DE102008053244A1 - Pressure vessel for storing gaseous media under pressure - Google Patents

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Thomas Dr.-Ing. Poschmann
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Abstract

Ein Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigem Wasserstoff unter Druck weist einen Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme des gasförmigen Wasserstoffs definiert, und eine den Liner (12) umgebende Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) seine Formstabilität verleiht, auf. Um bei einer Entladung des Druckbehälters (10) nach längerer Standzeit ein Austreten von gasförmigem Wasserstoff aus der Bewicklung (16) des Druckbehälters mit hoher zu verhindern, ist die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas kontinuierlich durch die Bewicklung (16) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.A pressure vessel (10) for storing gaseous hydrogen under pressure comprises a liner (12) defining an interior space (14) for receiving the gaseous hydrogen, and a coil (16) surrounding the liner (12) which communicates with the pressure vessel (10 ) imparts its dimensional stability. In order to prevent leakage of gaseous hydrogen from the winding (16) of the pressure vessel at a discharge of the pressure vessel (10) after a long service life, the winding (16) of the pressure vessel (10) is at least partially gas-permeable, so that the liner (12) penetrating gas continuously through the winding (16) from the pressure vessel (10) can escape.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck. Sie betrifft insbesondere einen solchen Druckbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5.The The invention relates to a pressure vessel for storing gaseous media under pressure. It concerns in particular Such a pressure vessel according to the preamble of the claim 1 or claim 5.

Solche gattungsbildenden Druckbehälter, die auch als Composite-Druckbehälter bezeichnet werden, sind zum Beispiel aus der EP 0 753 700 A1 bekannt. Sie weisen einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter seine Formstabilität verleiht, auf. Der Liner besteht üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial und die Bewicklung ist aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet.Such generic pressure vessels, which are also referred to as composite pressure vessel are, for example, from EP 0 753 700 A1 known. They have a liner which defines an interior for receiving a gaseous medium, and a winding surrounding the liner, which gives the pressure vessel its dimensional stability on. The liner is usually made of a plastic material and the winding is formed of a fiber composite material.

Druckbehälter dieser Art werden zum Beispiel als Wasserstoffspeicher in Brennstoffzellensystemen verwendet und können Wasserstoff gasförmig mit mehreren hundert bar Überdruck speichern.pressure vessel of this kind, for example, as hydrogen storage in fuel cell systems used and can be hydrogen gas with store several hundred bar overpressure.

Man hat beobachtet, dass bei einer Entladung solcher Composite-Druckbehälter nach längerer Standzeit gasförmiger Wasserstoff aus der Bewicklung des Druckbehälters mit einer vergleichsweise hohen Rate austritt. Es besteht daher Bedarf an Druckbehältern mit einem verminderten Gefährdungspotenzial durch austretenden Wasserstoff.you has observed that when discharging such composite pressure vessels after prolonged service gaseous hydrogen from the winding of the pressure vessel with a comparatively high rate exits. There is therefore a need for pressure vessels with a reduced risk potential due to leakage Hydrogen.

Weiter ist aus der DE 33 08 276 A1 ein Vielfachlagen-Druckbehälter zur Aufnahme von heißem Wasserstoff bekannt, bei welchem Wasserstoff, der durch die innerste Metalllage der Wandung hindurch tritt, aus dem Raum zwischen den innersten Metalllagen ventiliert werden, um einen Wasserstoffangriff und/oder ein Versprödungsproblem in den äußeren Metalllagen der Behälterwandung zu verhindern.Next is from the DE 33 08 276 A1 a multi-layer pressure vessel for receiving hot hydrogen, wherein hydrogen passing through the innermost metal layer of the wall is vented out of the space between the innermost metal layers to prevent hydrogen attack and / or embrittlement in the outer metal layers of the tank wall prevent.

Die JP 2007-278482 A beschreibt einen Composite-Druckbehälter mit einem Innentank und einem Außentank. Zum Schutz des Außentanks vor Angriffen durch Wasserstoff, der durch den Innentank hindurch tritt, und damit zur Verbesserung der Haltbarkeit des gesamten Druckbehälters, ist zwischen Innentank und Außentank durchgehende eine Katalysatorschicht vorgesehen, welche den Wasserstoff in eine stabile Verbindung umwandelt.The JP 2007-278482 A describes a composite pressure vessel with an inner tank and an outer tank. To protect the outer tank from attack by hydrogen passing through the inner tank, and thus to improve the durability of the entire pressure vessel, a catalyst layer is continuously provided between the inner tank and the outer tank, which converts the hydrogen into a stable compound.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Composite-Druckbehälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Gefährdung der Umgebung durch mit zu hohen Raten austretenden Gasen ausschließt.It It is an object of the present invention to provide a composite pressure vessel to create the type mentioned, the danger excludes the environment by exiting at high rates gases.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein schlagartiger Austritt von gasförmigen Medien in hohen Raten bei einer Entladung des Druckbehälters nach längerer Standzeit dadurch verhindert wird, dass das durch den Liner hindurch tretende gasförmige Medium kontinuierlich und damit in niedrigen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird. Es wird also vermieden, dass sich das durch den Liner hindurch tretende Gas in Taschen zwischen dem Liner und der Bewicklung sammeln und dann bei einer Entladung des Druckbehälters aufgrund der Trennung zwischen Liner und Bewicklung schlagartig und in hohen Raten aus dem Druckbehälter in die Umgebung ausströmt.These Task is solved by a sudden exit of gaseous media in high rates during a discharge of the Pressure vessel after prolonged life thereby prevents the passing through the liner gaseous Medium continuously and thus in low rates from the pressure vessel is discharged into the environment. So it's avoided that the gas passing through the liner into pockets between the Gather liners and wrapping and then unload them Pressure vessel due to the separation between liner and Wrapping abruptly and at high rates from the pressure vessel flows into the environment.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält ein Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter eine Formstabilität verleiht. Erfindungsgemäß ist die Bewicklung des Druckbehälters zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet, sodass das den Liner durchdringende Gas durch die Bewicklung aus dem Druckbehälter entweichen kann.According to one First aspect of the invention includes a pressure vessel for storing gaseous media under pressure Liner, which has an interior to accommodate a gaseous Medium defines, and a winding surrounding the liner, the gives the pressure vessel a dimensional stability. According to the invention the winding of the pressure vessel at least partially gas permeable formed so that the gas penetrating the liner through the winding can escape from the pressure vessel.

