મ્યુનિકની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી હાઇડ્રોજન સંગ્રહ વધારવા માટે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટનો ઉપયોગ કરીને કન્ફોર્મલ ક્યુબિક ટાંકીઓ વિકસાવે છે | કમ્પોઝિટની દુનિયા

BEV અને FCEV માટે સ્ટાન્ડર્ડ ફ્લેટ-પ્લેટફોર્મ ટાંકીઓ સ્કેલેટન બાંધકામ સાથે થર્મોપ્લાસ્ટિક અને થર્મોસેટ કમ્પોઝિટનો ઉપયોગ કરે છે જે 25% વધુ H2 સ્ટોરેજ પૂરું પાડે છે. #હાઇડ્રોજન #ટ્રેન્ડ્સ
BMW સાથેના સહયોગથી દર્શાવવામાં આવ્યું કે એક ક્યુબિક ટાંકી બહુવિધ નાના સિલિન્ડરો કરતાં વધુ વોલ્યુમેટ્રિક કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરી શકે છે, મ્યુનિકની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટીએ સીરીયલ ઉત્પાદન માટે સંયુક્ત માળખું અને સ્કેલેબલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા વિકસાવવા માટે એક પ્રોજેક્ટ શરૂ કર્યો. છબી ક્રેડિટ: TU ડ્રેસ્ડન (ઉપર) ડાબે), મ્યુનિકની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી, કાર્બન કમ્પોઝિટ વિભાગ (LCC)
શૂન્ય-ઉત્સર્જન (H2) હાઇડ્રોજન દ્વારા સંચાલિત ફ્યુઅલ સેલ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (FCEVs) શૂન્ય પર્યાવરણીય લક્ષ્યોને પ્રાપ્ત કરવા માટે વધારાના માધ્યમો પૂરા પાડે છે. H2 એન્જિનવાળી ફ્યુઅલ સેલ પેસેન્જર કાર 5-7 મિનિટમાં ભરી શકાય છે અને તેની રેન્જ 500 કિમી છે, પરંતુ હાલમાં ઓછા ઉત્પાદન વોલ્યુમને કારણે તે વધુ ખર્ચાળ છે. ખર્ચ ઘટાડવાનો એક રસ્તો એ છે કે BEV અને FCEV મોડેલો માટે પ્રમાણભૂત પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરવો. હાલમાં આ શક્ય નથી કારણ કે FCEVs માં 700 બાર પર કોમ્પ્રેસ્ડ H2 ગેસ (CGH2) સંગ્રહિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ટાઇપ 4 સિલિન્ડ્રિકલ ટાંકીઓ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે કાળજીપૂર્વક ડિઝાઇન કરાયેલા અંડરબોડી બેટરી કમ્પાર્ટમેન્ટ માટે યોગ્ય નથી. જો કે, ગાદલા અને ક્યુબ્સના રૂપમાં પ્રેશર વેલ્સ આ ફ્લેટ પેકેજિંગ જગ્યામાં ફિટ થઈ શકે છે.
"કમ્પોઝિટ કન્ફોર્મલ પ્રેશર વેસલ" માટે પેટન્ટ US5577630A, 1995 માં થિયોકોલ કોર્પ દ્વારા દાખલ કરાયેલ અરજી (ડાબે) અને 2009 માં BMW દ્વારા પેટન્ટ કરાયેલ લંબચોરસ પ્રેશર વેસલ (જમણે).
ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી ઓફ મ્યુનિક (TUM, મ્યુનિક, જર્મની) ના કાર્બન કમ્પોઝિટ વિભાગ (LCC) આ ખ્યાલ વિકસાવવા માટે બે પ્રોજેક્ટ્સમાં સામેલ છે. પહેલો પ્રોજેક્ટ Polymers4Hydrogen (P4H) છે, જેનું નેતૃત્વ Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, Austria) કરે છે. LCC વર્ક પેકેજનું નેતૃત્વ ફેલો એલિઝાબેથ ગ્લેસ કરે છે.
બીજો પ્રોજેક્ટ હાઇડ્રોજન ડેમોન્સ્ટ્રેશન એન્ડ ડેવલપમેન્ટ એન્વાયર્નમેન્ટ (HyDDen) છે, જ્યાં LCC નું નેતૃત્વ સંશોધક ક્રિશ્ચિયન જેગર કરે છે. બંનેનો ઉદ્દેશ્ય કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટનો ઉપયોગ કરીને યોગ્ય CGH2 ટાંકી બનાવવા માટે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનું મોટા પાયે પ્રદર્શન બનાવવાનો છે.
