Link per E-Mail teilen
Es wurden nicht alle notwendigen Felder befüllt.
E-Mail senden

Wasserstoffventile für Ihre H₂ Anwendungen

In Wasserstoffanwendungen spielen Ventile eine entscheidende Rolle. Die Vielfalt der Ventile in diesem Bereich ist beeindruckend, von einfachen Absperrventilen bis hin zu präzisen Durchflussreglern. Dabei müssen sie Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz gewährleisten. Von der Wasserstoffproduktion bis hin zur Brennstoffzellentechnologie - die richtige Auswahl und Anwendung dieser Ventile ist entscheidend für den Erfolg von Wasserstoffanwendungen.

Magnetventile für Wasserstoffanwendungen

Magnetventile sind für eine effiziente Wasserstofferzeugung und -nutzung von entscheidender Bedeutung. Dabei kommt es darauf an, dass richtige Magnetventil für die jeweiligen Anwendung auszuwählen. 

Image with solenoid valves for hydrogen applications

Wie unterscheiden sich Magnetventile?

Von außen sind die unterschiedlichen Wirkungsweisen der Magnetventile nicht immer sichtbar. Aber worin liegt nun der Unterschied?  

Was sind nun die Besonderheiten, die man gerade in Wasserstoffanwendungen berücksichtigen sollte? 

Warum schützt Rückdrucksicherheit in Ventilen vor ungewolltem Gasaustritt?

Häufig treten in Gasanlagenbetrieb am Ventil Differenzdrücke auf die dazu führen, dass am Ausgang des Ventils ein höherer Druck ansteht als eingangsseitig. Ein sogenannter Rückdruck (Druck am Ausgang höher als am Eingang) kann das Ventil entgegen der Strömung öffnen oder den Schließvorgang ungewollt verlangsamen. Direktwirkende oder festgekoppelte (zwangsgekoppelte) Ventile bieten durch ihre starken Schließfeder eine höhere Rückdrucksicherheit. Die Norm EN 161 liefert hier eine gute Basis zum Thema Rückdrucksicherheit und Ventilklassen.

In welchem Zusammenhang stehen die Umgebungstemperaturen mit der Performance Ihrer Anlage?

Die Umgebungstemperatur spielt in vielen Anwendungen eine untergeordnete Rolle.
Geht die Umgebungstemperatur über 50°C hinaus, sollte Sie prüfen ob die Magnetventile für diese Temperatur dauerhaft ausgelegt ist. Die Kupferwicklung der Spule reagiert bei steigender Temperatur mit „erhöhtem“ Widerstand. Das heißt Leistung und Performance sinkt. Bei engem Bauraum, Schallkapselung und funktionalen Schutz der Wasserstoffanlagen kann ein Wärmestau zur Reduzierung der Performance und daher zu Funktionseinschränkungen führen.
 

Warum ist der Explosionsschutz von Komponenten so wichtig für Ihre Sicherheit?

Die kompakte Bauweise stationärer Brennstoffzelle sowie die räumliche Nähe zum Stack kann zu gleich zwei Herausforderungen führen. Da ist zum einen die Umgebungstemperatur die höher ist als gewöhnlich, und zum anderen die große Anzahl an Prozessschnittstellen. Jede Schnittstelle für sich stellt eine kleine Leckage für Wasserstoff dar, die in Folge für eine Wasserstoffanreicherung sorgen können. Als Folge der Diffusion und der Temperatur definieren Kunden und/oder Prüfstellen die Stack-Ansteuerung häufig als ATEX-Zone 1 oder Kategorie 2.

Wie entwickeln sich die Temperaturen bei Komprimierung und Expansion von Wasserstoff?

Der Joule-Thomson-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn ein Gas durch eine Drossel expandiert, ohne Wärme mit seiner Umgebung auszutauschen. Es führt zu einer Temperaturänderung des Gases. Beim Joule-Thomson-Effekt kann sich ein Gas beim Expandieren entweder erwärmen oder abkühlen, abhängig von seinem Joule-Thomson-Koeffizienten. Ausgangspunkt hierfür ist die Inversionstemperatur des Gases. Bei Wasserstoff ist diese Inversionstemperatur > -80 °C. Wasserstoff erwärmt sich also bei Ausdehnung.