Durch diesen Aufbau des Druckbehälters mit einer zumindest teilweise gasdurchlässigen Bewicklung wird erreicht, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas kontinuierlich und mit niedrigen Raten vom Druckbehälter an die Umgebung abgegeben werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas zwischen Liner und Bewicklung angesammelt und dann bei einer Entladung des Druckbehälters schlagartig und in hohen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird.By this construction of the pressure vessel with an at least partially Gas permeable winding is achieved by that The gas passing through the liner is continuous and low Rates are discharged from the pressure vessel to the environment can. This will prevent that from happening through the liner passing through gas accumulated between liner and winding and then abruptly upon discharge of the pressure vessel and discharged in high rates from the pressure vessel into the environment becomes.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewicklung des Druckbehälters zumindest teilweise porös ausgebildet. Beispielsweise ist die Bewicklung des Druckbehälters aus einem Fasermaterial gebildet, welches mit einem Harzmaterial fixiert ist, wobei das Harzmaterial im ausgehärteten Zustand zumindest teilweise porös ist.In An embodiment of the invention is the winding of the pressure vessel at least partially porous. For example the winding of the pressure vessel made of a fiber material formed, which is fixed with a resin material, wherein the Resin material in the cured state at least partially is porous.

Alternativ oder zusätzlich ist die Bewicklung des Druckbehälters an vorbestimmten Stellen mit Bohrungen versehen, welche die Innenseite der Bewicklung mit ihrer Außenseite verbinden.alternative or additionally, the winding of the pressure vessel provided at predetermined locations with holes which the inside connect the winding with its outside.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewicklung des Druckbehälters auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung (z. B. Lackschicht) versehen, welche zumindest in den gasdurchlässigen Bereichen der Bewicklung ebenfalls gasdurchlässig ausgebildet ist.In a further embodiment of the invention, the winding of the Pressure vessel on its outside with a Coating (eg lacquer layer) provided, which at least in the Gas permeable areas of the winding also gas permeable is trained.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält ein Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter eine Formstabilität verleiht. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Liner und der Bewicklung eine gasdurchlässige Zwischenschicht vorgesehen, die in wenigstens einem Bereich mit der Außenseite der Bewicklung verbunden ist, sodass das den Liner durchdringende Gas durch die Zwischenschicht aus dem Druckbehälter entweichen kann.According to a second aspect of the invention, a pressure vessel for storing gaseous media under pressure includes a liner having an interior for receiving a gaseous medium defined, and a winding surrounding the liner, which gives the pressure vessel a dimensional stability. According to the invention, a gas-permeable intermediate layer is provided between the liner and the winding, which is connected in at least one area with the outside of the winding, so that the gas penetrating the liner can escape from the pressure vessel through the intermediate layer.

Durch diesen Aufbau des Druckbehälters mit einer zumindest teilweise gasdurchlässigen Zwischenschicht zwischen Liner und Bewicklung wird erreicht, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas kontinuierlich und mit niedrigen Raten vom Druckbehälter an die Umgebung abgegeben werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas zwischen Liner und Bewicklung gesammelt und dann bei einer Entladung des Druckbehälters schlagartig und in hohen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird.By this construction of the pressure vessel with an at least partially gas-permeable intermediate layer between liner and winding it is achieved that the gas passing through the liner is continuous and at low rates from the pressure vessel to the environment can be delivered. This will prevent that from happening The gas passing through the liner is collected between the liner and the winding and then abruptly upon discharge of the pressure vessel and discharged in high rates from the pressure vessel into the environment becomes.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenschicht zumindest teilweise porös ausgebildet.In In one embodiment of the invention, the intermediate layer is at least partially porous.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Verbindungsbereich der Zwischenschicht mit der Außenseite der Bewicklung eine Gasbehandlungseinrichtung angeordnet, die zum Beispiel durch Imprägnieren der Zwischenschicht mit einem entsprechenden Gasbehandlungsmittel gebildet ist.In Another embodiment of the invention is in the connection area the intermediate layer with the outside of the winding one Gas treatment device arranged, for example, by impregnation the intermediate layer with a corresponding gas treatment agent is formed.

