Mizinga ya kawaida ya jukwaa la gorofa kwa BEVs na FCEVs hutumia composites za thermoplastic na thermoset na ujenzi wa mifupa ambayo hutoa 25% zaidi ya kuhifadhi H2. #hydrogen #trends
Baada ya kushirikiana na BMW ilionyesha kuwa tank ya ujazo inaweza kutoa ufanisi mkubwa kuliko mitungi mingi, Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich kilianzisha mradi wa kuunda muundo wa mchanganyiko na mchakato mbaya wa utengenezaji wa serial. Mikopo ya Picha: Tu Dresden (Juu) kushoto), Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich, Idara ya Composites ya Carbon (LCC)
Magari ya umeme ya seli ya mafuta (FCEVS) inayoendeshwa na oksidi ya utoaji wa sifuri (H2) hutoa njia za ziada kufikia malengo ya mazingira ya sifuri. Gari la abiria wa seli ya mafuta na injini ya H2 linaweza kujazwa kwa dakika 5-7 na ina aina ya km 500, lakini kwa sasa ni ghali zaidi kwa sababu ya kiwango cha chini cha uzalishaji. Njia moja ya kupunguza gharama ni kutumia jukwaa la kawaida la mifano ya BEV na FCEV. Hii kwa sasa haiwezekani kwa sababu mizinga ya aina 4 ya silinda inayotumika kuhifadhi gesi iliyoshinikizwa ya H2 (CGH2) kwenye bar 700 katika FCEV haifai kwa sehemu za betri za chini ambazo zimetengenezwa kwa uangalifu kwa magari ya umeme. Walakini, vyombo vya shinikizo katika mfumo wa mito na cubes vinaweza kutoshea kwenye nafasi hii ya ufungaji wa gorofa.
Patent US5577630a ya "chombo cha shinikizo cha pamoja", maombi yaliyowasilishwa na Thiokol Corp. mnamo 1995 (kushoto) na chombo cha shinikizo cha mstatili kilichopewa hati miliki na BMW mnamo 2009 (kulia).
Idara ya Carbon Composites (LCC) ya Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich (Tum, Munich, Ujerumani) inahusika katika miradi miwili ya kukuza wazo hili. Ya kwanza ni Polymers4hydrogen (P4H), ikiongozwa na Kituo cha Uwezo wa Leoben Polymer (PCCL, Leoben, Austria). Kifurushi cha kazi cha LCC kinaongozwa na wenzake Elizabeth Glace.
Mradi wa pili ni Maonyesho ya Hydrogen na Mazingira ya Maendeleo (Hydden), ambapo LCC inaongozwa na mtafiti Christian Jaeger. Wote wanalenga kuunda maonyesho makubwa ya mchakato wa utengenezaji wa kutengeneza tank inayofaa ya CGH2 kwa kutumia composites za kaboni.
Kuna ufanisi mdogo wa volumetric wakati mitungi ndogo ya kipenyo imewekwa katika seli za betri gorofa (kushoto) na aina ya shinikizo 2 za shinikizo zilizotengenezwa kwa vifuniko vya chuma na kaboni nyuzi/epoxy composite nje (kulia). Chanzo cha picha: Kielelezo 3 na 6 ni kutoka kwa "Njia ya Ubunifu wa Hesabu kwa chombo cha sanduku la shinikizo la aina ya II na miguu ya mvutano wa ndani" na RUF na Zaremba et al.
P4H imetengeneza tank ya mchemraba ya majaribio ambayo hutumia sura ya thermoplastic na kamba ya mvutano/vipande vilivyofunikwa kwenye kaboni iliyoimarishwa ya kaboni. Hydden atatumia muundo kama huo, lakini atatumia muundo wa moja kwa moja wa nyuzi (AFP) kutengeneza mizinga yote ya mchanganyiko wa thermoplastic.
