DE102008061023A1

DE102008061023A1 - Innenschale für ein Druckgefäß

Info

Publication number: DE102008061023A1
Application number: DE102008061023A
Authority: DE
Inventors: Markus Lindner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2009-10-08
Also published as: US20100237081A1; US20090152278A1

Abstract

Es ist ein Gefäß offenbart, das eine Außenschale und eine Innenschale aufweist, wobei die Innenschale darin geformte, beabstandete Vertiefungen besitzt, um eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der Innenschale zu unterstützen und damit einem Schaden derselben entgegenzuwirken.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Hohlgefäß und insbesondere ein Hohldruckgefäß mit einer Außenschale und einer Innenschale, die an einem Vorsprung befestigt ist, wobei die Innenschale gegenüber im Stand der Technik bekannten Innenschalen von Druckgefäßen eine vergrößerte Oberfläche besitzt, um deren Ausdehnung und Kontraktion zu erleichtern und um einem Schaden an der Innenschale entgegenzuwirken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellen sind als eine Energiequelle für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Protonenaustauschmembran-(PEM)-Typ wird Wasserstoff als ein Brennstoff an eine Anode der Brennstoffzelle geliefert und Sauerstoff wird als ein Oxidationsmittel an eine Kathode der Brennstoffzelle geliefert. In Brennstoffzellenstapeln sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen aneinandergestapelt, um ein Brennstoffzellensystem zu bilden. Der Brennstoff wird typischerweise in großen Hohldruckgefäßen, wie Brennstofftanks, gespeichert, die an einer Bodengruppe des Fahrzeugs angeordnet sind.
Die Druckgefäße sind typischerweise mehrschichtig und umfassen zumindest eine Innenschale und eine Außenschale. Innenschalen können unter Verwendung einer Vielzahl bekannter Verfahren hergestellt werden, einschließlich: Spritzgießen; Extrusionsblasformen; Blasformen; Rotationsformen; und dergleichen. Die Innenschale wird unter Verwendung des Rotationsformverfahrens geformt, indem eine Vielzahl von Vorsprüngen in einem Matrizenhohlraum mit einem Polymerharz angeordnet wird, die Form erhitzt wird, während sie gedreht wird, was zur Folge hat, dass das Harz schmilzt und Wände des Matrizenhohlraums beschichtet, die Matrize gekühlt wird und die geformte Innenschale entfernt wird. Die fertiggestellte Innenschale wird an beiden Enden an den Vorsprüngen angebracht. Um die Außenschale zu formen, kann die geformte Innenschale einem Filamentwickelprozess unterzogen werden. Nach dem Filamentwickelprozess kann die Außenschale im Wesentlichen an der Innenschale anliegen und eine Kompressionskraft auf die Innenschale ausüben.
Bei normalen Bedingungen, wie Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, besitzen die Innenschale und die Außenschale jeweils eine ursprüngliche Form, und es werden keine Spannungen auf die Innenschale aufgebracht. Schwankungen des Drucks und der Temperatur der Innenschale und der Außenschale des Druckgefäßes beeinträchtigen deren Formgebungen.
Die Außenschale stützt typischerweise einen wesentlichen Anteil der Last des Druckgefäßes, die durch Fluiddruck bewirkt wird. Die Außenschale dehnt sich aufgrund einer Zunahme des Drucks aus. Gleichzeitig dehnt sich die Innenschale aus und tritt mit der Außenschale in Kontakt, ohne die durch den Druck bewirkte Last zu tragen. Eine Ausdehnung der Außenschale bei relativ geringen Drücken, wie 0,5 MPa und darüber, übt Spannungsbelastungen auf die Innenschale aus, die durch das Wegziehen der Innenschale von den Vorsprüngen bewirkt werden. Eine Ausdehnung der Außenschale bei relativ hohen Drücken, wie 70 MPa, übt noch größere Spannungsbelastungen in der Innenschale aus, die durch eine Innenschalenausdehnung und ein Wegziehen von den Vorsprüngen bewirkt werden.
