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碳纤维复合材料在高压氢气长管拖车中的应用

2023-06-28 来源:方鲲1,刘康2(1.北京纳盛通新材料科技有限公司,2.北京碳 浏览数:236

  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

   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性好的运氢及储氢方式。
  
  
  
  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。
  
  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。
  
  (1)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。
  
  (2)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。
  
  (3)氢气用完后,再更换运回制氢工厂填充,这样循环使用。
  
 
  
  图2外供氢加氢站运行流程
  
  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
  
  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,该拖车的长度比现在的拖车短,可以使用在更多不同情况的加氢站。
  
  参考文献
  
  Kawasaki Technical Review No.176 October 2015  
  

【延伸阅读】

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阅读上文 >> 杨超凡·国产先进车用储氢罐方案
阅读下文 >> “碳纤维复合材料哨笛系列产品研究与应用”项目通过中国轻工业联合会科技成果鉴定

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