Die Gasbehandlungseinrichtung kann beispielsweise einen Oxidationskatalysator aufweisen. Wenn es sich bei dem im Druckbehälter gespeicherten gasförmigen Medium um Wasserstoff handelt, wird der durch den Liner hindurch tretende und durch die Zwischenschicht geströmte Wasserstoff durch den Oxidationskatalysator zu Wasser oxidiert, das ohne Gefährdung an die Umgebung abgegeben werden kann.The Gas treatment device may, for example, an oxidation catalyst exhibit. If it is stored in the pressure vessel gaseous medium is hydrogen, the by passing through the liner and flowing through the intermediate layer Hydrogen oxidized to water by the oxidation catalyst, which can be released without risk to the environment.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungsbereich der Zwischenschicht mit der Außenseite der Bewicklung im Bereich eines Halses des Druckbehälters vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um den Bereich einer Befüll- und/oder Entnahmeöffnung des Druckbehälters.In Another embodiment of the invention is the connection area the intermediate layer with the outside of the winding in the Provided area of a neck of the pressure vessel. Preferably this is the area of a filling and / or Removal opening of the pressure vessel.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:Above as well as other features and advantages of the present invention from the following description of preferred embodiments better understood with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Composite-Druckbehälters der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic sectional view of a composite pressure vessel of the present invention;

2 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines herkömmlichen Composite-Druckbehälters vor seiner Entladung; 2 an enlarged partial sectional view of a conventional composite pressure vessel before its discharge;

3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des herkömmlichen Composite-Druckbehälters nach seiner Entladung; 3 an enlarged partial sectional view of the conventional composite pressure vessel after its discharge;

4 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Composite-Druckbehälters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vor seiner Entladung; 4 an enlarged partial sectional view of a composite pressure vessel according to a first embodiment of the present invention prior to its discharge;

5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Composite-Druckbehälters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach seiner Entladung; und 5 an enlarged partial sectional view of the composite pressure vessel according to the first embodiment after its discharge; and

6 eine schematische Schnittansicht eines Composite-Druckbehälters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 a schematic sectional view of a composite pressure vessel according to a second embodiment of the present invention.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Druckbehälters zum Speichern von gasförmigem Wasserstoff unter einem Druck von beispielsweise 700 bar beschrieben, der zum Beispiel in Brennstoffzellensystemen einsetzbar ist. Die Erfindung ist aber keinesfalls auf dieses gasförmige Medium, diesen Überdruck im Innern des Druckbehälters und diesen Anwendungsfall beschränkt.The The present invention will be described below with reference to a pressure vessel for storing gaseous hydrogen under pressure described for example by 700 bar, for example, in fuel cell systems can be used. The invention is by no means gaseous Medium, this pressure inside the pressure vessel and limited to this application.

Bezug nehmend auf 1 wird zunächst der Grundaufbau eines Composite-Druckbehälters näher beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen kann.Referring to 1 First, the basic structure of a composite pressure vessel is described in detail, in which the present invention can be used.

Der Composite-Druckbehälter 10 ist aus einem Liner 12 gebildet, der einen Innenraum 14 zum Aufnehmen von gasförmigem Wasserstoff definiert. Für die Herstellung des Liners 12 wird zum Beispiel ein Kunststoffmaterial verwendet. Der Liner 12 ist von einer Bewicklung 16 umgeben, die zum Beispiel aus einem Faserverbundwerkstoff wie beispielsweise harzgetränkten Kohlefasern gebildet wird, um dem Druckbehälter 10 die notwendige Formstabilität zu verleihen. Die Materialien zur Herstellung des Liners 12 und der Bewicklung 16 sind aber nicht auf diese genannten Materialien eingeschränkt. Ebenso ist die Erfindung nicht auf eine spezielle Form der Bewicklung 16 (z. B. axiale und/oder tangentiale und/oder in einem Winkel angestellte Wicklungsrichtung der Fasern) und auf spezielle Dickenmaße des Liners 12 und der Bewicklung 16 eingeschränkt. Da der Grundaufbau des Druckbehälters dem Fachmann bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird er problemlos eine den jeweiligen Anforderungen (z. B. Gasart, Druck, Anwendungsgebiet) entsprechende Ausführungsform konstruieren können.The composite pressure vessel 10 is from a liner 12 formed having an interior 14 defined for receiving gaseous hydrogen. For the production of the liner 12 For example, a plastic material is used. The liner 12 is from a winding 16 surrounded, for example, by a fiber composite material, such as resin-impregnated carbon fibers, to the pressure vessel 10 to give the necessary dimensional stability. The materials for the production of the liner 12 and the winding 16 but are not limited to these materials. Likewise, the invention is not limited to a particular form of wrapping 16 (For example, axial and / or tangential and / or oriented in an angle winding direction of the fibers) and on special thickness dimensions of the liner 12 and the winding 16 limited. Since the basic structure of the pressure vessel is already known to the person skilled in the art from the prior art, he will be able to construct an embodiment corresponding to the respective requirements (eg gas type, pressure, field of application) without difficulty.

