Стандардни резервоари со рамна платформа за BEV и FCEV користат термопластични и термосет композити со конструкција на скелети што обезбедува 25% повеќе складирање на H2. #hydrogen #trends
После соработката со BMW покажа дека кубниот резервоар може да испорача поголема волуметриска ефикасност од повеќе мали цилиндри, Техничкиот универзитет во Минхен започна на проект за развој на композитна структура и скалабилен процес на производство за сериско производство. Кредит на слика: Ту Дрезден (горе) лево), Технички универзитет во Минхен, Оддел за јаглеродни композити (LCC)
Електрични возила на горивни ќелии (FCEV) напојувани со водород со нулта емисија (H2) обезбедуваат дополнителни средства за постигнување на нула цели на животната средина. Патнички автомобил со горивни ќелии со мотор H2 може да се пополни за 5-7 минути и има опсег од 500 км, но во моментов е поскап заради нискиот обем на производство. Еден начин да се намалат трошоците е да се користи стандардна платформа за моделите BEV и FCEV. Ова во моментов не е можно затоа што цилиндричните резервоари од типот 4 кои се користат за складирање на компресиран гас H2 (CGH2) на 700 бари во FCEV не се погодни за прегради за батерии под телото кои се внимателно дизајнирани за електрични возила. Сепак, садовите под притисок во форма на перници и коцки можат да се вклопат во овој рамен простор за пакување.
Патент US5577630A за „композитен сад за конформален притисок“, апликација поднесена од Thiokol Corp. во 1995 година (лево) и правоаголен сад за притисок, патентиран од BMW во 2009 година (десно).
Одделот за јаглеродни композити (ЛЦЦ) на Техничкиот универзитет во Минхен (Тум, Минхен, Германија) е вклучен во два проекти за развој на овој концепт. Првиот е полимер4хидроген (P4H), предводен од Центарот за компетенции на Полимер Леобен (ПЦЦЛ, Леобен, Австрија). Работниот пакет LCC го води колегата Елизабет Глас.
Вториот проект е животната средина за демонстрација и развој на водород (Hydden), каде LCC го води истражувачот Кристијан Јагер. И двајцата имаат за цел да создадат голема демонстрација на производниот процес за правење соодветен резервоар CGH2 со употреба на композити со јаглеродни влакна.
Постои ограничена волуметриска ефикасност кога цилиндрите со мал дијаметар се инсталираат во рамни ќелии на батерии (лево) и кубни садови за притисок на типот 2, изработени од челични облоги и надворешна обвивка од јаглеродни влакна/епоксид (десно). Извор на слика: Сликите 3 и 6 се од „нумерички дизајн пристап за садот за притисок од типот II со внатрешни нозе на затегнување“ од РУФ и Заремба и сор.
P4H фабрикуваше експериментален резервоар за коцка, кој користи термопластична рамка со композитни ленти за напнатост/ленти завиткани во епоксиден јаглеродни влакна. Hydden ќе користи сличен дизајн, но ќе користи автоматско поставување на влакна (AFP) за производство на сите термопластични композитни резервоари.
Од апликација за патент од страна на Thiokol Corp. до „композитен сад за конформален притисок“ во 1995 година до германски патент DE19749950C2 Во 1997 година, компресираните гасни садови „може да имаат некаква геометриска конфигурација“, но особено рамни и нередовни форми, во шуплина поврзана со поддршката за школка. Елементите се користат така што тие можат да издржат сила на проширување на гасот.
A 2006 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) paper describes three approaches: a filament wound conformal pressure vessel, a microlattice pressure vessel containing an internal orthorhombic lattice structure (small cells of 2 cm or less), surrounded by a thin-walled H2 container, and a replicator container, consisting of an internal structure consisting of glued small parts (eg, hexagonal plastic rings) и состав на тенка кожа на надворешна обвивка. Двојните контејнери се најдобро прилагодени за поголемите контејнери каде што традиционалните методи може да бидат тешко да се применат.
Патент DE102009057170A Поднесено од Фолксваген во 2009 година опишува сад под притисок поставен на возило што ќе обезбеди ефикасност со голема тежина, додека го подобрува користењето на просторот. Правоаголните резервоари користат конектори за напнатост помеѓу два правоаголни спротивни wallsидови, а аглите се заоблени.
Горенаведените и другите концепти ги цитираат Глес во трудот „Развој на процесот на кубни садови под притисок со шипки“ од Глес и сор. во ECCM20 (26-30 јуни 2022 година, Лозана, Швајцарија). Во оваа статија, таа наведува студија за ТУМ објавена од Мајкл Роув и Свен Заремба, кои откриле дека кубниот сад за притисок со напнатости што ги поврзува правоаголните страни е поефикасен од неколку мали цилиндри кои се вклопуваат во просторот на рамна батерија, обезбедувајќи приближно 25% повеќе. простор за складирање.