સ્ટીલ લાઇનર્સ અને કાર્બન ફાઇબર/ઇપોક્સી કમ્પોઝિટ બાહ્ય શેલ (જમણે) થી બનેલા ફ્લેટ બેટરી સેલ (ડાબે) અને ક્યુબિક ટાઇપ 2 પ્રેશર વેસલ્સમાં નાના વ્યાસના સિલિન્ડરો ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે ત્યારે વોલ્યુમેટ્રિક કાર્યક્ષમતા મર્યાદિત હોય છે. છબી સ્ત્રોત: આકૃતિઓ 3 અને 6 રુફ અને ઝારેમ્બા એટ અલ દ્વારા "આંતરિક તાણ પગ સાથે ટાઇપ II પ્રેશર બોક્સ વેસલ માટે સંખ્યાત્મક ડિઝાઇન અભિગમ" માંથી લેવામાં આવી છે.
P4H એ એક પ્રાયોગિક ક્યુબ ટાંકી બનાવી છે જે કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ ઇપોક્સીમાં લપેટાયેલા કમ્પોઝિટ ટેન્શન સ્ટ્રેપ્સ/સ્ટ્રટ્સ સાથે થર્મોપ્લાસ્ટિક ફ્રેમનો ઉપયોગ કરે છે. HyDDen સમાન ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરશે, પરંતુ તમામ થર્મોપ્લાસ્ટિક કમ્પોઝિટ ટાંકીઓનું ઉત્પાદન કરવા માટે ઓટોમેટિક ફાઇબર લેઅપ (AFP) નો ઉપયોગ કરશે.
થિયોકોલ કોર્પ દ્વારા પેટન્ટ અરજીથી લઈને ૧૯૯૫માં "કમ્પોઝિટ કન્ફોર્મલ પ્રેશર વેસલ" અને ૧૯૯૭માં જર્મન પેટન્ટ DE19749950C2 સુધી, સંકુચિત ગેસ જહાજોમાં "કોઈપણ ભૌમિતિક રૂપરેખાંકન હોઈ શકે છે", પરંતુ ખાસ કરીને સપાટ અને અનિયમિત આકાર, શેલ સપોર્ટ સાથે જોડાયેલ પોલાણમાં. તત્વોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જેથી તેઓ ગેસના વિસ્તરણ બળનો સામનો કરી શકે.
2006 ના લોરેન્સ લિવરમોર નેશનલ લેબોરેટરી (LLNL) ના પેપરમાં ત્રણ અભિગમોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે: ફિલામેન્ટ ઘા કન્ફોર્મલ પ્રેશર વેસલ, એક માઇક્રોલેટીસ પ્રેશર વેસલ જેમાં આંતરિક ઓર્થોરોમ્બિક જાળી માળખું (2 સેમી કે તેથી ઓછા નાના કોષો) હોય છે, જે પાતળા-દિવાલોવાળા H2 કન્ટેનરથી ઘેરાયેલું હોય છે, અને એક રેપ્લીકેટર કન્ટેનર, જેમાં ગુંદર ધરાવતા નાના ભાગો (દા.ત., ષટ્કોણ પ્લાસ્ટિક રિંગ્સ) અને પાતળા બાહ્ય શેલ ત્વચાની રચના ધરાવતી આંતરિક રચના હોય છે. ડુપ્લિકેટ કન્ટેનર મોટા કન્ટેનર માટે શ્રેષ્ઠ અનુકૂળ છે જ્યાં પરંપરાગત પદ્ધતિઓ લાગુ કરવી મુશ્કેલ હોઈ શકે છે.
2009 માં ફોક્સવેગન દ્વારા ફાઇલ કરાયેલ પેટન્ટ DE102009057170A વાહન-માઉન્ટેડ પ્રેશર વેસલનું વર્ણન કરે છે જે જગ્યાના ઉપયોગને સુધારતી વખતે ઉચ્ચ વજન કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરશે. લંબચોરસ ટાંકીઓ બે લંબચોરસ વિરુદ્ધ દિવાલો વચ્ચે ટેન્શન કનેક્ટર્સનો ઉપયોગ કરે છે, અને ખૂણા ગોળાકાર હોય છે.
ઉપરોક્ત અને અન્ય ખ્યાલો ગ્લેઇસ દ્વારા ECCM20 (જૂન 26-30, 2022, લૌઝેન, સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડ) ખાતે ગ્લેઇસ એટ અલ દ્વારા પ્રકાશિત "પ્રોસેસ ડેવલપમેન્ટ ફોર ક્યુબિક પ્રેશર વેસેલ્સ વિથ સ્ટ્રેચ બાર્સ" પેપરમાં ટાંકવામાં આવ્યા છે. આ લેખમાં, તેણીએ માઈકલ રૂફ અને સ્વેન ઝારેમ્બા દ્વારા પ્રકાશિત TUM અભ્યાસનો ઉલ્લેખ કર્યો છે, જેમાં જાણવા મળ્યું છે કે લંબચોરસ બાજુઓને જોડતા ટેન્શન સ્ટ્રટ્સ સાથેનું ક્યુબિક પ્રેશર વેસલ ફ્લેટ બેટરીની જગ્યામાં ફિટ થતા ઘણા નાના સિલિન્ડરો કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે, જે લગભગ 25% વધુ સ્ટોરેજ સ્પેસ પ્રદાન કરે છે.
