20 MỚI LÀ CHO ĐỘNGCƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ
20.3.15 5.7.1.1 Bình chứa NGV trê nô tô
Giải pháp cổ điển nhất là sử dụng bình thép để chứa NGV dưới áp suất khoảng 200 bar. Theo quy định an toàn, bình chứa phải chịu áp suất thử nghiệm 600 bar để đề phòng nổ vỡ trong trường hợp nó bị sấy nóng (khi bị hoả hoạn chẳng hạn). Điều này làm giảm khả năng chứa cực đại của bình (khoảng 0,15m3
N NGV đối với 1kg vỏ bình chứa). Ngày nay, người ta ưa chuộng các loại vật liệu khác, chẳng hạn như nhôm thường hay nhôm gia cố thêm sợi thuỷ tinh, vật liệu composite với sườn bằng sợi dây thuỷ tinh hay sợi carbon. Khả năng chứa khí của các bình chế tạo từ các vật liệu khác nhau trình bày trên bảng 5-7. Bảng này cho thấy rằng những vật liệu mới có thể cho phép nâng sức chứa NGV lên gấp 4 lần so với bình bằng thép có cùng khối lượng.
Bảng 5-7: Khả năng chứa (m3
N) đối với 1 kg bình chứa làm bằng các vật liệu khác nhau ở áp suất 200bar.
Vật liệu Khả năng chứa mn3/kg bình chứa ở 200bar Thép thường 0,13-0,14
Thép tốt 0,18-0,20
Nhôm gia cố sợi thuỷ tinh 0,28-0,38 Composite sườn bằng sợi 0,40-0,50
Thuỷ tinh
Composite sườn bằng sợi carbon 0,50-0,70
Người ta nhận thấy dù sử dụng một loại vật liệu nào đi nữa thì áp suất khí trong bình khoảng 200 bar là tối ưu nhất.
Một phương pháp khác để chứa NGV trên ô tô là dùng vật liệu hấp thụ. Vật liệu này có thể là than hoạt tính hay oxide kim loại. Ưu điểm của chúng thể hiện ở khả năng chứa khí (trên một đơn vị khối lượng) cao (hình 5-20) và có thể làm việc ở áp suất thấp (30÷40 bar). Trong điều kiện đó, giá thành nến khí thấp hơn và bình chứa có thể được chế tạo theo những dạng khác nhau cho phù hợp với sự bố trí bình chứa trên xe (bình chứa NGV thông thường ở áp suất 200 bar phải có dạng hình trụ). Bình chứa nhiên liệu kiểu hấp thụ hiện đang được nhgiên cứu để hoàn thiện. Vấn đề cần giải quyết là khống chế quá trình nhiệt diễn ra khi hấp thụ khí (toả nhiệt) và khi giải phóng khí (thu nhiệt), khả năng hấp thụ khí, tuổi thọ của vật liệu hấp thụ… Hiện nay, người ta đã đạt được áp suất làm việc 35 bar với khả năng chứa khí từ 125÷180 lít đối với một lít thể tích bình chứa, nghĩa là đạt được
khoảng từ 50÷80% khả năng chứa của bình thép thong thường ở áp suất 200 bar.
Hình 5-20: Khả năng chứa trên than hoạt tính ở 2100C.
Tuy nhiên cho đến nay, việc chứa khí NGV dưới áp suất cao vẫn là giải pháp thong dụng nhất. Vì vậy, trên ô tô sử dụng loại nhiên liệu này người ta phải lắp các thiết bị an toàn để tránh sự cháy nổ trong trường hợp khí bị rò rỉ. Trong thự tế rủi ro này rất ít khi xảy ra vì metane nhẹ hơn rất nhiều so với không khí (tỉ trọng so với không khí là 0,55) nên bị khuếch tán nhanh chóng, khả năng để đạt được hỗn hợp trong giới hạn bốc cháy là rất thấp.
Để đảm bảo an toàn về áp suất, trên hệ thống cung cấp nhiên liệu NGV người ta lắp đặt một van an toàn tác động ở áp suất 350 bar. Áp suất này có thể xảy ra khi ô tô bị hoả hoạn. Kết quả thí nghiệm trong trường hợp cháy xe cho thấy khí thoát ra khỏi van an toàn gây chay nhưng không nổ. Đối với xe bus chạy ga, bình chứa khí thường đặt trên trần xe (5-21).
Hình 5-21: Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống cung cấp NGV trên ô tô bus.