Aufgrund eines Unterschiedes in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Innenschale und der Außenschale bewirkt eine Zunahme der Temperatur des Druckgefäßes, dass sich die Innenschale in Richtung der Außenschale ausdehnt, während die Außenschale die ursprüngliche Form beibehält, wodurch Kompressionskräfte auf die Innenschale durch die Außenschale ausgeübt werden. Eine signifikante Ausdehnung der Innenschale ist bei Temperaturen oberhalb etwa 80°C beobachtet worden. Eine Abnahme der Temperatur des Druckgefäßes bewirkt, dass sich die Innenschale von der Außenschale weg zusammenzieht, während die Außenschale die ursprüngliche Form beibehält, wodurch Spannkräfte auf die Innenschale ausgeübt werden, wenn die Innenschale von den Vorsprüngen weggezogen wird. Eine signifikante Kontraktion der Innenschale ist bei Temperaturen unter etwa –80°C beobachtet worden.
Eine wiederholte Ausdehnung und Kontraktion des Materials, wie auch hohe Kompressions- und Spannkräfte, können ein Reißen und einen mechanischen Schaden der Innenschale zur Folge haben, wodurch eine Nutzlebensdauer des Gefäßes minimiert wird. Erhöhte Spannkräfte tragen stärker zu einem Reißen und Schaden eines Druckgefäßes bei, als dies bei Kompressionskräften der Fall ist. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Druckgefäß und insbesondere einem Druckgefäß mit einer Innenschale, die derart angepasst ist, um die Beeinträchtigung von darauf ausgeübten Spannkräften zu minimieren.
Es soll ein Hochdruckgefäß entwickelt werden, das eine Außenschale und eine an einem Vorsprung befestigte Innenschale besitzt, wobei die Innenschale derart angepasst ist, um die Beeinträchtigung von darauf ausgeübten Spannkräften zu minimieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist überraschend ein Hohldruckgefäß entdeckt worden, das eine Außenschale und eine an einem Vorsprung befestigte Innenschale besitzt, wobei die Innenschale derart angepasst ist, um die Beeinträchtigung von darauf ausgeübten Spannkräften zu minimieren.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Gefäß eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Vertiefungen bzw. Einbuchtungen besitzt; und eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Gefäß eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Vertiefungen besitzt; eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt; und einen ersten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Gefäß eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten ringförmigen Kanälen besitzt; eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1 eine Draufsicht einer Innenschale eines Druckgefäßes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Innenschalengefäßes entlang der Linie 2-2 ist, das von einer Außenschale umgeben ist;
3 eine bruchstückhafte Schnittansicht des Druckgefäßes von 2 ist, wobei sich das Druckgefäß bei normalen Druck- und Temperaturbedingungen befindet;
4 eine bruchstückhafte Schnittansicht des Druckgefäßes von 2 ist, wobei sich das Druckgefäß bei einer Temperatur oberhalb normaler Bedingungen und bei Normaldruckbedingungen befindet;
5 eine bruchstückhafte Schnittansicht des Druckgefäßes von 2 ist, wobei sich das Druckgefäß bei einer Temperatur unterhalb normaler Bedingungen und bei Normaldruckbedingungen befindet;
6 eine bruchstückhafte Schnittansicht des Druckgefäßes von 2 ist, wobei sich das Druckgefäß bei einer Temperatur oberhalb normaler Bedingungen und bei Bedingungen mit erhöhtem Druck befindet;
7 eine bruchstückhafte Schnittansicht des Druckgefäßes von 2 ist, wobei sich das Druckgefäß bei einer Temperatur unterhalb normaler Bedingungen und bei Bedingungen mit erhöhtem Druck befindet;
8 eine Draufsicht einer Innenschale eines Druckgefäßes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
9 eine Schnittansicht des in 8 gezeigten Innenschalengefäßes entlang der Linie 8-8 ist, das von einer Außenschale umgeben ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken.