ગ્લીસના મતે, ફ્લેટ કેસમાં મોટી સંખ્યામાં નાના પ્રકારના 4 સિલિન્ડરો સ્થાપિત કરવામાં સમસ્યા એ છે કે "સિલિન્ડરો વચ્ચેનું પ્રમાણ ખૂબ જ ઓછું થઈ જાય છે અને સિસ્ટમમાં H2 ગેસ પ્રવેશ સપાટી પણ ખૂબ મોટી હોય છે. એકંદરે, સિસ્ટમ ક્યુબિક જાર કરતાં ઓછી સંગ્રહ ક્ષમતા પૂરી પાડે છે."
જોકે, ટાંકીના ક્યુબિક ડિઝાઇનમાં અન્ય સમસ્યાઓ પણ છે. "દેખીતી રીતે, સંકુચિત ગેસને કારણે, તમારે સપાટ દિવાલો પરના વળાંકવાળા બળોનો સામનો કરવાની જરૂર છે," ગ્લેઇસે કહ્યું. "આ માટે, તમારે એક મજબૂત માળખાની જરૂર છે જે ટાંકીની દિવાલો સાથે આંતરિક રીતે જોડાય. પરંતુ કમ્પોઝીટ્સ સાથે તે કરવું મુશ્કેલ છે."
ગ્લેસ અને તેની ટીમે પ્રેશર વેસલમાં રિઇન્ફોર્સિંગ ટેન્શન બારને એવી રીતે સામેલ કરવાનો પ્રયાસ કર્યો કે જે ફિલામેન્ટ વિન્ડિંગ પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય હોય. "આ ઉચ્ચ-વોલ્યુમ ઉત્પાદન માટે મહત્વપૂર્ણ છે," તેણી સમજાવે છે, "અને અમને ઝોનમાં દરેક લોડ માટે ફાઇબર ઓરિએન્ટેશનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કન્ટેનર દિવાલોની વિન્ડિંગ પેટર્ન ડિઝાઇન કરવાની પણ મંજૂરી આપે છે."
P4H પ્રોજેક્ટ માટે ટ્રાયલ ક્યુબિક કમ્પોઝિટ ટાંકી બનાવવા માટે ચાર પગલાં. છબી ક્રેડિટ: “બ્રેસ સાથે ક્યુબિક પ્રેશર વેસલ્સ માટે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનો વિકાસ”, મ્યુનિકની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી, પોલિમર્સ4હાઇડ્રોજન પ્રોજેક્ટ, ECCM20, જૂન 2022.
ઓન-ચેઇન હાંસલ કરવા માટે, ટીમે ઉપર બતાવ્યા પ્રમાણે ચાર મુખ્ય પગલાંઓનો સમાવેશ કરતી એક નવી વિભાવના વિકસાવી છે. પગથિયાં પર કાળા રંગમાં દર્શાવવામાં આવેલા ટેન્શન સ્ટ્રટ્સ, MAI સ્કેલેટ પ્રોજેક્ટમાંથી લેવામાં આવેલી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને બનાવેલ પ્રિફેબ્રિકેટેડ ફ્રેમ સ્ટ્રક્ચર છે. આ પ્રોજેક્ટ માટે, BMW એ ચાર ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ પલ્ટ્રુઝન રોડનો ઉપયોગ કરીને વિન્ડશિલ્ડ ફ્રેમ "ફ્રેમવર્ક" વિકસાવ્યું, જેને પછી પ્લાસ્ટિક ફ્રેમમાં મોલ્ડ કરવામાં આવ્યું.
પ્રાયોગિક ક્યુબિક ટાંકીની ફ્રેમ. TUM દ્વારા મુદ્રિત ષટ્કોણ હાડપિંજર વિભાગો 3D, જેમાં અનરિઇન્ફોર્સ્ડ PLA ફિલામેન્ટ (ટોચ) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં CF/PA6 પલ્ટ્રુઝન સળિયા ટેન્શન કૌંસ (મધ્યમ) તરીકે દાખલ કરવામાં આવ્યા છે અને પછી ફિલામેન્ટને કૌંસ (નીચે) ની આસપાસ લપેટવામાં આવ્યા છે. છબી ક્રેડિટ: ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી ઓફ મ્યુનિક LCC.
