Standartinės plokščios plokštumos rezervuarai BEV ir FCEV naudoja termoplastinius ir termoreaktinius kompozitus su skeleto konstrukcija, užtikrinančia 25% daugiau H2 saugyklų. #Hidrogen #Trendai
Po bendradarbiavimo su BMW parodė, kad kubinis rezervuaras gali padidinti didesnį tūrinį efektyvumą nei keli maži cilindrai, Miuncheno techninis universitetas pradėjo projektą, skirtą sukurti sudėtinę struktūrą ir keičiamo mastelio gamybos procesą serijinei gamybai. Vaizdo kreditas: TU Dresden (viršuje) kairėje), Miuncheno techninis universitetas, anglies kompozitų katedra (LCC)
Degalų elementų elektrinės transporto priemonės (FCEV), maitinami nulinės emisijos (H2) vandeniliu, suteikia papildomų priemonių, kad būtų pasiektos nulinės aplinkosaugos tikslai. Kuro elementų keleivinis automobilis su H2 varikliu gali būti užpildytas per 5–7 minutes ir jo diapazonas yra 500 km, tačiau šiuo metu yra brangesnis dėl mažo gamybos apimties. Vienas iš būdų sumažinti išlaidas yra naudoti standartinę BEV ir FCEV modelių platformą. Šiuo metu tai neįmanoma, nes 4 tipo cilindrinės talpyklos, naudojamos saugoti suspaustas H2 dujas (CGH2), esant 700 barų FCEV, nėra tinkamos apatinių kėbulų akumuliatorių skyriams, kurie buvo kruopščiai suprojektuoti elektrinėms transporto priemonėms. Tačiau slėgio indai pagalvių ir kubelių pavidalu gali tilpti į šią plokščią pakavimo vietą.
„Kompozicinio konforminio slėgio indo“ patentas US5577630A, „Thiokol Corp.“ pateiktas paraiška 1995 m. (Kairėje) ir stačiakampio slėgio indą, kurį 2009 m. Patentavo BMW (dešinėje).
Miuncheno technikos universiteto (TUM, Miunchenas, Vokietija) Techninio universiteto Carbon Composites departamentas dalyvauja dviejuose šios koncepcijos plėtros projektuose. Pirmasis yra „Polymers4hidrogen“ (P4H), vadovaujamas Leobeno polimerų kompetencijos centro (PCCL, Leoben, Austria). LCC darbo paketui vadovauja kolegė Elizabeth Glace.
Antrasis projektas yra vandenilio demonstravimo ir plėtros aplinka (Hydden), kur LCC vadovauja tyrėjas Christianas Jaegeris. Abu siekia sukurti didelio masto gamybos proceso demonstravimą, skirtą tinkamam CGH2 bakui gaminti naudojant anglies pluošto kompozitus.
Yra ribotas tūrinis efektyvumas, kai mažo skersmens cilindrai yra montuojami plokščiose akumuliatoriaus elementuose (kairėje) ir 2 tipo kubiniai slėgio indai, pagaminti iš plieninių įdėklų ir anglies pluošto/epoksidinio kompozicinio išorinio apvalkalo (dešinėje). Vaizdo šaltinis: 3 ir 6 paveikslai yra iš „Ruf ir Zaremba ir kt. II tipo slėgio dėžutės su vidinėmis įtempimo kojomis skaitmeninio projektavimo metodo.
„P4H“ pagamino eksperimentinį kubo baką, kuriame naudojamas termoplastinis rėmas su sudėtiniais tempimo dirželiais/statramsčiais, suvyniotais į anglies pluošto armatūrinę epoksidinę. „Hydden“ naudos panašų dizainą, tačiau visoms termoplastinėms kompozicinėms talpykloms gaminti naudos automatinį pluošto klojimo (AFP).
Nuo „Thiokol Corp.“ patento iki „kompozicinio konforminio slėgio indo“ 1995 m. Iki Vokietijos patento DE19749950C2 1997 m. Suslėgtos dujų indai „gali turėti bet kokią geometrinę konfigūraciją“, bet ypač plokščias ir nereguliarus formų, sujungtų su apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, esant apvalkalo atrama, bet ir plokščios ir nereguliarios formos, esant apvalkalo atramoje, esančiai su apvalkalo atrama. . Elementai naudojami taip, kad jie galėtų atlaikyti dujų plėtimo jėgą.
