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Präsentation im Rahmen eines BAM-internen Kolloquiums über den aktuellen Stand der Forschung im ZIM-Vorhaben "Tieftemperatzr-Transporteinheit aus Faserverbundkunststoffen"
Motivation:
- Reduktion der CO 2 Emissionen von Verbrennungsmotoren durch den Einsatz von LNG als alternativer Kraftstoff
- Aktuell werden doppelwandige Edelstahltanks mit Vakuumisolation für den Transport eingesetzt
- Reduktion des Tankgewichts und Vereinfachung der Konstruktion soll durch die Substitution mit GFK inklusive einer Isolationsschicht erreicht werden
- Leichtere Überprüfung von einwandigen Tankkonstruktionen
- Günstiges Versagensverhalten von GFK im Brandfall
Zusammenfassung:
- Thermische Performance kann mit Isolation aus PU Schaum erreicht werden
- Messung der Abdampfrate bildet einfache Möglichkeit zur Bestimmung der thermischen Performance
- Mikrorisse in der Matrix führen zur Leckage -> Liner notwendig
- Biegemodul bis 30 MPa vergleichbar, danach Abfall um ca. 50 % bei tiefen Temperaturen
Ausblick:
- Prüfung von GFK Proben mit Fasern in 0°-Orientierung
- Prüfung der thermischen Performance mit Demonstratoreinheiten verschiedene Größen
- Entwicklung einer Skalierungsfunktion, um Ergebnisse von druckloser Prüfung auf Druckanstieg zu übertragen
This presentation describes the testing methods used to determine the thermal properties of insulation materials and mechanical properties of materials used for the load-bearing structure for pressure tanks (up to 4 bar) and cryogenic liquids (LNG, -162 °C at atmospheric pressure). Goal is to design a transportation tank that does not exceed 4 bars (relative) within 10 h, starting at atmospheric pressure. PUR-foam is a suitable material for the insulation. A 12,5 l small scale tank prototype reached 4 bar (relative) within 87 minutes, which is, regarding the influence of the size, a satisfying result. The mechanical properties change significantly at cryogenic temperatures. The bending modulus is similar at first, but decreases at a certain point by 2/3. However, the maximum stress is much higher and could not be reached within this testing setup.
To reduce the emission of carbondyoxide (CO2) of combustion engines, liquefied natural gas (LNG) is used as an alternative fuel. LNG is transported via truck, ship or railway for long distances. Double walled stainless steel tanks are used for transportation, which are heavy and expensive. The vacuum insulation between the two walled structure ensures that the LNG stays liquid over the transportation time (boiling point of LNG: -162 ◦C). This causes a high temperature difference between the transported good and the ambient air.
A simplified tank construction is used to reduce the weight and price of the tank. Instead of stainless steel, glass fiber reinforced plastic (GFRP) is used. The design is changed to a single walled construction with a solid insulation material outside on the GFRP structure.
Goal of this work is the characterization of a suitable insulation material and configuration as well as the analysis of the mechanical properties of GFRP under cryogenic conditions. Several experiments are carried out. Numerical models of these experiments can then be used for parameter studies.