"વિચાર એ છે કે તમે ક્યુબિક ટાંકીની ફ્રેમને મોડ્યુલર સ્ટ્રક્ચર તરીકે બનાવી શકો છો," ગ્લેસે કહ્યું. "આ મોડ્યુલો પછી મોલ્ડિંગ ટૂલમાં મૂકવામાં આવે છે, ટેન્શન સ્ટ્રટ્સ ફ્રેમ મોડ્યુલ્સમાં મૂકવામાં આવે છે, અને પછી MAI સ્કેલેટની પદ્ધતિનો ઉપયોગ સ્ટ્રટ્સની આસપાસ ફ્રેમ ભાગો સાથે એકીકૃત કરવા માટે કરવામાં આવે છે." મોટા પાયે ઉત્પાદન પદ્ધતિ, પરિણામે એક માળખું બને છે જેનો ઉપયોગ સ્ટોરેજ ટાંકી કમ્પોઝિટ શેલને લપેટવા માટે મેન્ડ્રેલ અથવા કોર તરીકે થાય છે.
TUM એ ટાંકી ફ્રેમને ઘન "ગાદી" તરીકે ડિઝાઇન કરી હતી જેમાં ઘન બાજુઓ, ગોળાકાર ખૂણાઓ અને ઉપર અને નીચે ષટ્કોણ પેટર્ન હતી જેના દ્વારા ટાઇ દાખલ કરી શકાય છે અને જોડી શકાય છે. આ રેક્સ માટેના છિદ્રો પણ 3D પ્રિન્ટેડ હતા. "અમારા પ્રારંભિક પ્રાયોગિક ટાંકી માટે, અમે પોલીલેક્ટિક એસિડ [PLA, એક બાયો-આધારિત થર્મોપ્લાસ્ટિક] નો ઉપયોગ કરીને ષટ્કોણ ફ્રેમ વિભાગોને 3D પ્રિન્ટ કર્યા હતા કારણ કે તે સરળ અને સસ્તું હતું," ગ્લેસે કહ્યું.
ટીમે SGL કાર્બન (મીટીંગેન, જર્મની) પાસેથી 68 પલ્ટ્રુડેડ કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમાઇડ 6 (PA6) સળિયા ખરીદ્યા જેથી તેનો ઉપયોગ ટાઈ તરીકે થઈ શકે. ગ્લીસ કહે છે, "આ ખ્યાલને ચકાસવા માટે, અમે કોઈ મોલ્ડિંગ કર્યું નહીં, પરંતુ ફક્ત 3D પ્રિન્ટેડ હનીકોમ્બ કોર ફ્રેમમાં સ્પેસર્સ દાખલ કર્યા અને તેમને ઇપોક્સી ગ્લુથી ગુંદર કર્યા. આ પછી ટાંકીને વાઇન્ડ કરવા માટે મેન્ડ્રેલ પૂરું પાડે છે." તેણી નોંધે છે કે જોકે આ સળિયા વાઇન્ડ કરવા માટે પ્રમાણમાં સરળ છે, કેટલીક નોંધપાત્ર સમસ્યાઓ છે જેનું વર્ણન પછીથી કરવામાં આવશે.
"પ્રથમ તબક્કે, અમારું લક્ષ્ય ડિઝાઇનની ઉત્પાદનક્ષમતા દર્શાવવાનું અને ઉત્પાદન ખ્યાલમાં સમસ્યાઓ ઓળખવાનું હતું," ગ્લેઇસે સમજાવ્યું. "તેથી ટેન્શન સ્ટ્રટ્સ હાડપિંજરના માળખાની બાહ્ય સપાટીથી બહાર નીકળે છે, અને અમે ભીના ફિલામેન્ટ વિન્ડિંગનો ઉપયોગ કરીને કાર્બન ફાઇબરને આ કોર સાથે જોડીએ છીએ. તે પછી, ત્રીજા પગલામાં, અમે દરેક ટાઈ સળિયાના માથાને વાળીએ છીએ. થર્મોપ્લાસ્ટિક, તેથી અમે ફક્ત માથાને ફરીથી આકાર આપવા માટે ગરમીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ જેથી તે સપાટ થઈ જાય અને રેપિંગના પ્રથમ સ્તરમાં લૉક થઈ જાય. પછી અમે ફરીથી માળખાને લપેટવાનું શરૂ કરીએ છીએ જેથી ફ્લેટ થ્રસ્ટ હેડ ટાંકીની અંદર ભૌમિતિક રીતે બંધ થઈ જાય. દિવાલો પર લેમિનેટ.
વાઇન્ડિંગ માટે સ્પેસર કેપ. ફિલામેન્ટ વાઇન્ડિંગ દરમિયાન તંતુઓને ગૂંચવતા અટકાવવા માટે TUM ટેન્શન સળિયાના છેડા પર પ્લાસ્ટિક કેપ્સનો ઉપયોગ કરે છે. છબી ક્રેડિટ: ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી ઓફ મ્યુનિક LCC.
