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燃料电池系统中哪些类型的介质需要密封？
- 冷凝水 (H20)
- 空气
- 氢气 (H2)
燃料电池阀门密封对氢气有哪些具体要求？
任何与氢接触的组件都必须仔细选择，以符合这些特殊要求并减轻相关风险：
- 耐高压
- 密封完整性（在储存和电化学过程中）
- 阀门的热管理
- 防止密封件渗透和脆化
- 无泄漏
与氢接触的这些部件包括阀门，还包括接头、相关管道、耦合器和配件。
这些要求对于高压氢气罐尤为重要，高压氢气罐既可用于加氢站，也可用于氢燃料电池驱动的车辆或机器。
静密封与动密封有何区别？
a) 静态密封
静态密封的特点是密封面和配合面之间没有移动。根据连接的设计，静态密封可用作径向静态密封（例如在管道或气缸中）或轴向静态密封（例如在法兰中）。最常见的静态密封是 O 形圈和平垫圈。为了建立密封功能，静态密封件在安装过程中受到挤压。
静密封示例
b) 准静态密封
压力释放和开/关应用中的密封主要为准静态密封。然而，阀门必须设计成当达到预定压力或启动时打开。一旦通道再次关闭，必须保证密封功能。根据应用要求，循环次数可能有很大差异。
准静态密封示例
c) 动态密封
比例阀具有控制功能。它们调节液体或气体的体积流量。它们特别用于动态改变流体量。它们也称为控制阀或用作压力调节器。根据控制要求，密封面和配合面之间存在平移和/或旋转运动。密封件和对应件之间的这种相对运动定义为动态密封。选择动态密封时需要考虑运动的类型（平移/旋转）和速度。
动态密封示例
燃料处理系统中氢气阀门的密封件
阀门在燃料处理系统中起什么作用？
燃料电池系统分为四个子系统：
- 燃料处理系统
- 空气处理系统
- 热管理系统
- 燃料电池组
所有子系统的功能完美匹配，以实现燃料电池的最佳性能。
在这种情况下，燃料处理系统中的阀门需要供应和调节入口处的氢气流量，并清除设备出口处的冷凝水。通常使用两种类型的阀门。一种具有开/关功能，用于排出冷凝水或关闭储罐，一种比例阀用于调节流向电池组入口的流量。氢气调节阀或储罐溢流阀就是这里的例子。
燃料处理系统中的氢气阀门中的密封件起什么作用？
密封件是技术系统中两个功能元件之间接口使用的部件。密封件的作用是防止系统中任何介质或压力的意外损失。密封件不应对设备的理想功能产生任何影响。然而，在实践中，尤其是动态密封件，需要做出妥协。因为密封件的摩擦和材料特性对效率有重大影响。
此外，由于氢气极易挥发且易燃，因此氢气的处理至关重要。
因此，燃料电池系统中使用的氢阀密封件起着非常重要的作用。不仅效率、工艺稳定性和可重复性，而且整个系统的安全性都取决于它们。
氢气阀门的密封件采用哪些设计和材料？
为了确保静态和动态模式下的最小泄漏率，密封件的设计和材料需要与安装空间和应用数据完美匹配。特殊设计的弹簧加压密封件是氢气阀门的良好选择。密封体和支撑环的定制设计支持耐压性。通常使用在负载下变形较小且渗透率极低的耐高压材料，例如改性 PTFE 和 PEEK 复合材料。但如果功能得到证实，也可以选择更经济的材料。
燃料电池阀门密封在氢阀门中的关键性能标准/要求是什么？
密封件的关键性能要求是：
- 承受超过 800 bar 的高压
- 静态和动态模式下泄漏低
- 高功能和化学稳定性
- 高可靠性
- 低摩擦和磨损
- 应对极端条件，如高温/低温或振动
- 在预期使用寿命内符合安全要求
阀门设计和阀门类型及其对密封类型选择的影响
氢气阀门必须控制氢气流量且几乎不泄漏，这可以通过使用低氢渗透性的可靠密封件来实现。不同类型的阀门设计用于密封燃料电池系统中的介质：
- 针阀
- 球阀
- 柱塞式/活塞阀
- 旋转阀
- 波纹管式电磁阀
阀门上使用的驱动机制对所用密封类型的选择有很大影响。
阀门密封件安装在燃料电池系统中使用的各种不同类型的阀门中，这些阀门可分为需要动态密封的“比例”或“压力调节”型阀门，以及需要静态密封的“压力释放”型阀门和“开/关”型阀门：
a) 比例阀
- 燃料电池堆入口计量阀
- 调压阀
b) 压力释放阀
- 热压释放阀
- 压力控制阀
- 蒸发阀
- 安全/截止阀
- 清洗/排水阀
c) 开/关阀
- 氢气罐截止阀
- 燃料电池冷凝水排水阀
- 氢气加气站充气阀
- 氢气瓶截止阀（加气站）
高压氢气瓶充气阀软密封接触压力特性
充氢阀是高压储氢瓶（HP-HSC）充氢口的重要部件，为开启阀设计，在高压储氢瓶充满氢气后，常闭。充氢阀密封一旦损坏，将严重影响供氢系统的稳定运行，甚至可能引发安全问题，因此充氢阀的密封性能至关重要。
影响这种充气阀密封性能的参数包括预压缩、密封宽度和密封接触面上的氢气压力。这些因素结合起来会对密封产生所谓的接触压力，是造成密封材料不良或有益变形（即形状变化）的一个因素。这种现象可用于改善氢气加气站 HP-HSC 装置中使用的充气阀设计中的密封性能。
带密封件的高压泵
用于静态和动态密封的活塞或杆密封
氢存储、移动和燃料电池装置的密封解决方案需要聚合物、合成橡胶化合物和氢应用专用金属方面的材料专业知识。这在涉及动态密封的设计中尤其重要，因为它使用以下材料实现：
- 高速唇形密封件
- 低摩擦唇形密封件
仅金属密封件在动态密封应用中很少能产生令人满意的效果。此外，在氢气应用中，还需要考虑脆化问题。由合成橡胶、丁腈或 PTFE 化合物等化合物制成的柔性或塑性密封件在动态密封要求方面表现得更好。具体到氢气阀门，由这些材料制造的相关部件包括：
- 燃料电池阀门密封圈
- 燃料电池阀门径向密封件
- 燃料电池阀唇形密封件
然而，许多设计需要采用复合方法，结合金属和软材料，以实现所需的接触压力特性和低氢渗透性。
弹簧加压径向密封件或弹簧加载唇形密封件在静态和动态高压氢气阀门密封应用所要遵守的所有关键性能参数方面都取得了令人满意的结果。
内容由 ElringKlinger Engineered Plastics 提供
ElringKlinger 工程塑料– 高性能塑料创新 – 50 多年来，ElringKlinger 工程塑料一直是密封件、工程设计元件、组件和模块的技术领导者之一。在 ElringKlinger，创新始终始于材料。由于内部材料开发和配混，Polytetraflon™-PTFE 材料和 Moldflon™-热塑性材料可以定制。我们不仅通过使用有限元方法 (FEA) 优化组件，而且还通过选择合适的材料来实现客户的最佳性能。
最后更新：2023.1.15