在氫燃料電池系統(tǒng)中，氫氣作為主要的燃料來源，其壓力的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對于電池堆的性能至關(guān)重要。如果氫氣壓力過高，可能會導(dǎo)致電池堆內(nèi)部的損壞或安全隱患；而如果氫氣壓力過低，則會降低電池堆的發(fā)電效率。因此，氫燃料電池內(nèi)使用的壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，以確保其可靠性和耐用性。那么究竟什么是氫燃料電池壓力調(diào)節(jié)閥呢？它的工作原理是什么？其主要的類型和應(yīng)用場景有哪些……

氫能匯在就帶您了解一下氫燃料電池的重要配件——電池壓力調(diào)節(jié)閥。

01 壓力調(diào)節(jié)閥的定義

壓力調(diào)節(jié)閥，顧名思義，是專門用于調(diào)節(jié)氫燃料電池系統(tǒng)中氫氣壓力的閥門。它的主要功能是確保氫氣在燃料電池系統(tǒng)中的供應(yīng)過程中保持穩(wěn)定的壓力，以滿足燃料電池堆的工作需求。通過精確控制氫氣的壓力，該閥門有助于實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

氫燃料電池中用的壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)精巧，集成了先進(jìn)的壓力傳感器與精密控制機(jī)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到氫氣壓力波動時(shí)，傳感器會迅速將信號傳遞給控制單元，控制單元?jiǎng)t根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出所需的調(diào)節(jié)量，并指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這一過程幾乎在瞬間完成，確保了氫氣壓力的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性。

02 壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理

壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理基于物理原理和流體力學(xué)原理。當(dāng)閥門調(diào)節(jié)部位收到調(diào)節(jié)信號，閥桿會根據(jù)信號自動控制閥門的開關(guān)程度，從而達(dá)到對流體流速及壓力的調(diào)節(jié)。在燃料電池測試臺或系統(tǒng)中主要用來調(diào)節(jié)氣體流量和管路壓力。

它通常通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)對氫氣壓力的調(diào)節(jié)：

壓力感應(yīng)：利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測燃料電池系統(tǒng)中的氫氣壓力。

信號處理：將感應(yīng)到的壓力信號傳遞給控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

壓力調(diào)節(jié)：根據(jù)設(shè)定值與實(shí)際值之間的差異，控制系統(tǒng)向壓力調(diào)節(jié)閥發(fā)送指令，調(diào)節(jié)閥門的開啟度，從而控制氫氣的流量和壓力。當(dāng)氫氣壓力超過設(shè)定值時(shí)，閥門會自動關(guān)閉或減小開啟度，以防止壓力過高；當(dāng)氫氣壓力低于設(shè)定值時(shí)，閥門會自動開啟或增大開啟度，以補(bǔ)充氫氣，確保壓力穩(wěn)定。

03 壓力調(diào)節(jié)閥的類型

壓力調(diào)節(jié)閥是氫燃料電池系統(tǒng)中至關(guān)重要的組件，其類型繁多，各有特點(diǎn)，以滿足不同應(yīng)用場景下的需求。

直接作用式壓力調(diào)節(jié)閥：這種閥門通過彈簧或膜片直接感應(yīng)介質(zhì)壓力，并據(jù)此調(diào)整閥門的開度，以達(dá)到控制壓力的目的。它的結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，非常適合于對控制精度要求不是特別高的場合。

自力式壓力調(diào)節(jié)閥

先導(dǎo)式壓力調(diào)節(jié)閥：與直接作用式不同，先導(dǎo)式壓力調(diào)節(jié)閥采用了一個(gè)小型的先導(dǎo)閥來控制主閥的開啟和關(guān)閉。這種設(shè)計(jì)使得閥門能夠在更寬的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行精確控制，同時(shí)降低了主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸和重量。因此，先導(dǎo)式壓力調(diào)節(jié)閥在高壓、大流量的氫燃料電池系統(tǒng)中更為常見。

除了上述兩種基本類型外，還有一些特殊設(shè)計(jì)的壓力調(diào)節(jié)閥，如比例式壓力調(diào)節(jié)閥和定值減壓閥。比例式壓力調(diào)節(jié)閥能夠根據(jù)輸入信號的比例關(guān)系來調(diào)整輸出壓力，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的壓力控制。而定值減壓閥則能在進(jìn)口壓力波動時(shí)保持出口壓力恒定，為氫燃料電池系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力環(huán)境。

此外根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，還可以細(xì)分為電動單座調(diào)節(jié)閥、電動套筒調(diào)節(jié)閥、電動雙座調(diào)節(jié)閥、電動三通調(diào)節(jié)閥、電動籠式調(diào)節(jié)閥、電動角式調(diào)節(jié)閥、電動V型調(diào)節(jié)球閥和電動調(diào)節(jié)蝶閥等。

04 壓力調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)

壓力調(diào)節(jié)閥作為氫能源系統(tǒng)中的重要組成部分，其獨(dú)特的特點(diǎn)不僅體現(xiàn)在對氫氣壓力的精確控制上，還展現(xiàn)在其高效能、高安全性以及環(huán)境友好性等多個(gè)方面。

