انواع مخزن CNG

مخزن CNG خودرو یکی از اجزای اصلی سیستم سوخت‌رسانی گازی است که سوخت گاز در آن ذخیره می‌گردد. معمولاً به‌منظور افزایش قابلیت ذخیره‌سازی بیشتر، سوخت گاز به‌صورت فشرده نگهداری می‌شود. در مخازن CNG، این فشار تا بیش از 200 بار (واحد فشار) نیز افزایش می‌یابد.
تعداد مخازن استفاده‌شده در خودروها، حجم و طراحی ابعاد آن‌ها به عواملی مانند نوع خودرو، توان موتور و فضای در نظر گرفته‌شده برای مخازن بستگی دارد. مخازن گاز معمولاً به شکل کپسول‌های استوانه‌ای یا عدسی‌های کروی طراحی می‌شوند.

تقسیم‌بندی مخزن CNG ازنظر جنس مواد تشکیل‌دهنده

به‌طورکلی مخازن CNG مورداستفاده در خودرو را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد:

مخازن نوع اول، مخازن تمام فلزی (CNG-1)

 

این مخازن با استفاده از سه روش (استفاده از لوله، ورق صفحه‌ای، شمشال) و روش‌های خاص شکل‌دهی، به‌ صورت یکپارچه و بدون درز و جوش، از فولاد کروم – مولیبدن، یا فولاد کربن – منگنز ساخته می‌شوند. در مقایسه با انواع دیگر مخازن دارای وزن بیشتر و قیمت پایین‌تری می‌باشند. این مخازن به ازای هر لیتر ظرفیت آبی از 90/0 الی 3/1 کیلوگرم وزن دارند.

مخازن نوع دوم، مخازن نیمه کامپوزیت یا کمرپیچ (CNG-2)

 

این نوع مخزن دارای یک لایه آستری از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است که قسمت استوانه‌ای این آستری، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است (کامپوزیت) به‌صورت محیطی تقویت شده است.
استفاده از این ساختار کامپوزیتی، باعث کاهش ضخامت قسمت استوانه‌ای می‌شود، درنتیجه وزن مخزن نسبت به نوع اول کاهش می‌یابد. این مخازن به ازای هر لیتر ظرفیت آبی از 60/0 الی 85/0 کیلوگرم وزن دارند.

مخازن نوع سوم (CNG-3)

این مخازن دارای یک لایه آستری عمدتاً از جنس آلومینیوم بدون‌ درز بوده و در تمام این لایه داخلی مواد کامپوزیتی در راستای محیطی و محوری تقویت شده است. این ساختار کامپوزیتی که به مخزن داده می‌شود، این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کاست و درنتیجه مخزن سبک‌تری را نسبت به مخازن نوع اول و دوم به دست آورد. علاوه بر این، قابلیت تحمل فشار نیز نسبت به انواع قبلی افزایش می‌یابد. این مخازن به ازای هر لیتر ظرفیت آبی 3/0 الی 4/0 کیلوگرم وزن دارند.

 

مخازن نوع چهارم، مخازن تمام کامپوزیت (CNG-4)

این مخازن بسیار شبیه مخازن نوع سوم هستند و تنها ازلحاظ نوع و جنس آسترها تفاوت دارند. آستر این نوع مخازن از جنس پلیمر بدون درز است که تمام سطح آن توسط مواد کامپوزیتی در جهات شعاعی و محوری تقویت شده است. این ساختار تمام کامپوزیت از سبک‌ترین انواع مخازن CNG است، به‌طوری‌که حتی با سیستم سوخت بنزینی قابل‌ مقایسه هستند. محل نصب شیر و پورت‌های خروجی از جنس آلومینیوم است که با روش خاصی به لایه داخلی متصل می‌شود.
به دلیل اختلاف ضریب انبساطی حجمی آلومینیوم و مواد پلیمری، در اثر تغییرات دمایی و فشار داخل مخزن، ممکن است این دو ماده از هم جدا شوند و مخزن دچار نشتی گردد. ایمن‌سازی مخزن در برابر این پدیده یکی از پیچیدگی‌های ساخت این مخازن است. این مخازن به ازای هر لیتر ظرفیت آبی 3/0 الی 5/0 کیلوگرم وزن دارد و سازندگان این نوع مخازن در دنیا بسیار محدودند.
اشکال عمده این مخازن ایجاد نشتی به ‌مرور زمان از محل نافی فلزی و آستر پلیمری است که وظیفه ارتباط ورود و خروج گاز را بین مخزن و قطعات خارجی مخزن به عهده دارد. هم‌چنین به علت عدم انتقال حرارت مناسب آستری پلاستیکی، حین سوخت‌گیری سریع در این مخازن افزایش دمای نسبتاً بیشتری ایجاد می‌شود. ازجمله مزایای این نوع مخازن می‌توان به سیکل عمر طولانی و احتمال کم بودن ترکیدگی در حوادث اشاره کرد.