Според Глес, проблемот со инсталирање на голем број на мали цилиндри од типот 4 во рамен случај е дека „волуменот помеѓу цилиндрите е значително намален, а системот има и многу голема површина за пропуст на гас H2. Севкупно, системот обезбедува помалку капацитет за складирање од кубни тегли“.
Сепак, има и други проблеми со кубниот дизајн на резервоарот. „Очигледно, заради компресираниот гас, треба да ги спротивставите силите на свиткување на рамните wallsидови“, рече Глес. „За ова, потребна ви е засилена структура која внатрешно се поврзува со wallsидовите на резервоарот. Но, тоа е тешко да се направи со композитите“.
Глас и нејзиниот тим се обидоа да вклучат засилени напнатости во садот под притисок на начин што ќе биде погоден за процесот на ликвидација на влакната. „Ова е важно за производство со голем обем“, објаснува таа, „и исто така ни овозможува да ја дизајнираме шемата за ликвидација на wallsидовите на садот за да ја оптимизираме ориентацијата на влакна за секое оптоварување во зоната“.
Четири чекори за да се направи пробно кубен композитен резервоар за проектот P4H. Кредит на слика: „Развој на процес на производство на кубни пловни објекти со заграда“, Технички универзитет во Минхен, проект Polymers4Hydrogen, ECCM20, јуни 2022 година.
За да се постигне ланец, тимот разви нов концепт составен од четири главни чекори, како што е прикажано погоре. Странците за напнатост, прикажани во црно на чекорите, се префабрикувана структура на рамки, фабрикувани со употреба на методи земени од проектот MAI Skelett. За овој проект, BMW разви „рамка“ на рамка за шофершајбна со употреба на четири шипки засилени со влакна, кои беа обликувани во пластична рамка.
Рамката на експериментален кубен резервоар. Хексагонални скелетни делови 3Д печатени од ТУМ со употреба на неискористено PLA -влакно (горе), вметнување на шипки за пултрација на CF/PA6 како загради за напнатост (средно) и потоа завиткување на филаментот околу заградите (дно). Кредит на слика: Технички универзитет во Минхен ЛЦЦ.
„Идејата е дека можете да ја изградите рамката на кубниот резервоар како модуларна структура“, рече Глас. „Овие модули потоа се ставаат во алатка за обликување, лентите за напнатост се ставаат во модулите на рамката, а потоа методот на Маи Скелет се користи околу лентите за да ги интегрира со деловите од рамката“. Метод на масовно производство, што резултира во структура што потоа се користи како мандата или јадро за да се завитка композитната обвивка за складирање.
TUM ја дизајнираше рамката на резервоарот како кубна „перница“ со цврсти страни, заоблени агли и хексагонална шема на горниот и долниот дел преку кои може да се вметнат и прикачат врските. Дупките за овие лавици беа исто така 3Д печатени. „За почетниот експериментален резервоар, ние 3Д печатевме хексагонални делови со рамка со употреба на полилактична киселина [PLA, термопластична базирана на био-база] затоа што беше лесно и ефтино“, рече Глас.
Тимот купи 68 шипки со засилени јаглеродни влакна полиамид 6 (PA6) шипки од SGL јаглерод (Meitingen, Германија) за употреба како врски. „За да го тестираме концептот, не направивме никакво обликување“, вели Глес, „но едноставно вметнавме растојанија во 3Д печатена рамка за јадрото на саќе и ги залепивме со епоксиден лепак. Ова потоа обезбедува мандела за ликвидација на резервоарот“. Таа забележува дека иако овие прачки се релативно лесни за ветер, има некои значајни проблеми што ќе бидат опишани подоцна.
„Во првата фаза, нашата цел беше да ја демонстрираме производството на дизајнот и да ги идентификуваме проблемите во производниот концепт“, објасни Глес. „Значи, напнатоста на напнатоста се испакнува од надворешната површина на скелетната структура, а ние ги прикачуваме јаглеродните влакна на ова јадро со употреба на влажното влакно. во рамките на резервоарот.
Капаче за вселенско работење за ликвидација. TUM користи пластични капачиња на краевите на тензичните шипки за да ги спречи влакната да се затемнуваат за време на ликвидацијата на влакната. Кредит на слика: Технички универзитет во Минхен ЛЦЦ.