ગ્લેસે પુનરોચ્ચાર કર્યો કે આ પહેલી ટાંકી ખ્યાલનો પુરાવો છે. "3D પ્રિન્ટિંગ અને ગુંદરનો ઉપયોગ ફક્ત પ્રારંભિક પરીક્ષણ માટે હતો અને અમને કેટલીક સમસ્યાઓનો ખ્યાલ આપ્યો જે અમને આવી હતી. ઉદાહરણ તરીકે, વાઇન્ડિંગ દરમિયાન, ફિલામેન્ટ્સ ટેન્શન સળિયાના છેડા દ્વારા ફસાઈ ગયા હતા, જેના કારણે ફાઇબર તૂટ્યું, ફાઇબરને નુકસાન થયું અને આનો સામનો કરવા માટે ફાઇબરનું પ્રમાણ ઓછું થયું. અમે ઉત્પાદન સહાય તરીકે થોડા પ્લાસ્ટિક કેપ્સનો ઉપયોગ કર્યો જે પ્રથમ વાઇન્ડિંગ સ્ટેપ પહેલાં થાંભલાઓ પર મૂકવામાં આવ્યા હતા. પછી, જ્યારે આંતરિક લેમિનેટ બનાવવામાં આવ્યા, ત્યારે અમે આ રક્ષણાત્મક કેપ્સ દૂર કર્યા અને અંતિમ રેપિંગ પહેલાં થાંભલાઓના છેડાને ફરીથી આકાર આપ્યો."
ટીમે વિવિધ પુનર્નિર્માણ દૃશ્યો સાથે પ્રયોગો કર્યા. ગ્રેસ કહે છે, "જેઓ આસપાસ જુએ છે તેઓ શ્રેષ્ઠ કામ કરે છે." "ઉપરાંત, પ્રોટોટાઇપિંગ તબક્કા દરમિયાન, અમે ગરમી લાગુ કરવા અને ટાઇ રોડના છેડાને ફરીથી આકાર આપવા માટે એક સંશોધિત વેલ્ડીંગ ટૂલનો ઉપયોગ કર્યો. મોટા પાયે ઉત્પાદન ખ્યાલમાં, તમારી પાસે એક મોટું ટૂલ હશે જે સ્ટ્રટ્સના બધા છેડાને એક જ સમયે આંતરિક ફિનિશ લેમિનેટમાં આકાર આપી શકે છે અને બનાવી શકે છે. ."
ડ્રોબાર હેડ્સને ફરીથી આકાર આપવામાં આવ્યો. TUM એ વિવિધ ખ્યાલો સાથે પ્રયોગ કર્યો અને ટાંકી દિવાલ લેમિનેટ સાથે જોડવા માટે સંયુક્ત સંબંધોના છેડાને સંરેખિત કરવા માટે વેલ્ડ્સમાં ફેરફાર કર્યા. છબી ક્રેડિટ: "બ્રેસ સાથે ક્યુબિક પ્રેશર વેસલ્સ માટે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનો વિકાસ", મ્યુનિકની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી, પોલિમર્સ4હાઇડ્રોજન પ્રોજેક્ટ, ECCM20, જૂન 2022.
આમ, પ્રથમ વાઇન્ડિંગ સ્ટેપ પછી લેમિનેટને ક્યોર કરવામાં આવે છે, પોસ્ટ્સને ફરીથી આકાર આપવામાં આવે છે, TUM ફિલામેન્ટ્સનું બીજું વાઇન્ડિંગ પૂર્ણ કરે છે, અને પછી બાહ્ય ટાંકી દિવાલ લેમિનેટને બીજી વખત ક્યોર કરવામાં આવે છે. કૃપા કરીને નોંધ લો કે આ ટાઇપ 5 ટાંકી ડિઝાઇન છે, જેનો અર્થ એ છે કે તેમાં ગેસ અવરોધ તરીકે પ્લાસ્ટિક લાઇનર નથી. નીચે "આગળના પગલાં" વિભાગમાં ચર્ચા જુઓ.
"અમે પહેલા ડેમોને ક્રોસ સેક્શનમાં કાપીને કનેક્ટેડ એરિયાને મેપ કર્યો," ગ્લેસે કહ્યું. "ક્લોઝ-અપ બતાવે છે કે લેમિનેટ સાથે અમારી ગુણવત્તાની કેટલીક સમસ્યાઓ હતી, જેમાં સ્ટ્રટ હેડ્સ આંતરિક લેમિનેટ પર સપાટ નહોતા."