 

گنجایش مخازن CNG

گنجایش مخازن برای سوخت‌گیری گاز به‌طور استاندارد برای هر 4 لیتر حجم اسمی ظرفیت آبی، یک مترمکعب (170 گرم بر لیتر) گاز در شرایط دمای 15 درجه سانتی‌گراد و فشار 250 بار (اتمسفر) در جایگاه سوخت‌گیری است. البته به دلیل سوخت‌گیری مداوم و تدابیر نگهداری تجهیزات جایگاهی معمولاً این فشار پشت دستگاه‌های تزریق سوخت جایگاه وجود ندارد و با افزایش دما نیز گاز کمتری به مخازن تزریق می‌شود.
در ایران به دلیل ارزانی و روش تولید آسان‌تر آن مخازن، از مخازن نوع اول، بیشتر استفاده می‌شود که از حجم 20 لیتر تا 130 لیتر وارد و یا تولید می‌شود.

عملکرد، شرایط و طول عمر مخازن CNG

شرایط طراحی و سرویس برای مخازن CNG، فشار 200 بار در دمای 15 درجه سانتی‌گراد است. بیشینه فشار پرشدگی مخزن 260 بار است که بیشینه دمای مجاز را هم در مخزن ایجاد می‌کند. این حالت در هنگام پر شدن مخزن در دستگاه‌های سریع رخ می‌دهد. کمترین دفعات قابل پرشدن یک مخزن در طول عمر خود 15000 مرتبه و حداکثر عمر یک مخزن معمولاً 20 سال است.
برنامه بازرسی دوره‌ای مخازن CNG، 3 ساله و آزمون مجدد آن 5 ساله در مراکز بازرسی دوره‌ای مخازن است.
توجه شود که هنگام سوخت‌گیری، مخازن CNG به دلیل این‌که گاز تحت‌فشار ذخیره می‌شود انرژی آزاد کرده و دمای آن بالا می‌رود. لذا گرم شدن مخزن در هنگام سوخت‌گیری، کاملاً طبیعی است و جای نگرانی نیست.

انبار کردن و نگهداری مخازن

 

برای جلوگیری از صدمه رسیدن به مخازن در انبار، باید شرایط زیر را رعایت نمود:
• مخازن نباید در معرض تابش مستقیم آفتاب و بارش آسمانی قرار گیرند.
• محیط نگهداری مخازن نباید طوری باشد که باعث خوردگی یا پوسیدگی مخزن بشود.
• مخازن نباید با زمین و یا با یکدیگر برخورد داشته باشند. برای این کار از پالت‌های چوبی در زیر مخازن و تخته‌های مخصوص موقع انبار کردن روی‌هم استفاده می‌شود.
• مخازن نباید در کنار مواد آتش‌زا قرار گیرند.
• از کشیدن و غلطاندن مخازن موقع جابجایی جداً خودداری و برای حمل مخازن از جرثقیل و یا بالابر دستی استفاده شود.
• مخازن باید از هرگونه آلودگی به مواد چربی دور باشند.
• مخازن در کنار دستگاه‌هایی که تولید جرقه می‌کنند قرار نگیرند.