전통적인 금속 가스 실린더 (강철 또는 알루미늄)는 오랫동안 고압 가스 저장을 지배했지만 심각한 중량 (운송 비용 증가), 부식 감수성 (수명 감소) 및 극도의 압력 또는 충격에 따른 폭발 위험과 같은 중요한 제한을 겪었습니다. 재료 과학의 발전은 차세대 실린더에게 이상적인 선택으로 강도 대 무게 비율과 부식성이 높은 복합 재료를 배치했습니다. 복합 가스 실린더는 고압 격리에서 '금속 시대 '에서 '복합 시대 '로 전환을 표시합니다.
복합 가스 실린더는 수지 매트릭스에 내장 된 섬유 강화 재료 (예 : 탄소 또는 유리 섬유)로 밀봉 된 중합체 또는 금속 라이너를 특징으로하는 고압 용기이다. 금속의 밀봉 특성을 복합재의 기계적 장점과 결합 하여이 실린더는 금속 상대보다 30-70% 가벼우 며 우수한 폭발 저항성을 제공하며 확장 된 수명 (일반적으로 15-20 년)을 자랑하여 산업, 의료 및 청정 에너지 응용 분야에서 필수 불가능합니다.
고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 라이너는 가스 압박감을 보장합니다. HDPE 라이너는 화학적 부식에 저항하고 비용 효율적이며 금속 라이너 (예 : 알루미늄)는 초고 압력 시나리오 (예 : 연료 전지 차량 용 70 MPa 수소 탱크)에 적합합니다.
탄소 또는 유리 섬유는 정확한 각도 (± 55 ° 나선형 권선)로 라이너 주위에 상처를 입어 압력을 고르게 분포합니다. 밀도의 1/4에서 강철보다 5 배 더 강한 탄소 섬유는 중량 감소의 핵심입니다.
UV- 내성 코팅 또는 고무 층은 실린더를 환경 손상으로부터 보호합니다. 고급 모델에는 수명주기 추적을위한 RFID 태그가 포함될 수 있습니다.
탄소 섬유 : T700/T800 등급이 지배적이며 최대 4.9 GPA의 인장 강도 (총 생산 비용의 60%)는 여전히 장벽으로 남아 있습니다.
유리 섬유 : 탄소 섬유 비용의 1/10에서 저압 응용 (예 : 소방 실린더)에 적합합니다.
에폭시 수지는 접착력 및 내열성 (최대 120 ℃)으로 선호되는 반면, 재활용 가능한 열가소성 (예 : 엿보기)은 떠오르고있다.
습식 필라멘트 와인딩 (수지 함침 섬유)은 표준이며 자동화 된 기계는 0.5 ° 각도 편차를 보장합니다. 오븐에서의 경화 (120–150 ° C)는 구조적 강성을 위해 수지 가교를 유발합니다.
라이너 형성 er : 원활한 라이너는 주입 (HDPE) 또는 회전 (알루미늄)을 통해 성형 된 다음 누출 테스트를 통해 성형됩니다.
섬유 와인딩 iber : CNC 와인딩 머신 하중 용량을위한 최적화 된 각도를 가진 3-5 층으로 수지 코팅 된 섬유를 적용합니다.
경화 : 오븐 경화는 수지 매트릭스를 강화시킵니다.
품질 테스트 ing : 정수압 테스트 (30 초 동안 1.5 × 작업 압력), 버스트 테스트 (2.25 × 설계 압력을 초과해야 함) 및 초음파 결함 감지.
표면 처리 : 보호 코팅 및 안전 라벨 (예 : 최대 압력, 수명).
섬유 응력 분포 : 각도 편차는 국소 응력 농도와 조기 고장을 유발할 수 있습니다.
경화 결함 : 불완전한 수지 경화는 기포 또는 박리를 생성하여 결함 제거를 위해 X- 선 검사가 필요합니다.
Cycle 수명 검증 life : 10,000 포스트 시뮬레이션 된 필 드레인주기, 체적 팽창은 5%로 남아 있어야합니다.
산업 가스 저장 storage : 반도체 제조를위한 고순도 질소; 용접 용 아르곤, 작업장 위험 감소.
COVID-19 환자 수송 중에 의료 산소 시스템 : 가벼운 실린더 (3-5kg) 이식성 개선 이식.
수소 연료 전지 차량 : Toyota Mirai의 IV 유형 70 MPa 탄소 섬유 탱크는 650km 범위를 가능하게합니다.
Aerospace ace : SpaceX는 로켓 연료 탱크 압력을 위해 복합 헬륨 실린더를 사용합니다.
소방 f : 탄소 섬유 자체 포함 호흡 장치 (SCBA)는 무게를 8kg에서 4kg으로 줄여 이동성을 향상시킵니다.
Diving 및 실외 : 복합 다이빙 실린더는 부정적인 부력을 3kg으로 감소시켜 다이버 에너지를 보존합니다.
경량 : 9L/300BAR 탄소 섬유 실린더의 무게는 8kg vs. 25kg입니다.
안전 controll : 고장 중에 제어 된 섬유층 조각화는 금속 파편 위험을 제거합니다.
부식 저항 : 코팅이없는 해수, H2 및 화학 물질을 견딜 수 있습니다.
고비 COSTS : ~ 탄소 섬유 실린더 당 ~ $ 1,500 (강철보다 3–5 x 더 비싼).
온도 감도 sens : 수지는 80 ° C 이상으로 부드럽습니다. 섬유는 -40 ° C 이하의 섬유를 포용합니다.
재활용 난이도 : 열경색 수지를 다시 표시 할 수 없습니다. 현재 재활용은 건축 필러를 위해 분쇄를 포함합니다.
ISO 11119-3 : IV 유형 IV 실린더 설계 및 테스트를 제어합니다.
DOT -SP 14717 : 정수압 테스트를 통해 5 년마다 수소 실린더 레벨링을 의무화합니다.
압력 제한 its : 과불 (예 : 300bar 실린더의 350bar)은 미세 균열을 일으 킵니다.
storage avoid : 직사광선을 피하십시오. -40 ° C와 60 ° C 사이의 온도를 유지하십시오.
손상 제어 : 0.5mm보다 깊은 긁힘에는 즉시 검사가 필요합니다.
저렴한 섬유 : Hyosung의 Tansome 탄소 섬유는 비용을 30%감소시킵니다.
Smart Cylinders : IoT 지원 센서는 Bluetooth를 통해 압력/온도/변형을 모니터링합니다.
수소 경제 economy : 2030 년까지 1.5b (2023)에서 1.5b (2023)로 확장되는 글로벌 수소 탱크 시장 (24% CAGR).
의학적 이식성 ability : 가정용 산소 요법은 소형 실린더에서 연간 12%의 성장을 유도합니다.
복합 가스 실린더는 전통적인 금속 실린더의 체중, 안전성 및 내구성 제약을 극복하여 수소 저장, 비상 반응 및 항공 우주에 필수적입니다. 비용 및 재활용 장애물에도 불구하고 섬유 생산의 획기적인 획기적인 (예 : 중국의 '탄소 섬유 위치 '이니셔티브) 및 열가소성 복합재는 이러한 실린더를 지속 가능한 에너지 인프라의 초석으로 배치합니다.