Die 1 und 2 zeigen ein Hohldruckgefäß 10 mit einer Innenschale 12 und einer Außenschale 14. Das Gefäß 10 besitzt eine im Wesentlichen zylindrische Form und ist derart angepasst, um ein druckbeaufschlagtes Fluid (nicht gezeigt) zu halten. Es sei zu verstehen, dass das Gefäß 10 ge gebenenfalls eine beliebige Form besitzen kann. Das druckbeaufschlagte Fluid kann ein beliebiges Fluid sein, wie beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit und sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas.
Das Gefäß 10 umfasst einen ersten Vorsprung 16, der an seinem ersten Ende 18 angeordnet ist, und einen zweiten Vorsprung 20, der an seinem zweiten Ende 22 angeordnet ist. Der erste Vorsprung 16 und der zweite Vorsprung 20 stellen eine separat hergestellte Ausführung dar, die jeweils eine Öffnung in ein Inneres des Gefäßes 10 formt. Der erste Vorsprung 16 und der zweite Vorsprung 20 sind typischerweise so geformt, um einen spezifischen Verschluss aufzunehmen. Das Gefäß 10 kann einen einzelnen Vorsprung oder gegebenenfalls eine beliebige Anzahl von Vorsprüngen aufweisen. Die Vorsprünge 16, 20 umfassen jeweils eine ringförmige Nut 24, die an ihrer Innenfläche 20 geformt ist. Die Nut 24 ist derart angepasst, um einen Abschnitt eines Schlauches, einer Düse, einer Leitung oder eines anderen Mittels zur Fluidkommunikation (nicht gezeigt) mit den Vorsprüngen 16, 20 und dem Inneren des Gefäßes aufzunehmen. Anstatt der Nut 24 kann die Innenfläche 26 der Vorsprünge 16, 20 mit Gewinde versehen sein, um die verschiedenen Mittel zur Fluidkommunikation aufzunehmen. Es sei auch zu verstehen, dass der erste Vorsprung 16 und der zweite Vorsprung 20 aus einem beliebigen herkömmlichen Material geformt sein können, wie beispielsweise Kunststoff, Stahl, eine Stahllegierung oder Aluminium. Die Vorsprünge 16, 20 können auch blinde Vorsprünge, die derart angepasst sind, um das Gefäß 10 gegebenenfalls an einem anderen Aufbau zu verankern, oder Druckentlastungsvorrichtungen sein.
Die Innenschale 12 des Gefäßes 10 ist ein Hohlbehälter, der derart angepasst ist, um das druckbeaufschlagte Fluid zu speichern. Wie gezeigt ist, umfasst die Innenschale 12 eine Vielzahl beabstandeter Vertiefungen 28, die eine Vielzahl von Stegen 32 dazwischen definieren. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind die Vertiefungen 28 beabstandete Ringkanäle, die in einer Außenwand der Innenschale 12 geformt sind und eine allgemein konkave Querschnittsform besitzen. Es kann eine beliebige Anzahl von Vertiefungen 28 in der Innenschale 12 geformt sein, und die Vertiefungen 28 können gegebenenfalls eine beliebige Querschnittsform besitzen, wie beispielsweise rechtwinklig und dreieckig. Durch Formung der Vertiefungen 28 in der Außenwand der Innenschale 12 ist eine Oberfläche der Innenschale 12 gegenüber der Oberfläche von Innenschalen für Druckgefäße, die im Stand der Technik bekannt sind, erhöht.
Ein erstes Ende der Innenschale 12 ist in einer Öffnung aufgenommen, die durch die Innenfläche 26 des ersten Vorsprungs 16 an dem ersten Ende 18 des Gefäßes 10 geformt ist. Ein zweites Ende der Innenschale 12 ist in einer Öffnung aufgenommen, die durch die Innenfläche 26 des zweiten Vorsprungs 20 geformt ist. Die Innenschale 12 kann gegebenenfalls auch an einer Außenfläche 30 der Vorsprünge 16, 20 aufgenommen sein. Wie gezeigt ist, ist die Innenschale 12 aus einem Kunststoff geformt, wie beispielsweise Polyethylen, PET, Ethylenvinylalkohol oder einem Ethylen-Vinylacetat-Terpolymer. Die Innenschale 12 kann gegebenenfalls aus einem beliebigen formbaren Material geformt sein, wie Aluminium, Stahl, einer Metalllegierung, einem Glas und dergleichen.