ટાંકીની આંતરિક અને બાહ્ય દિવાલોના લેમિનેટ વચ્ચેના ગાબડા સાથે સમસ્યાઓનું નિરાકરણ. સુધારેલ ટાઈ રોડ હેડ પ્રાયોગિક ટાંકીના પહેલા અને બીજા વળાંક વચ્ચે ગેપ બનાવે છે. છબી ક્રેડિટ: મ્યુનિક ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી LCC.
આ પ્રારંભિક 450 x 290 x 80mm ટાંકી ગયા ઉનાળામાં પૂર્ણ થઈ હતી. "ત્યારથી અમે ઘણી પ્રગતિ કરી છે, પરંતુ હજુ પણ આંતરિક અને બાહ્ય લેમિનેટ વચ્ચે અંતર છે," ગ્લેસે કહ્યું. "તેથી અમે તે અંતરને સ્વચ્છ, ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા રેઝિનથી ભરવાનો પ્રયાસ કર્યો. આ ખરેખર સ્ટડ્સ અને લેમિનેટ વચ્ચેના જોડાણને સુધારે છે, જે યાંત્રિક તાણમાં ઘણો વધારો કરે છે."
ટીમે ટાંકી ડિઝાઇન અને પ્રક્રિયા વિકસાવવાનું ચાલુ રાખ્યું, જેમાં ઇચ્છિત વાઇન્ડિંગ પેટર્ન માટેના ઉકેલોનો સમાવેશ થાય છે. "ટેસ્ટ ટાંકીની બાજુઓ સંપૂર્ણપણે વળાંકવાળી ન હતી કારણ કે આ ભૂમિતિ માટે વાઇન્ડિંગ પાથ બનાવવો મુશ્કેલ હતો," ગ્લેસે સમજાવ્યું. "અમારો પ્રારંભિક વાઇન્ડિંગ એંગલ 75° હતો, પરંતુ અમે જાણતા હતા કે આ પ્રેશર વેસલમાં ભારને પહોંચી વળવા માટે બહુવિધ સર્કિટની જરૂર છે. અમે હજુ પણ આ સમસ્યાનો ઉકેલ શોધી રહ્યા છીએ, પરંતુ હાલમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ સોફ્ટવેર સાથે તે સરળ નથી. તે એક ફોલો-અપ પ્રોજેક્ટ બની શકે છે.
"અમે આ ઉત્પાદન ખ્યાલની શક્યતા દર્શાવી છે," ગ્લીસ કહે છે, "પરંતુ લેમિનેટ વચ્ચેના જોડાણને સુધારવા અને ટાઇ સળિયાને ફરીથી આકાર આપવા માટે અમારે વધુ કામ કરવાની જરૂર છે. "ટેસ્ટિંગ મશીન પર બાહ્ય પરીક્ષણ. તમે લેમિનેટમાંથી સ્પેસર્સને બહાર કાઢો અને તે સાંધાઓ જે યાંત્રિક ભારનો સામનો કરી શકે છે તેનું પરીક્ષણ કરો."
પોલિમર્સ4હાઇડ્રોજન પ્રોજેક્ટનો આ ભાગ 2023 ના અંતમાં પૂર્ણ થશે, તે સમય સુધીમાં ગ્લેઇસ બીજા પ્રદર્શન ટાંકીને પૂર્ણ કરવાની આશા રાખે છે. રસપ્રદ વાત એ છે કે, આજે ડિઝાઇનમાં ફ્રેમમાં સુઘડ પ્રબલિત થર્મોપ્લાસ્ટિક્સ અને ટાંકીની દિવાલોમાં થર્મોસેટ કમ્પોઝિટ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. શું આ હાઇબ્રિડ અભિગમનો ઉપયોગ અંતિમ પ્રદર્શન ટાંકીમાં કરવામાં આવશે? "હા," ગ્રેસે કહ્યું. "પોલિમર્સ4હાઇડ્રોજન પ્રોજેક્ટમાં અમારા ભાગીદારો ઇપોક્સી રેઝિન અને અન્ય સંયુક્ત મેટ્રિક્સ સામગ્રી વિકસાવી રહ્યા છે જેમાં વધુ સારા હાઇડ્રોજન અવરોધ ગુણધર્મો છે." તેણી આ કાર્ય પર કામ કરતા બે ભાગીદારોની યાદી આપે છે, PCCL અને ટેમ્પેરે યુનિવર્સિટી (ટેમ્પેરે, ફિનલેન્ડ).
ગ્લીસ અને તેની ટીમે LCC કન્ફોર્મલ કમ્પોઝિટ ટાંકીના બીજા HyDDen પ્રોજેક્ટ પર જેગર સાથે માહિતીનું આદાનપ્રદાન કર્યું અને વિચારોની ચર્ચા કરી.