Kutoka kwa maombi ya patent na Thiokol Corp. hadi "chombo cha shinikizo cha pamoja" mnamo 1995 hadi patent ya Ujerumani DE19749950c2 mnamo 1997, vyombo vya gesi vilivyoshinikiza "vinaweza kuwa na usanidi wowote wa jiometri", lakini haswa maumbo ya gorofa na isiyo ya kawaida, katika cavity iliyounganishwa na msaada wa ganda. Vipengee hutumiwa ili waweze kuhimili nguvu ya upanuzi wa gesi.
Karatasi ya Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Liverpore (LLNL) inaelezea njia tatu: chombo cha shinikizo la jeraha la filament, chombo cha shinikizo la microlattice iliyo na muundo wa ndani wa orthorhombic (seli ndogo za cm 2 au chini), zilizozungukwa na sehemu nyembamba ya H2, na sehemu ndogo ya ndani ya sehemu ya ndani, iliyowekwa ndani ya sehemu ya ndani ya sehemu ya ndani, iliyowekwa ndani ya sehemu ya ndani ya sehemu ya ndani, iliyowekwa ndani ya sehemu ya ndani ya sehemu ya ndani, iliyokuwa na sehemu ya ndani ya 1 na muundo wa ngozi nyembamba ya ganda. Vyombo viwili vinafaa vyema kwa vyombo vikubwa ambapo njia za jadi zinaweza kuwa ngumu kutumia.
Patent DE102009057170a iliyowasilishwa na Volkswagen mnamo 2009 inaelezea chombo cha shinikizo kilichowekwa na gari ambacho kitatoa ufanisi mkubwa wakati wa kuboresha utumiaji wa nafasi. Mizinga ya mstatili hutumia viunganisho vya mvutano kati ya kuta mbili za mstatili tofauti, na pembe zimezungukwa.
Dhana za hapo juu na zingine zimetajwa na Gleiss katika karatasi "Ukuzaji wa mchakato wa vyombo vya shinikizo za ujazo na baa za kunyoosha" na Gleiss et al. huko ECCM20 (Juni 26-30, 2022, Lausanne, Uswizi). Katika makala haya, anataja utafiti wa TUM uliochapishwa na Michael Roof na Sven Zaremba, ambayo iligundua kuwa chombo cha shinikizo la ujazo na mitego ya mvutano inayounganisha pande za mstatili ni bora zaidi kuliko mitungi kadhaa ndogo ambayo inafaa katika nafasi ya betri ya gorofa, ikitoa takriban 25% zaidi. nafasi ya kuhifadhi.
Kulingana na Gleiss, shida ya kusanikisha idadi kubwa ya mitungi ya aina 4 katika kesi ya gorofa ni kwamba "kiasi kati ya mitungi hupunguzwa sana na mfumo pia una uso mkubwa wa upenyezaji wa gesi ya H2.
Walakini, kuna shida zingine na muundo wa ujazo wa tank. "Ni wazi, kwa sababu ya gesi iliyoshinikizwa, unahitaji kupingana na vikosi vya kuinama kwenye ukuta wa gorofa," Gleiss alisema. "Kwa hili, unahitaji muundo ulioimarishwa ambao unaunganisha ndani na kuta za tank.
Glace na timu yake walijaribu kuingiza baa za mvutano kwenye chombo cha shinikizo kwa njia ambayo itafaa kwa mchakato wa vilima vya filament. "Hii ni muhimu kwa uzalishaji wa kiwango cha juu," anafafanua, "na pia inaruhusu sisi kubuni muundo wa vilima vya ukuta wa chombo ili kuongeza mwelekeo wa nyuzi kwa kila mzigo katika ukanda."
Hatua nne za kufanya tank ya ujazo ya ujazo kwa mradi wa P4H. Mikopo ya Picha: "Ukuzaji wa mchakato wa uzalishaji wa vyombo vya shinikizo za ujazo na Brace", Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich, Mradi wa Polymers4hydrogen, ECCM20, Juni 2022.
Ili kufikia mnyororo, timu imeunda wazo mpya lenye hatua kuu nne, kama inavyoonyeshwa hapo juu. Vipande vya mvutano, vilivyoonyeshwa kwa rangi nyeusi kwenye hatua, ni muundo wa sura iliyoundwa iliyoundwa kwa kutumia njia zilizochukuliwa kutoka kwa mradi wa Mai Skelett. Kwa mradi huu, BMW ilitengeneza sura ya "mfumo" wa vilima kwa kutumia viboko vinne vya kusukuma nyuzi, ambavyo wakati huo viliumbwa kuwa sura ya plastiki.
