AT525931A1 - Vorrichtung zur Speicherung von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten in Kartuschen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Speicherung von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten bestehend aus einem Füllkörper (1) aus Stahl abgeschlossen mit einem Klöpperboden (2) aus Stahl und einen Klöpperboden mit Ventileinsatz (3), ummantelt mit einer Carbonfaserwicklung (9), wobei der Carbonfasermantel am Boden des Füllkörpers mit einer Kunststoffkappe (4) und am Kopf mit einer Kunststoffkappe (5) geschützt ist, einem Ventilkörperseinsatz (6) mit dem gefederten Ventil (7), einer Schutzkappe (8) und einem Gegenventilkörperblock (10), mit einem beweglichen Riegel (13), der einen Ventilstößel (15) bewegt, einer keramischen porösen Membran (14) und zwei gefederten Anschlüssen (11,12). Mit der Bewegung des beweglichen Riegels kann nun das Fluid in dem Füllkörper- (1) über den Gegenventilblock (10) über die gefederten Anschlüsse (11, 12) verteilt werden.

Description

Eine Vorrichtung zur Speicherung von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten bestehend aus einem Füllkörper 1 aus Stahl abgeschlossen mit einem Klöpperboden 2 aus Stahl und einen Klöpperboden mit Ventileinsatz 3, ummantelt mit einer Carbonfaserwicklung 9, wobei der Carbonfasermantel am Boden des Füllkörpers mit einer Kunststoffkappe 4 und am Kopf mit einer Kunststoffkappe 5°geschützt ist, einem Ventilkörperseinsatz 6 mit dem gefederten Ventil 7, einer Schutzkappe 8 und einem Gegenventilkörperblock 10, mit einem beweglichen Riegel 13, der einen Ventilstößel 15 bewegt, einer keramischen porösen Membran 14 und zwei gefederten Anschlüssen 11,12. Mit der Bewegung des beweglichen Riegels kann nun das Fluid in dem Füllkörper 1 über den Gegenventilblock 10 über die gefederten Anschlüsse 11,12 verteilt werden.

Bewegliche Füllkörper als Versandbehälter sind bei Gasen und Dämpfen bekannt und im Einsatz. In der Regel bestehen die Behälter aus Stahl mit einem Ventileinsatz und werden als zylindrische Behälter stehend eingesetzt. Typische Anwendung ist Flüssiggas in Behälter von 11kg bis 133 kg.

Andere Behälter umfassen Gase mit einem Druck von 200 bar, stehend mit Ventilkörper für Gase, Schweißgase, Gas zu Prüfzwecken oder zur Inertisierung, wie z.B. Stickstoff, Kohlendioxid, Acetylen.

Der Nachteil dieser Versandbehälter ist, dass diese aus Stahl sind, in der Regel sehr schwer handzuhaben und schwer zu manipulieren. Für Tanksysteme sind diese Behälter nicht geeignet.

Die Aufgabe, die nun gestellt wird, besteht darin, einen Füllkörper zu haben, der für Wasserstoff und einem Druck von 700 bar geeignet ist, einen Füllkörper zu haben, der auch für Methan geeignet ist, und einen Füllkörper zu haben der auch für Ammoniak und Methanol als Fluid in flüssiger Phase geeignet ist, der in einen Gegenventil einschraubbar ist, wobei im Rahmen des Einschraubens kein Gas, Dampf oder Flüssigkeitsstrom stattfinden darf, dieser ist erst nach Betätigung eines Riegels möglich, wobei der Riegel gesichert werden muss, bei den’Anwendungen für gas oder Dämpfe ist eine poröse Membran als Filter zu verwenden.

Um das Gewicht des Füllkörpers gering zu halten, wird die Wandstärke des Stahlbehälters geringgehalten. In der Regel hat der Füllkörper eine Wandstärke aus 1mm bis 10 mm.