Глас повтори дека овој прв резервоар е доказ за концепт. „Употребата на 3Д печатење и лепак беше само за првично тестирање и ни даде идеја за неколку проблеми со кои се соочивме. На пример, за време на ликвидацијата, нишките беа фатени од краевите на тензичните шипки, предизвикувајќи кршење на влакна, оштетување на влакна и намалување на количината на влакна за да се спротивставиме на ова. ги отстрани овие заштитни капачиња и ги преобличи краевите на столбовите пред конечното завиткување. “
Тимот експериментираше со различни сценарија за реконструкција. „Оние што гледаат наоколу работат најдобро“, вели Грејс. „Исто така, за време на фазата на прототипирање, користевме модифицирана алатка за заварување за да нанесеме топлина и да ги преобликуваме врзаните шипки. Во концепт за масовно производство, би имале една поголема алатка што може да ги обликува и да ги формира сите краеви на лентите во внатрешна финиш ламинат во исто време.“
Решаени глави за цртање. ТУМ експериментираше со различни концепти и ги модифицираше заварите за да ги усогласи краевите на композитните врски за приложување на ламинат на wallидот на резервоарот. Кредит на слика: „Развој на процес на производство на кубни пловни објекти со заграда“, Технички универзитет во Минхен, проект Polymers4Hydrogen, ECCM20, јуни 2022 година.
Така, ламинат се лекува по првиот чекор на ликвидација, постовите се преобликуваат, тумот го комплетира второто ликвидација на нишките, а потоа ламинат на надворешниот резервоар за резервоарот се лекува по втор пат. Забележете дека ова е дизајн на резервоарот од типот 5, што значи дека нема пластична лагер како бариера за гас. Погледнете ја дискусијата во делот за следните чекори подолу.
„Првото демо го намаливме на пресеци и ја мапиравме поврзаната област“, рече Глас. „Обликот покажува дека имавме некои квалитетни проблеми со ламинат, при што главите на лентите не лежеа рамни на внатрешниот ламинат“.
Решавање на проблеми со празнините помеѓу ламинат на внатрешните и надворешните wallsидови на резервоарот. Модифицираната глава на вратоврска создава јаз помеѓу првиот и вториот пресврт на експерименталниот резервоар. Кредит на слика: Технички универзитет во Минхен ЛЦЦ.
Овој почетен резервоар 450 x 290 x 80мм беше завршен минатото лето. „Оттогаш постигнавме голем напредок, но сепак имаме јаз помеѓу внатрешниот и надворешниот ламинат“, рече Глас. „Значи, се обидовме да ги наполниме тие празнини со чиста, висока смола на вискозност.
Тимот продолжи да го развива дизајнот и процесот на резервоарот, вклучително и решенија за посакуваната шема на ликвидација. „Страните на резервоарот за тестирање не беа целосно завиткани затоа што беше тешко за оваа геометрија да создаде патека за ликвидација“, објасни Глас. „Нашиот првичен агол на ликвидација беше 75 °, но знаевме дека беа потребни повеќе кола за да се исполни товарот во овој брод под притисок. Ние сè уште бараме решение за овој проблем, но не е лесно со софтверот што моментно е на пазарот. Може да стане проект за следење.
„Ние ја демонстриравме изводливоста на овој концепт на производство“, вели Глес, „но треба да работиме понатаму за да ја подобриме врската помеѓу ламинатот и да ги преобликуваме врвните шипки.„ Надворешно тестирање на машината за тестирање. Ги извлекувате растојанијата од ламинат и ги тестирате механичките оптоварувања што тие споеви можат да издржат “.
Овој дел од проектот Polymers4Hydrogen ќе биде завршен на крајот на 2023 година, до кое време Глес се надева дека ќе го заврши вториот резервоар за демонстрација. Интересно е што, дизајни денес користат уредна засилена термопластика во рамката и термосет композитите во wallsидовите на резервоарот. Дали овој хибриден пристап ќе се користи во последниот резервоар за демонстрација? „Да“, рече Грејс. „Нашите партнери во проектот Polymers4Hydrogen развиваат епоксидни смоли и други композитни матрични материјали со подобри својства на водородната бариера“. Таа наведува двајца партнери кои работат на оваа работа, ПЦЦЛ и Универзитетот во Тампере (Тампере, Финска).
Глес и нејзиниот тим исто така разменија информации и разговараа за идеи со Јагер за вториот проект „Хидден“ од конформалниот композитен резервоар LCC.
„Beе произведуваме конформален композитен сад за притисок за истражувачки беспилотни летала“, вели Јагер. „Ова е соработка помеѓу двете оддели на воздушната и геодетската одделение на ТУМ - ЛЦЦ и Одделот за хеликоптерска технологија (ХТ). Проектот ќе биде завршен до крајот на 2024 година и ние во моментов го завршуваме садот за притисок. Дизајн што е повеќе од воздушна вселенска и автомобилски пристап. По овој почетен концепт фаза, следниот чекор е да се изврши деталното структура и предвидување на идот на идот што е во идот што е повеќе од аеропросторот и автомобилскиот пристап. По овој почетен концепт фаза, следниот чекор е да се изврши детална структура и предвидување на идот структура на theидот на идот што е повеќе од аеропросторот и автомобилскиот пристап. По овој почетен концепт фаза, следниот чекор е да се изврши детална структура и предвидување на идот структура на theидот на идот што е повеќе од аеропросторот и автомобилскиот пристап. По овој почетен концепт фаза, следниот чекор е да се изврши детална структура.
