DE102011119771B4

DE102011119771B4 - Gasspeichertank mit einem flüssigen dichtmittel

Info

Publication number: DE102011119771B4
Application number: DE102011119771.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Lindner; Dimitri A. Podorashi; Axel Junge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: DE102011119771A1; US20120138616A1; CN102537653B; CN102537653A; US9103499B2

Abstract

Gasspeichertank mit einer konstruktiven Außenschicht (10), einer inneren Auskleidungsschicht (20) und einem ringförmigen Vorsprung (40) mit einem Flanschabschnitt (50), der sich in den Tank erstreckt und teilweise mit einem Abschnitt der Auskleidungsschicht (20) überlappt, gekennzeichnet durch ein flüssiges Dichtmittel (30), das zwischen dem überlappten Auskleidungsabschnitt (20) und dem Vorsprungsflanschabschnitt (50) angeordnet ist, um eine gasdichte Abdichtung bereitzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet betrifft allgemein einen Gasspeichertank mit einem flüssigen Dichtmittel.
HINTERGRUND
Es können verschiedene Brennstoffgase, wie Erdgas, Wasserstoff, Acetylen und Methan, in einem druckbeaufschlagten Gasspeichertank gespeichert werden. Um die Speicherdichte zu erhöhen und das Gesamtsystemgewicht zu reduzieren, sind ein hoher Arbeitsgasdruck und eine leichte Tankkonstruktion erforderlich. Für die druckbeaufschlagte Wasserstoffgasspeicherung müssen der Tankkonstruktion und Materialauswahl aufgrund einer hohen Permeabilität von Wasserstoff durch die meisten Materialien und einer gut bekannten Wasserstoffversprödung vieler üblicher Metalle besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Ferner ist das Zündpotential von Wasserstoff wesentlich größer als von Methan. Theoretisch ist die Wasserstoffpermeation etwa 34 Mal größer als die von Methan. Eine Permeation und Leckage werden als Hauptprobleme betrachtet. Der Druck in einem Kraftstofftank für komprimierten Wasserstoff für Fahrzeug-Brennstoffzellen kann in der Höhe von 700 bar (~ 70 Mega-Pascal) liegen. Die Tankverbinderkomponenten, wie Verbinder und O-Ringe der Schnittstelle von Vorsprung/Auskleidung müssen sorgfältig bemessen und zusammengebaut werden, um Leckagen zu verhindern. Jegliche kleine Defekte oder fehlerhafter Zusammenbau dieser Verbinder können in signifikanten Gasleckagen resultieren.
Das gespeicherte Wasserstoffgas wird von dem Tank typischerweise durch ein Rohr ausgetragen. Es ist zumindest ein Druckregler vorgesehen, der den Druck des Wasserstoffs in dem Tank auf einen geeigneten Druck zur Zufuhr in ein Brennstoffzellensystem reduziert. Wenn der Wasserstoff von dem komprimierten Tank ausgetragen wird, verringert sich der Druck des gespeicherten Wasserstoffs in dem Tank, und die Tanktemperatur fällt. Wenn der Durchfluss des von dem Tank ausgetragenen Wasserstoffs hoch genug ist und/oder die Temperatur der Umgebung niedrig genug ist, kann die Temperatur in dem Tank so wenig wie –80°C erreichen. Andererseits kann, wenn der Tank mit Wasserstoff geladen ist, die Temperatur des Wasserstoffs in dem Tank auf 85°C aufgrund der Kompression des Wasserstoffs in dem Tank ansteigen. Eine derartig breite Temperaturspanne zwischen –80°C und 85°C in wiederholten Lade-/Entladezyklen bringt signifikante mechanische Belastungen auf Tankverbinderkomponenten, einschließlich O-Ringen und anderen Dichtklebstoffen, auf. Unter derartigen Betriebsbedingungen können sich die O-Ringe und abdichtenden Klebstoffe verschlechtern und möglicherweise beschädigt werden, was in einer Wasserstoffleckage resultiert.
Die WO 2007/119 444 A1 offenbart einen druckfesten Behälter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Dichtmaterial und eine verbesserte Tankkonstruktion bereitzustellen, die für die zyklischen Beanspruchungen beständiger sind und eine erwünschte selbst abdichtende Charakteristik bieten.
ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
Eine beispielhafte Ausführungsform weist einen Gasspeichertank auf, der eine strukturelle bzw. konstruktive Außenschicht, eine innere Auskleidungsschicht, einen ringförmigen Vorsprung mit einem Flanschabschnitt, der sich in den Tank erstreckt und teilweise mit einem Abschnitt der Auskleidungsschicht überlappt, und ein flüssiges Dichtmittel umfasst, das zwischen dem überlappten Abschnitt der Auskleidungsschicht und dem Vorsprungsflanschabschnitt angeordnet ist, um eine gasdichte Dichtung bereitzustellen.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen eines Gastanks auf, umfassend: Bereitstellen eines Auskleidungsmaterials mit geringer Permeabilität gegenüber Wasserstoffgas und eines ringförmigen Vorsprungs, der beständig gegenüber Wasserstoffversprödung ist und zumindest einen Flanschabschnitt aufweist; Formen einer gasdichten Blase, die mit dem ringförmigen Vorsprung ausgestattet ist, unter Verwendung des Auskleidungsmaterials, so dass ein Flanschabschnitt des Vorsprungs mit dem Auskleidungsmaterial überlappt; Anordnen eines flüssigen Dichtmittels zwischen dem Flanschabschnitt des Vorsprungs und dem überlappten Auskleidungsabschnitt; und Formen einer konstruktiven Außenschicht über der Blase.
Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine Schnittansicht eines Gasspeichertanks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
2 eine Schnittansicht des Abschnitts einer Schnittstelle von Vorsprung/Auskleidung eines Gasspeichertanks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken.
Der Gasspeichertank kann in einer Kugelform oder einer Zylinderform mit allgemein halbkugelförmigen Enden (Kuppeln) zur Verwendung bei Hochdruckanwendungen aufgebaut sein, obwohl andere Tankgeometrien ebenfalls möglich sind. Der Tank kann eine innere Blase umfassen, die aus einer gasdichten inneren Auskleidungsschicht besteht, die durch eine konstruktive Außenschicht geschützt ist. Es kann ein Vorsprung verwendet werden, um die innere Auskleidung zuverlässig mit der äußeren konstruktiven Schicht an Druckbeaufschlagungsdurchlässen in der Tankschale zu verbinden, um eine Gasleckage zwischen der Auskleidung und der Schale zu verhindern. Es kann mehr als ein Vorsprung in einem Gasspeichertank vorgesehen sein. Es ist allgemein ein Bohrungsabschnitt in dem Vorsprung vorgesehen, um eine sichere und zuverlässige Gaskommunikation mit einer Gasladequelle, einer Gasverbrauchsvorrichtung und einem Druck/Temperatur-Sensor bereitzustellen.
1 ist eine Schnittansicht eines Gasspeichertanks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Gastank umfasst eine innere Blase, die aus einer Auskleidungsschicht 20, einer äußeren konstruktiven Schicht 10 und einem Vorsprung 40 besteht, der die Auskleidung 20 mit der äußeren konstruktiven Schicht 10 an dem Druckbeaufschlagungsdurchlass an einem Ende des zylindrischen Tanks verbindet. Der Vorsprung 40 weist einen Flanschabschnitt 50 auf, der mit einem Abschnitt der Auskleidungsschicht und einem Abschnitt der äußeren konstruktiven Schicht überlappt. Ein flüssiges Dichtmittel 30 ist zwischen dem Flanschabschnitt 50 des Vorsprungs und der Auskleidungsschicht angeordnet, um eine effektive leckdichte Abdichtung bereitzustellen. Der Vorsprung weist einen ringförmigen Bohrungsabschnitt 41 auf, der durch den Vorsprung verlängert und derart konfiguriert ist, einen im Tank befindlichen Ventilblock (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufzunehmen. Der im Tank befindliche Ventilblock kann einen Druckregler und Temperatur-Druck-Sensoren aufweisen. Um die stark beanspruchten halbkugelförmigen Endabschnitte des zylindrischen Tanks zu schützen, kann ein Energie absorbierender Schaum oder ein Energie absorbierendes Gummipolster 60 über einem oder beiden Endabschnitten des Tanks angeordnet werden.
