수소 연료 전지 차량의 부품 선택 최적화

수소 연료 전지 차량의 부품 선택 최적화

Chuck Hayes, 수석 엔지니어

전 세계적으로 수소 이동성과 이를 가능하게 하는 인프라에 상당한 투자가 이루어지고 있습니다.

왜요? 자동차 제조업체가 더 높은 효율성을 추구하고 배기 가스를 줄이기 위해 노력함에 따라 수소 연료 전지 기술은 점점 더 매력적이 되었습니다. 수소 연료 전지 차량은 수소 가스와 산소를 사용하여 전기 모터에 동력을 공급하는 연료 전지에서 전기를 생성하여 무공해 작동, 주요 마력 및 중부하 작업에 필요한 토크를 제공합니다.

빠르게 움직이고 빠르게 진화하는 유망한 기술이자 시장입니다. 정부와 업계 리더는 채택 장벽을 해결하고 수소 운송의 지원 및 개발에 진정으로 투자하고 있습니다. 구성 요소의 관점에서, 우리는 차량 자체 내에서 그리고 대규모 채택에 필요할 급성장하는 인프라의 일부로 수소 연료 전지 기술의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있는 올바른 솔루션을 제공하기 위해 노력해 왔습니다.

차량 및 기반 시설의 안정적인 작동을 위해 수소 구성 요소를 선택하고 지정할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 고려 사항이 있습니다. 다음은 염두에 두어야 할 몇 가지 사항입니다.

재료 선택 문제

부식 제어는 튜브 피팅과 관련된 모든 응용 분야에서 중요하지만 수소 억제는 특정하고 고유한 문제를 제기합니다. 수소 취성은 수소 차량 구조에서 일반적으로 사용되는 것을 포함하여 피팅, 밸브 및 튜브에 사용되는 광범위한 합금 유형인 316 스테인리스강에 영향을 줄 수 있습니다.

이 현상은 부분적으로 수소가 매우 작은 분자로 구성되어 있기 때문에 발생합니다. 너무 작아서 수소가 재료의 입방 격자 네트워크 벽으로 이동하여 분자 결합을 풀고 재료의 무결성을 손상시킬 수 있습니다. 실제로, 수소 취성은 일부 등급의 스테인리스강이 주철처럼 작용하도록 할 수 있습니다. 매우 부서지기 쉽고 균열이 생기기 쉽습니다.

따라서 수소 인프라 설계자는 스테인리스강의 구성에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 더 높은 농도의 크롬과 니켈은 더 큰 연성과 내식성을 촉진하여 수소 취성을 방지할 수 있습니다. ASTM(American Society for Testing and Materials)은 316 스테인리스강 조성에 최소 10%의 니켈을 요구하지만 12%의 최소 니켈을 포함하는 고품질 316 스테인리스는 수소라는 고유한 문제에 더 적합합니다. Swagelok은 최소 12%의 니켈을 함유한 스테인리스를 사용합니다.

압력을 받는 성능

누출에 대한 저항은 모든 유체 시스템에서 매우 중요합니다. 그러나 수소 차량 및 인프라 응용 프로그램 내에서 연결할 때 구성 요소 유형을 선택하고 지정할 때 몇 가지 특별한 고려 사항이 있습니다.

첫째, 수소 저장은 고압입니다. 압력이 높을수록 차량 범위가 더 멀어집니다. 오늘날의 수소 차량은 응용 분야의 요구 사항에 따라 350bar 또는 700bar(5,000psi 또는 10,200psi)에서 가스를 저장합니다. 예를 들어, 많은 단거리 차량은 350bar(5,000psi)를 사용하며, 각 차량이 연료 보급을 위해 매일 밤 중앙 허브로 돌아올 수 있다는 것을 알고 있습니다. 트럭 운송과 같은 장거리 애플리케이션에서 700bar(10,000psi)는 제조업체가 400마일(1,000km)을 목표로 하는 훨씬 더 긴 범위를 제공합니다. 더 높은 압력에는 더 높은 성능의 구성 요소가 필요하며 기존 옵션은 단순히 적용할 수 없습니다.

진동 저항도 중요합니다. 산업 응용 분야에서 중요하지만 수소 응용 분야의 피팅 및 연결부는 움직이는 차량과 관련된 반복적이고 일정한 진동을 안정적으로 견딜 수 있어야 합니다. 예를 들어, 원추형 및 나사산 피팅은 수동으로 만들어집니다. 튜브 준비의 품질은 설치자에 따라 다를 수 있으며 수소는 불완전성을 매우 용납하지 않습니다. 아주 작은 분자 가스는 아주 작은 공간으로도 빠져나갈 수 있으며, 아주 작은 누출이라도 큰 문제가 될 수 있습니다. Swagelok의 FK 시리즈와 같은 일관되고 진보된 기술만이 올바른 성능을 제공할 수 있습니다.

애플리케이션별 구성요소

수소 운송 공간 전체에 걸쳐 차량마다 설계 및 구성 요소 요구 사항이 다릅니다. 수소 연료 전지 전력의 주요 기회 영역인 시영 버스 차량을 고려하십시오. 지붕에 저장 탱크가 있기 때문에 버스 아키텍처에는 장거리 차량에 비해 고유한 유연성이 필요합니다. 따라서 350bar(5,000psi)를 처리할 수 있는 안정적인 호스는 강철 튜브의 강성 대신 약간의 유연성을 제공합니다.

여기서 호스 선택이 올바른 기준을 충족하는 것이 중요합니다. 고성능 316 스테인리스강 제제가 수소 응용 분야 전반에 걸쳐 튜브 및 피팅에 대해 고려되어야 하는 것과 같은 이유로, 브레이드 위에 금속이 있는 폴리머 코어 호스는 수소 버스에서 절단되지 않습니다. 설계자는 특정 응용 분야를 처리하기 위해 고품질 재료로 만들어진 호스를 선택함으로써 동일한 고려 사항으로 호스 선택을 보아야 합니다.

강력한 지원

수소 운송이 나타내는 잠재력에 도달하기 위해 설계자와 제조업체는 수소 공간에서 상당히 광범위한 전문 지식을 갖춘 부품 공급업체와 협력해야 합니다.

우리 팀은 조직의 역사를 통틀어 수소를 포함한 기체 시스템으로 작업해 왔습니다. 구성 요소 성능 및 재료 과학 우수성에 대한 당사의 전문 지식은 강력하고 전 세계적으로 도달할 수 있는 서비스 및 지원과 결합되어 수소 운송 분야의 제조업체가 모든 곳에서 새롭고 성장하는 기회를 포착하는 데 도움이 될 수 있습니다.

더 배우고 싶으신가요? 지금 바로 Swagelok에 연락하여 신뢰할 수 있는 수소 운송 차량 및 인프라 구축을 도울 수 있는 방법을 알아보십시오.