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碳纖維復合材料在高壓氫氣長管拖車中的應用

2023-06-28 來源:方鯤1,劉康2(1.北京納盛通新材料科技有限公司,2.北京碳 瀏覽數(shù):323

  隨著新能源和雙碳政策的實施,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)也獲得良好的發(fā)展,與之對應的氫能產(chǎn)業(yè)也得到了迅速的發(fā)展。此外,為了迎接氫

   隨著新能源和雙碳政策的實施,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)也獲得良好的發(fā)展,與之對應的氫能產(chǎn)業(yè)也得到了迅速的發(fā)展。此外,為了迎接氫燃料電池車的普及,各地都在積極整備加氫站的建設(shè),所以,必須尋求一個從煉油廠到加氫站的經(jīng)濟性好的運氫及儲氫方式。
  
  
  
  目的
  
  氫氣從制氫到應用端需要經(jīng)歷運輸環(huán)節(jié),氫氣運輸?shù)姆绞礁鶕?jù)其儲存的方式而有所不同主要分為:氣態(tài)運輸、液態(tài)運輸、固體運輸和有機液體運輸。國際上氫氣輸運方式主要包括長管拖車氣態(tài)輸運、液氫罐車輸運和管道輸運等。
  
  在應用端加氫站按制氫地點可分為外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站,而對于外供氫加氫站,氫氣的運輸是重要的一環(huán),目前主要有高壓氣體運輸、液態(tài)氫氣運輸和管道運輸?shù)确绞健?/div>
  
  目前,市場比較成熟的應用方式是氣態(tài)運輸,即通過卡車、長管拖車或管道將氣體運輸?shù)浇K端。
  
  
  
  圖1氫氣的各種運輸方式
  
  作為運輸純氫氣形態(tài)的運輸方式有液化氫和高壓氫氣兩種,大量運送氫氣適合液態(tài)氫,少量氫的輸送適合高壓氫氣。
  
  以往,運輸高壓氫氣主要使用的是鋼制容器的拖車,為了削減運輸成本,需要進一步輕量化儲氫容器,提高運輸效率。
  
  日本川崎公司通過采用復合材料儲氫罐,開發(fā)了搭載35MPa儲氫罐的氫氣長管拖車,在此基礎(chǔ)上,進一步開發(fā)了45MPa儲氫罐長管拖車。
  
  主要規(guī)格和運行
  
  45MPa儲氫罐長管拖車的主要規(guī)格如表1所示。
  
  表1 45MPa復合材料儲氫罐長管拖車主要規(guī)格
  
  
  
  在應用端加氫站按制氫地點可分為外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站,而對于外供氫加氫站,氫氣的運輸是重要的一環(huán),目前主要有高壓氣體運輸、液態(tài)氫氣運輸和管道運輸?shù)确绞健?/div>
  
  對于外供氫加氫站,其流程如圖2所示。
  
 ?。?)制氫設(shè)備生產(chǎn)的氫氣,通過壓縮機加壓至45MPa,填充至復合材料儲氫罐。
  
 ?。?)長管拖車將儲氫罐運送至加氫站,卸下儲氫罐作為加氫站儲氫罐使用。
  
 ?。?)氫氣用完后,再更換運回制氫工廠填充,這樣循環(huán)使用。
  
 
  
  圖2外供氫加氫站運行流程
  
  特點
  
  (1)實現(xiàn)大量運輸?shù)膹秃喜牧先萜?/span>
  
  通過在作為輕量材料的鋁合金制容器外纏繞具有高拉伸強度的CFRP(碳纖維增強樹脂),實現(xiàn)了輕量且耐超高壓力的壓力容器(圖3)。使用復合材料的儲氫罐,與以往的鋼罐相比,可以運送約2倍以上的高壓氫氣。
  
  
  
  圖3 CFRP IV型儲氫罐(45MPa)
  
  (2)保證拖車行走安全性的裝置及功能
  
  為了行駛穩(wěn)定性,在懸架裝置中采用了電子控制制動器(EBS)和空氣懸架,并且具備ABS(防鎖制動系統(tǒng))和以下功能:
  
  察覺到側(cè)翻的危險,自動啟動制動器,減少危險的側(cè)翻抑制裝置RSS。
  
  根據(jù)裝載量調(diào)整制動力,進而防止空車時制動器過多的負載傳感功能。
  
  記錄和現(xiàn)實行駛距離、掛車軸重顯示等車輛信息。
  
  (3)提高安全性和操作性的結(jié)構(gòu)
  
  在檢測到高溫時,為了保證噴水,設(shè)置了可手柄操作開閉的頂棚車篷。
  
  為方便進行容器等的點檢作業(yè),在側(cè)面設(shè)置了金屬開閉式門。
  
  用于進入容器室內(nèi)部的前門。
  
  為了便于在移動時或工作站留置時進行24個容器閥門開閉操作,在中央部位設(shè)置了操作室。
  
  作為容器閥,設(shè)置了用于在復合材料儲氫罐在高溫時安全釋放氫的溶栓式安全閥。
  
  天花板貼上阻燃絕熱材料,抑制內(nèi)部溫度上升。
  
  在后部操作室設(shè)置100℃以上高溫時閥門自動關(guān)閉的緊急切斷閥。
  
  在后部操作室設(shè)置可單觸連接加氫站配管的軟管、耦合器。
  
  
  
  圖4 車頂及側(cè)門
  
  
  
  圖5 中央操作時及各個閥門
  
  結(jié)束語
  
  目前,正在開發(fā)能夠搭載34個45MPa IV型儲氫罐的商用長管拖車,該拖車的長度比現(xiàn)在的拖車短,可以使用在更多不同情況的加氫站。
  
  參考文獻
  
  Kawasaki Technical Review No.176 October 2015  
  

【延伸閱讀】

標簽:

閱讀上文 >> 楊超凡·國產(chǎn)先進車用儲氫罐方案
閱讀下文 >> “碳纖維復合材料哨笛系列產(chǎn)品研究與應用”項目通過中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技成果鑒定

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