2006 m. Lawrence'o Livermore nacionalinės laboratorijos (LLNL) dokumente aprašomi trys metodai: gijos žaizdos konformacijos slėgio indas, mikrolatacijos slėgio indas, kuriame yra vidinė ortorombinė gardelės struktūra (mažos 2 cm ar mažiau ląstelės), apsupta plonos sienelės H2 konteineriu, ir replikatoriaus talpyklą, susidedančią iš vidinės struktūros, susidedančios iš priklijuotų mažų dalių (pvz., šešiakampiai plastikiniai žiedai) ir plonos išorinės apvalkalo odos kompozicija. Konteineriai dubliuojami geriausiai tinka didesniems konteineriams, kur tradicinius metodus gali būti sunku pritaikyti.
2009 m. „Volkswagen“ pateiktas patentas DE102009057170A, pateiktas 2009 m. Stačiakampiuose rezervuaruose naudojamos įtemptos jungtys tarp dviejų stačiakampių priešingų sienų, o kampai yra suapvalinti.
Aukščiau pateiktos ir kitos sąvokos Geiss cituoja Gleiss et al. ECCM20 (2022 m. Birželio 26–30 d., Lozanoje, Šveicarijoje). Šiame straipsnyje ji cituoja NUV tyrimą, kurį išleido Michaelas Roofas ir Svenas Zaremba, kuriame nustatyta, kad kubinio slėgio indą su įtempimo statramsčiais jungiamais stačiakampiais pusėmis yra efektyvesnė nei keli maži cilindrai, tilpantys į plokščios baterijos erdvę, ir tai yra maždaug 25 % daugiau. Sandėliavimo vieta.
Anot Gleiss, daugybės mažų 4 tipo cilindrų montavimo problema plokščiu atveju yra ta, kad „tūris tarp cilindrų yra labai sumažėjęs, o sistema taip pat turi labai didelį H2 dujų prasiskverbimo paviršių. Apskritai sistema suteikia mažesnę saugojimo talpą nei kubiniai stiklainiai. “
Tačiau yra ir kitų problemų dėl rezervuaro kubinio dizaino. „Akivaizdu, kad dėl suslėgtų dujų turite neutralizuoti lenkimo jėgas ant plokščių sienų“, - teigė Gleissas. „Tam jums reikia sustiprintos konstrukcijos, jungiančios viduje su rezervuaro sienomis. Bet tai sunku padaryti su kompozicijomis. “
Glace ir jos komanda bandė į slėgio indą įtraukti armatūrinius įtempimo strypus tokiu būdu, kuris būtų tinkamas siūlų apvijos procesui. „Tai svarbu didelio masto gamybai“,-aiškina ji,-ir taip pat leidžia mums suprojektuoti konteinerių sienelių apvijos modelį, kad būtų optimizuota kiekvienos zonos apkrovos pluošto orientacija “.
Keturi žingsniai, norint padaryti bandomąjį kubinį kompozicinį baką P4H projektui. Vaizdo kreditas: „Kubinių slėgio indų su petnešomis gamybos proceso sukūrimas“, Miuncheno techninis universitetas, „Polymers4hidrogen Project“, ECCM20, 2022 m. Birželio mėn.
Norėdami pasiekti grandinę, komanda sukūrė naują koncepciją, kurią sudaro keturi pagrindiniai žingsniai, kaip parodyta aukščiau. Įtempimo statramsčiai, rodomi juodai ant laiptelių, yra surenkama rėmo struktūra, pagaminta naudojant metodus, paimtus iš Mai Skelett projekto. Šiam projektui BMW sukūrė priekinio stiklo rėmo „karkasą“, naudodamas keturis pluošto sustiprintus pultracijos strypus, kurie vėliau buvo suformuoti į plastikinį rėmą.
Eksperimentinio kubinio rezervuaro rėmas. Šešiakampės skeleto sekcijos 3D, atspausdintos NUV, naudojant nepagrįstą PLA gijų (viršuje), įterpiant CF/PA6 pultracijos strypus kaip tempimo petnešas (viduryje) ir įvyniojant giją aplink petnešas (apačią). Vaizdo kreditas: Miuncheno LCC techninis universitetas.
„Idėja yra ta, kad jūs galite pastatyti kubinio rezervuaro rėmą kaip modulinę struktūrą“, - teigė Glace. „Tada šie moduliai dedami į liejimo įrankį, įtempimo statramsčiai dedami į rėmo modulius, tada aplink statramsčius naudojamas Mai Skelett metodas, kad būtų galima integruoti juos su rėmo dalimis.“ Masinės gamybos metodas, dėl kurio atsiranda struktūra, kuri vėliau naudojama kaip šerdies ar šerdies, norint apvynioti rezervuaro kompozicinį apvalkalą.