Der Werkstoff für den Füllkörper aus Stahl ist ein Werkstoff, der sehr hohe Festigkeit und eine sehr hohe Kaltzähigkeit verfügt. Die Eigenschaft der Kaltzähigkeit ist notwendig, da die Verwendung von mobilen Füllkörper immer eine Beladung und Entladung mit einem Fluid mit

sich-bringt.-Dieses-Laden-und-Entladen-wird-als-Lastwechsel- verstanden, um.die Lebensdauer der Behälter hoch zu halten ist Kaltzähigkeit von besonderer Bedeutung.

Als Werkstoffe für den Stahl kommen in Frage Stahl mit kaltzählen Eigenschaften nach der EN 10216-1/2 bevorzugt L290NB, L2360NB, L425NB für zylindrische Körper, und für Ventilblöcke Stahl mit kaltzählen Eigenschaften nach der EN 10216-1/2 bevorzugt P355N, P420N, P450N. . Ä ;

Carbonfasern 9 werden verwendet, um den Stahlkörper zu festigen. Die Fasern werden aufgewickelt und mit Harz verklebt und bilden so eine feste Ummantelung, sodass der Druck im Stahlbehälter erheblich gesteigert werden kann. So eine Sandwichkonstruktion ermöglicht es Wasserstoff mit einem druck von 700 bar zu speichern, oder Methan mit einem Druck von 400 bar. Beide Gase sind bei den geforderten hohen Drücken von 400 bar bis 700 bar gasförmig.

Wasserstoff Temperature Pressure Density Enthalpy Entropy {°C) (bar) (kg/m?) (kJ/kg) {kJ/kg-K) 25,00 10,00 0,81 3935,70 43,93 "25,00 100,00 7,67 3978,30 34,35 25,00 500,00 30,81 4233,90 27,54 25,00 700,00 39,22 4381,80 26,12

Tabelle 1: Thermodynamische Eigenschaften von Wasserstoff

Methan Temperature Pressure Density Enthalpy Entropy (°C) (bar) (kg/m?) {kJ/kg) (kJ/kg-K) 25 1 0,64828 909,97 6,6813 25 10 6,5848 901,12 5,4663 25 100 75,992 809,53 4,0416 25 400 248,18 680,58 2,9864

Tabelle 2: Thermodynamische Eigenschaften von Methan

Die Erfindung umfasst auch einen Ventilhalter 6, der in den Ventilsitz 3 des Füllkörpers eingesetzt wird. Der Ventilhalter besitzt zudem ein Außengewinde, über das der Füllkörper mit dem Gegenventilblock 10 kraftschlüssig verbunden wird.

Eine wichtige Eigenschaft dieser Erfindung ist der Umstand, dass man den Füllkörper in den Gegenventilblock einschrauben kann, bis ein Kraftschluss vorhanden ist. Trotzdem bleiben durch die gefederten Ventileinsätze die beiden Öffnungen geschlossen, sodass weder Gas noch Dampf strömen kann.

Die Schutzkappe 8 dient erfindungsgemäß dazu, das Außengewinde des Ventilhalters 6 vor Beschädigungen zu schützen.

Die Erfindung umfasst auch einen Gegenventilblock 10, der die Aufgabe hat, dass der Füllkörper verschraubt werden kann, sodass ein mechanischer Kraftschluss gegeben ist. Zudem wird über den Gegenventilblock 10, der Gas- und Dampfstrom über die gefederten Drosselventile 11, 12 verteilt.

Um einen Gasfluss, bzw. einen Dampffluss zu ermöglichen muss der Sicherungsbügel 13 in Richtung des Füllkörpers 1 bewegt werden. Der Sicherungsbügel ist drehbar gelagert und übt Druck auf den gefederten Ventilstößel 15 aus. Der Ventilstößel 15 wird axial bewegt drückt so den Ventilstößel 7 nach innen, sodass Gas oder Dampf strömen kann.

Um mögliche mechanische Partikel abhalten zu können, wird ein keramischer Filter in Form einer porösen zylindrischen Membran 14 verwendet. Diese Membran dient dazu, die Ventilsitze vor Schäden von mechanischen Partikeln zu schützen.