首先，從精確控制的角度來看，壓力調(diào)節(jié)閥采用了先進(jìn)的傳感技術(shù)和精密的調(diào)節(jié)機(jī)制，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測并調(diào)整氫氣供應(yīng)系統(tǒng)中的壓力，確保燃料電池堆內(nèi)的氫氣壓力始終維持在最優(yōu)工作范圍內(nèi)。這種精確的壓力控制對于提高燃料電池的能效、延長其使用壽命具有至關(guān)重要的作用。

其次，壓力調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)上充分考慮了高效能的需求。通過優(yōu)化閥體結(jié)構(gòu)、選用低阻力材料以及提高密封性能等措施，壓力調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)過程中能夠最大限度地減少能量損失，提高系統(tǒng)的整體效率。這對于提升氫燃料電池汽車的續(xù)航里程、降低能耗具有重要意義。

再者，安全性是氫燃料電池系統(tǒng)不可忽視的重要方面。氫燃料電池的壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)置了多重安全保護(hù)機(jī)制，包括超壓保護(hù)、過流保護(hù)以及泄漏檢測等。這些保護(hù)措施能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)迅速響應(yīng)，切斷氫氣供應(yīng)或采取其他補(bǔ)救措施，防止事故的發(fā)生。同時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥還采用了耐高溫、耐腐蝕的材料，以應(yīng)對氫氣可能帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

此外，氫燃料電池壓力調(diào)節(jié)閥還體現(xiàn)了環(huán)境友好性的特點(diǎn)。作為氫能源系統(tǒng)的一部分，壓力調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)和制造過程中充分考慮了環(huán)保因素，采用了可回收材料、減少了有害物質(zhì)的使用，并在使用過程中實(shí)現(xiàn)了零排放。這符合當(dāng)前全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的迫切需求。

05 壓力調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用場景

氫燃料電池壓力調(diào)節(jié)閥在氫能源應(yīng)用領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色，其應(yīng)用場景廣泛而多樣。

在燃料電池汽車中，壓力調(diào)節(jié)閥是確保氫氣安全、高效供給的關(guān)鍵部件。由于燃料電池對氫氣的壓力和流量有嚴(yán)格要求，壓力調(diào)節(jié)閥通過精確控制氫氣的入口壓力，保證燃料電池堆的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)防止因壓力過高或過低導(dǎo)致的性能下降或安全隱患。

此外，于在氫燃料電池壓力調(diào)節(jié)閥類似，其在氫能發(fā)電站、氫能儲存系統(tǒng)以及氫能加氣站等場景中，壓力調(diào)節(jié)閥同樣發(fā)揮著不可替代的作用。

在氫能發(fā)電站中，壓力調(diào)節(jié)閥能夠確保氫氣供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性，為發(fā)電過程提供可靠的能源支持。

在氫能儲存系統(tǒng)中，壓力調(diào)節(jié)閥則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)儲氫罐內(nèi)的壓力，以維持氫氣的最佳儲存狀態(tài)，并在需要時(shí)快速釋放氫氣以供使用。而在氫能加氣站，壓力調(diào)節(jié)閥則確保了氫氣加注過程中的安全性和效率，防止因壓力波動對車輛或設(shè)備造成損害。

06 壓力調(diào)節(jié)閥的選用方法

壓力調(diào)節(jié)閥的選擇需要結(jié)合應(yīng)用場景和電池需求他，通常注意以下幾個(gè)方面：

A.系統(tǒng)工作壓力方面

適配性要求：調(diào)節(jié)閥的選擇必須符合燃料電池系統(tǒng)工作壓力的要求，以確保其正常工作和安全運(yùn)行。例如，若系統(tǒng)工作壓力在某個(gè)特定范圍，所選調(diào)節(jié)閥的額定壓力需能涵蓋該范圍，否則可能出現(xiàn)壓力過高損壞閥門或壓力不足無法正常工作的情況。

B.流量要求方面

流量控制準(zhǔn)確性：根據(jù)燃料電池中流體（如氫氣、氧氣等）的流量要求來選擇合適的調(diào)節(jié)閥。合適的調(diào)節(jié)閥能確保流量控制的準(zhǔn)確性，保證燃料電池反應(yīng)所需的物質(zhì)供應(yīng)穩(wěn)定。如果流量控制不當(dāng)，可能影響燃料電池的發(fā)電效率，例如流量過大可能導(dǎo)致反應(yīng)過于劇烈，過小則可能無法滿足發(fā)電需求。

流體方向正確性：調(diào)節(jié)閥要能確保流體方向的正確性。在燃料電池系統(tǒng)中，不同的管道布局和反應(yīng)流程要求流體按照特定方向流動，錯(cuò)誤的流向可能破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞設(shè)備。