TUM suprojektavo rezervuaro rėmą kaip kubinę „pagalvėlę“ su kietomis pusėmis, suapvalintais kampais ir šešiakampiu raštu viršuje ir apačioje, per kurią galima įterpti ir pritvirtinti ryšius. Šių stelažų skylės taip pat buvo atspausdintos 3D. „Mūsų pradiniame eksperimentiniame rezervuare mes 3D spausdinome šešiakampių rėmų sekcijas, naudodamiesi polilakto rūgštimi [PLA, biologiškai termoplastiniu], nes tai buvo lengva ir pigu“,-teigė Glace.
Komanda įsigijo 68 pulsuotą anglies pluoštą sustiprintus poliamido 6 (PA6) strypus iš „SGL Carbon“ (Meitingen, Vokietija), skirtas naudoti kaip kaklaraiščius. „Norėdami išbandyti koncepciją, mes nepadarėme jokio liejimo“, - sako Gleissas, „bet tiesiog įkišome tarpiklius į 3D atspausdintą korio šerdies rėmą ir priklijavau juos epoksidiniais klijais. Tada tai suteikia mandrą, skirtą rezervuarui vingiuoti. “ Ji pažymi, kad nors šias lazdeles yra gana lengva vingiuoti, yra keletas reikšmingų problemų, kurios bus aprašytos vėliau.
„Pirmajame etape mūsų tikslas buvo parodyti dizaino gaminamąjį ir nustatyti gamybos koncepcijos problemas“, - aiškino Gleissas. Taigi įtempimo statramsčiai išsikiša iš skeleto struktūros išorinio paviršiaus ir mes pritvirtiname anglies pluoštus prie šios šerdies, naudodamiesi šlapio gijos apvija. Po to, trečiame žingsnyje, mes sulenkiame kiekvieno kaklaraiščio strypo galvą. Termoplastinis, todėl mes tiesiog naudojame šilumą, kad pakeistume galvą taip, kad ji išlygintų ir užfiksuotų į pirmąjį vyniojimo sluoksnį. Tada mes vėl apvyniojame struktūrą taip, kad plokščios traukos galvutė būtų geometriškai uždaryta rezervuare. laminuoti ant sienų.
Tarpinis dangtelis apvijimui. TUM naudoja plastikinius dangtelius ant įtempimo strypų galuose, kad pluoštai nesutriktų gijų apvijos metu. Vaizdo kreditas: Miuncheno LCC techninis universitetas.
Glace pakartojo, kad šis pirmasis tankas buvo koncepcijos įrodymas. „3D spausdinimo ir klijų naudojimas buvo skirtas tik pradiniams bandymams ir suteikė mums idėją apie keletą problemų, su kuriomis susiduriame. Pavyzdžiui, apvijos metu gijos buvo sugautos dėl įtempimo strypų galų, sukeldami skaidulų lūžimą, pluošto pažeidimą ir skaidulų kiekį, kad būtų galima tai kovoti. Mes panaudojome keletą plastikinių dangtelių kaip gamybos priemonės, kurios buvo dedamos ant stulpų prieš pirmąjį apvijos žingsnį. Tada, kai buvo gaminami vidiniai laminatai, mes pašalinome šiuos apsauginius dangtelius ir prieš galutinį įvyniojimą mes pakeitėme stulpų galus. “
Komanda eksperimentavo su įvairiais rekonstrukcijos scenarijais. „Tie, kurie geriausiai apžiūrinėja darbą“, - sako Grace. „Be to, prototipų nustatymo fazės metu mes panaudojome modifikuotą suvirinimo įrankį šilumai ir pertvarkyti tvirtinimo strypo galus. Masinės gamybos koncepcijoje turėtumėte vieną didesnį įrankį, kuris tuo pačiu metu galėtų suformuoti ir suformuoti visus statramsčių galus į vidaus apdailos laminatą. . “
Rezultatas pertvarkytas. Tum eksperimentavo su skirtingomis sąvokomis ir modifikavo suvirinimą, kad suderintų kompozicinių ryšių galus, kad būtų pritvirtintas prie rezervuaro sienos laminato. Vaizdo kreditas: „Kubinių slėgio indų su petnešomis gamybos proceso sukūrimas“, Miuncheno techninis universitetas, „Polymers4hidrogen Project“, ECCM20, 2022 m. Birželio mėn.
Taigi laminatas išgydomas po pirmojo vingiuoto žingsnio, stulpai pakeista, tumija užbaigia antrąją gijų apviją, o tada išorinis rezervuaro sienos laminatas yra išgydomas antrą kartą. Atminkite, kad tai yra 5 tipo rezervuaro dizainas, tai reiškia, kad jis neturi plastikinio įdėklo kaip dujų barjero. Žemiau skaitykite diskusiją tolesniuose veiksmuose.