Die Außenschale 14 des Gefäßes 10 ist an der Innenschale 12 angeordnet. Wie gezeigt ist, liegt die Außenschale 14 im Wesentlichen an den Stegen 32 der Innenschale 12 an, wodurch eine Vielzahl von Hohlräumen 34 zwischen den Vertiefungen 28 der Innenschale 12 und der Außenschale 14 definiert wird. Die Außenschale 14 ist mit dem ersten Vorsprung 16 an dem ersten Ende 18 und dem zweiten Vorsprung 20 an dem zweiten Ende 22 des Gefäßes 10 verbunden. Die Außenschale 14 kann aus einem beliebigen formbaren Material geformt sein, wie beispielsweise einem Metall und einem Kunststoff. Die Außenschale 14 kann unter Verwendung eines Filamentwickelprozesses geformt werden. Wenn die Außenschale 14 unter Verwendung des Filamentwickelprozesses geformt wird, kann die Außenschale 14 gegebenenfalls aus einer Kohlefaser, einer Glasfaser, einer Verbundstoff- bzw. Kompositfaser und einer Faser mit einer Harzbeschichtung geformt werden. Es sei zu verstehen, dass das Material, das dazu verwendet wird, die Außenschale 14 zu formen, auf Grundlage des Prozesses, der dazu verwendet wird, die Außenschale 14 an der Innenschale 12 zu befestigen, der Verwendung des Gefäßes 10 sowie der Eigenschaften des in dem Gefäß 10 zu speichernden Fluides gewählt werden kann.
Um das Gefäß 10 zu formen, wird die Innenschale 12 typischerweise unter Verwendung eines Blasformprozesses geformt. Der erste Vorsprung 16 und der zweite Vorsprung 20 werden in einer offenen Matrize (nicht gezeigt) angeordnet und die Matrize wird anschließend geschlossen. Der erste Vorsprung 16 und der zweite Vorsprung 20 können vor Anordnung in der Matrize erwärmt werden, um eine Anhaftung an die Innenschale 12 zu fördern, wenn diese geformt wird. Anschließend werden geschmolzene Kunststoffpellets oder -flocken in einen durch die Matrize geformten Hohlraum in der Form eines Vorformlings (nicht gezeigt) extrudiert. Da der Vorformling kontinuierlich in die Matrize extrudiert wird, ist der Vorformling hohl. Ein Fluid (nicht gezeigt) wird dann durch den Vorformling in der Matrize getrieben, was zur Folge hat, dass sich der Vorformling ausdehnt und mit den Wanden der Matrize in Kontakt tritt, wodurch er die Formgebung des durch die Matrize geformten Hohlraumes annimmt. Es sei zu verstehen, dass das Fluid ein beliebiges herkömmliches Fluid sein kann, wie gegebenenfalls Luft, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn der Vorformling durch das Fluid ausgedehnt wird, bildet ein Anteil des Vor formlings einen Kontakt mit dem ersten Vorsprung 16, haftet an diesem an und formt eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung mit diesem. Ein anderer Anteil des Vorformlings wird mit dem zweiten Vorsprung 20 in Kontakt gebracht, haftet an diesem an und bildet eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung mit diesem. Es sei zu verstehen, dass die Innenschale 12 in einem einzelnen Prozess unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Prozesses geformt werden kann, wie beispielsweise Rotationsformen, Spritzgießen, Extrusionsblasformen und der gleichen. Auch können Anteile der Innenschale 12 in separaten Prozessen geformt und anschließend miteinander verschweißt oder anderweitig miteinander verbunden werden.
