CN102803816A - 用于容纳流体的贮藏容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳流体特别是处在相对于环境提高的压力下的流体的贮藏容器，它具有一个空心体和一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置，所述空心体由一个壁界定，其中壁具有一个多层的结构，其特征在于，壁的内层包含交联的聚乙烯。

Description

用于容纳流体的贮藏容器
技术领域
本发明涉及一种用于容纳流体特别是处在相对于环境提高的压力下的流体的贮藏容器，它具有一个空心体和一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置，所述空心体由一个壁界定，其中壁具有一个多层的结构。
本发明还涉及一种用于制造这样的贮藏容器的方法。
最后本发明涉及一种流体供应系统，包括至少一个这样的贮藏容器。
背景技术
由现有技术已知一些用于容纳处在压力下的气态的或液态的介质的贮藏容器，它们都具有一个空心体，空心体具有一个多层的壁。
这样的贮藏容器例如用于在汽车中的内燃机的供给，其中贮藏容器包含和提供气态的或液态的可燃材料。
在这种情况下，在这样的贮藏容器中特别容纳处在完全可以达到1500巴的高压力下的燃气。
由现有技术还已知，贮藏容器的壁包括一个例如由金属或由聚合物材料构成的内层，并且存在一个构成一个加固层的外层。
在该已知的现有技术中不利的是，在加气过程中，其中例如燃气在高压力下和以高的速度储入贮藏容器中，产生必要时可能损坏贮藏容器的内壁的热，只要它由聚合物材料构成的话。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种用于容纳流体的贮藏容器，它可以实现快速的加气过程，而在此不会受到所产生的热的损坏。
本发明的另一目的是，提供一种用于这样的贮藏容器的制造方法；最后本发明的目的还在于，列举一种流体供应系统，它包括至少一个这样的贮藏容器。
该目的这样达到，即提供一种用于容纳流体特别是处在相对于环境提高的压力下的流体的贮藏容器，其中贮藏容器具有一个空心体，所述空心体由一个壁界定。
壁具有一个多层的结构。在其中设置一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置。
用于容纳流体的贮藏容器的特征在于，壁的内层包含交联的聚乙烯。
利用按照本发明选择交联的聚乙烯用于所述壁的也称为“内衬”的内层，提供一种贮藏容器，它允许实施快速的加气过程，其中在此所产生的热不导致对内衬的损坏作用。特别是在此不发生内衬的热变形，内衬的材料可以不在热作用下“流走”。
按吹塑法制造贮藏容器的内层，内衬。为此按本身已知的方法挤出一个软管，然后借助模具将其包围并通过吹进气体进行成形。内衬优选具有一种形状，它包括一个伸长的圆筒部分和两个界定该圆筒部分的例如半球形的所谓的绝缘罩盖。
在本发明的范围内可以有利地设定，内衬的聚乙烯用过氧化物或用硅烷或通过辐射能的作用进行交联。
在此特别优选的是聚乙烯的用过氧化物的交联，在其中形成所谓的PE-Xa，其中聚乙烯在提高的温度下通过形成自由基的过氧化物发生交联。
在聚乙烯的交联时，在邻接的聚合物链之间产生化学键接，从而产生高韧性和特别高温稳定性的聚合物材料，它突出地适用于上述的使用目的。
可以通过选择过氧化物的使用量的和另外通过交联过程的参数控制聚乙烯的交联度。按照本发明，聚乙烯的交联度可以为5至95％，优选15至90％和特别优选50％至85％。
这一数量级的交联度导致内衬的高的热稳定性。如由热塑性塑料已知的材料的“蠕变”在此被阻止。
作为聚合物材料用于按吹塑法制造空心体的聚乙烯是所谓的可吹塑的聚乙烯。
为此选择相应低粘性的聚乙烯，其MFI在190℃、负荷2.16kg时为0.1至2g/10min。