2 ist eine Schnittansicht des Abschnitts der Schnittstelle von Vorsprung/Auskleidung eines Gasspeichertanks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Vorsprung 40 kann eine Verriegelungsnut 42 aufweisen, die an einer oder beiden von zwei axial gegenüberliegenden Flächen des Flanschabschnitts vorgesehen ist. Eine ringförmige Verriegelungsnut (in der Zeichnung nicht gezeigt) kann an der Außenfläche des Flanschabschnitts, die auswärts zu der äußeren konstruktiven Schicht weist, vorgesehen sein. Die Verriegelungsnut 42 an der Innenfläche des Flanschabschnitts, die einwärts weist, behält einen positiven Verriegelungseingriff mit der Auskleidungsschicht 20 bei. Jede Nut nimmt ein komplementäres Teil an den entsprechenden Abschnitten der inneren Auskleidungsschicht auf. Ein flüssiges Dichtungsmittel 30 kann zwischen dem Flanschabschnitt des Vorsprungs und der Auskleidungsschicht angeordnet sein, um eine effektive scherbeständige Abdichtung bereitzustellen. Das flüssige Dichtmittel ist derart angepasst, dass es unter dem Gasdruck in den Tank fließt, um jegliche Spalte zwischen dem Vorsprungsflanschabschnitt und der Auskleidungsschicht zu füllen und abzudichten.
Eine dünne, eine Scherung aufnehmende Schicht kann zwischen der äußeren konstruktiven Schicht 10 und der Auskleidung 20 angeordnet sein, um einen durch Scherbeanspruchung bewirkten Schaden an der Außenschale oder Auskleidung während der Druckbeaufschlagung des Tanks zu verhindern. Die eine Scherung aufnehmende Schicht kann ein beliebiges Kunststoff-, Elastomer- oder anderes nicht metallisches Material sein und kann durch einen Formprozess hergestellt oder aus einem Lagenvorrat geschnitten werden.
Die innere Auskleidungsschicht kann aus einem Material bestehen, das eine geringe Wasserstoffgaspermeabilität und einen geringen Youngschen Modul aufweist. Die Auskleidung kann einen Youngschen Modul von etwa 0,2–2 Giga-Pascal und eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm besitzen. Das geringe Modul erlaubt deren Ausdehnung während der Druckbeaufschlagung, was eine Übertragung aller Lasten auf die konstruktive Außenschicht der Tankschale zulässt. Die Auskleidung kann beispielsweise aus Polyolefin, vernetztem Polyolefin, Polyamid (wie Nylon 12), Polyimid, Fluorpolymeren (wie Aclar und Kapton), Dicyclopentadien-Polymer, Aluminiummetall oder Aluminiumlegierungen bestehen. Es ist auch ein metallisierter organischer Polymerfilm denkbar. Beispielsweise kann ein hochdichtes Polyethylen verwendet werden, um die Auskleidungsschicht zu bilden. Das hochdichte Polyethylen kann aus denen gewählt sein, die die Anforderung von Produkten ASTM 1248 Typ III, Güte P34, Klasse C, Kat. 5 erfüllen. Das hochdichte Polyethylen besitzt ein hohes Niveau an Beständigkeit gegenüber Rissbildung bei Umgebungsbeanspruchung und eine hohe Festigkeit. Die innere Auskleidungsschicht kann durch Kompressionsformen, Blasformen, Spritzgießen, Rotationsformen oder beliebige andere allgemein bekannte Techniken hergestellt werden. Die innere Auskleidung sieht eine Gaspermeationsbarriere, konstruktive Schnittstellen (mit dem Vorsprung) und einen stabilen Dorn für den Filamentwickelprozess vor, der dazu verwendet werden kann, die konstruktive Außenschicht zu bilden.
Die Kuppelabschnitte für die innere Blase können unter Verwendung eines Spritzgussprozesses oder eines Rotationsformprozesses hergestellt werden. Der zylindrische Abschnitt der Blase kann über einen Rohrextrusionsprozess hergestellt werden, um einen eng gesteuerten Durchmesser und eine eng gesteuerte Wanddicke zu erzeugen. Um eine vollständige Blase zu erzeugen, werden die Kuppelabschnitte mit einem Abschnitt eines zylindrischen Teils verschweißt. Während des Verschweißens wird eine erhitzte Platte zwischen der Kuppel und den zylindrischen Teilen für eine gesteuerte Zeitperiode und einen gesteuerten Druck positioniert. Am Ende der voreingestellten Erhitzungszeit wird die Platte entfernt und die Oberflächen über Druck für eine gesteuerte Zeitperiode miteinander verschweißt. Eine innere dünne Beschichtung an der Kunststoffauskleidung kann hinzugefügt werden, wobei die innere dünne Beschichtung so gewählt ist, dass sie eine Barriere gegenüber Wasserstoffübertragung bereitstellt.