Verwendet man Flüssigkeiten wie Ammoniak oder Methanol, dann wird im Füllkörper ein zusätzliches Drosselventil 17 verwendet, das mit Stickstoff druckmäßig beaufschlagt wird. Damit kann der Druck im Füllkörper konstant gehalten werden. Damit kann eine vollständige Entleerung ermöglicht werden.

Die Anwendung dieser Erfindung findet bei Tanksystemen von Maschinen und Anlagen statt, wie z. B. Gabelstappler, die mit Wasserstoff oder Methan oder Ammoniak betrieben werden, anstelle des Flüssiggases. Eine andere Anwendung ist die Verwendung als mobile modulare Tanksystem für Cargo ( Last )-drohnen, oder für Fahrzeuge, die anstelle mit elektrischer Energie mit Hilfe von Wasserstoff oder Methan oder Ammoniak betrieben werden. Eine besondere Eigenschaft dieser mobilen Füllbehälter ist der Umstand, dass damit eine neue einfache Form.des Tankens von Maschinen erfolgen kann, die man über Versand erwerben kann. Damit ergibt sich eine Alternative zur klassischen Tankstelle wie wir das heute kennen.

In der Abbildung 4 wird zylünari ischer Fülkörper aus Stahl 4 dargektel it mit Einem ; Klöpperboden 2 aus Stahl und einem Klöpperboden Mit Veniinalter 3 aus Stall, einen Ventleinsatz ©. mit dem gefederten Ventiistößet £ einer Schulzkappe £ 8 wieenem. ; Carbonfasermantel 3. sowie einer Schutzkappe auf Kunststoff 4 am Boden des Füllkörpers Und einer Schutzkappe aus Kunststoff 5 am Kopf des Fülkörpers.

2 Abbildung 2

Inder Abbildung 2 Wird ein Gegenventilblock. 10 dargestell t. der einen beweglichen Sicherungsbügel‘ 13 besitzt, einen Stössel halter 16, einen gefederten beweglichen Stössel 1 ene keramische. Membr an 15 sowie die Drassei ventile 11.12 DerFül körper. wirdin den Gegenventilblack eingeschraußt und erstmit Betätigung des drehbar gelagerten Sicherungsbüge! wird der Stüssel 14 Dewegt und damit der gefederte Venülstössel 7 nach innen gedrückt und so der Gas- und Dampffluss vom Füllkörger 4 möglich gemacht.

Abbildung 3

In MS den wirde ei n Drosselventilans Chluss 37 en der sine Beuel

erhalten.

1 zylindrischer Füllkörper aus Stahl

2 Klöpperboden aus Stahl

3 Klöpperboden mit Ventileinsatz aus Stahl

4 Kunststoffmanchette für den Füllkörper — Boden 5 Kunststoffmanchette für den Füllkörper — Kopf 6 Ventilträger

7 Ventileinsatz

8 Schutzkappe mit Gewinde 9——— Carbonfaserhülle

=

10 Gegenventilblock

11 Drosselventil gefedert

12 Drosselventil gefedert

13 Verriegelungsbügel

14 Ventilstößel

15 keramische Membran

16 Ventilstößelhalter

17 Drosselventil ( Stickstoff )

Claims (1)

Ansprüche

1. Vernichtung zur Spei CHE ung Van Gas: Dämpfe v le Wassersialf oder Methan | in einen Füllkörper {1} vnfaesend folgendes Kömponenten