Wie in 2 gezeigt ist, wird ein Halsabschnitt 36 des den Vorformling bildenden Materials in Kontakt mit den Innenflächen 26 der Vorsprünge 16, 20 blasgeformt. Das Material kann in die Nut 24 und weiter in die Innenfläche 26 geblasen werden. Das Material kann gegebenenfalls von den Vorsprüngen 16, 20 abgeschnitten oder anderweitig maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet und entfernt werden. Es sei zu verstehen, dass die Oberflächen des ersten Vorsprunges 16, die mit dem formbaren Material während des Blasformprozesses in Kontakt treten, vor dem Blasformprozess geätzt, mit einer Grundierung beschichtet oder mit einem Klebstoff beschichtet werden können, um eine Anhaftung der Vorsprünge 16, 20 an dem formbaren Material zu fördern. Es sei auch zu verstehen, dass die Vorsprünge 16, 20 Nuten, Hohlräume, Kanäle oder Ausstülpungen aufweisen können, die derart angepasst sind, um einen Anteil des Materials aufzunehmen und damit das Material mechanisch daran zu befestigen. Sobald das blasgeformte Material ausreichend gekühlt ist, wird die Matrize geöffnet und die Innenschale 12 entfernt.
Kohlefasern, die mit einem Harz imprägniert sind, werden typischerweise um die Innenschale 12 filamentgewickelt, um die Außenschale 14 zu formen. Das Zusammenwirken der Vertiefungen 28 und der Außenschale 14, um die Hohlräume 34 zu formen, hat zur Folge, dass die Innenschale 12 eine vergrößerte Oberfläche gegenüber den Oberflächen von Innenschalen von im Stand der Technik bekannten Gefäßen mit demselben Volumen und derselben allgemeinen Form besitzt. Die harzimprägnierten Kohlefasern der Außenschale 14 werden aufgebracht, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung mit der Innenschale 12 zu bilden. Um der Eindringung des Harzes und der Kohlefasern in die Vertiefungen 28 entgegenzuwirken, kann eine Schutzschicht (nicht gezeigt) über der Innenschale 12 angeordnet werden. Die Schutzschicht kann gegebenenfalls eine Folie, ein Kunststoff, ein Gewebe oder ein anderes Material sein. Es sei zu verstehen, dass die Außenschale 14 durch einen Tauchprozess in einem geschmolzenen Polymer oder Metall, durch Sprühen einer Beschichtung oder durch Nähen eines Leder- oder Gewebematerials auf die Innenschale 12 aufgebracht werden kann. Sobald die Außenschale 14 aufgebracht ist, kann das Gefäß 10 in einem Autoklav (nicht gezeigt) angeordnet werden, um ein Härten des Harzes der Außenschale 14 zu ermöglichen. Sobald das Harz der Außenschale 14 gehärtet ist, ist das Gefäß 10 gebrauchsbereit.
Wie in 3 gezeigt ist, befindet sich das Gefäß 10 bei einem Normaldruck, typischerweise zwischen 80 und 120 kPA, und einer normalen Temperatur, typischerweise zwischen –20°C und 20°C, wobei die Anteile des Materials, die die Vertiefungen 28 bilden, eine ursprüngliche Form beibehalten. Bei einer erhöhten Temperatur im Vergleich zu den Bedingungen mit normaler Temperatur und mit normalem Druck und aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials, das dazu verwendet wird, die Innenschale 12 zu formen, wird Energie an das die Innenschale 12 formende Material übertragen, was zur Folge hat, dass sich die Innenschale 12 ausdehnt. Wenn der Druck in dem Gefäß 10 zunimmt, wird eine weitere Ausdehnung der Innenschale 12 in Richtung der Außenschale 14 des Gefäßes 10 bewirkt. Demgemäß behält, wenn sich die Innenschale 12 ausdehnt, die Außenschale 14 eine ursprüngliche Form und Größe bei, wodurch die Kompressionskraft auf die Innenschale 12 durch die Außenschale 14 im Vergleich zu der Kompressionskraft während normaler Speicherbedingungen des Gefäßes 10 erhöht ist.
