使用氢作为燃料来源并不是一个新概念。例如，在工业和加工厂的一些应用中，氢已经使用了很多年。最近，由于氢气的诸多好处，它正逐渐成为交通运输行业中一种可行的燃料解决方案。然而，由于许多标准的制定工作仍在进行中，在氢气组件需要哪些认证以及原始设备制造商(oem)应该如何设计他们的系统以确保安全、无泄漏和高效方面仍存在一些模糊。
随着越来越多的运输oem厂商开始考虑转向氢燃料，了解成功的关键和避免什么是至关重要的。本文主要关注帮助确保您的系统被正确设计并保持无泄漏的关键注意事项。
氢燃料系统简介
不久以前，氢曾一度被视为未来的发展方向，并有望在交通运输行业的许多领域占据主导地位。这是因为氢比其他替代品有几个好处。首先，它是一种清洁、无碳的燃料，在燃料电池中使用时，它唯一的副产品是水。此外，由于其在高压下的压缩能力，它是高效的，可以延长车辆的航程。但是使用氢的挑战——包括无泄漏储存、高成本和缺乏基础设施——之前已经限制了它的发展。
快进到今天，我们看到了一些积极的趋势，它们正在改变现状，并为氢燃料电池汽车提供了一条现实的发展道路。供应商已经逐步消除了许多技术限制，并正在努力降低与氢系统相关的成本。此外，政策制定者和监管机构正在努力促进可持续加油基础设施的建设，以支持氢燃料汽车的发展。随着这些趋势的发展，现在是整车厂考虑如何将氢技术融入现有产品和运营的好时机。
气体vs液态氢
需要注意的是，氢气可以以气体或液体的形式储存在车辆上。在本文中，我们主要关注气态氢，因为气态氢已经占据了很大的市场份额，采用气态氢的障碍要小得多。虽然液氢可以为汽车提供更长的航程，并可能被证明是未来首选的氢状态，但目前它更昂贵，更难处理。
存储也是一个重要的考虑因素。气态和液态氢都需要储存在专门的储罐中。气态氢气需要高压储罐(车载储罐350巴至700巴，加气站储罐甚至更高)。相比之下，以液体形式储存氢气需要控制低温。
虽然本文的其余部分主要关注气态氢，但以下大多数设计考虑因素都与两种介质类型一致，重要的是要让原始设备制造商和最终用户与了解应用程序差异和需求的组件和供应商合作。
无泄漏连接在氢气系统中的重要性
氢分子本身的性质在指定成分时提出了重大挑战。氢是一种小分子气体，它可以通过最狭窄的缝隙和裂缝逸出。再加上高存储压力，很容易看出为什么在连接组件时确保无泄漏密封对安全、效率和总体拥有成本至关重要。
燃料泄漏从来不是好事，但当氢气是燃料来源时，尤其在泄漏的可燃气体无法消散的封闭区域，泄漏的代价会特别高，也会特别危险。虽然技术的进步使氢气的使用更加安全，但在选择系统组件时仍有许多安全标准需要考虑。
因此，与了解氢的本质以及如何设计一个安全高效的系统的供应商合作是很重要的。并不是所有的制造商都有使用氢的经验，所以在选择供应商之前一定要询问公司使用这种挥发性燃料的记录。
ORFS配件最初是为严酷的农业和建筑市场开发的，现已成功应用于包括氢气在内的替代燃料市场。
派克汉尼汾公司
材料兼容性问题限制了产品选择
在今天的市场上，氢系统组件的产品选择可能相当有限。许多用于传统液压和气动应用的材料(包括金属和弹性体)要么与氢气不兼容，要么缺乏承受所需存储压力的鲁棒性。
氢应用的第一个主要问题是氢脆，也被称为氢辅助开裂或氢诱导开裂。其特征是由于吸收了氢而使金属的延展性降低。由于氢原子很小，它们更容易渗透到固体金属中。一旦被吸收，氢就会降低金属裂纹产生和扩展所需的应力，从而导致脆化。氢脆主要发生在钢中，以及铁、镍、钛、钴及其合金中。甚至某些等级的不锈钢也可能不适合与氢气一起使用。
在为氢气系统选择金属组件时，重要的是不仅要检查金属的等级，还要知道它是如何加工和处理的(包括表面光洁度等)，以及它将如何在整个系统中使用。例如，某一特定等级的不锈钢可以在系统中低压的区域安全使用，但在高压的区域则完全不兼容。
对于弹性体，渗透性、温度和兼容性问题也会限制它们在氢环境下的使用，特别是在高压应用场合。同样，与了解材料兼容性并能推荐适合氢气系统的解决方案的供应商合作是很重要的。
使用氢气时元件设计的特殊考虑
虽然合适的选择似乎是一个简单的过程，但在处理更具挑战性的介质时，比如氢气，存在更多的影响，需要考虑更多的因素．如前所述，材料兼容性是首要和最关键的考虑因素。然而，还有其他几个重要的因素需要检查，从组装、维护和特定的应用程序变量(如振动和包络空间)。例如，振动在大多数交通方式中普遍存在，包括公路上和非公路上的车辆、火车和公共汽车，它会导致系统内部的结构问题并导致泄漏。
在满足了材料兼容性需求之后，考虑各种装配限制也是很重要的。许多运输车辆有狭窄的空间和狭窄的弯道，这使它难以运行管道或使用需要更大间隙的装配工艺。在评估选择时，首先问以下问题:
- 管制造过程中的重复性有多重要?
