近年来,氢已成为最具吸引力的替代燃料之一选择oem厂商寻求大幅度削减温室气体排放的发动机。这是有充分的理由——是真正的零排放氢燃料,排放只有空气和水生成所需的重要的马力和扭矩时的各种重型应用程序。技术正迅速发展,政府和行业领袖继续解决的一些障碍广泛采用并提供支持oem开发可靠的基础设施和高性能燃料电池系统。
氢作为燃料来源有一些特殊的考虑,必须与材料选择和关键系统组件的规范。系统(参见下面的图1)负责机上的储氢和氢和氧转化为电能,通常涉及各种阀门、配件、和油管。在这里,这些组件必须交付不妥协的,杜绝了性能- - - - - -车辆和司机的安全依赖于它。同样,加油所需的基础设施,将更广泛的采用必须能够可靠地控制和传输大量的氢从储油罐汽车需要加油。
所涉及的流体系统执行这些任务非常重要,他们不应被忽视的oem厂商在设计阶段氢汽车或充气站。本文将探讨一些挑战固有的氢燃料系统车辆应用程序以及如何克服它们通过选择高性能的元件部分。
图1:材料选择和规范的关键系统组件存储氢的车辆必须仔细考虑以满足应用程序的需要。
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氢脆和材料问题
腐蚀是一个问题,可以在行车车辆瘟疫任何金属系统,它通常是加剧了各种驾驶和操作注意事项。城市公交运营在一个下雪的北美气候,例如,可能不得不面对道路除冰盐或其他形式的治疗,可以严厉的设备。
这些氢容器条件下尤其具有挑战性由于现象称为氢脆。因为氢分子非常小,他们倾向于扩散到金属,使它们变得脆弱。这个问题影响了传统的316不锈钢,通常用于阀门、配件、和油管部署在氢汽车架构。
这可能成为影响系统性能的一个重要问题。溶解氢原子会导致金属的力学性能和行为的变化,包括减少其延性、冲击强度、断裂韧性和抗疲劳(参见下面的图2)。实际上,氢脆可能导致低等级的不锈钢铸铁相似的波动- - - - - -高度脆弱,更容易受到腐蚀和开裂。受到足够的静态或循环拉伸应力,使变脆不锈钢是失败的风险更大。考虑到这个问题,一个氢系统,设计和建造了高品位不锈钢更耐脆化可以长期更可靠。
更高的区别进行不锈钢吗?例如,316/316L不锈钢,包括14 - 30%镍内容将显示脆化相对较少。这些更高的比例有助于促进更大的韧性和耐蚀性。相反,较低的铁素体合金镍含量会明显使变脆,当氢原子扩散到这些材料。虽然ASTM国际需要最低的10% 316年镍不锈钢配方,这些配方至少12%镍可以更适合独特的运营挑战固有的氢的相互作用。
图2:氢脆可能导致低等级的不锈钢同样采取行动把iron-highly脆弱,更容易受到腐蚀和开裂。
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提高储氢的压力
的压力气体存储氢气运输的另一个独特的考虑。随着技术的进步,压力上升- - - - - -压力越高,车辆的范围。
许多现代氢燃料电池汽车商店在350年或700年酒吧(5000或10200 psi),这通常是由应用程序的需求。车辆组成一个短程舰队,例如,通常有350条存储。范围,因此存储压力,可以降低因为车辆将返回一个集中的中心每晚加油。相比之下,长途运输的应用程序将需要700条存储运营商正在寻求获取范围,通常大于400英里(643.7公里)。
高压力需要高性能和传统组件通常并不适用。严格的监管标准必须经常为氢燃料服务得到满足。欧盟(EC) 79/2009号H2监管在欧洲,例如,必须满足任何组件,旨在处理压缩氢和公称工作压力超过30条(435 psi)。这包括350 -棒系统和高压700 -棒系统,满足不断发展的市场需求正变得越来越普遍。由于这些原因,重要的是,oem厂商寻找并指定油管和管配件满足(EC)没有对欧洲79认证,并为北美HGV3.1认证。
运行振动
除了他们的能力来处理高压力,配件和连接在氢汽车应用程序必须能够承受常数和重复的振动,同时保持其密封性。
考虑,例如,传统的锥螺纹管和管配件,广泛用于各种工业应用。持续的振动会导致锥和线程配件放松随着时间的推移,特别是锥和螺纹连接是由手动。管质量的准备和完成的连接可以相差很大取决于技巧和经验水平的安装程序。氢气不原谅这些缺陷- - - - - -微小的氢分子再次会导致潜在问题如果操作振动造成即使是最轻微的打开连接,允许氢气逃脱通过即使很少的空间。
Two-ferrule拟合系统可以在这里做一个更好的选择。双箍设计(见下面的图3)可以创建一个双油管机械控制系统,有效地减少配件后退的可能性,即使受到连续操作振动。这种风格的管配件另外不易被手动安装错误。新风格的two-ferrule配件是专门为氢是由线程一个预装配的墨盒(包括螺母、两个金属环和一个塑料杆)到合适的身体。然后插入管,建立一致性,和一个整圈应用于完成连接。与空白检验规检查后,安装完成,准备使用。
图3:Two-ferrule拟合系统可以创建一个双油管机械控制系统,有效地减少配件后退的可能性,即使受到连续操作振动。
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氢燃料系统的做出正确的选择
总之,氢燃料系统有独特的要求必须满足每个组件导致可靠、安全运行。材料打击氢脆,必须能够承受腐蚀;它们必须能够包含压缩氢气在越来越高的压力达到更高的里程范围;他们必须能够承受振动连续操作和维护密封性。
除了确保高性能组件的规范,可以满足这些要求,设计师和制造商应该与零部件供应商相当大的工作,在氢空间广泛的经验。材料科学知识以及经验帮助oem厂商建立可靠的系统在各种气体的应用程序中,可以是一个组织试图抓住新机遇的主要优势在氢气运输市场。
这篇文章是由查克海耶斯、原理工程师Swagelock有限公司
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关于作者
查克海耶斯是首席工程师接头套管公司。他一直与接头套管近30年来,有着丰富的经验和带头新产品技术和发展,帮助客户在不同的行业。