Bei einer verringerten Temperatur im Vergleich zu den Bedingungen mit normaler Temperatur und dem Normaldruck und aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials, das dazu verwendet ist, die Innenschale 12 zu formen, wird bewirkt, dass sich das die Innenschale 12 formende Material zusammenzieht. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient der Innenschale 12 von einem Wärmeausdehnungskoeffizient der Außenschale 14 verschieden ist und da die Innenschale 12 an beiden Enden an den Vorsprüngen 16, 20 befestigt ist, ist, wenn sich die Innenschale 12 zusammenzieht und von den Vorsprüngen 16, 20 weggezogen wird, die Innenschale 12 erhöhten Spannkräften ausgesetzt. Wie in 5 gezeigt ist, wird, wenn sich die Innenschale 12 zusammenzieht, bewirkt, dass Anteile des Materials, das die Vertiefungen 28 formt, sich zusammenziehen und radial auswärts in Richtung der Außenschale 14 ausgelenkt werden, wodurch die Spannkräfte auf die Innenschale 12 minimiert werden. Eine Auslenkung der Anteile des Materials, das die Vertiefungen 28 formt, in Richtung der Außenschale 14 minimiert die Spannkräfte, die auf die Innenschale 12 ausgeübt werden, indem bewirkt wird, dass die Anteile des Materials, das die Vertiefungen 28 formt, von einer gekrümmten Querschnittsform zu einer im Wesentlichen linearen Querschnittsform ausgelenkt werden. Die Auslenkung der Anteile des Materials, das die Vertiefungen 28 formt, minimiert die Spannkräfte auf die Innenschale 12, wo durch einem mechanischen Schaden der Innenschale 12, wie einem Reißen oder Durchstoßen entgegengewirkt wird. Indem einem mechanischen Schaden der Innenschale 12 des Gefäßes 10 entgegengewirkt wird, wird eine Nutzlebensdauer des Gefäßes 10 maximiert.
Bei einer Temperatur oberhalb normaler Bedingungen und bei einem Druck oberhalb normaler Bedingungen, wie 0,5 MPa und darüber, und aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials, das dazu verwendet wird, die Innenschale 12 zu formen, wird Energie an das die Innenschale 12 formende Material übertragen, was zur Folge hat, dass sich die Innenschale 12 ausdehnt. Wenn der Druck in dem Gefäß 10 zunimmt, wird eine Ausdehnung der Innenschale 12 in Richtung der Außenschale 14 des Gefäßes 10 bewirkt. Demgemäß kann, wenn sich die Innenschale 12 ausdehnt, die Außenschale 14 eine ursprüngliche Form und Größe beibehalten, wodurch die Kompressionskraft auf die Innenschale 12 durch die Außenschale 14 im Vergleich zu der Kompressionskraft während normaler Speicherbedingungen des Gefäßes 10 erhöht wird. Wenn ein druckbeaufschlagtes Fluid in dem Gefäß 10 angeordnet wird und der Druck in dem Gefäß 10 über dem Normaldruck liegt, lenkt der Druck an der Innenschale 12 die Vertiefungen 28 radial auswärts in Richtung der Außenschale 14 aus, wie in 6 gezeigt ist. Ohne den Innendruck auf das die Vertiefungen 28 formende Material durch das druckbeaufschlagte Fluid würden die Vertiefungen 28 radial nach innen ausgelenkt. Indem einer radial einwärts gerichteten Auslenkung des Materials, das die Vertiefungen 28 bildet, entgegengewirkt wird, sind Spannkräfte in der Innenschale 12 minimiert. Durch Minimierung der Spannkräfte an der Innenschale 12 und aufgrund dessen, dass Spannkräfte stärker zu einem Schaden der Innenschale 12 beitragen, als Kompressionskräfte, wird einem Schaden der Innenschale 12, wie durch Reißen und Durchstoßen entgegengewirkt.