Wie stehen Reinheit der Anlage und die Dichtheit von Ventilen im Zusammenhang?

Partikel in der Anlage können zu ungewollten Leckagen führen. Unabhängig vom reinen Wasserstoff, ist darauf zu achten, dass die Anlage vor Inbetriebnahme gereinigt und ausgeblasen wird. Selbst kleinste Partikel beschädigen nicht nur den Stack, sie sorgen auch dafür, dass die harten, aber empfindlichen Dichtoberflächen von Ventilsitzen beschädigt werden. Installieren sie daher Filter in den Anlagen, um vorgelagerte Verunreinigung durch Betankung oder Service zu vermeiden.

Wie finde ich das richtige Magnetventil für meine Wasserstoffanwendung? 

Ventile, die in Wasserstoffapplikationen zum Einsatz kommen, müssen verschiedensten Eigenschaften standhalten. Die Auswahl des geeignetsten Ventils ist dabei nicht immer einfach. In unserem Guide gehen wir auf die wichtigsten Kriterien ein und helfen Ihnen bei der Wahl Ihres Magnetventils für Ihre Anwendung.

Folgende Punkte werden im Auswahl-Guide Wasserstoffventile erklärt:

  • Druckbereiche
  • Medientemperatur
  • Materialverträglichkeit
  • Durchflussraten
  • Reaktionszeiten
  • Lebensdauer und Schaltspiele
  • Energieverbrauch
  • Zertifizierungen und Zulassungen
  • Anschlussarten

Laden Sie sich hier den Guide herunter, erlangen Sie Wissen und finden in kürzester Zeit die optimale Lösung für Ihre Wasserstoff-Applikation. 

 

Finden Sie jetzt das passende Magnetventil für Ihre Wasserstoffanwendung 

Regel- und Prozessventile für Wasserstoffanwendungen 

Regel- und Prozessventile können in nahezu allen Anwendungen innerhalb Wasserstoffwertschöpfungskette zum Einsatz kommen. Die pneumatischen oder elektromotorischen Ventile regeln schnell, präzise, sowie wiederholgenau und garantieren damit stabile Prozesse. Egal ob sie für anspruchsvolle Gase oder Flüssigkeiten, sie sorgen für Effizienz und Sicherheit in Ihrer Wasserstoffanlage.

Picture with Control and process valves for hydrogen applications

 

Welche Arten von Regel- und Prozessventilen gibt es?

Regel- und Prozessventile für Wasserstoffanwendungen gibt es in verschiedenen Varianten, die jeweils für spezifische Anforderungen optimiert sind. Hierzu gehören unter anderem Ventile für Druckregelung, Absperrung von Gasen und Flüssigkeiten, Rückschlagventile oder auch Sicherheitsventile.
Grundsätzlich unterscheiden wir:

Wussten Sie schon? 

Das Verhältnis zwischen Druck und Temperatur in Wasserstoffanwendungen

In Wasserstoffanwendungen werden an Regelventile besonders hohe Anforderungen gestellt. Sie müssen sowohl Drücke bis zu 40 bar standhalten, aber auch bei hohen Temperaturen sicher funktionieren.
Die Relation zwischen Druck und Temperatur, gerade in der Regelung von Gasen, spielt hier eine besondere Rolle. Um bspw. den Sauerstoff im gasförmigen Zustand zu halten, muss die Temperatur gesenkt werden, wenn der Duck erhöht wird. Das ideale Gasgesetz beschreibt diese Druck-Temperatur-Beziehung von Gasen. Somit führt eine Erhöhung des Drucks bei konstanter Gasmenge und konstantem Volumen zu einer Erhöhung der Temperatur und umgekehrt.
 

H2 Applikationen bedürfen einer besonderen Dichtheit der Ventile

Anders als in anderen Anwendungen ist bei der Herstellung oder Nutzung von Wasserstoff eine besonders hohe Dichtheit der Ventile erforderlich. Entstehen Leckagen, so stellt dies eine außerordentliche Gefahrenquelle dar oder verringert die Effizienz der Anlage. Daher sollte bei Regelventilen auf eine Dichtheit 10-4 mbar∙l/s geachtet werden.