Der Vorsprung 40 kann ein Metall oder eine Metalllegierung aus Aluminium, Stahl, Nickel oder Titan umfassen, obwohl es zu verstehen sei, dass andere Metall- und Nichtmetall-Materialien, wie Komposit- bzw. Verbundmaterialien, geeignet sind. Es sei angemerkt, dass die gewählten Vorsprungsmaterialien eine ausreichende Wasserstoffversprödungsbeständigkeit aufweisen sollen. Eine Wasserstoffversprödung ist ein Problem für Materialien, die zur Festigkeit ein ”homogenes Kristallgitter” entwickeln. Es wird angenommen, dass die Effekte von Wasserstoff auf die Materialeigenschaften eines kristallinen Materials auf den Wechselwirkungen des löslichen Wasserstoffs (molekular oder atomar) oder wasserstoffbasierten chemischen Produkten an den Korngrenzen des Molekulargitters basieren. Der Wasserstoff und/oder die Wasserstoffprodukte beeinträchtigen die Versetzungsenergien an den Korngrenzen (Mikroniveau) der Materialien. Das Material, das für die Material-Endvorsprünge verwendet wird, kann beispielsweise 6061T6 Aluminium oder andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie 6061T6 Aluminium als stranggepresste, gewalzte, gezogene oder kalt bearbeitete Formen aufweisen.
Ein Schnittstellenelement und/oder eine Schicht aus flüssigem Dichtmittel ist an dem Vorsprungsflanschabschnitt angeordnet, um einen Ort zur Befestigung der Auskleidung bereitzustellen. Die Schnittstellenschicht kann an der Innenfläche des Flanschabschnitts angeordnet sein und kann optional auch an der Außenfläche des Flanschabschnitts angeordnet sein. Das Schnittstellenelement kann aus spritzgegossenem HDPE (hochdichtem Polyethylen) oder anderen elastomeren Materialien bestehen, die im verfestigten Zustand in Übereinstimmung mit dem Vorsprung schrumpfen und dadurch sicher an den Vorsprung geformt oder anderweitig mit diesem verschweißt werden. Das flüssige Dichtmittel kann auf die Vorsprungsfläche durch Sprühen, Bürsten, Injektion, Extrusion, Tauchen, Ausbreiten oder andere Beschichtungsprozesse aufgetragen werden. Die Auskleidung wird beispielsweise durch plastisches Formen direkt an das Schnittstellenelement und/oder das flüssige Dichtmittel angebunden. Das flüssige Dichtmittel kann alternativ an dem oberen Bereich der Schnittstellenschicht angeordnet sein, bevor sie mit der Auskleidungsschicht verbunden wird. Ferner kann das flüssige Dichtmittel an einer beliebigen Stelle nahe bei der Vorsprung/Auskleidungs-Schnittstelle angeordnet sein, solange das flüssige Dichtmittel derart angepasst oder konfiguriert sein kann, dass es in die potentiellen Spalten fließt und diese füllt, die sich zwischen dem Vorsprung und der Auskleidungsschicht entwickeln können. Die äußere konstruktive Schicht 10 umfasst ein faserverstärkendes Material in einer Harzmatrix. Die Faser kann Glasfaser, Aramid, Kohlenstoff, Graphit oder andere beliebige allgemein bekannte fasrige Verstärkungsmaterialien sein. Die Harzmatrix, die verwendet wird, kann Epoxyd, Polyester, Vinylester, Thermoplast oder beliebige andere geeignete harzartige Materialien sein, die in der Lage sind, die Fragmentierungsbeständigkeit bereitzustellen, die für die jeweilige Anwendung erforderlich ist, in der der Speichertank zu verwenden ist. Die Kohlefaser und Glasfaser können kontinuierliche oder gestapelte Kohlefasern oder E-Glas-Fasern kommerzieller Güte mit hoher Festigkeit und mittlerem Modul aufweisen. Die Faseroberfläche wird typischerweise mit einem Epoxyd behandelt, das kompatibel ausgelegt ist, um die Qualität der Bindung zwischen der Faser und der Epoxydmatrix zu verbessern.
