Hefðbundin flatpallur skriðdreka fyrir BEV og FCEV nota hitauppstreymi og hitauppstreymi með beinagrindarframkvæmdum sem veitir 25% H2 geymslu. #Hydrogen #Trends
Eftir að samstarf við BMW sýndi að rúmmetra gæti skilað meiri magni skilvirkni en margir litlir strokkar, fór Technical University of München í verkefni til að þróa samsett skipulag og stigstærð framleiðsluferli fyrir raðframleiðslu. Image Credit: Tu Dresden (efst) vinstri), Tækniháskólinn í München, deild kolefnissamsetningar (LCC)
Eldsneytisfrumur rafknúin ökutæki (FCEV) knúin af núlllosun (H2) vetni veitir frekari leiðir til að ná núllum umhverfismarkmiðum. Hægt er að fylla eldsneytisfrumu farþegabíll með H2 vél á 5-7 mínútum og hefur á bilinu 500 km, en er sem stendur dýrari vegna lágs framleiðslu. Ein leið til að draga úr kostnaði er að nota venjulegan vettvang fyrir BEV og FCEV gerðir. Þetta er sem stendur ekki mögulegt vegna þess að sívalur geymir af tegund 4 sem notaðir eru til að geyma þjappað H2 gas (CGH2) við 700 bar í FCEV eru ekki hentugir fyrir rafhlöðuhólfin sem hafa verið vandlega hönnuð fyrir rafknúin ökutæki. Samt sem áður geta þrýstiskenn í formi kodda og teninga passað inn í þetta flata umbúðarými.
Einkaleyfi US5577630a fyrir „Samsett samsvörun þrýstingsskip“, umsókn lögð fram af Thiokol Corp. árið 1995 (til vinstri) og rétthyrnd þrýstingsskip sem einkaleyfi á BMW árið 2009 (til hægri).
Department of Carbon Composites (LCC) í Tækniháskólanum í München (Tum, München, Þýskalandi) tekur þátt í tveimur verkefnum til að þróa þetta hugtak. Sú fyrsta er fjölliða4hýdrógen (P4H), undir forystu Leoben Polymer hæfnismiðstöðvarinnar (PCCL, Leoben, Austurríki). Vinnupakkinn LCC er stýrt af náunganum Elizabeth Glace.
Annað verkefnið er vetnissýning og þróunarumhverfi (Hydden), þar sem LCC er stýrt af rannsóknarmanninum Christian Jaeger. Báðir miða að því að búa til stórfellda sýnikennslu á framleiðsluferlinu til að búa til viðeigandi CGH2 tank með því að nota koltrefja samsetningar.
Það er takmörkuð rúmmál skilvirkni þegar strokkar í litlum þvermál eru settir upp í flötum rafhlöðufrumum (vinstri) og rúmmetra þrýstiskennum af gerð 2 úr stálfóðri og koltrefjar/epoxý samsettu ytri skel (til hægri). Uppruni myndar: Myndir 3 og 6 eru frá „Töluleg hönnunaraðferð fyrir þrýstikassaskip af gerð II með innri spennufótum“ eftir RUF og Zaremba o.fl.
P4H hefur framleitt tilrauna teningsgeymi sem notar hitauppstreymisgrind með samsettum spennum/struts vafin í koltrefjarstyrkt epoxý. Hydden mun nota svipaða hönnun, en mun nota sjálfvirka trefjarskipulag (AFP) til að framleiða alla hitauppstreymi samsettra tankar.
Frá einkaleyfisumsókn frá Thiokol Corp. til „samsettu samsvarandi þrýstingsskip“ árið 1995 til þýska einkaleyfis DE19749950C2 Árið 1997, geta þjöppuð bensínskip „haft hvaða geometrísk stillingu“, en sérstaklega flatt og óreglulegt form, í hola sem tengjast skellastuðningi “ . Þættir eru notaðir þannig að þeir standast styrk stækkunar gassins.
