DE19524680A1 - Speicherbehälter für kryogene Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter, insbesondere für kryogene Medien, wie z. B. Wasserstoff, Helium, Stickstoff und LNG (Liquid Natural Gas).

Technische Gase, wie die obengenannten, werden zweckmäßigerweise in flüssiger, d. h. kryogener Form in Speicherbehältern transportiert und gelagert. Da der Transport sowie die Lagerung dieser Gase in der Regel unter Druck erfolgt, weisen die dafür verwendeten Speicherbehälter einen inneren Druckbehälter auf. Zwischen diesem Druckbehälter für das zu speichernde Medium und dem äußeren Behälter befindet sich ein Isolationsraum, der im Normalfall als Vakuumisolation ausgelegt ist.

Derartige Druck-Speicherbehälter mit ebenen Seitenflächen können jedoch aufgrund der sich ergebenden großen Wanddicken nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Aus diesem Grunde sind der inneren Druckbehälter und somit der Speicherbehälter an sich in zylindrischer Bauweise ausgeführt.

In naher Zukunft werden Erdgas (LNG) und Wasserstoff in zunehmendem Maße als Kraftstoff für land- und nicht landgebundene Verkehrsmittel, wie z. B. Kfz′s, Schiffe, Flugzeuge, etc., verwendet werden. Da Druck-Speicherbehälter mit ebenen Seiten­ flächen aufgrund ihres hohen Gewichts, das aus den großen Wanddicken resultiert, in den genannten Verkehrsmitteln nicht oder nur schlecht eingesetzt werden können, werden bis heute ausschließlich zylindrische Speicherbehälter eingesetzt. Diese pas­ sen sich jedoch meist nur ungünstig an die Fahrzeuggeometrie an. Dadurch entsteht ein Lückenvolumen zwischen dem, um bei dem Beispiel des Kraftfahrzeuges zu blei­ ben, Fahrzeug und Speicherbehälter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Speicherbehälter, insbesondere einen Speicherbehälter für kryogene Medien anzugeben, der es erlaubt, unerwünschte Lückenvolumina zu schließen. Des weiteren soll dieser Speicherbehälter, verglichen mit den bekannten zylindrischen Speicherbehältern, billiger in der Herstellung sein.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Speicherraum aus mehreren aufeinandergestapelten Formblechen im wesentlichen gleicher Größe und Form be­ steht, der Formblech-Stapel oben und unten von Deckblechen und an seinen Seiten von festeingebundenen Formstücken, sog. Sidebars, begrenzt ist und Mittel, die ein Kommunizieren der durch die Formbleche gebildeten Innenräume ermöglichen, vorge­ sehen sind.

Der erfindungsgemäße Speicherbehälter sowie weitere Ausgestaltungen davon sei anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Speicherbehälter im Querschnitt, wie er insbe­ sondere für die Speicherung kryogener Medien oder für die wärmeverlustarme Speicherung von Medien unter hoher Temperatur verwendet wird.

Dieser besteht aus einem äußeren Behälter 1 sowie dem eigentlichen druckstabilen Speicherraum für das zu speichernde Medium. Gemäß der Erfindung besteht der Speicherraum aus mehreren, aufeinandergestapelten Formblechen 5, wobei diese im wesentlichen die gleiche Größe bzw. Dimensionierung und Form aufweisen.

Die Formbleche 5 sind im Falle des dargestellten Speicherbehälters durch sog. Zwi­ schenbleche 4 voneinander getrennt. Gemäß der Erfindung wird der Formblechstapel auf seiner Ober- bzw. Unterseite durch ein oberes Deckblech 3 bzw. ein unteres Deck­ blech 3′ begrenzt. Seitlich werden die durch die Zwischenbleche 4 geschaffenen, mit Formblechen 5 ausgefüllten Räume, gemäß der Erfindung, durch festeingebundene Formstücke, sog. Sidebars 8, abgeschlossen.

Sowohl die Zwischenbleche 4 als auch die Formbleche 5 weisen eine Vielzahl von Bohrungen oder Schlitze 6 auf, über die ein Kommunizieren der durch die Formbleche 5 und Zwischenbleche 4 gebildeten Innenräume bzw. Kammern ermöglicht wird.

Das Befüllen und Entleeren des Speicherraumes erfolgt mittels einer oder gegebenen­ falls mehrerer Befüll- bzw. Entnahmeleitungen 7.

Zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem eigentlichen druckstabilen Speicherraum befindet sich der Isolationsraum 2. Dieser kann gegebenenfalls vakuumisoliert sein und/oder mit einem Isolationsmaterial, wie z. B. Perlit oder einer Multi-Layer-Isolation, gefüllt sein. Im Falle einer nichtisolierten Ausführung des Speicherbehälters können der äußere Behälter 1 sowie der Isolationsraum 2 entfallen.

Die Druckkräfte, die auf das obere und untere Deckblech 3 bzw. 3′ wirken, werden von den vertikalen Stegen der Formbleche 5 aufgenommen. Die Druckkräfte, die auf die festeingebundenen Formstücke, die sog. Sidebars 8, wirken, werden von den horizon­ tal angeordneten Zwischenblechen 4 aufgenommen.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälter in einer explosionsartigen Darstellung. Hierbei ist auf die Darstellung der festeingebundenen Formstücke sowie des gegebenenfalls notwendigen äußeren Behälters und des Isolationsraumes verzichtet.

Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters verzichtet auf jegliche Zwischenbleche, d. h. die Formbleche 5 werden in einem Winkel von 90°C zueinander versetzt aufeinander gestapelt. Nach oben und unten werden sie durch ein oberes Deckblech 3 bzw. ein unteres Deckblech 3′ begrenzt.

Wiederum sind Bohrungen oder Schlitze vorzusehen, über die ein Kommunizieren der durch die Formbleche 5 gebildeten Innenräume bzw. Kammern ermöglicht wird.

Das Verbinden der einzelnen Formbleche miteinander kann z. B. durch Verlöten der aufeinanderliegenden Formblechflächen erfolgen.

Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Speicherbehälter gemäß der Erfindung im Querschnitt. Bei den folgenden Fig. 3, 4 und 5 wurde auf eine Darstellung des äußeren Behälters 1 sowie des Isolationsraumes 2 verzichtet.

Auch der in der Fig. 3 dargestellte Speicherraum weist keine Zwischenbleche auf, wie dies ebenfalls bei der in der Fig. 2 dargestellten Speicherraumkonstruktion der Fall ist. Die Formbleche 5 besitzen dichtaneinandergereihte kegelstumpfförmige Auswölbun­ gen, die durch Tiefziehen am ebenen Blech hergestellt werden. Die Formbleche werden gegensinnig gestapelt, so daß sich jeweils die Kleinkreise der Kegelstümpfe zweier Formbleche berühren; ebenso berühren sich die ebenen Blechflächen mit den Großkreisen der Kegelstümpfe, der sich daran anschließenden Formbleche.

Fig. 5 zeigt den in Fig. 3 mit einem Kreis K umrandeten Bereich des erfindungsge­ mäßen Speicherbehälters.

Das Verbinden der gegensinnig gestapelten Formbleche 5 untereinander, mit den Sidebars 8 und mit den Deckblechen 3 bzw. 3′ sowie das Verbinden der Deckbleche 3 bzw. 3′ mit den Sidebars 8 kann z. B. mittels punktförmigem Verschweißen 9 erfolgen. Das Kommunizieren der durch die Formbleche 5 gebildeten Innenräume bzw. Kam­ mern wird durch die Bohrungen 6 ermöglicht.

Neben den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Formen der Formbleche können die Auswölbungen z. B. auch in Form von Zylindern, Pyramidenstümpfen, Prismen, etc., gebildet sein, d. h. von der Seite betrachtet, Rechteck- oder Trapezform - siehe Fig. 1 bzw. 2 und 3 -, bei geringem Betriebsdruck des Speicherraumes aber auch Sinus- oder Halbrundformen aufweisen. Denkbar sind auch Kombinationen aus den vorgenannten Formen.

Der Abschluß des Speicherraumes, gemäß der Erfindung, nach oben und unten erfolgt wiederum mittels Deckbleche 3 bzw. 3′. Im Falle niederer Drücke kann auf die Deck­ bleche 3 bzw. 3′ verzichtet werden, so daß der obere und untere Abschluß des Spei­ cheraumes durch die Formbleche selbst gebildet wird.

Zur Seite hin wird der Speicherraum, gemäß der Erfindung mittels sog. Sidebars 8 abgeschlossen. Die Formbleche 5 können aufgrund ihrer Formgebung sowohl die vertikalen Druckkräfte von den Deckblechen 3 und 3′ als auch die horizontalen Druck­ kräfte von den Sidebars 8 aufnehmen.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den in Fig. 3 dargestellten Speicherraum.