Auf welche Zertifizierung kommt es, bei Regelventilen die in Wasserstoffanwendungen zum Einsatz kommen, besonders an?

  • ISO15848 – Definiert Testverfahren und Leckageklassen für industrielle Armaturen und Ventile
  • Technische Anleitung (TA) -Luft - Regelt Emissionen von industriellen Anlagen
  • ATEX - Zertifizierung für Komponenten, die in explosionsgefährdeten Bereichen zum Einsatz kommen
  • ASME B16.34 – Legt Anforderungen für Ventile in Druckanwendungen fest
  • PED - Regelt die Konstruktion und den Einsatz von Druckgeräten, damit auch Ventilen
  • Herstellererklärung - Zertifizierungen von Ventilherstellern zu Leistung, Qualität und Zuverlässigkeit

 

Diesen hohen Ansprüchen werden Prozess- und Regelventile von Bürkert jederzeit gerecht.

Elektromotorische Regelventile in der Anwendung – was ist möglich?

Vor dem Serieneinsatz müssen Brennstoffzellen-Systeme unter unterschiedlichsten Bedingungen und mit einer Vielzahl an Parametern getestet werden. Anhand der Prüfergebnisse lassen sich dann beispielsweise Leistung, Reichweite oder Lebensdauer der Brennstoffzellen-Stacks evaluieren und optimieren. Die Testeinrichtungen sollen für diese Aufgaben sehr flexibel sein. Zahlreiche fluidische Komponenten wie Durchflussregler oder Ventile tragen dazu bei. Sie müssen allerdings nicht nur präzise und zuverlässig arbeiten, sondern auch auf den speziellen Einsatzbereich abgestimmt sein. Bei Wasserstoff beispielsweise dürfen die eingesetzten Werkstoffe nicht verspröden und beim Einsatz mit deionisiertem Wasser nicht korrodieren. 

Erfahren Sie im praxisnahen Fachbericht wie das Unternehmen Segula Technologies GmbH mit stellbaren Fluidik-Komponenten Ihre H2 Prüfstände flexibel gestaltet. 

Hier geht’s zum Download

 

Sie sind an weiteren technischen Informationen interessiert?

Hier geht’s zu den Prozess- und Regelventilen für Ihre Wasserstoffanwendung 

Bürkert ist ihr zuverlässiger Partner, wenn es um fluidischen Herausforderungen in Ihrer Wasserstoff-Applikation geht. Mit einer Erfahrung von mehr als 25 Jahren im Bereich Wasserstoff nehmen wir uns Ihrer Fluidik Challenge an.

Hochdruck- und Ultrahochdruckventile für Wasserstoffanwendungen 

Hochdruck- und Ultrahochdruckventile sind ein essenzieller Bestandteil in verschiedenen Anwendungen, wie z.B. Transport, Lagerung und Entnahme des Wasserstoffs. Sie steuern und sperren zuverlässig den bis zu 1034 bar (15.000 PSI) verdichteten Wasserstoff in der Versorgungkette.
Die richtige Auswahl und Implementierung dieser Ventile sind entscheidend für den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Anlage. Die Ventile unterliegen höchsten Prüfansprüchen in Bezug auf Dichtheit und Materialtoleranz. Ein bestehendes Servicekonzept ermöglicht über den Verschleiß hinaus eine hohe Anlagenverfügbarkeit Ihrer Wasserstoffanwendung.

overview of high pressure valves

 

Wo finden Ultrahochdruck- und Hochdruckventile in der Wasserstoffwertschöpfungskette Anwendung? 

Unmittelbar nach der Erzeugung in der Elektrolyseanlage wird der Wasserstoff für eine wirtschaftliche Lagerung durch Kompressoren auf 160 bar verdichtet und gespeichert. Zum mobilen Transport erfolgt die Verdichtung und Speicherung in Flaschenbündel bis zu 350 bar. Die Entnahme aus den Speichern erfolgt in industriellen Anlagen über Hochdruckventile, die pneumatisch oder magnetisch betrieben werden. 