In der Ausführungsform von 1 weist der Druckbehälter 10 zwei Halsbereiche (oben bzw. unten in der Figur) auf, an denen jeweils eine Öffnung 22 vorgesehen ist, die mit einem Halsstück 18 bzw. 20 abgedichtet bzw. verschlossen ist. In der nicht durch ein Halsstück verschlossenen Öffnung 22 (oben in der Figur) ist vorzugsweise ein Ventil 24 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf spezielle Ausgestaltungen der Halsstücke 18, 20 beschränkt. Zusätzlich können in den beiden Halsbereichen des Druckbehälters 10 auch noch Polkappen zur zusätzlichen Stabilisierung des Druckbehälters 10 vorgesehen sein. Auch kann der Druckbehälter 10 wahlweise mit zwei mit einem Ventil 24 versehenen Öffnungen 22 ausgebildet sein. Darüber hinaus ist auch die Form des Druckbehälters 10 nicht auf die in 1 gezeigte mit zwei Halsbereichen beschränkt.In the embodiment of 1 points the pressure vessel 10 two neck areas (top or bottom in the figure), on each of which an opening 22 is provided, which with a throat piece 18 respectively. 20 is sealed or closed. In the not closed by a neck opening 22 (at the top of the figure) is preferably a valve 24 arranged. The present invention is not limited to special embodiments of the neck pieces 18 . 20 limited. Additionally, in the two neck areas of the pressure vessel 10 also pole caps for additional stabilization of the pressure vessel 10 be provided. Also, the pressure vessel 10 optionally with two with a valve 24 provided openings 22 be educated. In addition, the shape of the pressure vessel is also 10 not on the in 1 Limited shown with two neck areas.

Ferner ist auf der Außenseite der Bewicklung 16 eine Beschichtung 26 zum Beispiel in Form einer Lackschicht aufgebracht.Furthermore, on the outside of the winding 16 a coating 26 For example, applied in the form of a lacquer layer.

Anhand von 2 und 3 wird nun zunächst die Problematik des Wasserstoff-Austritts aus einem herkömmlichen Druckbehälter erläutert.Based on 2 and 3 First, the problem of hydrogen leakage from a conventional pressure vessel will be explained.

Im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 wird zum Beispiel gasförmiger Wasserstoff bei einem Druck von etwa 700 bar gespeichert. Im Laufe der Zeit diffundiert eine gewisse Menge dieses Wasserstoffs durch den Liner 12 (siehe Pfeile 28 in 2). Dieser durch den Liner 12 hindurch getretene gasförmige Wasserstoff sammelt sich zu großen Teilen in Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16. Ein geringer Anteil dieses Wasserstoffes gelangt möglicherweise durch Poren oder Löcher 32 in der Bewicklung 16 an die Umgebung. Ein freier Zugang dieses angesammelten Wasserstoffes zu den wenigen kleinen Löchern 32 in der Bewicklung ist durch ein makroskopisch bündiges Anliegen der Bewicklung 16 an den Liner 12 bei hohem Druck im Innenraum 14 des Liners 12 stark behindert.In the interior 14 of the pressure vessel 10 For example, gaseous hydrogen is stored at a pressure of about 700 bar. Over time, a certain amount of this hydrogen diffuses through the liner 12 (see arrows 28 in 2 ). This through the liner 12 passed through gaseous hydrogen accumulates in large parts in pockets 30 between the liner 12 and the winding 16 , A small amount of this hydrogen may pass through pores or holes 32 in the winding 16 to the environment. A free access of this accumulated hydrogen to the few little holes 32 in the winding is due to a macroscopically flush concerns the winding 16 to the liner 12 at high pressure in the interior 14 of the liner 12 severely handicapped.

Bei längerer Standzeit des Druckbehälters 10 baut sich durch den Wasserstoff in den Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 ein Druck auf, der in Extremfällen auch zu einer Verformung des Liners 12 führen kann.For a longer service life of the pressure vessel 10 builds up through the hydrogen in the pockets 30 between the liner 12 and the winding 16 a pressure, which in extreme cases, also to a deformation of the liner 12 can lead.

Wird dann nach längerer Standzeit der Druckbehälter 10 entladen bzw. eine bestimmte Menge Wasserstoff aus dem Innenraum 14 entnommen, sodass der Druck im Innenraum 14 deutlich abnimmt, so entsteht durch den in den Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 angesammelten Wasserstoff ein Überdruck. Dieser Überdruck bewirkt eine Trennung des Liners 12 von der Innenseite der Bewicklung 16, wie in 3 veranschaulicht, und kann auch zu einer Verformung des Liners 12 führen. Durch die Trennung (siehe Doppelpfeil in 3) entsteht ein Strömungspfad für den gasförmigen Wasserstoff von den Taschen 30 zu den Poren/Löchern 32 und damit zur Außenseite der Bewicklung 16, sodass der durch den Liner 12 hindurch getretene Wasserstoff aus dem Druckbehälter 10 entweichen kann.Will then after prolonged life of the pressure vessel 10 discharged or a certain amount of hydrogen from the interior 14 taken, so the pressure in the interior 14 decreases significantly, so arises through the in the pockets 30 between the liner 12 and the winding 16 accumulated hydrogen overpressure. This overpressure causes a separation of the liner 12 from the inside of the winding 16 , as in 3 and also may lead to deformation of the liner 12 to lead. Due to the separation (see double arrow in 3 ) creates a flow path for the gaseous hydrogen from the pockets 30 to the pores / holes 32 and with it to the outside of the winding 16 so that through the liner 12 passed through hydrogen from the pressure vessel 10 can escape.

Auf diese Weise strömt bei der Entladung des Druckbehälters 10 nach längerer Standzeit der durch den Liner 12 diffundierte Wasserstoff schlagartig und mit einer vergleichsmäßig hohen Rate aus dem Druckbehälter 10 aus.In this way, flows during the discharge of the pressure vessel 10 after a longer service life of the liner 12 diffused hydrogen abruptly and at a comparatively high rate from the pressure vessel 10 out.