- 扭矩是首选的装配方法吗?
- 对系统后期的维护和更换系统部件(如阀门、过滤器和歧管)有多重要?
当涉及到配件时，通常决定使用压缩配件或o形环面密封(ORFS)配件。压缩配件是一项较老的技术，已经成功地应用于许多使用氢气的应用，特别是在大型工业设施，如加工厂。ORFS配件最初是为苛刻的农业和建筑市场开发的，在过去的几十年里已经成功地采用了替代燃料市场(如压缩天然气，液化天然气或氢气)，因为一些独特的设计特点，使它们在运输行业特别有吸引力。
通过在配件设计中引入弹性密封，ORFS配件在较高压力下更加坚固无泄漏，在高振动应用中提高了性能，由于可更换的o形环，可以方便地维护。从程序集的角度来看，ORFS有许多优点。
首先，ORFS连接件的几何形状允许零间隙配合，这使得管道和安装在狭窄空间的过程更简单。其次，这些配件可以使用扭矩进行组装，这就允许不同技术人员之间的重复性，以及无论是原始组件还是更换部件的工艺一致性。最后，接头的平面意味着过度扭矩(并可能损坏管道)几乎是不可能的，因为接头可以承受高达200%的额定扭矩值。所有这些都降低了安装成本，简化了维护，最重要的是，减少了管道连接的潜在泄漏路径。
现在，有各种ORFS配件可供使用，每种配件都有自己的属性。然而，并不是所有的生物都生来平等，也不是所有的生物都适合使用氢。例如，Parker的Seal- lok o形环密封件具有独特的设计，可以在高压、高振动和冲击环境下提供无泄漏连接，也适用于与氢气一起使用。其氢额定弹性密封消除了金属对金属密封的需要，其零间隙配合方便管道。它还可以抵抗过扭矩和过紧造成的损坏，它的平面允许无限的能力重新组装管组件。此外，其创新的附着o形环槽创造了鸽子尾唇，有助于在运输和组装期间保持密封的位置。
虽然配件很重要，但在使用氢气时，它们并不是唯一值得特别考虑的部件。在选择阀门、调节器和过滤器时，必须考虑材料兼容性和产品特性。考虑整个系统以及组件如何相互配合是很重要的。同样重要的是，选择一个供应商，提供一整套氢认证产品(前置和后调节器)，可以简化设计过程，为最终用户提供额外的价值，并确保氢燃料的安全运输。
结论
任何部件都可能成为燃料系统中的薄弱环节，造成泄漏，特别是使用像氢这样的小分子介质时。所以，一定要仔细评估氢气系统中的每一个组件的兼容性，并确认它能承受整个系统中组件所承受的压力。
采用系统方法，与了解氢气系统的挑战和需求的可靠供应商合作，可以确保整车厂指定经氢气批准的组件，并确保它们的尺寸适合燃料系统的区域。通过这种方式，为应用程序选择和放置正确的组件在哪里他们需要设计一个无泄漏的氢气系统。
Cody Yarletts是Parker的业务开发经理，Nathan Green是应用工程师。
