05.09.2022 Dichtungen für Wasserstoffventile

Brennstoffzellensysteme werden in vier Teilsysteme unterteilt: Brennstoffaufbereitungssystem, Luftaufbereitungssystem,  Wärmemanagementsystem, Brennstoffzellenstack. Zur Erreichung der bestmöglichen Leistung müssen die Funktionen aller Teilsysteme perfekt aufeinander abgestimmt werden. Ventile steuern auf der einen Seite die gasförmige Brennstoffzufuhr und auf der anderen Seite das Ablassen des Kondensats. Dabei werden i.d.R. zwei Arten von Ventilen verwendet: ein Ventil mit Ein/Aus-Funktion zum Ablassen von Kondensat oder zum Absperren des Tanks sowie ein Proportionalventil zur Dosierung der Durchflussmenge am Stack-Einlass. Beispiele hierfür sind Wasserstoffregelventile oder Tanküberlaufventile.
Den Dichtungen in diesen Ventilen kommt dabei eine entscheidende Rolle zu, da Wasserstoff ein hoch flüchtiges und leicht entzündbares Gas ist. Von den Dichtungen hängt daher nicht nur die Effizienz, Prozessstabilität und Wiederholbarkeit, sondern auch die Sicherheit des gesamten Systems ab. Die wichtigsten Leistungsanforderungen an Dichtungen in Wasserstoffventilen sind:

• Beständigkeit gegen hohe Drücke über 800 bar
• Geringe Leckage im statischen und dynamischen Betrieb
• Hohe funktionelle und chemische Beständigkeit
• Hohe Zuverlässigkeit
• Geringe Reibung und Verschleiß
• Bewältigung extremer Bedingungen wie hohe/niedrige Temperaturen oder Vibrationen
• Erfüllung der Sicherheitsanforderungen während der erwarteten Lebensdauer

Zur Gewährleistung von kleinstmöglichen Leckage-Raten müssen Konstruktion und Werkstoff der Dichtung perfekt auf den Bauraum und die Anwendungsbedingungen abgestimmt sein. Für Wasserstoffventile bieten sich federunterstütze Dichtungen in speziellen Ausführungen an. Es werden hochdruckfeste Werkstoffe mit geringer Druckverformung und sehr niedriger Permeation eingesetzt, z.B. modifizierte PTFE- und PEEK-Compounds. Aber auch kostengünstigere Werkstoffe können bei nachgewiesener Funktionalität eine Wahl sein.