Wie oben erwähnt ist, kann die Blase, die die innere Auskleidungsschicht, die mit dem Vorsprung ausgestattet ist, umfasst, auf einen geringen Druck aufgeblasen und als ein Dorn zur Formung der äußeren konstruktiven Schicht in einem Filamentwickelprozess verwendet werden. Eine geformte Kautschuk-Scherlage kann über den Vorsprungsflanschen während der Herstellung zur Filamentwicklung positioniert werden. Der Zweck dieser Scherlage besteht darin, das unterschiedliche Wachstum zwischen der Auskleidung und der faserverstärkenden Außenschicht während der Druckbeaufschlagung und Druckentlastung zuzulassen.
Das Filamentwickeln des Verbundstofflaminats kann in einer computergesteuerten Mehrachsen-Wickelmaschine erreicht werden. Um eine Produktion mit hoher Rate zu unterstützen, werden die Glasfaser und/oder Kohlefasern mit Harz während des Wickelprozesses imprägniert. Das Verfahren zur Harzimprägnierung kann Tauchpressen, Sprühen, Extrusion oder andere Faserimprägnierungsverfahren aufweisen, wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Menge an imprägniertem Harz kann von der Faserzahl, der Tankgröße und anderen Faktoren abhängen. Das hinzugefügte Gewicht von Harz kann konsistent innerhalb ±2 Gewichts-% gesteuert werden. Das Spannen der Faser wird ebenfalls unter Verwendung von Spannvorrichtungen mit relativ enger Toleranz gesteuert. Die Faserspannung ist typischerweise voreingestellt und wird innerhalb ±0,25 Pfund während des Wickelprozesses gesteuert. Die Schichtfolge und die Wickelwinkel wie auch der Harzgehalt und die Faserspannung können alle durch ein Filamentwickel-Computerprogramm gesteuert werden. Nach dem Wickeln kann zusätzliches Harz aufgetragen werden und die Faser/Harz-Schicht wird gehärtet. Das Härten kann durch Erhitzen der Faser/Harz-Schicht während einer Härtetemperatur erreicht werden, bis ein ausreichender Grad an Härtung und notwendige mechanische Eigenschaften erreicht sind. Abhängig von der verwendeten Harzchemie können ein Strahlungshärten und andere Härteverfahren ebenfalls verwendet werden.
Zusätzlich kann eine schützende äußere Glasfaserummantelung geformt werden, um die konstruktive Außenschicht einzuschließen und damit einem Schaden vor einem chemischen oder Umweltangriff und einer Abrasion aus Handhabung entgegenzuwirken. Zwischen der konstruktiven Außenschicht und der schützenden Ummantelung können Schaumeinsätze über den Tankkuppelabschnitten angeordnet sein. Der Bereich reduzierter Dicke in den Kuppelgebieten in einem Filamentwickelprozess ist bei Sturz oder Aufprall anfälliger gegenüber Schaden. Schaumeinsätze schützen diese Gebiete durch Absorption einiger Energie direkt (Quetschen), Dämpfen der Spitzenkraft des Aufpralls durch Erhöhen seiner Zeitdauer (Kompression) und durch Verteilung der Kraft über eine größere Fläche. Die Außenfläche des fertig gestellten Tanks kann ferner mit einer Farbschicht geschützt werden. Die Farbe (wie eine polyurethan- oder acrylharzbasierte Farbe) sieht eine Abriebfestigkeit, einen UV-Schutz sowie eine Oberflächenausführung mit hoher Güte für kosmetische Zwecke vor.
