مخزن های CNG و نگهدارنده های مخازن (براکت ها)
مخزن های CNG به عنوان منبع ذخیره گاز طبیعی در فشار های 200 اتمسفر، مورد استفاده قرار می گیرند. این مخزن ها برای فشرده کردن گاز های طبیعی به کار می روند. با این کار میزان ذخیره سازی بیشتر شده و همین امر سبب حرکت خودرو برای مسافت های طولانی تری می گردد. اینکه هر خودرو چه تعداد مخزن بگیرد و یا محل قرار گیری آن ها در کجای خودرو باشد، به مدل خودرو و نوع طراحی بدنه آن بستگی دارد. معمولا این مخزن ها را در صندوق عقب، کنار باک بنزین، سقف خودرو (در اتوبوس های گازسوز CNG) و در داخل شاسی و یا کنار آن، قرار می دهند.
تمامی مخزن های گاز را با دو فاکتور مقاومت و جنس آن ها در برابر فشار و عوامل محیطی، به 4 گروه تقسیم می کنند:
- مخزن های تمام فلزی (CNG-I)
این مخزن ها بدون درز بوده و جنس آن ها از فولاد کربن- منگنز یا کروم- مولیبئن و یا آلومینیوم است. متاسفانه نوع آلیاژ و همچنین مقاومت در برابر تنش های طراحی برای این نوع از مخازن در زمره پروتکل های استاندارد صورت نمی گیرد، اما با این حال، باید مخازن فولادی و یا آلومینیومی از آزمون های کارایی سربلند بیرون بیایند. این آزمون ها به دلیل اطمینان یافتن از چقرمگی و مقاومت مخازن در برابر تنش، خوردگی و ترک در جنس به کار رفته، انجام می شود. علاوه بر این، آزمون های دیگری نظیر آزمون سختی و فشار هیدرواستاتیک نیز جهت اطمینان یافتن از استحکام مخزن نیز صورت می گیرد.
- مخزن های کمر پیچ (CNG-II)
از جمله ویژگی های بارز این مخزن ها، وجود یک لایه آستری از جنس فولاد و یا آلومینیوم بدون درز می باشد. قیمت استوانه ای این آستری، با استفاده از الیاف شیشه ای، آرامید، کربن و یا مخلوطی از آن ها که آغشته به رزین هستند، کاملا پوشیده شده است. این مخازن دارای ساختار کامپوزیتی بوده، که به آن ها این قابلیت را می دهند، که بتوان از ضخامت قسمت فلزی آن کم کرد. با این کار می توان مخزنی با وزن کمتر تولید نمود. مخزن های کمر پیچ در جهت شعاعی (به جز دو قسمت ابتدایی و انتهایی) تقویت شده اند. این نوع از مخزن ها به گونه ای طراحی شده اند تا بتوانند فشار های بالا را تحمل کنند و این ویژگی به دلیل وجود همان آستر فولادی و یا آلومینیومی است. یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد مخزن ها مقاومت آن ها در برابر فشار اضافی و یا دمای بالاتر از حد می باشد، که دلیل این امر طراحی منحصر به فرد آن است، که سبب می شود این مخزن ها پوشش کامپوزیت خود را حفظ کنند.
این مخازن در سال 1980 ساخته شده و تا به امروز مورد استفاده قرار می گیرند. اساس ساخت و طراحی آن ها وجود آستر های فولادی و تحمل بیشترین فشار در هنگام پر شدن مخزن می باشد. همین ویژگی سبب شده است، که طراحان این مخزن ها بتوانند، از آستر هایی که می توانند تنش های بیش از حد معمول را تحمل کنند، استفاده نمایند.
- مخازن تمام پیچ (CNG-III)
این مخزن ها نیز مانند مخازن های کم پیچ، دارای یک لایه آستری فولادی و یا آلومینیومی بدون درز بوده که توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن و یا مخلوطی از آن ها که به رزین آغشته است و در جهت محیطی و محوری پیچیده شده است، در داخل مخزن قرار گیرد. این ساختار کامپوزیتی به مخزن این امکان را می دهد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کم کرد و در نتیجه وزن آن را سبک تر از حد معمول تولید نمود. این مخزن، نسبت به مخزن های اول و دوم، از وزن کمتری برخوردار است. وجود کامپوزیت در این مخزن ها، باعث تقویت و استحکام آن ها شده است. کامپوزیت ها در جهت محوری و محیطی قرار گرفته اند، که سبب افزایش تحمل فشار مخزن نسبت به مخزن شماره 2 شده است.