Um eine Gefährdung der Umgebung durch den aus dem Druckbehälter 10 mit hohen Raten austretenden Wasserstoff zu verhindern, wird gemäß der vorliegenden daher vorgeschlagen, den oben beschriebenen Druckaufbau zwischen Liner 12 und Bewicklung 16 bei einer längeren Standzeit des Druckbehälters 10 zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Maßnahmen durchgeführt.To endanger the environment through the out of the pressure vessel 10 Therefore, according to the present invention, it is proposed to suppress the pressure build-up between liners as described above 12 and winding 16 for a longer service life of the pressure vessel 10 to avoid. For this purpose, various measures are carried out in the context of the present invention.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbehälters wird nun anhand der 4 und 5 erläutert.A first embodiment of a pressure vessel according to the invention will now be described with reference to FIG 4 and 5 explained.

Der Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels ist wie der herkömmliche Druckbehälter aus einem Liner 12, der einen Innenraum 14 zur Aufnahme von gasförmigem Wasserstoff definiert, sowie einer den Liner 12 umgebenden Bewicklung 16 aufgebaut. Auch bei dieser Konstruktion des Druckbehälters 10 diffundiert bei längeren Standzeiten aufgrund des hohen Drucks im Innenraum 14 eine geringe Menge Wasserstoff durch den Liner 12 hindurch (siehe Pfeile 28 in 4), die zunächst in Taschen 30 zwischen Liner 12 und Bewicklung 16 gesammelt wird.The pressure vessel 10 This embodiment is like the conventional pressure vessel from a liner 12 who has an interior 14 defined for receiving gaseous hydrogen, as well as a liner 12 surrounding winding 16 built up. Also in this construction of the pressure vessel 10 diffuses at longer service life due to the high pressure in the interior 14 a small amount of hydrogen through the liner 12 through (see arrows 28 in 4 ), which initially in pockets 30 between liners 12 and winding 16 is collected.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Composite-Druckbehältern ist bei dem Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels jedoch die Bewicklung zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Bewicklung 16 zum Beispiel porös ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ sind in der Bewicklung 16 an bestimmten Stellen Bohrungen 34 vorgesehen, welche die Innenseite der Bewicklung 16 mit ihrer Außenseite verbinden. Auf diese Weise kann der gasförmige Wasserstoff, der den Liner 12 durchdringt, kontinuierlich und mit geringen Raten durch die Bewicklung 16 nach außen abgegeben werden. Im Vergleich zu der schlagartigen Freisetzung des Wasserstoffes mit einer hohen Rate ist das Gefährdungspotenzial für die Umgebung des Druckbehälters 10 durch den austretenden gasförmigen Wasserstoff deutlich herabgesetzt.Unlike the conventional composite pressure vessels described above, the pressure vessel 10 However, this embodiment, the winding formed at least partially gas-permeable. For this purpose is the winding 16 for example, formed porous. Additionally or alternatively are in the winding 16 holes in certain places 34 provided the inside of the winding 16 connect with their outside. In this way, the gaseous hydrogen, which is the liner 12 penetrates, continuously and at low rates through the winding 16 be discharged to the outside. Compared to the sudden release of hydrogen at a high rate is the potential hazard to the environment of the pressure vessel 10 significantly reduced by the exiting gaseous hydrogen.

Auch wenn sich bei einer Entladung des Druckbehälters 10 auch in diesem Fall der Liner 12 etwas von der Bewicklung 16 ablöst und damit Strömungspfade zwischen den einzelnen Taschen 30 entstehen, wie in 5 dargestellt, so wird in diesem Zustand keine große Menge Wasserstoff mehr freigesetzt, weil dieser bereits während eines großen Zeitraums gleichmäßig durch die Bewicklung 16 ausgeströmt ist und keinen nennenswerten Druck zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 aufbauen konnte.Even if there is a discharge of the pressure vessel 10 also in this case the liner 12 something from the winding 16 detached and thus flow paths between the individual pockets 30 arise, as in 5 shown, so no large amount of hydrogen is released in this state, because this even for a long time period evenly through the winding 16 has flowed out and no significant pressure between the liner 12 and the winding 16 could build up.

Die Bewicklung 16 ist zumindest in Teilbereichen gasdurchlässig ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bewicklung jedoch im Wesentlichen über ihren gesamten Bereich hinweg gasdurchlässig ausgebildet.The winding 16 is gas permeable at least in some areas. However, in the preferred embodiment of the invention, the coil is gas permeable over substantially its entire area.

Falls, wie in 1 dargestellt, die Bewicklung 16 mit einer Lackschicht 26 oder dergleichen beschichtet ist, so muss bei diesem Ausführungsbeispiel natürlich auch diese Lackschicht 26 gasdurchlässig sein. Dies gilt zumindest in den Bereichen, in denen auch die Bewicklung 16 gasdurchlässig ausgebildet ist.If, as in 1 shown, the winding 16 with a varnish layer 26 or the like is coated, so in this embodiment, of course, this lacquer layer 26 be gas permeable. This is true at least in the areas where the wrapping 16 is designed gas-permeable.

Die poröse Bewicklung 16 kann zum Beispiel wie folgt aufgebaut sein. Die Bewicklung 16 besteht im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff, der zum Beispiel aus Kohlefasern, welche die eigentliche Druckfestigkeit der Bewicklung ergeben, und einem Harz zum Fixieren der Kohlefasern aufgebaut ist. Dieses Harz muss zumindest teilweise porös ausgebildet sein. Die Festigkeit und die Druckstabilität der gesamten Bewicklung 16 müssen natürlich dennoch gewährleistet bleiben. D. h. das zur Fixierung verwendete Harz liefert keinen nennenswerten Beitrag zur Druckstabilität des Druckbehälters 10; lediglich der Verbund der Kohlefasern ist dafür ausschlaggebend.The porous winding 16 may be constructed as follows, for example. The winding 16 consists essentially of a fiber composite material, for example, of carbon fibers, which give the actual compressive strength of the winding, and a resin for fixing the carbon fibers is constructed. This resin must be at least partially porous. The strength and the pressure stability of the entire winding 16 must of course still be guaranteed. Ie. the resin used for fixing provides no significant contribution to the pressure stability of the pressure vessel 10 ; only the combination of carbon fibers is crucial.