C.介質(zhì)特性方面

材質(zhì)適應(yīng)性：燃料電池中涉及的介質(zhì)（如氫氣、氧氣等）性質(zhì)特殊，需要選擇與之相適應(yīng)的調(diào)節(jié)閥材料。氫氣具有高滲透性和可燃性，氧氣具有助燃性，這就要求調(diào)節(jié)閥的材料具有良好的密封性和耐腐蝕性，防止介質(zhì)泄漏引發(fā)安全問題，如可選用特殊的金屬合金或復(fù)合材料來制作閥門部件。

D.使用環(huán)境方面

溫度影響：燃料電池的工作環(huán)境溫度可能會有變化，高溫或低溫環(huán)境會影響閥門的運(yùn)行。例如在高溫環(huán)境下，閥門材料的性能可能發(fā)生改變，導(dǎo)致密封性能下降或調(diào)節(jié)精度降低；在低溫環(huán)境下，可能出現(xiàn)閥門凍結(jié)或部件脆化等問題。所以要選擇能適應(yīng)相應(yīng)溫度范圍的調(diào)節(jié)閥。

濕度影響：濕度也會對閥門產(chǎn)生影響。高濕度環(huán)境可能加速閥門的腐蝕，因此需要選擇具有良好防潮性能的調(diào)節(jié)閥，或者對閥門進(jìn)行特殊的防潮處理。

E.性能指標(biāo)方面

流量控制精度：如果燃料電池對流量的控制精度要求較高，如在一些高精度的實(shí)驗(yàn)或特定的工業(yè)應(yīng)用場景下，就需要選擇流量控制精度高的調(diào)節(jié)閥。例如，某些先進(jìn)的電子控制調(diào)節(jié)閥能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的流量調(diào)節(jié)，滿足燃料電池系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。

調(diào)節(jié)范圍：根據(jù)燃料電池在不同工況下的需求，選擇調(diào)節(jié)范圍合適的調(diào)節(jié)閥。如果調(diào)節(jié)范圍過窄，可能無法滿足系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的壓力調(diào)節(jié)需求，而過大的調(diào)節(jié)范圍可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度降低或者成本增加。

07 壓力調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)企業(yè)

中核蘇閥 : 

中核蘇閥前身為1952年成立的蘇州鐵工廠（后改為蘇州閥門廠），是一家集工業(yè)閥門研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及銷售為一體的科技型制造企業(yè)，公司于1997年在深交所掛牌上市，成為中國閥門行業(yè)和中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司所屬的首家上市企業(yè)，擁有國內(nèi)閥門行業(yè)中品種多、規(guī)格齊全、技術(shù)含量高的專業(yè)化工業(yè)閥門生產(chǎn)基地，是國內(nèi)同行業(yè)中認(rèn)證證書齊全，質(zhì)量管理和檢測手段先進(jìn)的企業(yè)。

江蘇神通: 

江蘇神通閥門股份有限公司位于江蘇省啟東市南陽鎮(zhèn)，與上海隔江相望，公司距上海浦東機(jī)場105公里，交通便捷。公司注冊資本4.86億元。公司專業(yè)從事新型特種閥門研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，主要包括蝶閥、球閥、閘閥、截止閥、止回閥、調(diào)節(jié)閥、非標(biāo)閥等七個(gè)大類145個(gè)系列2000多個(gè)規(guī)格，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、核電、火電、煤化工、石油和天然氣集輸及石油煉化等領(lǐng)域。

浙江力諾 : 

浙江力諾流體控制科技股份有限公司，是一家致力于流體控制設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)，成立于2003年1月，于2020年6月在深交所創(chuàng)業(yè)板掛牌上市（證券簡稱：浙江力諾；證券代碼：300838）。作為一家控制閥系統(tǒng)解決方案提供商，浙江力諾能夠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出適用于不同行業(yè)、不同市場需求的控制閥產(chǎn)品，為化工、石化、造紙等行業(yè)的廣大客戶提供個(gè)性化、多樣化、系統(tǒng)化的控制閥解決方案。

川儀股份 : 

川儀股份致力于工業(yè)領(lǐng)域的測量與控制，國家重點(diǎn)布局的全國三大儀器儀表基地之一,五十多年薪火相傳，現(xiàn)已成為我國工業(yè)自動控制系統(tǒng)裝置制造業(yè)領(lǐng)軍企業(yè),國家技術(shù)創(chuàng)新示范企業(yè)、全國首批創(chuàng)新型企業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)，A股滬市上市公司。

福斯FLOWSERVE : 

福斯Flowserve公司在流量控制方面的專業(yè)技術(shù)可以追溯到19世紀(jì)中葉，最早應(yīng)用于控制閥。如今已是一家500強(qiáng)企業(yè)，世界一流的閥門和機(jī)泵生產(chǎn)企業(yè)，全球最重要的高質(zhì)量管閥件制造商之一。業(yè)務(wù)范圍包括泵、密封件、閥門、驅(qū)動和儀表、能量回收裝置、液壓除焦系統(tǒng)等，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工、發(fā)電、水資源以及一些一般工業(yè)。在中國設(shè)有研發(fā)中心、制造基地、庫存中心和服務(wù)中心。

素材來源：燃料電池小課堂、位客人力等