Ritgerð Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) frá 2006 lýsir þremur aðferðum: þráðaþráðarsár samsvörun þrýstingsskip, microlattice þrýstihylki sem inniheldur innra réttrétta grindar uppbyggingu (litlar frumur með 2 cm eða minna), umkringdar þunnu veggnum H2 ílát, og afritunarílát, sem samanstendur af innri uppbyggingu sem samanstendur af límdum litlum hlutum (td sexhyrnd plast Hringir) og samsetning þunnrar ytri skelhúðar. Tvíteknar gámar henta best fyrir stærri gáma þar sem erfitt getur verið að nota hefðbundnar aðferðir.
Einkaleyfi DE102009057170a lögð fram af Volkswagen árið 2009 lýsir þrýstihylki sem er fest ökutæki sem mun veita mikla þyngd skilvirkni en bæta geimnýtingu. Rétthyrndir skriðdrekar nota spennutengi milli tveggja rétthyrndra gagnstæðra veggja og hornin eru ávöl.
Ofangreind og önnur hugtök eru vitnað í Gleiss í blaðinu „Ferliþróun fyrir rúmmetra með teygjustöngum“ eftir Gleiss o.fl. á ECCM20 (26.-30. júní 2022, Lausanne, Sviss). Í þessari grein vitnar hún í TUM rannsókn sem gefin var út af Michael Roof og Sven Zaremba, sem komst að því að rúmmetra með spennu með spennu sem tengir rétthyrndar hliðar er skilvirkari en nokkrir litlir strokkar sem passa inn í rými flata rafhlöðu, sem veitir um það bil 25 % meira. Geymslupláss.
Samkvæmt Gleiss er vandamálið við að setja upp mikinn fjölda af litlum strokkum af tegund 4 í sléttu tilfelli að „rúmmál milli strokkanna er mjög minnkað og kerfið hefur einnig mjög stórt H2 gas gegndræpi yfirborð. Á heildina litið veitir kerfið minni geymslugetu en rúmmetra. “
Hins vegar eru önnur vandamál með rúmmetra hönnun geymisins. „Augljóslega, vegna þjappaðs gas, þarftu að vinna gegn beygjuöflunum á flata veggjunum,“ sagði Gleiss. „Fyrir þetta þarftu styrkt uppbyggingu sem tengist innbyrðis við veggi geymisins. En það er erfitt að gera með samsetningar. “
Glace og teymi hennar reyndu að fella styrkandi spennustöng í þrýstihylkið á þann hátt sem hentaði fyrir þráðaþráðarferlið. „Þetta er mikilvægt fyrir framleiðslu með mikla rúmmál,“ útskýrir hún, „og gerir okkur einnig kleift að hanna vinda mynstur gámaveggjanna til að hámarka trefjarstefnu fyrir hvert álag á svæðinu.“
Fjögur skref til að búa til prufu rúmmetra tankur fyrir P4H verkefnið. Myndakredit: „Þróun framleiðsluferlis fyrir rúmmetra með stöng“, Technical University of München, Polymers4Hydrogen Project, ECCM20, júní 2022.
Til að ná fram keðju hefur teymið þróað nýtt hugtak sem samanstendur af fjórum meginþrepum, eins og sýnt er hér að ofan. Spennan sem er sýnd, sem sýnd er í svörtu á tröppunum, eru forsmíðaðar rammabyggingar sem eru framleiddar með aðferðum sem teknar voru frá MAI Skelett verkefninu. Fyrir þetta verkefni þróaði BMW framrúðu ramma „ramma“ með því að nota fjórar trefjarstyrktar pultrusion stangir, sem síðan voru mótaðir í plastgrind.
Ramma tilrauna rúmmetra. Sexhyrndir beinagrindarhlutar 3D prentaðir af TUM með því að nota óskilgreinda PLA þráða (efst), setja CF/PA6 pultrusion stangir sem spennu axlabönd (miðja) og síðan vafðu þráðinn um axlaböndin (neðst). Image Credit: Tækniháskólinn í München LCC.
„Hugmyndin er sú að þú getir smíðað ramma rúmmetra sem mát uppbyggingu,“ sagði Glace. „Þessar einingar eru síðan settar í mótunartæki, spennuspennurnar eru settar í rammaeiningarnar og þá er aðferð Mai Skelett notuð í kringum stöngina til að samþætta þær við rammahlutana.“ Massaframleiðsluaðferð, sem leiðir til uppbyggingar sem síðan er notuð sem dandrel eða kjarna til að vefja samsettu skelina.