这样的可吹塑的聚乙烯的密度为0.93至0.965g/cm3，优选0.948至0.960g/cm3。
为了吹塑成型和紧接着的交联，在这方面特别是所谓的“Phillips”型是优选的。
这类的Phillips型借助负载在硅酸盐载体上的铬催化剂在聚合方法中产生。
除聚乙烯外，也可以将聚乙烯共聚物用于吹塑，在此优选的是基于C3至C8结构单元的聚烯烃的共聚单体。
为了可以交联聚乙烯，给聚乙烯添加交联剂，在当前情况下添加有机过氧化物。
有机过氧化物特别适合交联聚乙烯。
为此按照本发明，使用典型的交联温度大于/等于170℃的有机过氧化物。
十分特别的是，交联温度大于/等于175℃的有机过氧化物是优选的。
按这种方式达到聚乙烯的特别均匀的和高等级的交联。
还可以给聚乙烯添加其他的组分。
这些可以例如包括稳定剂如例如酚类抗氧化剂，或加工助剂如例如润滑剂，或交联加强剂如例如TAC(氰脲酸三烯丙基酯)或TAIC(异氰脲酸三烯丙基酯)或三羟甲基丙烷-三甲基丙烯酸酯或二乙烯苯或对苯二甲酸二烯丙基酯或偏苯三酸三烯丙基酯或磷酸三烯丙基酯，浓度为0.2至2.0重量百分比。
为了交联，按吹塑法在使用聚乙烯情况下制成的空心体在一定的时段上遭受较高的温度。
这可以例如在180℃至280℃温度时包括10min的延续时间。
为了避免按吹塑法制成的空心体在交联过程中萎陷或变形，可以设定，在交联时借助吹气(支持空气)的持续的超压使空心体置于压力下，吹气将空心体压到一个确定外形的形状。
在将聚乙烯交联成用硅烷交联形成的PE-Xb时，首先考虑所谓的两级过程。这也被称为Sioplas过程。
为此聚乙烯首先用硅烷借助过氧化物进行接枝，然后接枝的聚乙烯与催化剂批料混合并且可以这样用于按吹塑法制造空心体。
有机锡化合物例如DOTL(月桂酸二辛基锡)适合用作催化剂批料。
在这种包括接枝的聚乙烯和催化剂批料的组合物中还可以附加地包括其他的添加剂。
同样有可能，在所谓的单级方法中实施将硅烷接枝到聚乙烯上。
为此将由聚乙烯、硅烷、过氧化物和催化剂构成的混合物供给一台挤塑机。硅烷、过氧化物和催化剂形成液态相，它们被计量添加给聚乙烯。
在这种情况下，通过所谓的反应性挤出，首先实现将硅烷接枝到聚乙烯上，其中同时与催化剂的进行均质的混合。
聚乙烯的交联在湿气参与的情况下在较高的温度时实现，按照待吹塑的空心体的壁厚，这通常在水蒸汽气氛中或在90℃至105℃的水浴中在6至15小时的时段上实现。
也有可能，通过辐射能的作用交联聚乙烯，人们则将这称作PE-Xc。
为此基本上全部的聚乙烯及其共聚物都是适合的。
通过电子射线或γ射线的作用达到聚乙烯的交联。
在这种情况下，TAC或TAIC在交联时也可以提供支持。
最后也有可能，通过UV光交联聚乙烯，通过将所谓的光引发剂，例如取代的二苯甲酮和类似材料附加给聚乙烯，它们在UV光的作用下开始交联反应。
贮藏容器除壁的由交联的聚乙烯构成的内层外还具有壁的一个外层。壁的外层包括例如由碳或由芳族聚酰胺或由金属或由硼或由玻璃或由硅酸盐材料或由氧化铝或由高韧性和耐高温的聚合物材料或由上述材料的混合物构成的长丝或纱线。后者也称为混合线。
壁的外层的纤维增强还包括聚合物材料，优选环氧树脂。
围绕空心体的壁的内层缠绕和/或编织包含在壁的外层中的长丝或纱线。在缠绕时可以特别设定，它在贮藏容器的绝缘罩盖上构成为较厚的，以便在那里达到一种特别高的稳定性。
还可以有利地设定，缠绕在用于供给或排出流体的装置的区域内或在其他的部位构成特别厚的，以便在这些部位加强贮藏容器。
同样有利可以的是，在贮藏容器的绝缘罩盖上和/或在用于供给或排出流体的装置的区域内或在其他的部位上使用特别的编织技术，它不同于在贮藏容器的圆筒形部分上使用的编织技术。这样的特别的编织技术可以给予壁的外层特别高的强度。
按照本发明可以设定，外层不与内层连接。这在贮藏容器的长期稳定性方面可以带来优点。
在本发明的另一种实施形式中，内层也可以与外层连接。借此可以构成特别结实的贮藏容器。