Zur Herstellung der porösen Bewicklung 16 wird zum Beispiel ein Harz verwendet, welches beim Aushärten aufgrund starker innerer Spannungen Mikrorisse in ausreichender Zahl bildet. Diese Mikrorisse dürfen jedoch nicht zu einem vollständigen Zerfall der Bewicklung 16 führen. Zudem müssen die Mikrorisse eine durchgehende Verbindung durch die gesamte Bewicklung 16 hindurch bilden, da sie für das Abführen des Wasserstoffes an die Umgebung notwendig sind.For the production of porous wrapping 16 For example, a resin is used which forms microcracks in sufficient number upon curing due to high internal stresses. However, these micro-cracks must not lead to a complete disintegration of the winding 16 to lead. In addition, the microcracks must have a continuous connection through the entire winding 16 through, since they are necessary for the discharge of the hydrogen to the environment.

Die gleichen Ausführungen gelten analog auch für die gegebenenfalls vorgesehene äußere Lackschicht 26. Diese kann ebenfalls nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden und muss die gleichen Bedingungen hinsichtlich der Wasserstoffabführung erfüllen.The same statements apply analogously to the optionally provided outer lacquer layer 26 , This can also be prepared according to the method described above and must meet the same conditions for hydrogen abstraction.

Das Anbringen von gezielten Bohrungen 34 an zuvor ermittelten Stellen in ausreichender Anzahl bedarf keiner näheren Erläuterungen. Es können grundsätzlich beliebige Verfahren zur Anwendung kommen.The installation of targeted holes 34 at previously determined locations in sufficient number requires no further explanation. In principle, any method can be used.

Die Gasdurchlässigkeit der Bewicklung 16 hängt natürlich auch von dem jeweiligen Gas im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 ab. Je nach der Art des im Druckbehälter 10 gespeicherten gasförmigen Mediums müssen die Gasdurchlässigkeitseigenschaften, d. h. zum Beispiel die Porosität und/oder die Bohrungen 34, angepasst werden.The gas permeability of the winding 16 of course also depends on the particular gas in the interior 14 of the pressure vessel 10 from. Depending on the type of pressure vessel 10 stored gaseous medium, the gas permeability properties, ie, for example, the porosity and / or the holes 34 , be adjusted.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Composite-Druckbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 6 in mehr Einzelheiten beschrieben.A second embodiment of a composite pressure vessel according to the present invention will now be described with reference to FIG 6 described in more detail.

Der Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels ist wie der herkömmliche Druckbehälter aus einem Liner 12, der einen Innenraum 14 zur Aufnahme von gasförmigem Wasserstoff definiert, sowie einer den Liner 12 umgebenden Bewicklung 16 aufgebaut. Auch bei dieser Konstruktion des Druckbehälters 10 diffundiert bei längeren Standzeiten aufgrund des hohen Drucks im Innenraum 14 eine geringe Menge Wasserstoff durch den Liner 12 hindurch.The pressure vessel 10 This embodiment is like the conventional pressure vessel from a liner 12 who has an interior 14 defined for receiving gaseous hydrogen, as well as a liner 12 surrounding winding 16 built up. Also in this construction of the pressure vessel 10 diffuses at longer service life due to the high pressure in the interior 14 a small amount of hydrogen through the liner 12 therethrough.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Composite-Druckbehältern ist bei dem Druckbehälter 10 des Ausführungsbeispiels von 6 jedoch zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 eine gasdurchlässige Zwischenschicht 36 vorgesehen. Diese Zwischenschicht 36 ist zum Beispiel in den Halsbereichen (rechts und links in 6) des Druckbehälters 10 mit der Außenseite der Bewicklung 16, d. h. mit der Umgebung des Druckbehälters 10 verbunden. Auf diese Weise kann der gasförmige Wasserstoff, der durch den Liner 12 hindurch dringt, kontinuierlich und mit geringen Raten über die Zwischenschicht 36 an die Umgebung abgegeben werden. Im Vergleich zu der schlagartigen Freisetzung des Wasserstoffes mit einer hohen Rate ist das Gefährdungspotenzial für die Umgebung des Druckbehälters 10 durch den austretenden gasförmigen Wasserstoff deutlich herabgesetzt.Unlike the conventional composite pressure vessels described above, the pressure vessel 10 of the embodiment of 6 however, between the liner 12 and the winding 16 a gas-permeable intermediate layer 36 intended. This intermediate layer 36 is for example in the neck areas (right and left in 6 ) of the pressure vessel 10 with the outside of the winding 16 ie with the environment of the pressure vessel 10 connected. In this way, the gaseous hydrogen passing through the liner 12 penetrates, continuously and at low rates across the intermediate layer 36 be delivered to the environment. Compared to the sudden release of hydrogen at a high rate is the potential hazard to the environment of the pressure vessel 10 significantly reduced by the exiting gaseous hydrogen.