"અમે સંશોધન ડ્રોન માટે એક કન્ફોર્મલ કમ્પોઝિટ પ્રેશર વેસલનું ઉત્પાદન કરીશું," જેગર કહે છે. "આ TUM - LCC ના એરોસ્પેસ અને જીઓડેટિક વિભાગ અને હેલિકોપ્ટર ટેકનોલોજી વિભાગ (HT) ના બે વિભાગો વચ્ચેનો સહયોગ છે. આ પ્રોજેક્ટ 2024 ના અંત સુધીમાં પૂર્ણ થશે અને અમે હાલમાં પ્રેશર વેસલ પૂર્ણ કરી રહ્યા છીએ. એક ડિઝાઇન જે એરોસ્પેસ અને ઓટોમોટિવ અભિગમ જેવી છે. આ પ્રારંભિક ખ્યાલ તબક્કા પછી, આગળનું પગલું વિગતવાર માળખાકીય મોડેલિંગ કરવાનું અને દિવાલ માળખાના અવરોધ પ્રદર્શનની આગાહી કરવાનું છે."
"આખો વિચાર હાઇબ્રિડ ફ્યુઅલ સેલ અને બેટરી પ્રોપલ્શન સિસ્ટમ સાથે એક એક્સપ્લોરેટરી ડ્રોન વિકસાવવાનો છે," તેમણે આગળ કહ્યું. તે ઉચ્ચ પાવર લોડ (એટલે ​​કે ટેકઓફ અને લેન્ડિંગ) દરમિયાન બેટરીનો ઉપયોગ કરશે અને પછી હળવા લોડ ક્રુઝિંગ દરમિયાન ફ્યુઅલ સેલ પર સ્વિચ કરશે. "HT ટીમ પાસે પહેલેથી જ એક રિસર્ચ ડ્રોન હતું અને બેટરી અને ફ્યુઅલ સેલ બંનેનો ઉપયોગ કરવા માટે પાવરટ્રેનને ફરીથી ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું હતું," યેગરે કહ્યું. "તેઓએ આ ટ્રાન્સમિશનનું પરીક્ષણ કરવા માટે CGH2 ટાંકી પણ ખરીદી."
"મારી ટીમને એક પ્રેશર ટાંકી પ્રોટોટાઇપ બનાવવાનું કામ સોંપવામાં આવ્યું હતું જે ફિટ થઈ શકે, પરંતુ નળાકાર ટાંકીમાં પેકેજિંગ સમસ્યાઓને કારણે નહીં," તે સમજાવે છે. "ફ્લેટર ટાંકી પવન પ્રતિકાર આપતી નથી. તેથી તમને વધુ સારું ઉડાન પ્રદર્શન મળે છે." ટાંકીના પરિમાણો આશરે 830 x 350 x 173 મીમી.
સંપૂર્ણપણે થર્મોપ્લાસ્ટિક AFP સુસંગત ટાંકી. HyDDen પ્રોજેક્ટ માટે, TUM ખાતે LCC ટીમે શરૂઆતમાં Glace (ઉપર) દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા સમાન અભિગમની શોધ કરી હતી, પરંતુ પછી ઘણા માળખાકીય મોડ્યુલોના સંયોજનનો ઉપયોગ કરીને અભિગમ અપનાવ્યો, જેનો ઉપયોગ પછી AFP (નીચે) નો ઉપયોગ કરીને વધુ પડતો કરવામાં આવ્યો. છબી ક્રેડિટ: ટેકનિકલ યુનિવર્સિટી ઓફ મ્યુનિક LCC.
"એક વિચાર એલિઝાબેથ [ગ્લીસ] ના અભિગમ જેવો જ છે," યેગર કહે છે, "ઉચ્ચ બેન્ડિંગ ફોર્સની ભરપાઈ કરવા માટે જહાજની દિવાલ પર ટેન્શન કૌંસ લગાવવાનો. જો કે, ટાંકી બનાવવા માટે વાઇન્ડિંગ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરવાને બદલે, અમે AFP નો ઉપયોગ કરીએ છીએ. તેથી, અમે દબાણ જહાજનો એક અલગ વિભાગ બનાવવાનું વિચાર્યું, જેમાં રેક્સ પહેલાથી જ સંકલિત છે. આ અભિગમથી મને આમાંના ઘણા સંકલિત મોડ્યુલોને જોડવાની અને પછી અંતિમ AFP વાઇન્ડિંગ પહેલાં બધું સીલ કરવા માટે એન્ડ કેપ લાગુ કરવાની મંજૂરી મળી."