Sura ya tank ya ujazo ya majaribio. Sehemu za mifupa ya Hexagonal 3D iliyochapishwa na TUM kwa kutumia filimbi ya PLA isiyo na nguvu (juu), kuingiza viboko vya CF/PA6 kama braces ya mvutano (katikati) na kisha kufunika filimbi karibu na braces (chini). Mikopo ya Picha: Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich LCC.
"Wazo ni kwamba unaweza kujenga sura ya tank ya ujazo kama muundo wa kawaida," Glace alisema. "Moduli hizi huwekwa kwenye zana ya ukingo, viboko vya mvutano huwekwa kwenye moduli za sura, na kisha njia ya Mai Skelett hutumiwa karibu na vijiti ili kuziunganisha na sehemu za sura." Njia ya uzalishaji mkubwa, na kusababisha muundo ambao hutumika kama mandrel au msingi kufunika ganda la tank ya kuhifadhi.
Tum iliyoundwa sura ya tank kama "mto" wa ujazo na pande ngumu, pembe zilizo na mviringo na muundo wa hexagonal juu na chini kupitia ambayo mahusiano yanaweza kuingizwa na kushikamana. Shimo za racks hizi pia zilichapishwa 3D. "Kwa tank yetu ya majaribio ya awali, tulichapisha sehemu za 3D za hexagonal kwa kutumia asidi ya polylactic [PLA, thermoplastic ya msingi wa bio] kwa sababu ilikuwa rahisi na ya bei rahisi," Glace alisema.
Timu hiyo ilinunua viboko 68 vya kaboni iliyotiwa ndani ya polyamide 6 (PA6) kutoka SGL Carbon (Meingen, Ujerumani) kwa matumizi kama mahusiano. "Ili kujaribu wazo, hatukufanya ukingo wowote," anasema Gleiss, "lakini tu zilizoingizwa kwenye spacers kwenye sura ya asali iliyochapishwa ya 3D na kuzifunga kwa gundi ya epoxy. Anabainisha kuwa ingawa viboko hivi ni rahisi upepo, kuna shida kadhaa ambazo zitaelezewa baadaye.
"Katika hatua ya kwanza, lengo letu lilikuwa kuonyesha utengenezaji wa muundo na kutambua shida katika dhana ya uzalishaji," alielezea Gleiss. "Kwa hivyo mvutano hujitokeza kutoka kwa uso wa nje wa muundo wa mifupa, na tunashikilia nyuzi za kaboni kwa msingi huu kwa kutumia vilima vya mvua. iliyofungwa ndani ya tank.
Spacer cap kwa vilima. Tum hutumia kofia za plastiki kwenye ncha za viboko vya mvutano kuzuia nyuzi zisigonge wakati wa vilima vya filament. Mikopo ya Picha: Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich LCC.
Glace alisisitiza kwamba tank hii ya kwanza ilikuwa dhibitisho la dhana. "Matumizi ya uchapishaji wa 3D na gundi ilikuwa ya upimaji wa kwanza na ilitupa wazo la shida chache tulizokutana nazo. Kuondoa kofia hizi za kinga na kubadilisha miisho ya miti kabla ya kufungwa kwa mwisho. "
Timu ilijaribu hali mbali mbali za ujenzi. "Wale ambao hutazama wanafanya kazi vizuri zaidi," anasema Neema. “
Vichwa vya Drawbar vilibadilishwa tena. Tum alijaribu dhana tofauti na kurekebisha welds ili kulinganisha ncha za mahusiano ya mchanganyiko kwa kushikamana na ukuta wa tank. Mikopo ya Picha: "Ukuzaji wa mchakato wa uzalishaji wa vyombo vya shinikizo za ujazo na Brace", Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich, Mradi wa Polymers4hydrogen, ECCM20, Juni 2022.
