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導(dǎo)語：
燃料電池汽車儲氫系統(tǒng)的密封性能是決定整車安全的關(guān)鍵性能，也是保障氫燃料電池汽車整車安全最為重要的技術(shù)性能指標(biāo)之一。
減壓閥作為車載儲氫系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，除了壓力-流量特性需滿足燃電系統(tǒng)要求外，亦是在高中壓氫氣在調(diào)節(jié)過程中考驗(yàn)密封性能的重要部位。其密封性能不僅需要滿足在高低溫交變、高低壓、腐蝕等極端環(huán)境下指標(biāo)要求，更需要在減壓閥的使用壽命周期內(nèi)全程保證氫氣的密封性。
因此，高性能密封解決方案對于減壓閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用而言非常關(guān)鍵。
一概述
氫用減壓閥由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝空間小，可降低氫氣壓力等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于氫燃料電池汽車儲氫系統(tǒng)模塊。目前，主流市場氫用減壓閥普遍采用閥體、閥座密封式，單級或多級減壓形式，主要密封部件包括有三處：啟閉件與閥座兩密封面間的接觸處，填料與閥桿和填料函的配合處；閥體與閥蓋的連接處。市場大部分減壓閥產(chǎn)品均采用內(nèi)部套件結(jié)構(gòu)，通過“大件套小件”連接形式，體積和重量都較大，且泄漏點(diǎn)較多，容易發(fā)生部件故障與泄漏隱患。未勢能源采用殼體直接連接結(jié)構(gòu)，將閥座及關(guān)鍵密封件“包裹”在殼體中，降低零部件數(shù)量及泄漏點(diǎn)，大大降低了整閥體積和重量以及泄漏風(fēng)險(xiǎn)，提高了減壓閥整體安全性能。
基于氫能安全應(yīng)用需求，未勢能源儲氫技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)氫氣物理特性，以及減壓閥的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及閥門密封性能的基本理論，從防止泄漏角度出發(fā)，通過在溫度或密封力作用的變化下，對影響減壓閥密封的關(guān)鍵要素與密封副結(jié)構(gòu)、密封比壓等，進(jìn)行充分設(shè)計(jì)、性能計(jì)算與測試驗(yàn)證。
二設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
融合寬溫、寬壓、輸出壓力穩(wěn)定、集成化需求
由于整車應(yīng)用工況環(huán)境復(fù)雜，且氫氣的物理介質(zhì)特性，減壓閥的設(shè)計(jì)與制造面臨一系列的技術(shù)難題，例如，材料的選擇、低溫密封、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、固溶處理、深冷處理、絕熱、質(zhì)量檢測、維修、安全等。
在設(shè)計(jì)減壓閥時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門的設(shè)計(jì)原則外，應(yīng)根據(jù)使用的
條件，遵循減壓閥以下特殊設(shè)計(jì)要求，包括：
①鑒于整車使用環(huán)境，閥門應(yīng)滿足（-50~85）℃使用環(huán)境。
②根據(jù)不同客戶需求，閥門應(yīng)滿足寬壓使用范圍，目前氫燃料電池汽車通用氣瓶分為35MPa和70MPa兩種，在設(shè)計(jì)閥門時(shí)，應(yīng)使閥門在（0.2~70）MPa范圍內(nèi)巨有輸出穩(wěn)定壓力能力。
③根據(jù)整車需求，閥門應(yīng)集成單向閥、安全泄放閥、服務(wù)口等結(jié)構(gòu)。
在減壓閥設(shè)計(jì)過程中，除了考慮減壓閥流通能力等一般性要求外，還需要考慮一些其他指標(biāo)，以便更好地對低溫閥門的技術(shù)水平進(jìn)行評價(jià)。通常通過衡量能量消耗是否合理對減壓閥的技術(shù)水平進(jìn)行評價(jià)，包括衡量：
①減壓閥的絕熱性能
②減壓閥的冷卻性能
③減壓閥啟閉密封件的工作性能
④減壓閥耐脆性
氫用減壓閥與其它通用閥門的工作環(huán)境有很大的區(qū)別，在減壓閥設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)等過程中除了要遵守閥門設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的一般規(guī)則外，還應(yīng)當(dāng)注意對減壓閥所處的工況環(huán)境，如高溫、高壓、腐蝕性等予以充分考量。
三基本理論
真正做到防止泄漏和保證密封
影響減壓閥密封的因素主要有密封副結(jié)構(gòu)、密封面比壓、介質(zhì)的物理性質(zhì)及密封副的質(zhì)量等，只有在真正了解減壓閥密封原理的前提下，充分考慮各種影響其密封性能的因素，才能真正做到防止泄漏和保證密封。