Füllkörper (5) bestehend aus einem Ki lönperboden {2) verschweißt mit einem zyinderischen Rohr wobei als Werkstäff Stahl md kaltzählen Eigens schaften nach der EN 10216-4/2 bevarzugt L290NB, L2360NB, LASSNB verwendet wird, und verscheittt mit einem Klöpperboden (3) mit einem Ventilhaller (6), wobei als Werkstoff Stahl mit Kallzählen Eigenschaften nach der EN 1021 6-12 Bevorzugt PASSN, P4ZON, PASON verwendet wird, das Volumen des ‚Füllkörpers minimal 1£, maximal 200 L hat, der Druck im Fülkörger minimal Tüar maximal 1000 bar hat die Temperatur minimal 1°C. Maximal 85°C. hal wobel der Füllkärser aus Stahl &1) von einer UMMWIcklung AUS Carbonfasern (9) unterstützt wird. wobei der Dürchmesser einen Wert minimal 50

Mm, makımal 500 mim hat wobei die Länge des zylindrischen Körpers einen Wert minimal 200 mm, maximal 2500 mm hat, wobei die Dicke der Carbonfaserumwicklung einen WE art mlalmnal 5 mm. maximal SQ mm hat,

Ventühalter {6} ZUE rc Aufnahme des Ventleinsatzes {71m Hülle eines Gewildes dien! woher! als Werkstaft Stahl mit kaltzahlen Eigenschaften ac der EN 102186:-12 hevarzugt P3SEN. P420N. ‚P450N verwendet wird. wobei das Innengewinde ein NPT Gewinde ist und minimal 1 Zoll, maximal 2 Zoll hat wabel der Vent! Ihaker pn den Klönperkhaden (S) eingeschweißt Ist und eine Rundung mit einem Radius minimal 10 yın. maximal 50 mm hat. wohel der Ventilhalter (8) ein Außengewinde als NPT ; Gowi de hat das minimal 2 ‘Zo, Maximal 3 Zo8 a

Ventleinsatz De einem Wa ne er _ SE ne

'nı wobel die Dicke der eine Dicke van Stan, DESIAG. Wobei gelegt ist.

{Ma x mals . Uıntiluna Ür eine Temperatur minimal 4°C }, maximal 38 3 Ca sg

Karluschenboden (4) aus K unslsiolt, ‚wobe Ol En 66 verwendet

we ‚Dei der Karluschenkopf a 4 HS arluschenkop! SR gelagerte Sicherungshäge! Werden kann, und 86 ein unass yerhindert wird.

; .—. r gesichert ge (19

71714

: Ventilgegenblock {10} aus Stahl, wobei als Werkstoff Stahl mit kaltzählen Eigenschaften nach der EN 19216-110 Davorzugt PSSSN. P420N, PASON verwendet Wird, wohel der Venloek (OL em NET HNengewWinde munlaıa 12 Zell maximak 3 Zoll hat. woher die Länge des Ianengewinde minimal 0 mm, maximal 80 mm hat, wobei ain axial beweglicher gefederter Ventilstößel (14) ein Vernegelungsbügel (13]} und zwei Drasselventlanschlüsse (11.12) im Ventilblack (10) enthalten sind,

; Gasmembrane im Ventilgegenblock {14} AUS Borüser Altıminiumkeramik (AkCh} ee besieht, wobei die Porengröße minimal 10 um, naximal 1000 um hat, die Form der We ; Gasmembrane ein A ner En ist, von de Dicken m inimal mm. Maximal. 10

Orckverluete einen ‚Wertn minimal 0, 1 bar. ı maximal 4 bar hat. wobei die Temperatur einen Wert minimal 1°C, mama 85°C 7

Verriegelungsbügel m Ventlgegenbiock 03. ‚wobel als s Werkstoff Stahl Me

; cd de Riegel im Block 49 drehbar gelangen wird, Wie einen n Drehw inket imal 10° maximal 90° aufweist. wobel der Ventistöhel (! (4) rel TC, OO IR DWEgE werden kann, wobei nach Einschmauben der Kartusche lock ee En In der Betatgung des Verriegelun \SOLels 113 en

1 (14) im » Ventilgegenbioek {10}. wobei als Werkstoff Stahl mit kaltzählen Nach ı en EN 10218-172 DEN PS en FA $ an Ya

P355NL PA20N. PASON verwende: SS

Keen Anymonial Koder SIRon

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