贮藏容器还具有一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置。这个所谓的“凸头”是一个在贮藏容器的壁中的开口，它用于用待容纳的流体注满贮藏容器或将其排空。
可以有利地设定，在贮藏容器的表面的一个大致对置于“凸头”的位置，设置一个装置，它便于通过缠绕和/或编织加装外层。
该装置在此可以是表面的突出部或包括一个设置在其中的凹槽，在其中例如可装入一个轴，或一种类似的实施形式。
然后简单地为了缠绕或编织工作过程，借助该装置可以操纵贮藏容器。该装置在此可以例如用于贮藏容器在缠绕和/或编织工作过程中的定心。它也可以有利地用作为缠绕座，以便使贮藏容器运动。最后该装置也可以用于在以后的使用中固定贮藏容器。
这样产生待加装的外层的一种改善的质量。这样结实地制造贮藏容器。
在本发明的一种优选的进一步构成中可以设定，存在一个用于减少流体通过壁扩散的阻挡层。
借此能够构成一种贮藏容器，它具有特别低的泄漏率并且特别是能够很长时间间隔容纳待贮藏的流体而无显著的压力损失。
为此可以设定，阻挡层设置在内层的内表面上。
借此可靠地避免流体通过容器壁的扩散。
按照本发明可以设定，阻挡层是聚合物，例如乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)，或薄膜或涂层，特别是基于硅氮烷，或上述的组合。阻挡层的厚度可以在0.1与1000μm之间，优选在0.5与1.5μm之间。
通过选择阻挡层的类型和阻挡层的相应厚度，按照待贮藏的流体，可以实现特别有利地减少通过壁的扩散。
这样例如有可能，通过将一个硅氮烷层涂覆到内层的内表面上，很有效地减少氢气通过这样的贮藏容器的壁的扩散，其中该阻挡层的厚度为0.5μm至1.5μm。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，贮藏容器具有一个外保护层，它涂覆到壁的外层上。
外保护层可以包含热塑性塑料或共挤出物或收缩软管或编结物或针织物或编织物或上述的组合。
贮藏容器的这样的外保护层在贮藏容器遭受机械负荷例如撞击等力作用时是有利的。
这样的外保护层特别阻止，例如可能产生的可能导致壁破裂的外壁损坏。
外保护层也可以这样构成，以致它构成一个很有成效地保护贮藏容器免受火作用的防火层。
为此可以有利地设定，防火层包含所谓的膨胀材料，它们在提高的温度作用时分离出气体或水并且因此冷却贮藏容器或与热气体的作用隔离，和/或通过构成具有低热导率的热防护层，在一定的时间内保护贮藏容器免受热作用。
这样的膨胀材料是例如：包括“碳”供体(例如多元醇)、酸供体(例如聚磷酸铵)和发泡剂(三聚氰胺)的组合物。它们然后通过碳化和同时发泡形成一个体积大的、绝缘的保护层。
其他的膨胀材料包括例如在热作用下通过发出冷却蒸汽发挥吸热作用的水合物。对此的实例是水合的碱金属硅酸盐。
还已知分解出气体的膨胀材料，例如包括三聚氰胺、羟甲基化的三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、三聚氰胺单磷酸酯、三聚氰胺二磷酸酯、三聚氰胺多磷酸酯、三聚氰胺焦磷酸酯、尿素、二甲基脲、双氰胺、脒基脲磷酸酯、甘氨酸或氨基磷酸酯。上述材料当它们在热作用下分解时释放气态的氮。也可以采用在热作用时释放二氧化碳或水蒸汽的化合物。
外保护层也可以用于，通过信息的接收或成像识别贮藏容器，信息以包括文字和数字的形式或作为条码或作为条形码或作为颜色码显示出来。
最后外保护层也可以设定用于促成贮藏容器能吸引人的外观。
在本发明的一种进一步构成中也可以设定，存在一个金属层。
金属层可以设置在内层上。金属层在此优选这样构成，以致它阻碍流体通过贮藏容器的壁无阻力的扩散。
金属层为此可以例如构成为穿孔的或只部分地设置。
由此实现制造一种特别结实的贮藏容器。
金属层在另一种实施形式中也可以设置在加固层上。
