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在氫燃料電池汽車車載供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，面臨氫氣壓力高、分子小、易泄漏等問題，經(jīng)常會(huì)遇到金屬材料的氫脆和嚴(yán)酷的外部環(huán)境(如外部環(huán)境的溫度變化和顛簸路段引起的振動(dòng))。那么，在設(shè)計(jì)安全的車載供氫系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該考慮哪些因素呢?
一是選擇安全的連接形式和高性能抗氫脆金屬材料。
1.連接形式
管道系統(tǒng)泄漏是困擾車載供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的一個(gè)問題，除了靜態(tài)泄漏外，氫氣壓力波動(dòng)、溫度變化和振動(dòng)環(huán)境也會(huì)引起動(dòng)態(tài)泄漏，造成嚴(yán)重的安全事故。
2.金屬材料
金屬材料在高壓氫環(huán)境中容易發(fā)生氫脆。氫脆材料在高壓下會(huì)產(chǎn)生裂紋和失效，導(dǎo)致氫氣泄漏和危險(xiǎn)。因此，對(duì)金屬材料的基本要求是具有良好的抗氫脆性能。
世偉洛克對(duì)316SS的抗氫脆性能進(jìn)行了專門的研究，選取不同Ni含量（11Ni、12Ni、13Ni）的316材料，分別制備4mm試樣，在H2飽和狀態(tài)下，壓力138Mpa，溫度300℃的高壓滲透反應(yīng)爐中貯存240小時(shí)，力學(xué)性能如伸長(zhǎng)率，與未發(fā)生氫蝕的試樣一起測(cè)試了拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。結(jié)果表明，鎳含量越高，抗氫脆能力越強(qiáng)。當(dāng)鎳含量大于12%時(shí)，斷面收縮率（延性）穩(wěn)定在較高水平。車載供氫系統(tǒng)選用氫奧氏體不銹鋼材料時(shí)，鎳含量應(yīng)大于12%。
世偉洛克316不銹鋼是由超過(guò)12%的鎳特別配制而成，可在高壓氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的流體部件中提供更好的抗氫脆性，提高閥門和管道部件在高壓氫氣環(huán)境中的耐久性。
二是系統(tǒng)化功能設(shè)計(jì)。
車載供氫系統(tǒng)由加氫管路系統(tǒng)、供氫管路系統(tǒng)和排放管路系統(tǒng)三部分組成。
三是加氫管路系統(tǒng)。
加氫管道主要用于從加氫機(jī)向車載儲(chǔ)氫瓶輸送氫氣。主要由加氣口、單向閥和過(guò)濾器組成。加氫管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：
加氫口，國(guó)標(biāo)要求加氫口設(shè)計(jì)應(yīng)配備內(nèi)置單向閥，防止氣體泄漏，并內(nèi)置過(guò)濾器，防止污染物損壞內(nèi)部單向閥，國(guó)內(nèi)外廠家的加氫口一般內(nèi)置精度為40-50μm的過(guò)濾器和單向閥。
單向閥，加氫管道通常配備單獨(dú)的單向閥。當(dāng)加氫口損壞或加氫口密封不嚴(yán)，導(dǎo)致高壓管道漏氫時(shí)，此單向閥可阻斷漏氫。
過(guò)濾器，考慮到加氫口內(nèi)置過(guò)濾器過(guò)濾精度不高，一般在加氫管道單向閥前安裝t型過(guò)濾器。該過(guò)濾器防止顆粒雜質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)氫瓶，同時(shí)防止顆粒雜質(zhì)導(dǎo)致止回閥密封不嚴(yán)。t型過(guò)濾器過(guò)濾面積大，約為管道流通面積的6倍，維修時(shí)更換濾芯非常方便。加氫管道過(guò)濾器的典型過(guò)濾精度為15μm。
四是供氫管路系統(tǒng)。
供氫管路主要實(shí)現(xiàn)從儲(chǔ)氫瓶到燃料電池的氫氣傳輸功能，35Mpa（或者70Mpa）的高壓氫氣經(jīng)過(guò)兩級(jí)減壓給燃料電池提供所需的氫氣。一般包括儲(chǔ)氫瓶瓶口組合閥（手動(dòng)閥門、電磁閥、TPRD）、過(guò)流閥、過(guò)濾器、減壓閥、安全閥、排空閥和電磁閥等。供氫管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：
過(guò)流閥，是一種安全保護(hù)裝置。當(dāng)過(guò)流閥流量異常增大時(shí)，該閥可以有效自動(dòng)切斷儲(chǔ)氫容器的氫氣供應(yīng)，主要是防止管路發(fā)生破裂等意外。通常建議過(guò)流閥安裝在瓶口組合閥上或是緊鄰儲(chǔ)氫瓶出口。
過(guò)濾器，一般在供氫管路減壓閥前，會(huì)配置一個(gè)過(guò)濾精度更高的T型過(guò)濾器，此過(guò)濾器主要功能是凈化氫氣，攔截顆粒雜質(zhì)，防止污染電堆，同時(shí)考慮到減壓閥的密封對(duì)顆粒雜質(zhì)比較敏感，此過(guò)濾器也起到了保護(hù)減壓閥的作用。供氫管路上的過(guò)濾器過(guò)濾精度典型值為7μm。
減壓閥，為了保證供氫管線的性能，減壓閥應(yīng)保證在不同工況下輸出壓力的穩(wěn)定性，無(wú)論因氫氣消耗而引起的進(jìn)口壓力衰減或氫氣流量變化如何。為了減小減壓閥進(jìn)口壓力衰減對(duì)出口壓力穩(wěn)定性的影響，建議減壓閥采用閥芯開度平衡閥芯設(shè)計(jì)。二級(jí)減壓閥采用機(jī)械反饋、電控減壓閥或比例閥，減小不同工況下流量波動(dòng)引起的出口壓力變化。
卸荷閥或安全閥可在管道壓力超過(guò)一定限度時(shí)實(shí)現(xiàn)卸荷功能，管道壓力正常時(shí)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。
五是排放管路系統(tǒng)。
排放管路主要由超溫和超壓排放組成。排放管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：
一是當(dāng)氫氣瓶?jī)?nèi)氫氣溫度達(dá)到（110±5）℃時(shí)，TPRD開始放氫。
另一種是當(dāng)減壓閥下游管道壓力超過(guò)安全閥的泄放壓力時(shí)，安全閥就會(huì)被排放。
排放管線出口處應(yīng)采取必要的保護(hù)措施，防止使用過(guò)程中異物堵塞，影響氫氣排放。放氫口應(yīng)避免直接布置在封閉或半封閉空間內(nèi)，一般放氫口應(yīng)布置在車輛高度處。
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