密封副質(zhì)量：23g
密封比壓：200kgf/cm2
流體的物理性質(zhì)：極易泄漏
未勢能源70MPa減壓閥密封原理：
在基于氫能減壓閥以上密封要素特性基礎(chǔ)上，未勢能源70MPa減壓閥高壓端采用創(chuàng)新型SAE密封形式，爆破壓力可達(dá)200MPa；減壓模塊密封副采用斜面、錐面密封形式，選用高強(qiáng)度密封材料，既保證密封效果，又保證使用壽命。
四創(chuàng)新密封結(jié)構(gòu)
榮獲國家多項(xiàng)專利授權(quán)
傳統(tǒng)的減壓閥密封結(jié)構(gòu)通常使用平面密封或線密封形式，未勢能源通過三種創(chuàng)新式密封結(jié)構(gòu)，解決高壓氫閥中的內(nèi)漏問題，并獲得了專利認(rèn)證。
1.錐面密封的密封結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)方案采用硬密封形式，對密封活門和活塞兩個(gè)密封面的加工要求極高，并且在密封過程中，極易對密封面造成形變，從而導(dǎo)致氣密性受到影響。未勢能源創(chuàng)新提出了一種錐面密封的密封結(jié)構(gòu)，通過小圓角與錐面接觸進(jìn)行密封，保證減壓閥在鎖閉狀態(tài)下的密封性能。相較傳統(tǒng)方案，密封力大，且更容易密封。
2.斜面密封結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)減壓閥或其他高壓氫閥中，通常使用平面密封形式或凸臺密封形式，傳統(tǒng)方案無法保證在低壓狀態(tài)下的密封，且壽命較差，在高壓減壓閥結(jié)構(gòu)中，若使用彈簧結(jié)構(gòu)，會使減壓閥整體體積偏大，重量大。未勢能源創(chuàng)新提出了一種斜面密封形式的減壓閥結(jié)構(gòu)，通過塑性材料的斜面與金屬材料圓角接觸級行密封，保證密封副的穩(wěn)定性與持久性。相較傳統(tǒng)方案，結(jié)構(gòu)更簡單，密封性能好，且體積、重量較小。
3.彈性密封形式的單向閥結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)方案采用硬密封形式，對密封活門和殼體兩個(gè)密封面的加工精度要求極高，并且在低壓（≤5MPa）時(shí)無法密封，泄漏量較大。未勢能源創(chuàng)新提出了一種彈性密封形式的單向閥結(jié)構(gòu)，改結(jié)構(gòu)使用彈性體TPU材料進(jìn)行密封，適用于高壓、氫氣環(huán)境，保證在3-70MPa壓力下的氣密性。相較傳統(tǒng)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、密封作用強(qiáng)、加工難度低、可調(diào)節(jié)流量等優(yōu)勢。
五試驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)整車運(yùn)行工況、系統(tǒng)高效運(yùn)行及安全性能技術(shù)需求，未勢能源70MPa減壓閥共計(jì)進(jìn)行17大類超過1000次的臺架測試，包括壽命測試、液壓循環(huán)測試、高低溫內(nèi)外漏測試等多項(xiàng)關(guān)鍵測試，并配套多款氫燃料電池車型完成冬季標(biāo)定、續(xù)航里程等多項(xiàng)整車級工況性能測試，用大量實(shí)測數(shù)據(jù)詮釋安全性能、驗(yàn)證卓越品質(zhì)。
在最為關(guān)鍵的泄漏測試環(huán)節(jié)，通過常規(guī)性高低溫內(nèi)外漏測試，全壽命周期、全閥體純氫測試＜100ppm，氫氣外漏率小于0.6Nml/h，閥門上任意一點(diǎn)的氫氣泄漏濃度小于50ppm，且遠(yuǎn)超國內(nèi)外通用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則＜10Nml/h泄漏指標(biāo)，整體達(dá)到高端密封設(shè)計(jì)效果，保證在密封過程中實(shí)現(xiàn)氫氣“0”泄漏，從本質(zhì)上排除泄漏隱患。
六、結(jié)束語
目前，未勢能源70MPa減壓閥攻克了儲氫高可靠性、高安全性難題，獲得了多項(xiàng)專利，填補(bǔ)了自主企業(yè)在高壓閥門領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)空白，已經(jīng)通過“國家機(jī)動力產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）”、“德國聯(lián)邦公路運(yùn)輸管理局（KBA）EC79”等權(quán)威認(rèn)證，且具備燃料電池汽車規(guī)?；涮啄芰?，廣泛適用于35MPa/70MPa車載儲氫系統(tǒng)，可提供定制化開發(fā)需求及安全有效的解決方案。同時(shí)，未勢能源減壓閥產(chǎn)品自6月份上市以來，已累計(jì)銷量超百套，并與行業(yè)多家主機(jī)廠簽署合作意向書，綜合性能廣受市場客戶好評。