由此得到一种贮藏容器，它具有特别坚固的壁。
最后金属层也可以设置在贮藏容器的外层上。
于是特别保护贮藏容器以防外部影响如撞击或力作用。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，贮藏容器具有用于固定的装置，这些装置固定在外壁上。这些装置可以包括由金属或聚合物材料构成的连接板或带。特别是贮藏容器可以具有用于固定的装置，它们构成在壁的外层上。也可以有利地设定，将用于固定的装置构成在外保护层上。
借此贮藏容器可以有利地在安装情况下固定在一辆汽车中。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，贮藏容器在壁的至少一层中或上具有一个传感器元件。传感器元件可以例如是一个电阻应变片，它在长度变化时经由一个信号连接线发出一条信息。
借此在损坏情况下，当例如因发生故障或错误操作而过度拉伸或机械损坏贮藏容器时，可以触发一个指示，它阻止贮藏容器的继续运行继而防止危险。
在本发明的一种进一步构成中，贮藏容器也可以包括一个识别元件，它明确地表明贮藏容器的特征并且存储和提供数据。这可以包括用于其形成历史(在制造和使用过程中的经历)、用于其运行和用于其他的状态的数据。
识别元件为此可以例如是一个条码、一个包括文字和数字的编码、一个构成为凸出的或凹进的元件、一个全息照片、一个彩色元件或一个RFID元件(无线电频率识别装置，借助电磁波的标识)或一个可对比的元件。
借此有可能，能够实现或确保贮藏容器的质量保证与遵循其运行一样。
用于制造按照本发明的贮藏容器的方法的特征在于，在使用聚乙烯情况下按吹塑法制造内层并在成型以后使内层交联。
借此有可能制造一个内衬，它关于其尺寸构成得很精确继而满足对其提出的高的安全性要求。
此外只当构件已得到其形状时才开始交联过程，这在交联的质量和均匀性方面产生优点。
在这方面特别有利的是，按吹塑法制造的内衬通过吹气(支持空气)的超压稳定在一种形状，其中在提高的温度下实施交联。
内衬在此通过支持空气保护防止萎陷，而通过进行的交联过程将聚乙烯转到一种固定的状态。
用于制造内衬的吹塑法在此也可以有利地这样构成，以致设置多个成型的模具，它们以连续顺序将挤出的软管吹胀成符合要求的空心体并且在交联和取出元件以后接着直接供下一构件制造使用。
根据设置的模具数量，可以这样以高的循环顺序实现内衬的制造。这可以例如在一个旋转装置中实现。
一种按照本发明的流体供应系统包括至少一个上述类型的贮藏容器，优选应用在一辆汽车或一个固定的或可移动的特别是分散的能量产生装置或一个蓄能系统中。
贮藏容器特别用于容纳在一个可以高达1500巴压力下的氢气。
附图说明
借助附图更详细地描述本发明。
图1按照本发明的贮藏容器的一部分的示意剖视图；
图2第二种按照本发明的贮藏容器的一部分的示意剖视图。
具体实施方式
图1示意示出按照本发明的贮藏容器的一部分的剖视图。
贮藏容器1基本上具有一个以圆筒形中心部分11形式存在的伸长结构，它在两个圆筒端部上具有成型的绝缘罩盖12(在图中只示出一个)。
用于供给或排出流体的装置4构成在一个绝缘罩盖12上。贮藏容器1的空心体2由一个多层的壁3包围，它具有一个包含交联的聚乙烯的内层31。
内层31在使用聚乙烯情况下一件式地按吹塑法进行制造并且紧接着进行交联。
内层31基本上到处具有相同的壁厚。
壁3的外层32是一个加固层。
该加固层通过缠绕和/或编织纱线或纤维产生，它通过热固性塑料在当前的情况下通过环氧树脂加强。
外层32按照稳定性需要在不同部分上具有不同的厚度。在图中示出的是，外层32在用于供给或排出流体的装置4的区域内是变厚的，因为在那里产生力，这些力要由外层32承受。
外层32不与内层31连接。
在图2中示意示出第二种按照本发明的贮藏容器的一部分的剖视图。
用于供给或排出流体的装置4构成在一个绝缘罩盖12上。在图中还示出，在内层31的内表面上设置一个扩散阻挡层5，它有效地减少或阻止流体从空心体2中通过壁3的扩散。
