungen sowie ein umfassendes Portfolio an weiteren Komponenten für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Wasserstoffsystemen. Unsere Experten für Wasserstoffsysteme unterstützen Sie gerne bei der Auswahl der richtigen Komponenten für Ihre Anforderungen.
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