Bei H2 Betankungsanlagen und Dispensern erfolgt eine Verdichtung mittels Membrankompressoren auf 500 bis zu 1.000 bar. Dies ermöglicht ein natürliches Überströmen in den Nutzfahrzeugtank. Hochdruckventile steuern den Abströmvorgang vom Verdichter in den Fahrzeugtank. 

Herstellung von grünem Wasserstoff - Elektrolyse
Niedrigdruck-Ventile(< 40 bar)
Hochdruck-Ventile(> 40 bar)
Puffertank (30 - 40 bar)
Wärme- und Energieerzeugung für Gebäude
Industrielle Nutzung von Wasserstoff
Kompressor
Verdichtung von 30 - 40 bar auf 200 - 300 bar
Transport
Lagerung
Kompressor
Verdichtung von 200 - 300 bar auf 500 - 600 bar bzw. 1.000 - 1.100 bar
Kompressor
Verdichtung von 30 - 40 bar auf 80 - 100 bar
Wasserstoffnetz
80 - 100 bar
Lagerung
Kompressor
Verdichtung von 80 - 100 bar auf 500 - 600 bar bzw. 1.000 - 1.100 bar
Betankung
Druckreduktion von 500 - 600 bar bzw. 1.000 - 1.100 auf 350 bzw. 700 bar
Puffertank
Nutzung des Wasserstoff für die Mobilität
Wasserstoffpipeline
30 - 40 bar
Industrie
Druckregelstation
Druckregelstation reduziert den Druck von 80 - 100 bar auf 1 - 40 bar
Kompressor
Verdichtung von 30 - 40 bar auf 500 - 600 bar bzw. 1.000 - 1.100 bar

Wussten Sie schon? 

Was geschieht bei einer explosiven Dekompression?

Elastomere sind permeabel für atomaren und molekularen Wasserstoff. Schon bei geringem Gasdruck dringt der Wasserstoff in den Elastomer-Dichtwerkstoff ein. Bei starkem Druckabfall kann der eingelagerte Wasserstoff nicht schnell genug entweichen. Die Dichtung wird durch diesen Vorgang so stark beschädigt, dass sie ihre Dichtwirkung verliert. Eine Blasenbildung am Dichtwerkstoff ist ein Kennzeichen für die explosive Dekompression. Die Schädigung erfolgt also durch hohen Differenzdruck beim Schaltvorgang. Daher sollte man auf die richtige Materialauswahl bei Ventilen achten. Peek ist bei sehr hohen Drücken die erste Wahl.

Wie wird die Wasserstoffversprödung in Magnetventilen vorgebeugt?

Unter Wasserstoffversprödung versteht man die Veränderung der mechanischen Eigenschaften durch das Eindringen von Wasserstoffatomen in das Metallgitter des Edelstahls. Ein betriebsbedingt hoher H2 Anlagendruck fördert diesen Prozess. Als Folge der sogenannten wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion können Mikrorisse im Metall auftreten, welche die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen. Die Streckgrenzen des Edelstahls sinken und das Material wird spröde. 
Ein besonders dynamisch belastetes Bauteil in einem Magnetventil ist z.B. das Kernführungsrohr mit Stopfen. Es trägt nicht nur die Lastwechsel, sondern es besteht auch aus magnetischem und nicht magnetischem Stahl. Um Schwachstellen, wie sie z.B. bei Schweißvorgängen entstehen zu vermeiden, sind die Komponenten bei Wasserstoff-Hochdruckventilen miteinander verschraubt und gedichtet.
 

Wie wirkt sich die Sitzdichtheit auf die Lebensdauer eines Ventils aus?

