天然气和氢气压力罐燃料系统

图7.7-2 压力罐结构

1—无缝金属内罐 2—复合纤维 3—保护层 4—复合纤维绕组 5—金属连接件 6—塑料衬套 7—防撞保护 8—焊缝衬套

1.燃料存储容器

天然气和氢气压力罐压力一般为200～300bar，并将进一步开发压力可达700bar的储存系统。从早先的钢压力罐开始，最近几年开发了压力罐用的新材料，它既轻又耐腐蚀。目前已开发了有铝或聚乙烯（PE）内罐的复合材料压力罐。有铝内罐的、碳纤维增强的复合材料压力罐重量只有纯钢压力罐重量的1/3，见图7.7-2和表7.7-1。

表7.7-1 压力罐类型

反复对更好符合组装件要求的不同几何形状的压力罐进行试验^[6]，目前几乎无例外地仍然使用圆筒形的压力罐。由于使用韧性材料，即便在所有安全系统失效时仍可保证压力罐不会突然爆裂。

压力罐的热保护可阻止在发生燃烧的情况下压力罐压力超过允许的限度而继续升高。这时气体可从压力罐中逃逸。热保持可通过熔融焊料逐点地或线状实现（图7.7-3）^[6]。(www.xing528.com)

图7.7-3 线性热保护简图（资料来源：Rotarex）

1—热感应聚合物套管与典型破裂图 2—双行程控制阀 3—压力调节器 4—单向阀 5—节流孔 6—弹簧承载安全阀

2.燃料系统

气态燃料密度取决于它的温度。为精确确定压力罐中的充气状况，单靠压力测量是不够的。除测量气体压力外，还要测量它的温度，并由此算出压力罐中的气体（燃料）量。如果导管从压力罐上卸下，为防止大量气体流出，需要配备带有流量限制器的压力罐。所有必要的附件（如溢流阀、加气阀、截止阀、电磁阀、压力调节器）组合在独立的阀头上（图7.7-4），而阀头直接安装在压力罐上。

图7.7-4 压缩气截止部件（资料来源：Rotarex）

在快速加气时，在压力罐中的气体由于压缩变热。如果充入350bar压力的氢气，理论上压力罐中的气体温度约升高到440K。由于氢气密度很小，意味着减少了压力罐储存容量的30%。为能将氢气充满压力罐，理论上需要的氢气压力约为525bar。实际上由于压力罐壁吸收一部分热量，氢气温度只升高到约350K，这表示压力罐的储存容量只减少12%或可降低氢气压力15%（400bar）^[7]。为能几乎是100%地给压力罐加氢，可采用这样的方案：低的加氢速度、较高的加氢压力和/或加氢时冷却（约-40℃）。