Waterstoftank
-
Beste studenten van de TU Delft,
Ik, Gelmar Broer, doe mijn PWS over waterstof motoren. Ik loop vast op het punt, opslaan. Wij hadden het idee van een hoge druk tank te combineren met een vacuüm isolatie tank. Ik weet echter niet hoe ik moet berekenen wat voor invloed de lage temperatuur van vloeibaar waterstof heeft op een hogedruktank.
Kunnen jullie mij hierbij helpen?
Vriendelijke groet,
Gelmar Broer. -
Hoi Gelmar,
Leuk onderwerp, en goed dat je over het opslagdeel nadenkt. Wat jij beschrijft – een hogedruktank combineren met vacuümisolatie – lijkt op wat men “cryo-compressed hydrogen” noemt. Daarbij wordt waterstof gekoeld tot lage temperatuur (rond 20 K) én onder druk opgeslagen, om de energiedichtheid te verhogen.
De lage temperatuur heeft vooral invloed op materiaalgedrag en krimp. Door afkoeling trekt het metaal samen (ongeveer 0,2–0,4% in lengte van kamertemperatuur tot 20 K), wat interne spanningen veroorzaakt tussen liner en vezelversterking. Ook verandert de taaiheid van het materiaal; austenitische RVS-soorten behouden hun sterkte en taaiheid beter dan hoogsterke staalsoorten, die bros kunnen worden door waterstof.
Qua berekening kun je de thermische krimp schatten met: ΔL/L = α*ΔT
en de drukverandering met P_2 = P_1T2/T1V1/V2
Bij vloeibare waterstof bepaalt de verzadigde dampdruk (ongeveer 1 bar bij 20 K) de druk.
Als je wilt, kan ik je helpen met een eenvoudig rekenvoorbeeld of Excel-blad om dit inzichtelijk te maken.
Groet Splinther
PWS Team
TU Delft -
@swrvanrappard
Geachte Splinther,Heel erg bedankt voor de reactie! Excuses dat we nu nog wat later reageren. Wij zouden het heel fijn vinden als u ons kunt helpen met een rekenvoorbeeld of Excel-blad. Dit zou ons heel erg helpen met ons onderzoek.
Alvast bedankt voor de moeite!Met vriendelijke groet,
Gelmar Broer -
Hoi Gelmar,
Hier een vereenvoudigd voorbeeld van wat er gebeurt bij het opslaan van waterstof in een cryo-gecomprimeerde tank.
Stel, je hebt een stalen drukvat met:
Binnendiameter: 0,4 m
Lengte: 0,9 m
Druk: 350 bar bij 20 °C.Bij deze omstandigheden bevat de tank ongeveer 1,3 kg waterstofgas.
Als je de tank afkoelt naar 20 K (-253 °C) en de hoeveelheid gas gelijk blijft, dan daalt de druk tot ongeveer 24 bar. Dat komt doordat de druk bij constante massa en volume evenredig is met de temperatuur:P2 = P1 ⋅ T2/T1
De metalen wand krimpt ook iets door de kou. De lineaire krimp kun je schatten met:
ΔL/L = α⋅ΔT
Bij een uitzettingscoëfficiënt van 16×10−6K−1 krimpt het metaal ongeveer 0,35 %.
Dit betekent dat de tank iets kleiner wordt, de spanning in het materiaal afneemt en de druk sterk daalt. In het echte ontwerp moet je daarnaast rekening houden met broswording, materiaalkeuze en isolatieverliezen.
Hebben jullie iets aan dit rekenvoorbeeld?Groet,
Splinther
PWS-team TU Delft