Tum hannaði tankgrindina sem rúmmetra „púða“ með fastum hliðum, ávölum hornum og sexhyrndum mynstri efst og neðst sem hægt er að setja og festa bönd. Götin fyrir þessar rekki voru einnig 3D prentuð. „Fyrir upphafs tilraunatankinn okkar, 3D prentuðum sexhyrndum rammahlutum með polylactic sýru [PLA, Bio-undirstaða hitauppstreymi] vegna þess að hann var auðvelt og ódýrt,“ sagði Glace.
Liðið keypti 68 pultraded koltrefja styrkt pólýamíð 6 (PA6) stangir frá SGL Carbon (Meitingen, Þýskalandi) til notkunar sem bönd. „Til að prófa hugtakið gerðum við ekki neina mótun,“ segir Gleiss, „en settum einfaldlega bil í 3D prentuðu kjarna ramma hunangssöku og límdum þá með epoxýlími. Þetta veitir síðan dandrel til að vinda tankinn. “ Hún bendir á að þrátt fyrir að þessar stangir séu tiltölulega auðvelt að vinda, þá eru nokkur veruleg vandamál sem lýst verður síðar.
„Á fyrsta stigi var markmið okkar að sýna fram á framleiðslu hönnunar og greina vandamál í framleiðsluhugtakinu,“ útskýrði Gleiss. „Þannig að spennan stingur út frá ytra yfirborði beinagrindaruppbyggingarinnar og við festum kolefnistrefjarnar við þennan kjarna með því að nota blautan þráða. Eftir það, í þriðja skrefi, beygjum við höfuð hverrar bindistöng. Hitaplast, svo við notum bara hita til að móta höfuðið svo að það fletti og læsist í fyrsta lag umbúða. Við höldum síðan áfram að vefja uppbyggingunni aftur þannig að flatt þrýstihausinn er rúmfræðilega lokað innan tanksins. lagskipt á veggjunum.
Spacer húfa fyrir vinda. TUM notar plasthettur á endum spennustanganna til að koma í veg fyrir að trefjarnar flekki við þráða. Image Credit: Tækniháskólinn í München LCC.
Glace ítrekaði að þessi fyrsti tankur væri sönnun fyrir hugtaki. „Notkun þrívíddarprentunar og lím var aðeins til fyrstu prófana og gaf okkur hugmynd um nokkur vandamál sem við lentum í. Til dæmis, við vinda, voru þráðirnar veiddir af endum spennustanganna, olli trefjarbrotum, trefjarskemmdum og minnkaði magn trefja til að vinna gegn þessu. Við notuðum nokkur plasthettur sem framleiðsluhjálp sem voru sett á stöngina áður en fyrsta vinda skrefið.
Liðið gerði tilraunir með ýmsar uppbyggingarsviðsmyndir. „Þeir sem líta í kringum sig best,“ segir Grace. „Við notuðum einnig breytt suðuverkfæri á frumgerð áfanga til að beita hita og móta bindistöngina. Í fjöldaframleiðsluhugtaki myndirðu hafa eitt stærra tæki sem getur mótað og myndað alla enda stútanna í innréttingu lagskipt á sama tíma. . “
Drawbar höfuð endurmótað. TUM gerði tilraunir með mismunandi hugtök og breytti suðu til að samræma endana á samsettu böndunum til að festa við tankvegg lagskipt. Myndakredit: „Þróun framleiðsluferlis fyrir rúmmetra með stöng“, Technical University of München, Polymers4Hydrogen Project, ECCM20, júní 2022.
Þannig er lagskiptið læknað eftir fyrsta vinda skrefið, innleggin eru endurskipulagð, TUM lýkur annarri vinda þráðarinnar og síðan er ytri tankvegg lagskipt læknað í annað sinn. Vinsamlegast hafðu í huga að þetta er hönnun af tegund 5 tanka, sem þýðir að það er ekki með plastfóðri sem gashindrun. Sjá umfjöllunina í næstu skrefum hér að neðan.
