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3大特点!碳纤维复合材料(CFRP)在高压氢气长管拖车中的应用

日期:2023-05-12    来源:材料委天津院  作者:方鲲 刘康

国际氢能网

2023
05/12
11:36
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关键词: 高压氢气 燃料电池汽车 储氢罐

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引言

随着新能源和双碳政策的实施,燃料电池汽车产业也获得良好的发展,与之对应的氢能产业也得到了迅速的发展。此外,为了迎接氢燃料电池车的普及,各地都在积极整备加氢站的建设,所以,必须寻求一个从炼油厂到加氢站的经济型好的运氢及储氢方式。

02

目的

氢气从制氢到应用端需要经历运输环节,氢气运输的方式根据其储存的方式而有所不同主要分为:气态运输、液态运输、固体运输和有机液体运输。国际上氢气输运方式主要包括长管拖车气态输运、液氢罐车输运和管道输运等。

在应用端加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站,而对于外供氢加氢站,氢气的运输是重要的一环,目前主要有高压气体运输、液态氢气运输和管道运输等方式。

目前,市场比较成熟的应用方式是气态运输,即通过卡车、长管拖车或管道将气体运输到终端。

图1 氢气的各种运输方式

作为运输纯氢气形态的运输方式有液化氢和高压氢气两种,大量运送氢气适合液态氢,少量氢的输送适合高压氢气。

以往,运输高压氢气主要使用的是钢制容器的拖车,为了削减运输成本,需要进一步轻量化储氢容器,提高运输效率。

日本川崎公司通过采用复合材料储氢罐,开发了“搭载35MPa储氢罐的氢气长管拖车,在此基础上,进一步开发了45MPa储氢罐长管拖车。

03

主要规格和运行

45MPa储氢罐长管拖车的主要规格如表1所示。

表1  45MPa复合材料储氢罐长管拖车主要规格

在应用端加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站,而对于外供氢加氢站,氢气的运输是重要的一环,目前主要有高压气体运输、液态氢气运输和管道运输等方式。

对于外供氢加氢站,其流程如图2所示。

图2 外供氢加氢站运行流程

制氢设备生产的氢气,通过压缩机加压至45MPa,填充至复合材料储氢罐。

长管拖车将储氢罐运送至加氢站,卸下储氢罐作为加氢站储氢罐使用。

氢气用完后,再更换运回制氢工厂填充,这样循环使用。

04

特点

(1)实现大量运输的复合材料容器

通过在作为轻量材料的铝合金制容器外缠绕具有高拉伸强度的CFRP(碳纤维增强树脂),实现了轻量且耐超高压力的压力容器(图3)。使用复合材料的储氢罐,与以往的钢罐相比,可以运送约2倍以上的高压氢气。

图3  CFRP IV型储氢罐(45MPa)

(2)保证拖车行走安全性的装置及功能

为了行驶稳定性,在悬架装置中采用了电子控制制动器(EBS)和空气悬架,并且具备ABS(防锁制动系统)和以下功能。

察觉到侧翻的危险,自动启动制动器,减少危险的侧翻抑制装置(RSS)。

根据装载量调整制动力,进而防止空车时制动器过多的负载传感功能。

记录和现实行驶距离、挂车轴重显示等车辆信息。

(3)提高安全性和操作性的结构

在检测到高温时,为了保证喷水,设置了可手柄操作开闭的顶棚车篷。

为方便进行容器等的点检作业,在侧面设置了金属开闭式门。

用于进入容器室内部的前门。

为了便于在移动时或工作站留置时进行24个容器阀门开闭操作,在中央部位设置了操作室。

作为容器阀,设置了用于在复合材料储氢罐在高温时安全释放氢的溶栓式安全阀。

天花板贴上阻燃绝热材料,抑制内部温度上升。

在后部操作室设置100℃以上高温时阀门自动关闭的紧急切断阀。

在后部操作室设置可单触连接加氢站配管的软管、耦合器。

图4  车顶及侧门

图5  中央操作时及各个阀门

05

结束语

目前,正在开发能够搭载34个45MPa IV型储氢罐的商用长管拖车,该拖车的长度比该现在的拖车短,可以使用与更多不同情况的加氢站。


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