Kwa hivyo, laminate huponywa baada ya hatua ya kwanza ya vilima, machapisho yamepigwa upya, tum inakamilisha vilima vya pili vya filaments, na kisha ukuta wa nje wa tank huponywa mara ya pili. Tafadhali kumbuka kuwa hii ni muundo wa tank ya aina 5, ambayo inamaanisha haina mjengo wa plastiki kama kizuizi cha gesi. Tazama majadiliano katika sehemu inayofuata hapa chini.
"Tulikata demo ya kwanza katika sehemu za msalaba na kuorodhesha eneo lililounganika," Glace alisema. "Inaonyesha kuwa tulikuwa na maswala ya ubora na laminate, na vichwa vya strut havikuweka gorofa ya ndani."
Kutatua shida na mapungufu kati ya laminate ya kuta za ndani na nje za tank. Kichwa cha fimbo kilichobadilishwa hutengeneza pengo kati ya zamu ya kwanza na ya pili ya tank ya majaribio. Mikopo ya Picha: Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich LCC.
Tangi hii ya awali 450 x 290 x 80mm ilikamilishwa msimu uliopita. "Tumefanya maendeleo mengi tangu wakati huo, lakini bado tunayo pengo kati ya mambo ya ndani na nje," Glace alisema. "Kwa hivyo tulijaribu kujaza mapungufu hayo na resin safi ya mnato.
Timu iliendelea kukuza muundo na mchakato wa tank, pamoja na suluhisho za muundo wa vilima unaotaka. "Pande za tank ya jaribio hazikuwa zimepindika kabisa kwa sababu ilikuwa ngumu kwa jiometri hii kuunda njia ya vilima," Glace alielezea. "Pembe yetu ya kwanza ilikuwa 75 °, lakini tulijua kuwa mizunguko mingi inahitajika kukidhi mzigo katika chombo hiki cha shinikizo.
"Tumeonyesha uwezekano wa wazo hili la uzalishaji," anasema Gleiss, "lakini tunahitaji kufanya kazi zaidi ili kuboresha uhusiano kati ya laminate na kuunda tena viboko vya tie. Unavuta spacers nje ya laminate na kujaribu mizigo ya mitambo ambayo viungo hivyo vinaweza kuhimili. "
Sehemu hii ya mradi wa Polymers4hydrogen itakamilika mwishoni mwa 2023, ambayo wakati Gleis anatarajia kukamilisha tank ya pili ya maandamano. Kwa kupendeza, miundo leo hutumia thermoplastics iliyoimarishwa safi katika sura na mchanganyiko wa thermoset kwenye kuta za tank. Je! Njia hii ya mseto itatumika katika tank ya mwisho ya maandamano? "Ndio," Neema alisema. "Washirika wetu katika mradi wa Polymers4hydrogen wanaendeleza resini za epoxy na vifaa vingine vya matrix vyenye mali bora ya kizuizi cha hidrojeni." Anaorodhesha washirika wawili wanaofanya kazi kwenye kazi hii, PCCL na Chuo Kikuu cha Tampere (Tampere, Ufini).
Gleiss na timu yake pia walibadilishana habari na kujadili maoni na Jaeger juu ya mradi wa pili wa Hydden kutoka Tangi ya Mchanganyiko wa LCC.
"Tutakuwa tukitengeneza chombo cha shinikizo cha pamoja kwa drones za utafiti," Jaeger anasema. "Huu ni ushirikiano kati ya idara mbili za Aerospace na Geodetic ya TUM - LCC na Idara ya Helikopta (HT).
"Wazo lote ni kukuza drone ya uchunguzi na kiini cha mafuta ya mseto na mfumo wa betri," aliendelea. Itatumia betri wakati wa mizigo ya nguvu ya juu (yaani, kuchukua na kutua) na kisha kubadili kwenye kiini cha mafuta wakati wa kusafiri kwa mzigo. "Timu ya HT tayari ilikuwa na utafiti wa utafiti na ilibadilisha nguvu ya kutumia betri zote mbili na seli za mafuta," Yeager alisema. "Pia walinunua tank ya CGH2 kujaribu maambukizi haya."