„Við klipptum fyrstu kynningu í þversnið og kortlagðum tengda svæðið,“ sagði Glace. „Nærmynd sýnir að við vorum með nokkur gæðamál með lagskiptum, þar sem strut höfuðin liggja ekki flatt á innra lagskipt.“
Að leysa vandamál með eyður milli lagskipta innri og ytri veggi geymisins. Breytti jafntefli stangarhöfuðsins býr til bil á milli fyrstu og annarrar beygju tilraunatanksins. Image Credit: Tækniháskólinn í München LCC.
Þessari fyrstu 450 x 290 x 80mm tanki lauk síðastliðið sumar. „Við höfum náð miklum framförum síðan þá, en samt erum við með bil á milli að innan og utan lagskipt,“ sagði Glace. „Svo við reyndum að fylla þessi eyður með hreinu, mikilli seigju plastefni. Þetta bætir í raun tengslin milli pinnar og lagskipt, sem eykur vélrænni streitu mjög. “
Liðið hélt áfram að þróa tankhönnun og ferli, þar með talið lausnir fyrir viðeigandi vinda mynstur. „Hliðar prófunargeymisins voru ekki að fullu krullaðar vegna þess að það var erfitt fyrir þessa rúmfræði að búa til vinda slóð,“ útskýrði Glace. „Upprunalega vindahornið okkar var 75 °, en við vissum að þörf var á mörgum hringrásum til að mæta álaginu í þessu þrýstihylki. Við erum enn að leita að lausn á þessu vandamáli, en það er ekki auðvelt með hugbúnaðinn sem stendur á markaðnum. Það getur orðið eftirfylgniverkefni.
„Við höfum sýnt fram á hagkvæmni þessa framleiðsluhugtaks,“ segir Gleiss, „en við þurfum að vinna frekar til að bæta tengslin milli lagskipta og móta jafntefli. „Ytri prófun á prófunarvél. Þú dregur rýmið úr lagskiptum og prófar vélrænni álag sem þessi liðir þola. “
Þessum hluta fjölliða4hýdrógenverkefnisins verður lokið í lok árs 2023, en þá vonast Gleis til að ljúka öðrum sýningargeymi. Athyglisvert er að hönnun í dag notar snyrtilegar styrktar hitauppstreymi í grindinni og hitauppstreymi samsetningar í tankveggjum. Verður þessi blendingur nálgun notuð í loka sýningargeyminum? „Já,“ sagði Grace. „Samstarfsaðilar okkar í fjölliðum4hýdrógenverkefninu eru að þróa epoxý kvoða og önnur samsett fylkisefni með betri vetnis hindrunareiginleika.“ Hún skráir tvo félaga sem vinna að þessari vinnu, PCCL og háskólanum í Tampere (Tampere, Finnlandi).
Gleiss og teymi hennar skiptust einnig á upplýsingum og ræddu hugmyndir við Jaeger um annað Hydden verkefnið frá LCC samsettum tanki.
„Við munum framleiða samsvarandi samsett þrýstingaskip fyrir rannsóknardróna,“ segir Jaeger. „Þetta er samstarf tveggja deilda geimferða og jarðfræðideildar Tum - LCC og Department of Helicopter Technology (HT). Verkefninu verður lokið í lok árs 2024 og við erum nú að klára þrýstingsskipið. Hönnun sem er meira af flug- og bifreiðaraðferð. Eftir þetta fyrsta hugtaksstig er næsta skref að framkvæma ítarlega byggingarlíkanagerð og spá fyrir um afköst hindrunar veggbyggingarinnar. “
„Öll hugmyndin er að þróa könnunar dróna með blendinga eldsneytisfrumu og rafhlöðukerfi,“ hélt hann áfram. Það mun nota rafhlöðuna við mikið aflgjafa (þ.e. flugtak og lendingu) og skipta síðan yfir í eldsneytisfrumuna meðan á léttu álagi stendur. „HT teymið var þegar með rannsóknardróna og endurhannaði aflstrauminn til að nota bæði rafhlöður og eldsneytisfrumur,“ sagði Yeager. „Þeir keyptu einnig CGH2 geymi til að prófa þessa sendingu.“
„Liðinu mínu var falið að smíða frumgerð þrýstihyrnings sem passaði, en ekki vegna umbúðavandamála sem sívalur geymi myndi skapa,“ útskýrir hann. „Flatta tankur býður ekki upp á eins mikla vindþol. Svo þú færð betri flugárangur. “ Stærð tanka u.þ.b. 830 x 350 x 173 mm.