扩散阻挡层5在该实例中是一个硅氮烷构成的层。
在外层32上设置一个保护层6，它构成为一种收缩软管的形式，它尽可能地包封贮藏容器。
在该实施例中，一个传感器7贴紧外层32地大致设置在中心部分11中，它构成为电阻应变片。传感器元件7能够经由在这里未示出的信号线或按选择无接触地发出一个关于贮藏容器1的状态的信号，该信号借助一个在这里未示出的评价电子装置提供一个信息，由其得知，贮藏容器1例如是否是损坏的。
实施例：
将在190℃、负荷2.16kg时MFI为0.3g/10min的可吹塑的聚乙烯按吹塑法加工成一个内衬。
可吹塑的聚乙烯的密度为0.95g/cm3。
可吹塑的聚乙烯包含有机过氧化物，它具有一个175℃的交联温度。
在成型之后，为了进行交联，使吹塑的空心体在5min的时段上遭受240℃的温度。为此空心体通过支持空气保持形状以免意外的变形。
在空心体冷却以后，用碳纤维缠绕空心体直到达到一个15至45mm的层厚度，所述碳纤维用环氧树脂浸湿。
这样制成的贮藏容器经得起在其中贮藏的流体的一个1000巴的压力。可以用氢气注满贮藏容器，其中在3至5min内可建立一个700巴的压力。
附图标记清单
1贮藏容器
11中心部分
12绝缘罩盖
2空心体
3壁
31内层
32外层
4用于供给或排出流体的装置
5扩散阻挡层
6保护层
7传感器元件

Claims (15)

1.用于容纳一种流体特别是处在相对于环境提高的压力下的流体的贮藏容器，该贮藏容器具有一个空心体和一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置，所述空心体由一个壁界定，其中壁具有一个多层的结构，其特征在于，壁的内层包含交联的聚乙烯。
2.按照权利要求1所述的贮藏容器，其特征在于，聚乙烯用过氧化物或用硅烷或通过辐射能的作用进行交联。
3.按照权利要求1或2之一所述的贮藏容器，其特征在于，聚乙烯的交联度为5至95％，优选15至90％，和特别优选50至85％。
4.按照上述权利要求之一所述的贮藏容器，其特征在于，壁的一个外层构成为加固层。
5.按照权利要求4所述的贮藏容器，其特征在于，加固层包含由碳或由芳族聚酰胺或由金属或由硼或由玻璃或由硅酸盐材料或由氧化铝或由高韧性和耐高温的聚合物材料或由上述材料的混合物构成的长丝或纱线。
6.按照权利要求4或5所述的贮藏容器，其特征在于，加固层由长丝或纱线缠绕和/或编织而成。
7.按照权利要求4至6之一所述的贮藏容器，其特征在于，外层包含聚合物材料，优选环氧树脂。
8.按照上述权利要求之一所述的贮藏容器，其特征在于，存在一个用于减少流体通过壁扩散的阻挡层。
9.按照权利要求8所述的贮藏容器，其特征在于，阻挡层设置在内层的内表面上。
10.按照权利要求9所述的贮藏容器，其特征在于，阻挡层是例如乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)那样的聚合物，或薄膜或涂层，特别是基于硅氮烷的，或上述的组合。
11.按照权利要求8至10之一所述的贮藏容器，其特征在于，阻挡层的厚度在0.1与1000μm之间。
12.按照上述权利要求之一所述的贮藏容器，其特征在于，设置一个涂覆到壁的外层上的外保护层。
13.按照权利要求12所述的贮藏容器，其特征在于，外保护层包含热塑性塑料或共挤出物或收缩软管或编结物或针织物或编织物或上述的组合。
14.用于制造按照上述权利要求之一所述的贮藏容器的方法，其特征在于，在使用聚乙烯情况下按吹塑法制造内层并且在成型以后使内层交联。
15.流体供应系统，包括至少一个按照权利要求1至13之一所述的贮藏容器，优选应用在一辆汽车或一个固定的或可移动的特别是分散的能量产生装置或一个蓄能系统中。
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