„Mes supjaustėme pirmąją demonstracinę versiją į skerspjūvius ir pažymėjome prijungtą plotą“, - teigė Glace. „Iš arti parodyta, kad mes turėjome tam tikrų kokybės problemų su laminate, o statramsčio galvutės nesulaukė lygiai ant vidaus laminato“.
Išspręskite problemas, susijusias su tarpais tarp vidinio ir išorinių rezervuaro sienų laminato. Modifikuota kaklaraiščio strypo galvutė sukuria tarpą tarp pirmojo ir antrojo eksperimentinio bako posūkių. Vaizdo kreditas: Miuncheno LCC techninis universitetas.
Šis pradinis 450 x 290 x 80 mm rezervuaras buvo baigtas praėjusią vasarą. „Nuo to laiko padarėme daug pažangos, tačiau vis dar turime atotrūkį tarp vidaus ir išorinio laminato“, - sakė Glace. Taigi mes bandėme užpildyti tas spragas švaria, dideliu klampumo derva. Tai iš tikrųjų pagerina ryšį tarp smeigių ir laminato, o tai labai padidina mechaninį įtempį. “
Komanda toliau plėtojo rezervuarų dizainą ir procesą, įskaitant norimo apvijos modelio sprendimus. „Bandomojo rezervuaro šonai nebuvo iki galo sulenkti, nes šiai geometrijai buvo sunku sukurti vingiuotą kelią“, - aiškino Glace. „Mūsų pradinis apvijos kampas buvo 75 °, tačiau mes žinojome, kad norint patenkinti šio slėgio indo apkrovą, reikia kelių grandinių. Mes vis dar ieškome šios problemos sprendimo, tačiau šiuo metu rinkoje esanti programinė įranga nėra lengva. Tai gali tapti tolesniu projektu.
„Mes pademonstravome šios gamybos koncepcijos įgyvendinamumą“, - sako Gleissas, „tačiau turime toliau dirbti, kad pagerintume ryšį tarp laminato ir pakeistumėte kaklaraiščio strypus. „Išorinis bandymo aparato bandymas. Ištraukiate tarpiklius iš laminato ir išbandote mechanines apkrovas, kurias tie sąnariai gali atlaikyti. “
Ši „Polymers4hidrogen“ projekto dalis bus baigta 2023 m. Pabaigoje, iki to laiko Gleis tikisi užpildyti antrą demonstracinį baką. Įdomu tai, kad šiandien dizainai naudoja tvarkingą arsdintą termoplastiką rėmelyje ir termoreaktinėje kompozituose rezervuarų sienose. Ar šis hibridinis požiūris bus naudojamas galutiniame demonstraciniame rezervuare? - Taip, - tarė Grace. „Mūsų partneriai„ Polymers4hidrogen “projekte kuria epoksidines dervas ir kitas kompozicines matricos medžiagas, turinčias geresnių vandenilio barjerų savybių.“ Ji išvardija du partnerius, dirbančius šiame darbe, PCCL ir Tampere universitete (Tampere, Suomija).
Gleiss ir jos komanda taip pat apsikeitė informacija ir aptarė idėjas su Jaeger dėl antrojo Hyddeno projekto iš LCC „Conformal Composite Tank“.
„Mes gaminsime konforminį kompozicinį slėgio indą tyrimų dronams“, - sako Jaegeris. „Tai yra dviejų Aviacijos ir kosmoso departamentų ir Geodezinio Departamento - LCC ir sraigtasparnių technologijos departamento (HT) bendradarbiavimas. Projektas bus baigtas iki 2024 m. Pabaigos ir mes šiuo metu baigsime slėgio indą. Dizainas, kuris yra labiau kosmoso ir automobilių požiūris. Po šio pradinio koncepcijos etapo kitas žingsnis yra atlikti išsamų struktūrinį modeliavimą ir numatyti sienos struktūros barjerą. “
„Visa idėja yra sukurti tiriamąjį droną su hibridine kuro elementų ir akumuliatorių varymo sistema“, - tęsė jis. Jis naudos akumuliatorių didelės galios apkrovos metu (ty kilimas ir nusileidimas), o tada pereikite prie degalų elemento plaukimo apkrovos metu. „HT komanda jau turėjo tyrimų droną ir pertvarkė jėgos pavarą naudoti ir baterijas, ir kuro elementus“, - teigė Yeageris. „Jie taip pat įsigijo CGH2 baką, kad patikrintų šią transmisiją.“
„Mano komandai buvo pavesta sukurti slėgio rezervuaro prototipą, kuris tiktų, bet ne dėl pakuotės problemų, kurias sukurs cilindrinis bakas“, - aiškina jis. „Plokštesnis rezervuaras nesiūlo tiek pasipriešinimo vėjui. Taigi jums bus geresnis skrydžio atlikimas. “ Tanko matmenys apytiksliai. 830 x 350 x 173 mm.