"Timu yangu ilipewa jukumu la kujenga mfano wa tank ya shinikizo ambayo ingefaa, lakini sio kwa sababu ya maswala ya ufungaji ambayo tank ya silinda ingeunda," anafafanua. "Tangi ya gorofa haitoi upinzani wa upepo. Vipimo vya tank takriban. 830 x 350 x 173 mm.
Tangi kamili ya thermoplastic AFP inayofuata. Kwa mradi wa Hydden, timu ya LCC huko TUM hapo awali iligundua njia kama hiyo iliyotumiwa na Glace (hapo juu), lakini kisha ikahamia kwa njia ya kutumia mchanganyiko wa moduli kadhaa za kimuundo, ambazo wakati huo zilitumiwa kupita kiasi kwa kutumia AFP (chini). Mikopo ya Picha: Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich LCC.
"Wazo moja ni sawa na njia ya Elisabeth [Gleiss]," Yager anasema, "kutumia braces ya mvutano kwa ukuta wa chombo ili kulipia vikosi vya juu. Muhuri kila kitu kabla ya vilima vya mwisho vya AFP. "
"Tunajaribu kukamilisha wazo kama hilo," aliendelea, "na pia anza kupima uteuzi wa vifaa, ambayo ni muhimu sana kuhakikisha upinzani wa H2. Upenyezaji wa haidrojeni kupitia chombo cha shinikizo. "
Tangi hiyo itatengenezwa kabisa na thermoplastic na vipande vitatolewa na Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Ujerumani). "Tutakuwa tukitumia PPS yao [polyphenylene sulfide], peek [polyether ketone] na vifaa vya LM Paek [chini ya kuyeyuka kwa polyaryl ketone]," Yager alisema. "Ulinganisho basi hufanywa kuona ni ipi bora kwa ulinzi wa kupenya na kutengeneza sehemu zilizo na utendaji bora." Anatarajia kukamilisha upimaji, muundo na michakato ya modeli na maandamano ya kwanza ndani ya mwaka ujao.
Kazi ya utafiti ilifanywa ndani ya moduli ya Comet "Polymers4hydrogen" (ID 21647053) ndani ya mpango wa Comet wa Wizara ya Shirikisho kwa Mabadiliko ya Tabianchi, Mazingira, Nishati, Uhamaji, Ubunifu na Teknolojia na Wizara ya Shirikisho kwa Teknolojia ya Dijiti na Uchumi. . Waandishi wanawashukuru washirika wanaoshiriki Kituo cha Uwezo wa Polymer Leoben GmbH (PCCL, Austria), Montanuniversitaet Leoben (Kitivo cha Uhandisi wa Polymer na Sayansi, Idara ya Kemia ya Vifaa vya Polymer, Idara ya Sayansi ya Vifaa na Upimaji wa Polymer), Chuo Kikuu cha Tampere (Kitivo cha vifaa vya uhandisi). ) Sayansi), Teknolojia ya Peak na Faurecia ilichangia kazi hii ya utafiti. Comet-modul inafadhiliwa na Serikali ya Austria na Serikali ya Jimbo la Styria.
Karatasi zilizoimarishwa mapema kwa miundo inayobeba mzigo ina nyuzi zinazoendelea-sio tu kutoka kwa glasi, lakini pia kutoka kwa kaboni na aramid.
Kuna njia nyingi za kutengeneza sehemu zenye mchanganyiko. Kwa hivyo, uchaguzi wa njia kwa sehemu fulani itategemea nyenzo, muundo wa sehemu, na matumizi ya mwisho au matumizi. Hapa kuna mwongozo wa uteuzi.
Shocker Composites na R&M International wanatengeneza mnyororo wa usambazaji wa kaboni iliyosafishwa ambayo hutoa kuchinjwa kwa sifuri, gharama ya chini kuliko nyuzi za bikira na hatimaye itatoa urefu ambao unakaribia nyuzi zinazoendelea katika mali ya miundo.
Wakati wa chapisho: Mar-15-2023