Während bei herkömmlichen, zylindrischen Speicherbehälterkonstruktionen der Einbau von Schwall- bzw. Schwappblechen notwendig sein kann, kann bei einem Speicherbe­ hälter gemäß der vorliegenden Erfindung darauf verzichtet werden. Bei einem Speicherbehälter gemäß der Erfindung bewirkt die Formgebung der Bleche eine Auf­ teilung des Speichervolumens in eine Vielzahl einzelner Innenräume bzw. Kammern, so daß sich Schwall- bzw. Schwappbleche erübrigen.

Aufgrund der Waben-artigen Konstruktion des Speicherraumes können die Formbleche aus relativ dünnwandigen Blechen hergestellt werden. Dies führt zum einen zu einem vergleichsweise niedrigen Gesamtgewicht des Speicherbehälters und ermöglicht zum anderen eine automatisierte Fertigung des Speicherbehälters.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters weisen die Formbleche 5 und/oder die Zwischenbleche 4 querliegende, horizontale Schlitze auf. Diese Schlitze sind vorzugsweise gegeneinander seitlich versetzt, so daß sich für den Wärmefluß eine große Länge ergibt. Dies reduziert den Wärmefluß von den außenlie­ genden Flächen, insbesondere von oben, in das innerhalb des Speicherraumes befind­ liche kryogene Medium.

Obwohl die Erfindung anhand eines Speicherbehälters für kryogene Medien, wie z. B. Wasserstoff oder LNG, und anhand der Verwendung eines derartigen Speicherbe­ hälters in einem Kfz, beschrieben wurde, ist es doch für einen Fachmann selbstver­ ständlich, daß der wesentliche Erfindungsgedanke prinzipiell bei der Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien, insbesondere unter Druck, angewendet werden kann.

Immer dann, wenn ein Speicherbehälter, der das Entstehen von unerwünschten Lückenvolumina vermeidet, benötigt wird, ist ein Speicherbehälter gemäß der vorlie­ genden Erfindung heranzuziehen. Da das Problem der unerwünschten Lückenvolumina insbesondere bei Kfz-Speicherbehältern auftritt, eignet sich der erfindungsgemäße Speicherbehälter insbesondere als Speicherbehälter für Flüssig-Wasserstoff oder LNG in land- und nichtlandgebundenen Verkehrsmitteln, wie z. B. Kfz′s, Schiffe, Flugzeuge, etc.

Es sei abschließend nochmals darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Speicherbehälter auch für die Speicherung von gasförmigen oder flüssigen Medien dienen kann, bei deren Speicherung weder ein Druckbehälter noch eine Isolierung notwendig ist.

Claims (7)

1. Speicherbehälter, insbesondere für kryogene Medien, wie z. B. Wasserstoff, Helium, Stickstoff und LNG, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum aus mehreren, aufeinandergestapelten Formblechen (5) im wesentlichen gleicher Größe und Form besteht, der Formblech-Stapel oben und unten von Deckblechen (3, 3′) und an seinen Seiten von festeingebundenen Formstücken, sog. Sidebars, (8) begrenzt ist und Mittel, die ein Kommunizieren der durch die Formbleche gebil­ deten Innenräume ermöglichen, vorgesehen sind.

2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Formblechen (5) oder zwischen einigen der Formblechen (5) Zwischen­ bleche (4) vorgesehen sind, wobei diese ebenfalls Mittel die ein Kommunizieren der durch die Formbleche (5) und Zwischenbleche (4) gebildeten Innenräume er­ möglichen, vorgesehen sind.

3. Speicherbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die ein Kommunizieren der Innenräume ermöglichen, als Bohrungen oder Schlitze (6) ausgebildet sind.

4. Speicherbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbleche (5) im Querschnitt eine Rechteck-, Trapez-, Sinus- oder Halbrundform oder Kombinationen aus den genannten Formen aufweisen.

5. Speicherbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbleche (5) und/oder Zwischenbleche (4) querliegende Schlitze auf­ weisen.

6. Speicherbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum von einem Isolationsraum (2) und dieser von einem äußeren Behälter (1) umgeben ist.

7. Verwendung eines Speicherbehälters nach einem der voreherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter in einem land- oder nichtland­ gebundenen Verkehrsmittel (Kfz, Schiff, Flugzeug, etc.) oder als stationärer Speicherbehälter für die Speicherung von gasförmigen oder flüssigen Medien, ins­ besondere von kryogenen Medien, wie z. B. Flüssig-Wasserstoff oder LNG, ver­ wendet wird.