Bei diesem Thema stellt sich die Frage nach dem Druckbereich und der maximal zu erwartenden Leckage. Die Dichtheit nach außen kann in der Regel ohne Abstriche in der Lebensdauer im Bereich von 1x 10-5 mbar l/s realisiert werden. Komplizierter ist es an den dynamischen Dichtstellen am Sitz des Ventils. Druck bis 1000 bar oder Medientemperaturen von -40 °C erfordern harte Dichtungen und eine präzise Mechanik, um eine Sitzleckage von 10-4 ml/s zu realisieren. Die hohen Schließkräfte beanspruchen sowohl Metall- als auch Kunststoffdichtungen extrem. Das führt dazu, dass mit zunehmender Schaltspielzahl die Ventile im Wasserstoffbereich Serviceintervallen unterliegen, da die geringe Sitzleckage sonst nicht zu gewährleisten ist. Wir empfehlen eine Prüfung nach ca. 80.000 …100.000 Schaltspielen.

Welchen Einfluss hat die Vereisung für einen sicheren Betrieb?

Der bei der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff hat einen Druck von 30 … 40 bar. Zur wirtschaftlichen Nutzung muss er gespeichert und transportiert werden. Zu diesem Zweck wird er über Gaskompressoren in 2 bis 3 Stufen auf 160 oder 350 bar verdichtet und in Flaschenbündel befördert oder Hochbehältern gelagert.
Für den Tankstellenbetrieb wird der Lagerdruck für den Zwischen- oder Pufferspeicher (Inhalt 0,4 …1,2 t) auf 500 bzw. 1034 bar (15.000 psi) erhöht. Somit kann eine passive Betankung (ohne Kompressor) mittels Überströmens erfolgen. Mit dem Vorrat der Pufferspeicher können ca. 30 Tankfüllung generiert werden. Die maximal zulässige Tanktemperatur der Fahrzeuge beträgt 85 °C. Der Wasserstoff wird daher nach dem Verdichten auf -10…-40 °C heruntergekühlt, da er im Tank expandiert und die Temperatur somit am Füllstutzen ansteigt.
Die Hochdruckventile vereisen dabei von außen, da sich das Kondensat der Umgebung auf dem kalten Ventilkörper niederschlägt. Kunststoffmanschetten schützen das Ventil vor der Vereisung und machen es so langlebig.
 

Was ist das Besondere an Ultrahochdruckventilen und Hochdruckventilen? 

Erfahren Sie im Video alles zu den Hochdruckventilen. Wie sind sie aufgebaut, um wirklich maximalen Drücken standzuhalten? Wie ist es möglich, dass sie maximale Sicherheit in Wasserstoffanwendungen zu gewährleisten? Und vieles mehr rund um die Technik und die Mehrwerte der kleinen Kraftpakete.
Sehen Sie sich hier das Video mit unserem Experten Markus Wirth (Produkt Manager Magnetventile) im Dialog mit Hyfindr an.

 

Das können die Hochdruck- und Ultrahochdruckventile von Bürkert

80.000 Schaltspiele

sorgen für hohe Anlagenverfügbarkeit & geringeren Wartungsaufwand

Schnelle Detektion

 

von Leckagen durch spezielle Kontrollbohrungen an Dichtstellen

Maximale Sicherheit

dank Dynamic Sealing Package* bei -40 bis +80 °C (Ex bis +60 °C)

*Dynamischer Dichtring auf der Spindel

Sie sind an weiteren technischen Informationen interessiert?

Laden Sie sich unsere Übersicht zu den Ultrahochdruck- und Hochdruckventilen herunter:

Noch mehr Wissen benötigt? 

Laden Sie sich hier den vollumfänglichen Wasserstoffkatalog herunter

 

Oder besuchen Sie unsere Wasserstoff Industrie-Website und finden Sie Ihre Lösung 

Innovative Lösungen für eine saubere Zukunft mit WasserstoffInnovative Lösungen für eine saubere Zukunft mit Wasserstoff

Wasserstoff als Energieträger kommt eine große Bedeutung auf dem Weg zur Klimawende zu: Er ist kohlenstofffrei und kann damit die dringend notwendige Dekarbonisierung unterstützen – vor allem, wenn er aus erneuerbaren Energien hergestellt wird. Für eine wirtschaftliche Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff braucht es jedoch sichere, wartungsarme und vor allem effiziente Anlagen und Systeme, um einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad zu erzielen.