Die Bewicklung 16 selbst kann in gleicher Weise wie bei herkömmlichen Druckbehältern gasdicht gebildet und wahlweise auch mit einer Beschichtung 26 zum Beispiel in Form einer Lackschicht versehen sein. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenschicht 36 ist zum Beispiel zumindest teilweise porös ausgebildet.The winding 16 itself can be formed gas-tight in the same way as in conventional pressure vessels and optionally also with a coating 26 be provided for example in the form of a lacquer layer. The inventively provided intermediate layer 36 For example, it is at least partially porous.

Zusätzlich ist in den Verbindungsbereichen der Zwischenschicht 36 mit der Umgebung des Druckbehälters 10, d. h. in dem Ausführungsbeispiel von 6, in den Halsbereichen des Druckbehälters 10 bei der Befüll- bzw. der Entnahmeöffnung 22 eine Gasbehandlungseinrichtung 38 angeordnet. Diese Gasbehandlungseinrichtung 38 ist zum Beispiel durch Imprägnieren der porösen Zwischenschicht 36 mit einem entsprechenden Gasbehandlungsmittel gebildet.In addition, in the connecting regions of the intermediate layer 36 with the environment of the pressure vessel 10 , ie in the embodiment of 6 , in the neck areas of the pressure vessel 10 at the filling or the removal opening 22 a gas treatment facility 38 arranged. This gas treatment device 38 Is for example by impregnating the porous intermediate layer 36 formed with a corresponding gas treatment agent.

Falls im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 gasförmiger Wasserstoff gespeichert werden soll, enthält diese Gasbehandlungseinrichtung 38 vorzugsweise einen Oxidationskatalysator, der den Wasserstoff in den beschriebenen Verbindungsbereichen zu Wasser oxidiert. Das so entstehende Wasser tritt in flüssiger Form oder dampfförmig durch den durch die Zwischenschicht 36 nachströmenden Wasserstoff aus. Eine Gefährdung der Umgebung des Druckbehälters 10 durch austretenden Wasserstoff wird bei diesem Ausführungsbeispiel vollständig vermieden.If in the interior 14 of the pressure vessel 10 gaseous hydrogen is to be stored contains this gas treatment device 38 preferably an oxidation catalyst which oxidizes the hydrogen in the described compound regions to water. The resulting water enters in liquid form or in vapor form through the intermediate layer 36 flowing out of hydrogen. A hazard to the environment of the pressure vessel 10 By leaking hydrogen is completely avoided in this embodiment.

Der oxidativ-katalytisch wirksame Teil 38 der porösen Zwischenschicht 36 befindet sich nur im Bereich des Austritts der Zwischenschicht 36 an die Umgebung des Druckbehälters 10, wo ohne die Gasbehandlungseinrichtung 38 der Wasserstoff austreten würde. Der katalytisch wirksame Bereich 38 kann beispielsweise durch Imprägnieren der porösen Zwischenschicht 36 mit einer Flüssigkeit, die den Katalysator in gelöster oder suspendierter Form enthält, hergestellt werden. Durch thermisches Nachbehandeln dieses imprägnierten Bereichs 38 kann die Aktivität des Katalysators weiter gesteigert werden. Falls die poröse Zwischenschicht 36 bereits auf den Liner 12 aufgebracht ist, darf eine solche thermische Nachbehandlung natürlich nur bis zu Temperaturen erfolgen, bei denen der Liner 12 keinen Schaden nimmt.The oxidatively-catalytically active part 38 the porous intermediate layer 36 is only in the area of the exit of the intermediate layer 36 to the environment of the pressure vessel 10 where without the gas treatment device 38 the hydrogen would escape. The catalytically effective range 38 For example, by impregnating the porous intermediate layer 36 with a liquid containing the catalyst in dissolved or suspended form. By thermal aftertreatment of this impregnated area 38 the activity of the catalyst can be further increased. If the porous intermediate layer 36 already on the liner 12 is applied, such thermal aftertreatment must of course only be up to temperatures at which the liner 12 no harm.

Da der Oxidationskatalysator 38 in dem Verbindungsbereich des normalen Austritts des Wasserstoffes in die Umgebung angeordnet ist, ist ein ausreichender Zutritt von Sauerstoff gewährleistet, der für die katalytische Oxidation benötigt wird.As the oxidation catalyst 38 is arranged in the connection region of the normal outlet of the hydrogen in the environment, a sufficient access of oxygen is required, which is required for the catalytic oxidation.

Durch das stetige Abführen des durch den Liner 12 hindurch tretenden Wasserstoffes entsteht zudem beim Entladen des Druckbehälters und damit einem Druckabbau im Innenraum 14 des Liners 12 kein Überdruck mehr zwischen Liner 12 und Bewicklung 16, sodass eine ungleichmäßige Verformung des Liners 12 vermieden wird.By the constant discharge of the through the liner 12 Passing through hydrogen also occurs during unloading of the pressure vessel and thus a pressure reduction in the interior 14 of the liner 12 no overpressure between liner 12 and winding 16 , causing uneven deformation of the liner 12 is avoided.