"અમે આવા ખ્યાલને અંતિમ સ્વરૂપ આપવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છીએ," તેમણે આગળ કહ્યું, "અને સામગ્રીની પસંદગીનું પરીક્ષણ પણ શરૂ કરી રહ્યા છીએ, જે H2 ગેસના પ્રવેશ માટે જરૂરી પ્રતિકાર સુનિશ્ચિત કરવા માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. આ માટે, અમે મુખ્યત્વે થર્મોપ્લાસ્ટિક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ અને AFP મશીનમાં આ સામગ્રી આ પ્રવેશ વર્તણૂક અને પ્રક્રિયાને કેવી રીતે અસર કરશે તેના પર વિવિધ રીતે કામ કરી રહ્યા છીએ. તે સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે કે શું સારવારની અસર થશે અને શું કોઈ પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ જરૂરી છે. અમે એ પણ જાણવા માંગીએ છીએ કે શું વિવિધ સ્ટેક્સ દબાણ વાહિની દ્વારા હાઇડ્રોજન પ્રવેશને અસર કરશે."
આ ટાંકી સંપૂર્ણપણે થર્મોપ્લાસ્ટિકથી બનેલી હશે અને સ્ટ્રીપ્સ તેજીન કાર્બન યુરોપ GmbH (વુપરટલ, જર્મની) દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવશે. "અમે તેમના PPS [પોલીફેનાઇલીન સલ્ફાઇડ], PEEK [પોલિથર કીટોન] અને LM PAEK [ઓછી ગલનશીલ પોલીઆરીલ કીટોન] સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીશું," યેગરે કહ્યું. "ત્યારબાદ સરખામણી એ જોવા માટે કરવામાં આવે છે કે ઘૂંસપેંઠ સુરક્ષા માટે કયું શ્રેષ્ઠ છે અને વધુ સારા પ્રદર્શન સાથે ભાગોનું ઉત્પાદન કરે છે." તે આગામી વર્ષમાં પરીક્ષણ, માળખાકીય અને પ્રક્રિયા મોડેલિંગ અને પ્રથમ પ્રદર્શન પૂર્ણ કરવાની આશા રાખે છે.
આ સંશોધન કાર્ય COMET મોડ્યુલ “Polymers4Hydrogen” (ID 21647053) ની અંદર ફેડરલ મિનિસ્ટ્રી ફોર ક્લાઈમેટ ચેન્જ, ધ એન્વાયર્નમેન્ટ, એનર્જી, મોબિલિટી, ઈનોવેશન એન્ડ ટેકનોલોજી અને ફેડરલ મિનિસ્ટ્રી ફોર ડિજિટલ ટેકનોલોજી એન્ડ ઈકોનોમિક્સના COMET પ્રોગ્રામ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું. લેખકો સહભાગી ભાગીદારો પોલિમર કોમ્પિટન્સ સેન્ટર લીઓબેન GmbH (PCCL, ઑસ્ટ્રિયા), મોન્ટાનુનિવર્સિટીએટ લીઓબેન (ફેકલ્ટી ઑફ પોલિમર એન્જિનિયરિંગ એન્ડ સાયન્સ, ડિપાર્ટમેન્ટ ઑફ કેમિસ્ટ્રી ઑફ પોલિમર મટિરિયલ્સ, ડિપાર્ટમેન્ટ ઑફ મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ પોલિમર ટેસ્ટિંગ), યુનિવર્સિટી ઑફ ટેમ્પેરે (ફેકલ્ટી ઑફ એન્જિનિયરિંગ મટિરિયલ્સ)નો આભાર માને છે. ) સાયન્સ), પીક ટેક્નોલોજી અને ફૌરેશિયાએ આ સંશોધન કાર્યમાં ફાળો આપ્યો છે. COMET-Modul ને ઑસ્ટ્રિયા સરકાર અને સ્ટાયરિયા રાજ્ય સરકાર દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવે છે.
લોડ-બેરિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ માટે પૂર્વ-પ્રબલિત શીટ્સમાં સતત રેસા હોય છે - ફક્ત કાચમાંથી જ નહીં, પણ કાર્બન અને એરામિડમાંથી પણ.
સંયુક્ત ભાગો બનાવવાની ઘણી રીતો છે. તેથી, ચોક્કસ ભાગ માટે પદ્ધતિની પસંદગી સામગ્રી, ભાગની ડિઝાઇન અને અંતિમ ઉપયોગ અથવા એપ્લિકેશન પર આધારિત રહેશે. અહીં પસંદગી માર્ગદર્શિકા છે.
શોકર કમ્પોઝિટ અને આર એન્ડ એમ ઇન્ટરનેશનલ એક રિસાયકલ કાર્બન ફાઇબર સપ્લાય ચેઇન વિકસાવી રહ્યા છે જે શૂન્ય કતલ, વર્જિન ફાઇબર કરતા ઓછી કિંમત પૂરી પાડે છે અને આખરે માળખાકીય ગુણધર્મોમાં સતત ફાઇબરને અનુરૂપ લંબાઈ પ્રદાન કરશે.