- مخازن مرکب (CNG-IV)
داشتن آستری از جنس پلیمر بدون درز، خصوصیت بارز این مخزن ها می باشد. این آستر تماما در داخل مخزن قرار گرفته و توسط الیاف شیشه ای، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن ها که به رزین آغشته شده اند، پیچیده است. ساختار این آستر تماما کامپوزیت بوده که همین امر سبب شده است، این مخزن به عنوان سبک ترین مخزن CNG شناخته شود. کامپوزیت این مخزن در جهت های شعاعی و محوری تقویت شده اند.
از جمله ویژگی های برتر این مخزن ها، امکان تولید آن در ابعاد و قطر بزرگتر می باشد. این مخزن ها سبک ترین نوع مخزن CNG در نوع خود بوده، به اندازه ای که برخی آن را با سیستم سوخت بنزینی مقایسه می کنند. تنها ایرادی که می توان از این مخازن گرفت، ایجاد نشتی در محل اتصال نافی فلزی و آستر پلیمری است، که آن هم به مرور زمان صورت می گیرد. علاوه بر این، به علت عدم انتقال مناسب حرارت از آستر پلاستیکی در حین سوخت گیری، دمای درون مخزن به ناگاه افزایش می یابد. با این حال، آزمایشات نشان داده است که احتمال ترکیدگی این مخزن ها در اثر بروز حوادث، بسیار کم است.
مخزن های این دسته از لحاظ حجم و ساختار، بسیار شبیه به مخزن های نوع سوم بوده و تنها از لحاظ نوع و جنس آستر ها با یکدیگر تفاوت دارند. از این نوع مخزن ها برای خودرو های گازسوز استفاده می گردد، زیرا که این مخزن ها از نظر طراحی، دارای پتانسیل بالایی برای عمر طولانی می باشند. آزمون های خستگی، بار ها بر روی مخزن ها صورت گرفت، که در نهایت مشخص شد، این مخازن می توانند بیش از 100 هزار سیکل سوخت گیری داشته باشند، که این رقم نسبت به سایر مخازن، بسیار بالاتر است.
مقایسه ای از وزن مخزن نوع اول تا چهارم از لحاظ حجم ذخیره سازی و وزن
| نوع مخزن | ظرفیت مخزن بر حسب کیلوگرم بر لیتر |
| نوع اول فولادی | 15/1 – 95/0 |
| نوع دوم- بدنه فولادی با کامپوزیت کربن | 85/0 – 65/0 |
| نوع سوم- بدنه فولادی با کامپوزیت کربن | 5/0- 35/0 |
| نوع چهارم | 25/0- 55/0 |
- نگهدارنده مخزن (براکت مخزن)
طبق آنچه پروتکل های استاندارد ،برای مخازن CNG در نظر گرفته اند، تمامی مخازن باید تست های دینامیکی و استاتیکی را در مدت زمان مشخص بر روی خودرو های دوگانه سوز CNG انجام دهند. این تست ها به گونه ای هستند، که در آن ها متناسب با نوع کلاس خودرو، شتاب های معینی بر خودرو وارد می شود. مثلا در خودرو های سواری، این شتاب در راستای ذیل بر خودروی داری مخزن وارد می گردد: 20 g به طرف جلو و عقب و 8 g در طرفین خودرو و 5/4 g به سمت بالا و پایین (g شتاب ثقل زمین بوده که تقریبا 10 متر بر مجذور ثانیه در نظر گرفته می شود).
در این تست ها باید، پایه ها و نگهدارنده ها به گونه ای طراحی شوند، که با توجه به وزن مخزن و ابعاد آن و همچنین نوع کلاس خودرو بتوانند، شتاب زیاد را تحمل کنند. این استحکام به اندازه ای باید باشد که در حین اعمال این فشار ها، مخزن همچنان به خودرو متصل باقی بماند و با صندلی های عقب خودرو، تداخل نداشته باشد.
بدین منظور از گشتاور هایی با 25 نیوتن بر متر، برای مخزن های نوع اول در خودرو های سواری می باشد. همچنین برای مخازن نوع دوم تا چهارم، به دلیل به کار بردن کامپوزیت ها در ساخت مخزن برای گشتاور، بستن پیچ های کمربند و نوع کمربند به توصیه سازنده صورت می گیرد.