Das flüssige Dichtmittel kann eine beliebige Flüssigkeitszusammensetzung sein, die derart angepasst oder konfiguriert ist, dass sie unter dem internen Gasdruck in die Spalte an der Schnittstelle von Vorsprung/Auskleidungsschicht fließt und die Spalte abdichtet, um Gasleckagen zu stoppen. Demgemäß können verschiedene flüssige Dichtmittelzusammensetzungen und -mischungen verwendet werden. Das flüssige Dichtmittel kann einen flüssigen Kautschuk, ein nicht vulkanisiertes Polymerelastomer mit einer Glasübergangstemperatur unterhalb etwa 10°C, umfassen. Der flüssige Kautschuk, der in dem Dichtmittel verwendet wird, besitzt eine ausreichende Viskosität und eine nicht vulkanisierte Adhäsion an dem Vorsprung und der Auskleidungsschicht. Die Viskosität von flüssigem Kautschuk kann durch die so genannte Mooney-Viskosität gemessen werden. Die Mooney-Viskosität (Vr) wird durch Messen des Drehmoments erhalten, das erforderlich ist, um eine in dem Kautschuk eingebettete Scheibe oder eine zusammengesetzte Probe zu drehen. Diese Prozedur ist in ASTM D1646 mit dem Titel ”Standard test methods for Mooney viscosity, stress relaxation and prevulcanization characteristics (Mooney viscosimeter)” definiert. Die Viskosität des flüssigen Kautschuks liegt typischerweise im Bereich von 45 bis über 100, gemessen bei 100°C. Die Mooney-Viskosität kann als ML(1 + 4) oder manchmal ML(1 + 8) ausgedrückt werden (d. h. großer Mooney-Rotor mit einer Pause von einer Minute und einer Testdauer von vier bis acht Minuten). Ein derartiger Viskositätsbereich erlaubt, dass der flüssige Kautschuk die Spalte zwischen dem Vorsprung und der Auskleidungsschicht füllen und dadurch eine Gasleckage blockieren kann.
Der flüssige Kautschuk kann verschiedene Kautschukzusammensetzungen umfassen. Die Kautschukzusammensetzung kann gesättigte und nicht gesättigte Kohlenwasserstoffpolymere, Silikonpolymere und Fluorelastomere aufweisen. Kohlenwasserstoffpolymerkautschuke können Dienkautschuke und Polyolefinkautschuke aufweisen. Beispiele von Kohlenwasserstoffkautschuken können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Polyisopren, Polybutadien (BR), Styrol/Isopren/Butadien-Terpolymere, hydrogeniertes Polybutadien, Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), Polychloropren (Neopren), Acrylonitril-Butadien-Copolymer (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymere, isobutylenbasierte Elastomere und deren Derivate. Isobutylenbasierte Elastomere können umfassen Butylkautschuk, halogenierten Butylkautschuk, sternverzweigte Versionen dieser Polymere sowie bromiertes Isobutylen-Co-Para-Methylstyrol-Polymer. Allgemein enthält Butylkautschuk etwa ein bis etwa sechs Gewichtsprozent sich wiederholende Monomereinheiten, die von Isopren abgeleitet sind, und etwa 94 bis 99 Gewichtsprozent sich wiederholende Einheiten, die von Isobutylen abgeleitet sind. Der Butylkautschuk besitzt typischerweise ein zahlenmäßiges durchschnittliches Molekulargewicht von beispielsweise im Bereich von 20.000 bis 500.000 und alternativ im Bereich von 100.000 bis etwa 400.000. Butylkautschuke können beispielsweise über kationische Polymerisierung in einem Methylchloridverdünnungsmittel bei Temperaturen von weniger als –90°C hergestellt werden. Der Begriff ”sternverzweigt” ist eine Konfiguration, die dem Fachmann gut bekannt ist. Repräsentative sternverzweigte Butylkautschuke umfassen beispielsweise SB Butyl 4266 Kautschuk und SB Bromobutyl 6222 Kautschuk von ExxonMobil Corporation. Andere flüssige Kautschukbeispiele, die ebenfalls von ExxonMobil Corporation erhältlich sind, umfassen Butylkautschuke 065, 068, 165, 365, Chlorbutylkautschuke 1066, 1068, Bromobutylkautschuke 2211, 2222, 2235 und Exxpro 3035, 3433 (Exxpro sind spezielle Elastomere, die aus einem Copolymer von Isobutylen und Para-Methylstyrol abgeleitet