Druckminderer sind erforderlich, um eine Verbindung zwischen Tanksystem und Anodensubsystem herzustellen. Dabei ist ihrer Hauptaufgabe, das Druckgefälle vom Hochdrucktank (350/700 bar) hin zu einem konstanten Mitteldruck (5-30 bar) im Anodensubsystem zu gewährleisten [1, 2].
Herausforderungen
Die Herausforderung besteht darin, über den großen Wasserstofftankdruckbereich (Vordruck) von kleiner 100bar bei entleertem Tank bis zu 700bar bei vollem Tank einen konstanten Mitteldruck (Nachdruck) für das Anodensubsystem bereit zu stellen. Ebenso ist über den gesamten Tankdruckbereich der geforderte Massenstrom umzusetzen. Dabei ist der Effekt der Abkühlung bei konstanter Wasserstoffentnahme bis hin zu Frosttemperaturen sowie der Effekt des großen Druckbereiches auf die Dichte des Wasserstoffs bei der Auslegung des Druckminderers zu berücksichtigen.
Weitere beispielhafte Anforderungen sind:
- Dichtheit sicherstellen
- Temperaturbeständigkeit und Funktionsfähigkeit unter Frostbedingungen gewährleisten
- Hohe Zyklenlebensdauer
Arten von Druckminderern
Als Druckminderer kommen primär einstufige und zweistufige Varianten zum Einsatz. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Kolbendruckminderer, um die Tankdrücke bis 700 bar handhaben zu können. Einstufige Druckminderer zeichnen sich durch einen simplen Aufbau und geringe Kosten aus. Zweistufige Druckminderer liefern hingegen einen präziseren Nachdruck. Abhängig von den Brennstoffzellensystemanforderungen ist entsprechend ein geeigneter Druckminderer zu wählen.
Trends
Um die Bauteilvielfalt niedrig zu halten wird angestrebt den Druckminderer in Module mit weiteren Funktionen wie zum Beispiel manuellen Absperrventilen zu integrieren.
Literatur
[1] A. Kampker und H. H. Heimes, Elektromobilität. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2024.
[2] M. Klell, H. Eichlseder und A. Trattner, Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden, 2018.