Bei einer Temperatur unterhalb normaler Bedingungen und bei einem Druck oberhalb normaler Bedingungen, wie 0,5 MPa und darüber, bewirkt der Druck an der Innenschale 12 deren Ausdehnung und lenkt das die Vertiefungen 28 formende Material radial auswärts in Richtung der Außenschale 14 aus, wie in 7 gezeigt ist. Ohne den Innendruck auf das die Vertiefungen 28 formende Material durch das druckbeaufschlagte Fluid würden sich die Vertiefungen 28 radial einwärts auslenken. Indem einer Kontraktion der Innenschale 12 und einer radial einwärts gerichteten Auslenkung der Vertiefungen 28 entgegengewirkt wird, sind Spannkräfte in der Innenschale 12 minimiert. Durch Minimierung der Spannkräfte an der Innenschale 12 und aufgrund dessen, dass Spannkräfte stärker zu einem Schaden der Innenschale 12 beitragen, als Kompressionskräfte, wird einem Schaden der Innenschale 12, wie durch Reißen und Durchstoßen, entgegengewirkt.
Die 8 und 9 zeigen ein hohles Druckgefäß 10 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform der 8 und 9 ist ähnlich dem Gefäß 10 von 1, mit Ausnahme, wie nachfolgend beschrieben ist. Ähnlich dem Aufbau von 1 umfassen die 8 und 9 dieselben Bezugszeichen, begleitet durch einen Strichindex ('), um einen gleichen Aufbau zu bezeichnen.
Die Innenschale 12' des Gefäßes 10 ist ein hohler Behälter, der derart angepasst ist, um das druckbeaufschlagte Fluid zu speichern. Wie gezeigt ist, umfasst die Innenschale 12' eine Vielzahl beabstandeter Vertiefungen 28', die dazwischen eine Vielzahl von Stegen 32' definieren. Bei der in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsform sind die Vertiefungen 28' beabstandete konkave Ausnehmungen, die in einer Außenwand der Innenschale 12' geformt sind und eine kreisförmige Form und eine allgemein konkave Querschnittsform besitzen. Es kann eine beliebige Anzahl von Vertiefungen 28' in der Innenschale 12' geformt sein, und die Vertiefungen 28' können gegebenenfalls eine beliebige Querschnittsform besitzen, wie beispielsweise rechteckig und dreieckig. Durch Formen der Vertiefungen 28' in der Außenwand der Innenschale 12' wird eine Oberfläche der Innenschale 12' gegenüber der Oberfläche von Innenschalen für Druckgefäße, wie im Stand der Technik bekannt ist, erhöht.
Ein erstes Ende der Innenschale 12' ist in einer Öffnung aufgenommen, die durch die Innenfläche 26' des ersten Vorsprungs 16' an einem ersten Ende 18' des Gefäßes 10' geformt ist. Ein zweites Ende der Innenschale 12' ist in einer Öffnung aufgenommen, die durch die Innenfläche 26' des zweiten Vorsprungs 20' an dem zweiten Ende 22' des Gefäßes 10' geformt ist. Die Innenschale 12' kann gegebenenfalls auch an einer Außenfläche 30' der Vorsprünge 16', 20' aufgenommen sein. Wie gezeigt ist, ist die Innenschale 12' aus einem Kunststoff geformt, wie beispielsweise Polyethylen, PET, Ethylenvinylalkohol oder einem Ethylen-Vinylacetat-Terpolymer. Die Innenschale 12' kann gegebenenfalls aus einem beliebigen formbaren Material geformt sein, wie einem Metall, einem Glas und dergleichen.