„Целата идеја е да се развие истражувачки беспилотно летало со хибриден систем на горивни ќелии и систем на погон на батерии“, продолжи тој. Willе ја користи батеријата за време на товари со голема моќност (т.е. полетување и слетување) и потоа ќе се префрли на ќелијата за гориво за време на крстарење со светло. „Тимот на ХТ веќе имаше истражувачки дрон и го редизајнираше погонот за користење на батерии и горивни ќелии“, рече Јегер. „Тие исто така купиле резервоар CGH2 за да го тестираат овој менувач“.
„Мојот тим имаше задача да изгради прототип на резервоарот за притисок што ќе одговара, но не заради проблемите со пакувањето што ќе ги создаде цилиндричниот резервоар“, објаснува тој. „Резервоарот не нуди толку многу отпорност на ветер. Значи, добивате подобри перформанси на летот“. Димензии на резервоарот приближно. 830 x 350 x 173 mm.
Целосно термопластичен резервоар во согласност со AFP. За проектот „Хидден“, тимот на ЛЦЦ во ТУМ првично истражуваше сличен пристап кон оној што го користи Глас (погоре), но потоа се пресели во пристап со употреба на комбинација на неколку структурни модули, кои потоа беа претерани со употреба на АФП (подолу). Кредит на слика: Технички универзитет во Минхен ЛЦЦ.
“One idea is similar to Elisabeth [Gleiss's] approach,” Yager says, “to apply tension braces to the vessel wall to compensate for the high bending forces. However, instead of using a winding process to make the tank, we use AFP. Therefore, we thought about creating a separate section of the pressure vessel, in which the racks are already integrated. This approach allowed me to combine several of these integrated modules and then apply an end cap to seal Сè пред последното ликвидација на АФП “.
“We are trying to finalize such a concept,” he continued, “and also start testing the selection of materials, which is very important to ensure the necessary resistance to H2 gas penetration. For this, we mainly use thermoplastic materials and are working on various how the material will affect this permeation behavior and processing in the AFP machine. It is important to understand if the treatment will have an effect and if any post-processing is required. We also want to know if different stacks will влијаат на водородното пропустливост преку садот за притисок “.
Резервоарот ќе биде целосно изработен од термопластичен, а лентите ќе ги снабдува Teijin Carbon Europe GmbH (Вупертал, Германија). „Beе ги користиме нивните PPS [полифенилен сулфид], Peek [Polyether Ketone] и LM Paek [ниско топење полирил кетон]“, рече Јагер. „Потоа се прават споредби за да се види кој е најдобар за заштита на пенетрација и производство на делови со подобри перформанси“. Тој се надева дека ќе го заврши тестирањето, структурното и моделирање на процеси и првите демонстрации во текот на следната година.
Истражувачката работа беше спроведена во рамките на модулот Комета „Polymers4Hydrogen“ (ID 21647053) во рамките на програмата за комети на Федералното Министерство за климатски промени, животната средина, енергијата, мобилноста, иновациите и технологијата и федералното министерство за дигитална технологија и економија. . Авторите им се заблагодаруваат на Центарот за компетенции на Полимерни компетенции на партнерите Leoben GmbH (PCCL, Австрија), Montanuniversitaet Leoben (Факултет за полимерни инженеринг и наука, Одделение за хемија на полимерни материјали, Оддел за наука за материјали и полимерни тестирања), Универзитет во Тампере (Факултет за инженерство на материјали). ) Наука), врвната технологија и Фауресија придонесоа за оваа истражувачка работа. Комета-модул е финансиран од Владата на Австрија и владата на државата Стирија.
Пред-засилените листови за структури кои носат оптоварување содржат континуирани влакна-не само од стакло, туку и од јаглерод и арамид.
Постојат многу начини да се направат композитни делови. Затоа, изборот на метод за одреден дел ќе зависи од материјалот, дизајнот на делот и крајната употреба или примена. Еве упатство за избор.
Шокерните композити и R&M International развиваат рециклиран синџир на снабдување со јаглеродни влакна што обезбедува нула колење, пониска цена од девицата влакна и на крајот ќе понуди должина што пристапува кон континуирано влакно во структурните својства.
Време на пост: март-15-2023 година