Alveg hitauppstreymi AFP samhæft tankur. Fyrir Hydden verkefnið kannaði LCC teymið hjá Tum upphaflega svipaða nálgun og notuð var af Glace (hér að ofan), en færðist síðan yfir í nálgun með því að nota blöndu af nokkrum burðareiningum, sem síðan voru ofnotaðir með AFP (hér að neðan). Image Credit: Tækniháskólinn í München LCC.
„Ein hugmyndin er svipuð nálgun Elisabeth [Gleiss],“ segir Yager, „til að beita spennuböndum á skipsvegginn til að bæta upp háu beygjuöflin. Í stað þess að nota vinda ferli til að búa til tankinn notum við AFP. Þess vegna hugsuðum við um að búa til sérstakan hluta þrýstingsskipsins þar sem rekkirnir eru þegar samþættir. Þessi aðferð gerði mér kleift að sameina nokkrar af þessum samþættu einingum og nota síðan endahettu til að innsigla allt fyrir loka AFP vinda. “
„Við erum að reyna að ganga frá slíku hugtaki,“ hélt hann áfram, „og byrja einnig að prófa val á efnum, sem er mjög mikilvægt til að tryggja nauðsynlega viðnám gegn H2 gasskarli. Fyrir þetta notum við aðallega hitauppstreymi efni og erum að vinna að ýmsum hvernig efnið mun hafa áhrif á þessa gegndræpi hegðun og vinnslu í AFP vélinni. Það er mikilvægt að skilja hvort meðferðin mun hafa áhrif og hvort krafist er einhverrar eftirvinnslu. Við viljum líka vita hvort mismunandi staflar hafa áhrif á vetnis gegndræpi í gegnum þrýstingsskipið. “
Tankurinn verður að öllu leyti gerður úr hitauppstreymi og ræmurnar verða til staðar af Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Þýskalandi). „Við munum nota PPS [pólýfenýlen súlfíð], gægjast [polyether ketone] og lm paek [lítið bráðandi pólýarýl ketón] efni,“ sagði Yager. „Samanburður er síðan gerður til að sjá hver er best fyrir skarpskyggni og framleiða hluta með betri afköstum.“ Hann vonast til að ljúka prófum, skipulagi og vinnslu og fyrstu sýnikennslu á næsta ári.
Rannsóknarstarfið var framkvæmt innan halastjörnunnar „Polymers4hydrogen“ (ID 21647053) innan halastjörnu áætlunar alríkisráðuneytisins fyrir loftslagsbreytingar, umhverfi, orku, hreyfanleika, nýsköpun og tækni og alríkisráðuneytið fyrir stafræna tækni og hagfræði. . Höfundarnir þakka þátttakendur Polymer Polymer Compety Center Leoben GmbH (PCCL, Austurríki), Montanuniversitaet Leoben (Deild fjölliðaverkfræði og vísindi, efnafræðideild fjölliða efnis, efnafræðideild og fjölliða próf), University of Tampere (Deild verkfræðideildar. Efni). ) Vísindi), hámarkstækni og Faurecia lögðu sitt af mörkum við þessa rannsóknarvinnu. Halastjarna-mótið er styrkt af ríkisstjórn Austurríkis og ríkisstjórnar Styríu-ríkis.
Fyrirfram styrkt blöð fyrir burðarvirki innihalda stöðugar trefjar-ekki aðeins úr gleri, heldur einnig úr kolefni og aramíd.
Það eru margar leiðir til að búa til samsettan hluta. Þess vegna mun val á aðferð fyrir tiltekinn hluta ráðast af efni, hönnun hlutans og lokanotkun eða notkun. Hér er valhandbók.
Strasher Composites og R & M International eru að þróa endurunnna kolefnistrefja framboðskeðju sem veitir núll slátrun, lægri kostnað en Virgin trefjar og mun að lokum bjóða upp á lengdir sem nálgast stöðugar trefjar í byggingareiginleikum.
Post Time: Mar-15-2023