Bei einer Temperatur oberhalb normaler Bedingungen und bei einem Druck oberhalb normaler Bedingungen, wie 0,5 MPa und darüber, und aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials, das dazu verwendet wird, die Innenschale 12' zu formen, wird Energie an das die Innenschale 12' formende Material übertragen, was zur Folge hat, dass sich die Innenschale 12' ausdehnt. Da sich das die Innenschale 12' formende Material ausdehnt und der Druck in dem Gefäß 10' zunimmt, wird eine Ausdehnung der Innenschale 12' in Richtung der Außenschale 14' des Gefäßes 10' bewirkt. Demgemäß kann, wenn sich die Innenschale 12' ausdehnt, die Außenschale 14' eine ursprüngliche Form und Größe bei behalten, wodurch die Kompressionskraft auf die Innenschale 12' durch die Außenschale 14' im Vergleich zu der Kompressionskraft während normaler Speicherbedingungen des Gefäßes 10' erhöht ist. Wenn ein druckbeaufschlagtes Fluid in dem Gefäß 10' angeordnet wird und der Druck in dem Gefäß 10' oberhalb des Normaldrucks liegt, lenkt der Druck auf die Innenschale 12' die Vertiefungen radial nach außen in Richtung der Außenschale 14', wie in 6 gezeigt ist. Indem einer radial einwärts gerichteten Auslenkung des Materials, das die Vertiefungen 28' formt, entgegengewirkt wird, sind Spannkräfte innerhalb der Innenschale 12' minimiert. Durch Minimierung der Spannkräfte an der Innenschale 12' und aufgrund dessen, dass Spannkräfte stärker zu einem Schaden der Innenschale 12' beitragen, als Kompressionskräfte, wird einem Schaden der Innenschale 12', wie einem Reißen und Durchstoßen, entgegengewirkt.
Bei einer Temperatur unterhalb normaler Bedingungen und bei einem Druck oberhalb normaler Bedingungen, wie 0,5 MPa und darüber, bewirkt der Druck an der Innenschale 12' deren Ausdehnung und lenkt das die Vertiefungen 28' formende Material radial auswärts in Richtung der Außenschale 14 aus. Indem einer Kontraktion der Innenschale 12' und einer radial einwärts gerichteten Auslenkung der Vertiefungen 28' entgegengewirkt wird, sind Spannkräfte in der Innenschale 12' minimiert. Durch Minimierung der Spannkräfte an der Innenschale 12' und aufgrund dessen, dass Spannkräfte stärker zu einem Schaden der Innenschale 12' beitragen, als Kompressionskräfte, wird einem Schaden der Innenschale 12', wie durch Reißen und Durchstoßen, entgegengewirkt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann der Fachmann leicht die wesentlichen Charakteristiken dieser Erfindung ermitteln und ohne Abweichung von deren Erfindungsgedanken und Schutzumfang verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der Erfindung ausführen, um diese an verschiedene Gebräuche und Bedingungen anzupassen.

Claims

Gefäß, umfassend: eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Vertiefungen aufweist; und eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt.
Gefäß nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 2, ferner mit einem zweiten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen Ringkanäle sind.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen konkave Ausnehmungen sind.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei die Außenschale durch einen Filamentwickelprozess geformt ist.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei die Innenschale durch einen Rotationsformprozess oder einen Blasformprozess geformt ist.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei die Innenschale aus einem Polymer, Aluminium oder Stahl geformt ist.
Gefäß, umfassend: eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Vertiefungen aufweist; eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt; und einen ersten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 9, ferner mit einem zweiten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 9, wobei die Vertiefungen Ringkanäle sind.
Gefäß nach Anspruch 9, wobei die Vertiefungen konkave Ausnehmungen sind.
Gefäß nach Anspruch 9, wobei die Außenschale durch einen Filamentwickelprozess geformt ist.
Gefäß nach Anspruch 9, wobei die Innenschale durch einen Rotationsformprozess oder einen Blasformprozess geformt ist.
Gefäß nach Anspruch 9, wobei die Innenschale aus einem Polymer, Aluminium oder Stahl geformt ist.
Gefäß, umfassend: eine hohle Innenschale, die derart angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Ringkanälen aufweist; eine Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart der Vertiefungen formt.
Gefäß nach Anspruch 16, ferner mit einem ersten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 17, ferner mit einem zweiten Vorsprung, der an der Innenschale angehaftet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen formt.
Gefäß nach Anspruch 16, wobei die Innenschale durch einen Rotationsformprozess oder einen Blasformprozess geformt ist.
Gefäß nach Anspruch 16, wobei die Außenschale durch einen Filamentwickelprozess geformt ist.