sind). Das gesättigte Kohlenwasserstoffpolymer kann geeignet diejenigen umfassen, die ein Polymer enthalten, das ein durchschnittliches zahlenmäßiges Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 500.000 besitzt und die von zumindest einem Monoolefin mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind. Beispiele derartiger Polymere sind Polybuten, erhalten aus der Polymerisierung von Isobuten; Polyisobutylen, erhalten aus der Polymerisierung von Isobutylen; Polypentene, erhalten aus der Polymerisierung eines oder mehrerer Pentene; Polyhexene, erhalten aus der Polymerisierung eines oder mehrerer Hexene, und; Polyolefine, erhalten aus der Copolymerisierung von Monoolefinen mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen. Diese Polyolefine sind bei Raumtemperatur flüssig oder quasiflüssig und sehen Adhäsions- und Dichteigenschaften für die vorliegende Dichtmittelzusammensetzung vor. Die obigen flüssigen Kohlenwasserstoffkautschuke besitzen typischerweise eine Gasübergangstemperatur von geringer als etwa –10°C mit großer Beständigkeit gegenüber Gaspermeation, wodurch exzellente Dichtmitteleigenschaften in einem breiten Temperaturbereich bereitgestellt werden. Optional kann eine kleine Menge an Härtemittel, wie Peroxid, Amine und Schwefelverbindungen in der Flüssigkautschukzusammensetzung enthalten sein. Der Flüssigkautschuk kann nach Aufbringung auf eine Vorsprungs/Auskleidungsschnittstelle in einem kleineren Ausmaß durch Erhitzen oder andere bekannte Härteverfahren gehärtet werden.
Das flüssige Dichtmittel kann ein Polymerharz in einem flüchtigen Lösemittel umfassen. Wenn sich ein Strom eines leckenden Gases durch oder nahe dem flüssigen Dichtmittel an der Schnittstelle zwischen Vorsprung und Auskleidung bewegt, wird ein Teil des flüchtigen Lösemittels durch die Gasströmung entfernt. Infolgedessen steigt die Viskosität des flüssigen Dichtmittels an dem Leckageort, was bewirkt, dass das Polymerharz aushärtet und schließlich eine ausreichende Beständigkeit zur Blockierung der Gasleckage entwickelt. Es können beliebige Polymerharze in einem flüchtigen Lösemittel verwendet werden, obwohl ein elastisches Polymerharz bevorzugt ist. Das Polymerharz kann vollständig in dem flüchtigen Lösemittel gelöst sein oder in dem flüchtigen Lösemittel dispergiert/emulgiert sein. das flüchtige Lösemittel weist Wasser und andere flüchtige organische Lösemittel auf. Das flüchtige Lösemittel kann ein Gemisch aus mehreren verschiedenen flüchtigen Verbindungen sein. Das Polymerharz kann beispielsweise ein Gemisch aus Polymer mit hohem Molekulargewicht (wie die oben beschriebene Kautschukzusammensetzung, Acrylharze, Polyurethanharze und Vinylharze) und ein Verklebungsmittel, wie Terpenharz und ein Harzester aufweisen.
Das flüssige Dichtmittel kann eine Faser und/oder einen Partikel umfassen, die in einer viskosen Flüssigkeit suspendiert sind. Die Faser kann kurze Fasern mit einer Länge von etwa 0,01 mm bis etwa 10 mm bestehend aus einem oder mehreren fasrigen Materialien umfassen, wie Zellulose, Wolle, Nylon, Kunstseide, Haar, Wollastonit, Steinwolle, Glaswollfasern, Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyaramid, Fluorpolymere und andere Materialien ähnlicher Beschaffenheit. Das Partikel kann Partikel in beliebigen Formen mit zumindest einer Abmessung im Bereich von etwa 0,001 mm bis etwa 1 mm aufweisen. Das flüssige Dichtmittel kann ein Gemisch aus Fasern/Partikeln aufweisen, die einen breiten Bereich von Formen und Größen besitzen. Flache plattenartige Partikel, wie beispielsweise Glimmer und Kautschukpartikel, können in dem flüssigen Dichtmittel enthalten sein. Die Faser und/oder das Partikel können in einer viskosen Flüssigkeit suspendiert sein, wie Propylenglykol, Polypropylenglykol; verdickte wässrige/organische Lösemittellösungen.
