水素燃料電池車のコンポーネント選択の最適化

水素燃料電池車のコンポーネント選択の最適化

主任エンジニア、Chuck Hayes

世界中で、水素モビリティとそれを可能にするインフラストラクチャに多額の投資が行われています。

なんで？自動車メーカーがますます効率を高め、排出量を削減しようとするにつれて、水素燃料電池技術はますます魅力的になっています。水素燃料電池車は、水素ガスと酸素を利用して燃料電池で電気を生成し、電気モーターに電力を供給し、ゼロエミッション動作、主要な馬力、およびヘビーデューティーアプリケーションに必要なトルクを提供します。

これは有望な技術であり、急速に変化し、急速に発展している市場です。政府と業界のリーダーは、採用の障壁に取り組み、水素輸送のサポートと開発に真に投資しています。コンポーネントの観点から、当社は水素燃料電池技術がその可能性を最大限に発揮できるように、車両自体と、大規模な採用に必要となる急成長中のインフラストラクチャの一部として、適切なソリューションを提供することに取り組んできました。

車両とインフラストラクチャの信頼性の高い動作のために水素コンポーネントを選択および指定する際には、考慮しなければならない重要な考慮事項がいくつかあります。注意すべき点がいくつかあります:

材料選択の重要性

腐食制御は、チューブ継手が関係するすべてのアプリケーションで重要ですが、水素の封じ込めには、特定の独自の課題があります。水素脆化は 316 ステンレス鋼に影響を与える可能性があります。これは、水素自動車のアーキテクチャで一般的に使用されるものを含め、フィッティング、バルブ、およびチューブに使用される広範な合金タイプです。

この現象は、水素が非常に小さい分子で構成されているために発生します。水素が非常に小さいため、水素が材料の立方格子ネットワーク壁に移動し、分子結合を解き、材料の完全性を損なう可能性があります。実際には、水素脆化により、一部のグレードのステンレス鋼が鋳鉄のように機能する可能性があります。非常に脆く、割れやすい.

そのため、水素インフラの設計者は、ステンレス鋼の組成に細心の注意を払う必要があります。クロムとニッケルの濃度を高くすると、延性と耐食性が向上し、水素脆化を防ぐことができます。米国材料試験協会 (ASTM) では、316 ステンレス鋼の組成に最低 10% のニッケルを必要としていますが、水素特有の課題には、最低 12% のニッケルを含む高品質の 316 ステンレス鋼の方が適しています。 Swagelok では、ニッケルを 12% 以上含むステンレスを使用しています。

プレッシャー下でのパフォーマンス

漏れに対する耐性は、あらゆる流体システムにおいて重要です。ただし、水素自動車およびインフラストラクチャ アプリケーションでは、接続時にコンポーネントの種類を選択および指定する際に考慮すべき特別な考慮事項がいくつかあります。

まず、水素貯蔵は高圧です。圧力が高いほど、車両の航続距離は長くなります。今日の水素自動車は、用途のニーズに応じて、350 bar または 700 bar (5,000 psi または 10,200 psi) でガスを貯蔵します。たとえば、多くの短距離艦隊は 350 bar (5,000 psi) を使用しており、各車両が毎晩給油のために中央ハブに戻ることができることを知っています。トラック輸送などの長距離用途では、700 bar (10,000 psi) ははるかに長い範囲を提供し、メーカーは 400 マイル (1,000 km) を目指しています。より高い圧力にはより高性能のコンポーネントが必要であり、従来のオプションは適用できません。

耐振動性も重要です。工業用アプリケーションでは重要ですが、水素アプリケーションのフィッティングと接続は、移動中の車両に関連する繰り返し絶え間ない振動に確実に耐えることができなければなりません。たとえば、コーン アンド スレッド フィッティングは手作業で作成されます。チューブの準備の質は、設置者によって異なります。また、水素は不完全であることを非常に許しません。微小分子のガスは、非常に小さな隙間からも漏れる可能性があり、わずかな漏れでも大きな問題になる可能性があります。 Swagelok の FK シリーズのような高度で一貫したフィッティング技術だけが、適切な性能を提供できます。

アプリケーション固有のコンポーネント

水素輸送スペース全体にわたって、車両ごとに設計とコンポーネントの要件が異なります。水素燃料電池発電の主要な機会である市営バス車両について考えてみましょう。屋根に貯蔵タンクがあるため、バスのアーキテクチャには、長距離車両に比べて固有の柔軟性が必要です。そのため、350 bar (5,000 psi) を処理できる信頼性の高いホースは、鋼管の剛性の代わりにある程度の柔軟性を提供します。

ここでは、ホースの選択が正しい基準を満たすことが重要です。高性能の 316 ステンレス鋼の配合は、水素用途のチューブとフィッティングに全面的に考慮する必要があるのと同じ理由で、金属を編組したポリマー コア ホースは、水素バスでは切断されません。設計者は、特定の用途に対応するために高品質の素材で作られたホースを選択することにより、同じ考慮事項でホースの選択を検討する必要があります。

強力なサポート

水素輸送が表す可能性に到達しようとする際、設計者と製造業者は、水素分野でかなりの幅広い専門知識を持つコンポーネントサプライヤーと協力する必要があります。

私たちのチームは、組織の歴史を通じて、水素を含む気体システムを扱ってきました。コンポーネントの性能と材料科学の卓越性に関する当社の専門知識を、堅牢でグローバルに広がるサービスとサポートと組み合わせることで、水素輸送分野の製造業者があらゆる場所で新しく成長している機会をつかむのに役立ちます。

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