Ein Verfahren zum Aufbringen der porösen Zwischenschicht 36 auf den Liner 12 muss dabei gewährleisten, dass sowohl bei diesem Vorgang als auch bei der darauf folgenden Aufbringung der Bewicklung 16 die freie Durchgängigkeit der porösen Zwischenschicht 36 für den Wasserstoff bis hin zu dem katalytisch wirksamen Bereich 38 erhalten bleibt, damit das Abführen des durch den Liner 12 hindurch tretenden Wasserstoffes zur Gasbehandlungseinrichtung 38 gewährleistet ist.A method for applying the porous intermediate layer 36 on the liner 12 must ensure that both during this process and during the subsequent application of the winding 16 the free continuity of the porous intermediate layer 36 for the hydrogen up to the catalytically effective range 38 is retained, thus discharging the through the liner 12 passing hydrogen to the gas treatment device 38 is guaranteed.

Gleiches gilt auch für den zum Beispiel durch Imprägnieren hergestellten Oxidationskatalysator 38 am freien Ende der porösen Zwischenschicht 36, damit ein ungehinderter Austritt des im Katalysator 38 erzeugten Wassers an die Umgebung gewährleistet ist.The same applies to the oxidation catalyst produced, for example, by impregnation 38 at the free end of the porous intermediate layer 36 , so that an unhindered exit of the in the catalyst 38 produced water is ensured to the environment.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 0753700 A1 [0002] EP 0753700 A1 [0002]
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  • - JP 2007-278482 A [0006] - JP 2007-278482 A [0006]

Claims (11)

Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck, mit einem Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und einer den Liner (12) umgebenden Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) eine Formstabilität verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet ist, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas durch die Bewicklung (16) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.Pressure vessel ( 10 ) for storing gaseous media under pressure, with a liner ( 12 ), which has an interior ( 14 ) defines a gaseous medium, and one of the liners ( 12 ) surrounding winding ( 16 ), the pressure vessel ( 10 ) imparts dimensional stability, characterized in that the winding ( 16 ) of the pressure vessel ( 10 ) is at least partially gas-permeable, so that the liner ( 12 ) penetrating gas through the winding ( 16 ) from the pressure vessel ( 10 ) can escape. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise porös ausgebildet ist und/oder mit Bohrungen (34), welche die Innenseite der Bewicklung mit ihrer Außenseite verbinden, versehen ist.Pressure vessel according to claim 1, characterized in that the winding ( 16 ) of the pressure vessel ( 10 ) is at least partially porous and / or with holes ( 34 ), which connect the inside of the winding with its outside, is provided. Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) aus einem Fasermaterial gebildet ist, welches mit einem Harzmaterial fixiert ist, wobei das Harzmaterial im ausgehärteten Zustand zumindest teilweise porös ist.Pressure vessel according to claim 2, characterized in that the winding ( 16 ) of the pressure vessel ( 10 ) is formed of a fiber material which is fixed with a resin material, wherein the resin material in the cured state is at least partially porous. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung (26) versehen ist, welche zumindest in den gasdurchlässigen Bereichen der Bewicklung (16) ebenfalls gasdurchlässig ausgebildet.Pressure vessel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the winding ( 16 ) of the pressure vessel ( 10 ) on its outside with a coating ( 26 ), which at least in the gas-permeable areas of the winding ( 16 ) Also formed gas permeable. Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck, mit einem Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und einer den Liner (12) umgebenden Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) eine Formstabilität verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Liner (12) und der Bewicklung (16) eine gasdurchlässige Zwischenschicht (36) vorgesehen ist, die in wenigstens einem Bereich mit der Außenseite der Bewicklung (16) verbunden ist, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas durch die Zwischenschicht (36) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.Pressure vessel ( 10 ) for storing gaseous media under pressure, with a liner ( 12 ), which has an interior ( 14 ) defines a gaseous medium, and one of the liners ( 12 ) surrounding winding ( 16 ), the pressure vessel ( 10 ) imparts dimensional stability, characterized in that between the liner ( 12 ) and the winding ( 16 ) a gas-permeable intermediate layer ( 36 ) provided in at least one area with the outside of the winding ( 16 ), so that the liner ( 12 ) penetrating gas through the intermediate layer ( 36 ) from the pressure vessel ( 10 ) can escape. Druckbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) zumindest teilweise porös ausgebildet ist.Pressure vessel according to claim 5, characterized in that the intermediate layer ( 36 ) is formed at least partially porous. Druckbehälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) eine Gasbehandlungseinrichtung (38) angeordnet ist.Pressure vessel according to claim 5 or 6, characterized in that in the connecting region of the intermediate layer ( 36 ) with the outside of the winding ( 16 ) a gas treatment device ( 38 ) is arranged. Druckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungseinrichtung (38) einen Oxidationskatalysator aufweist.Pressure vessel according to claim 7, characterized in that the gas treatment device ( 38 ) has an oxidation catalyst. Druckbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungseinrichtung (38) durch Imprägnieren der Zwischenschicht (36) mit einem Gasbehandlungsmittel gebildet ist.Pressure vessel according to claim 7 or 8, characterized in that the gas treatment device ( 38 ) by impregnating the intermediate layer ( 36 ) is formed with a gas treatment agent. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) im Bereich eines Halses des Druckbehälters (10) vorgesehen ist.Pressure vessel according to one of claims 5 to 9, characterized in that the connection region of the intermediate layer ( 36 ) with the outside of the winding ( 16 ) in the region of a neck of the pressure vessel ( 10 ) is provided. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) im Bereich einer Befüll- und/oder Entnahmeöffnung (22) des Druckbehälters (10) vorgesehen ist.Pressure vessel according to one of claims 5 to 10, characterized in that the connection region of the intermediate layer ( 36 ) with the outside of the winding ( 16 ) in the region of a filling and / or removal opening ( 22 ) of the pressure vessel ( 10 ) is provided.
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