Visiškai termoplastinis AFP suderinamas bakas. „Hydden“ projektui LCC komanda „TUM“ iš pradžių iš pradžių tyrinėjo panašų požiūrį į tą, kurį naudoja Glace (aukščiau), tačiau po to perėjo prie požiūrio, naudodama kelių konstrukcinių modulių derinį, kuris vėliau buvo per daug naudojamas naudojant AFP (žemiau). Vaizdo kreditas: Miuncheno LCC techninis universitetas.
„Viena idėja yra panaši į Elisabeth [Gleiss] metodą“, - sako Yageris. Tačiau užuot naudoję vingiavimo procesą rezervuarui gaminti, mes naudojame AFP. Todėl mes galvojome sukurti atskirą slėgio indo skyrių, kuriame stelažai jau yra integruoti. Šis metodas leido man sujungti kelis iš šių integruotų modulių ir tada pritaikyti galinį dangtelį, kad viską užklijuotų prieš galutinę AFP apviją. “
„Mes bandome baigti tokią koncepciją, - tęsė jis, - taip pat pradedame išbandyti medžiagų pasirinkimą, kuris yra labai svarbus siekiant užtikrinti reikiamą pasipriešinimą H2 dujų įsiskverbimui. Tam mes daugiausia naudojame termoplastines medžiagas ir dirbame su įvairiomis, kaip medžiaga paveiks šį prasmybės elgseną ir apdorojimą AFP mašinoje. Svarbu suprasti, ar gydymas turės poveikį ir ar reikia papildomo apdorojimo. Mes taip pat norime sužinoti, ar skirtingos krūvos turės įtakos vandenilio prasiskverbimui per slėgio indą. “
Tankas bus visiškai pagamintas iš termoplastinio, o juosteles tiekia „Teijin Carbon Europe GmbH“ (Wuppertal, Vokietija). „Mes naudosime jų PPS [polifenileno sulfidą], PEEK [polieterio ketoną] ir LM paek [žemo lydymosi poliarilo ketono] medžiagos“, - teigė Yageris. „Tada palyginami, kad būtų galima pamatyti, kuris iš jų yra geriausias skverbimosi apsaugai ir gaminti dalis, kurių našumas yra geresnis.“ Jis tikisi baigti bandymus, struktūrinį ir proceso modeliavimą bei pirmąsias demonstracijas kitais metais.
Tyrimo darbai buvo atlikti kometos modulyje „Polymers4hidrogen“ (ID 21647053) per Federalinės klimato pokyčių, aplinkos, energijos, mobilumo, inovacijų ir technologijų ministerijos kometos programą ir federalinė skaitmeninių technologijų ir ekonomikos ministerija. . Autoriai dėkoja dalyvaujančių partnerių polimerų kompetencijos centrui Leoben GmbH (PCCL, Austrija), Montanuniversitaet Leoben (Polimerų inžinerijos ir mokslo fakultetas, Polimerų medžiagų departamentas, Medžiagų mokslo ir polimerų testavimo departamentas), Tampere universiteto Polimerų medžiagų departamentas (Medžiagų mokslo ir polimerų testavimo katedra) ( Medžiagos). ) Mokslas), „Peak Technology“ ir „Faurecia“ prisidėjo prie šio tyrimo darbo. „Comet-Modul“ finansuoja Austrijos vyriausybė ir Stirijos valstijos vyriausybė.
Iš anksto sustiprintuose lakštuose, kuriuose laikoma apkrovai, yra ištisiniai pluoštai-ne tik iš stiklo, bet ir iš anglies bei aramido.
Yra daugybė būdų, kaip gaminti sudėtines dalis. Todėl tam tikros dalies metodo pasirinkimas priklausys nuo medžiagos, dalies projektavimo ir galutinio naudojimo ar taikymo. Čia yra atrankos vadovas.
„Shocker Composites“ ir „R&M International“ kuria perdirbtą anglies pluošto tiekimo grandinę, kuri suteikia nulinę skerdimą, mažesnes nei „Virgin“ pluoštas, ir ilgainiui pasiūlys ilgį, kuris artėja prie nuolatinio pluošto struktūrinių savybių.
Pašto laikas: 2012 m. Kovo-15 d