Das oben beschriebene flüssige Dichtmittel kann die wiederholten zyklischen Beanspruchungen, die an der Schnittstelle von Vorsprung/Auskleidung eines druckbeaufschlagten Gasspeichertanks ausgeübt werden, ohne mechanische und chemische Schädigung aushalten. Das flüssige Dichtmittel ist in der Lage, in Ansprechen auf die Beanspruchungen zu fließen und seine Form zu ändern, ohne verschlechtert zu werden oder eine Ermüdung zu entwickeln. Zusätzlich weist das flüssige Dichtmittel selbst abdichtende Eigenschaften auf, die durch konventionelle O-Ringe oder Klebstoffe nicht bereitgestellt werden. Das flüssige Dichtmittel ist derart angepasst, in die Spalte der Vorsprung/Auskleidung-Schnittstelle zu fließen und diese zu füllen, wobei existierende oder beliebige neu entwickelte Leckagen abgedichtet werden. Aufgrund seines anpassenden Merkmals kann das flüssige Dichtmittel mit jeglichen Vorsprungs-, Auskleidungs- und Tankkonstruktionen zusammenpassen. Das flüssige Dichtmittel vereinfacht somit Tankherstellprozesse und reduziert Kosten.
Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sind Variationen desselben nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.

Claims

Gasspeichertank mit einer konstruktiven Außenschicht (10), einer inneren Auskleidungsschicht (20) und einem ringförmigen Vorsprung (40) mit einem Flanschabschnitt (50), der sich in den Tank erstreckt und teilweise mit einem Abschnitt der Auskleidungsschicht (20) überlappt, gekennzeichnet durch ein flüssiges Dichtmittel (30), das zwischen dem überlappten Auskleidungsabschnitt (20) und dem Vorsprungsflanschabschnitt (50) angeordnet ist, um eine gasdichte Abdichtung bereitzustellen.
Gasspeichertank nach Anspruch 1, wobei das flüssige Dichtmittel (30) in der Lage ist, unter dem Gasdruck in dem Tank zu fließen und kleine Spalte zwischen der Auskleidung (20) und dem Vorsprungsflanschabschnitt (50) abzudichten.
Gasspeichertank nach Anspruch 2, wobei das flüssige Dichtmittel (30) ein Polymerharz und ein flüchtiges Lösemittel umfasst und das Polymerharz zum Verdicken, Aushärten und zum Abdichten kleiner Spalte zwischen der Auskleidung (20) und dem Vorsprungsflanschabschnitt (50) in der Lage ist, wenn das Lösemittel aufgrund von Gasleckagen durch die kleinen Spalte verdampft.
Verfahren zum Herstellen eines Gastanks, umfassend: Bereitstellen eines Auskleidungsmaterials mit geringer Permeabilität gegenüber Wasserstoffgas und eines ringförmigen Vorsprungs (40), der gegenüber Wasserstoffversprödung beständig ist und einen Flanschabschnitt (50) aufweist; Formen einer gasdichten Blase, die mit dem ringförmigen Vorsprung (40) ausgestattet ist, unter Verwendung des Auskleidungsmaterials, so dass ein Flanschabschnitt (50) des Vorsprungs (40) mit dem Auskleidungsmaterial überlappt; und Formen einer konstruktiven Außenschicht (10) über der Blase; gekennzeichnet durch Anordnen eines flüssigen Dichtmittels (30) zwischen dem Flanschabschnitt (50) des Vorsprungs (40) und dem Auskleidungsabschnitt (20), der mit dem Flanschabschnitt (50) überlappt.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit einem Anordnen einer Gummi-Scherlage über der Außenfläche des Flanschabschnitts (50) des Vorsprungs.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Auskleidungsmaterial Polyethylen oder Aluminium umfasst und der Vorsprung (40) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die konstruktive Außenschicht (10) einen faserverstärkten Harzverbundstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der faserverstärkte Harzverbundstoff durch einen Filamentwickelprozess geformt wird und die Faserkohlenstoff und/oder Glas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Dichtmittel (30) in der Lage ist, zu fließen und den Spalt zwischen der Auskleidung (20) und dem Flanschabschnitt (50) des Vorsprungs (40) unter Gasdruck in dem Tank abzudichten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Dichtmittel (30) zumindest eines aus einem flüssigen Kautschuk, einer Faser und/oder einem Partikel, die in einem viskosen Fluid suspendiert sind, und einer Lösung umfasst, die ein Polymerharz in einem flüssigen Lösemittel umfasst.