DE19524681A1 - Speicherbehälter für kryogene Medien - Google Patents

Speicherbehälter für kryogene Medien

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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 innere 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 einem Bündel von einzelnen Kantrohren und/oder rohrähnlichen Gebilden aufgebaut ist, wobei Mittel, die ein Kommunizieren der Innenräume der Kantrohre und/oder rohrähnlichen Gebilden ermöglichen, vorgesehen sind.
Der erfindungsgemäße Speicherbehälter sowie weitere Ausgestaltungen davon sei anhand der Fig. 1, 2 und 3 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Speicherbehälter, wie er insbesondere für die Speicherung kryogener Medien oder für die wärmeverlustarme Speicherung von Medien unter hoher Temperatur verwendet wird, im Querschnitt.
Der Speicherbehälter besteht aus einem äußeren Behälter 1 sowie dem eigentlichen druckstabilen Speicherraum für das zu speichernde Medium, wobei der Speicherraum im dargestellten Falle aus einem Bündel von einzelnen 6-Kantrohren 3 aufgebaut ist.
Zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem Kantrohrbündel 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.
Die Abstützung des Kantrohrbündels gegen den äußeren Behälter 1 erfolgt mittels mehrerer Träger 4. Für diese Träger 4 ist ein schlecht kälte- bzw. wärmeleitendes Material vorzusehen. Das Befüllen und Entleeren des Speicherraumes erfolgt mittels einer oder mehrerer Befüll- bzw. Entnahmeleitungen 5.
Um ein Kommunizieren der Kantrohrinnenräume zu ermöglichen, sind gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters, Bohrungen oder Schlitze 6 an den jeweils sich berührenden Kantrohrwandungen gegenüberliegend angeordnet. Selbstverständlich ist es nicht zwingend notwendig, daß jedes der Kantrohre 3 mit all seinen benachbarten Kantrohren eine derartige Bohrung aufweist.
Im Gegensatz zu Speicherbehälterkonstruktionen mit ebenen Seitenflächen ist die Kantrohrwanddicke unabhängig von der Geometrie des Speicherbehälters und lediglich abhängig vom Innendruck und der Kantrohrgeometrie. Dadurch ist, unabhängig vom gewählten Innendruck, ein Aufbau des Kantrohrbündels mittels relativ dünnwandiger Kantrohre möglich.
Während bei herkömmlichen, zylindrischen Speicherbehälterkonstruktionen der Einbau von Schwall- bzw. Schwappblechen notwendig war, kann bei einem Speicherbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung darauf verzichtet werden. Bei diesem dienen die "Zwischenwände" zwischen zwei benachbarten Kantrohren als Schwall- bzw. Schwappbleche.
Unter dem Begriff Kantrohre bzw. rohrähnliche Gebilde sind nicht nur geschlossene Kantrohre bzw. rohrähnliche Gebilde, sondern auch z. B. gekantete Bleche oder ähn­ liches, zu verstehen.
Neben der in der Fig. 1 gezeigten Konfiguration von 6-Kantrohren ist eine unüber­ schaubare Menge von weiteren Kombinationen aus Kantrohren und/oder rohrähnlichen Gebilden denkbar. So kann der Speicherraum z. B. auch, wie in der Fig. 3 dargestellt, aus 6-Kantrohren zusammengesetzt sein, wobei einige der außenliegenden Kantrohre ein gerundetes Außenprofil aufweisen.
Darüber hinaus sind Kombinationen aus 6-, 4- und 3-Kantrohren sowie Rundrohren mit abgeflachten Stellen, an denen eine flächige Verbindung mit einem danebenliegenden Kantrohr bzw. rohrähnlichen Gebilde möglich ist, vorstellbar. Auch sind Kombinationen aus Kantrohren und/oder rohrähnlichen Gebilden denkbar, bei denen zwar Zwischen­ räume verbleiben, die jedoch mittels entsprechend angebrachter Bohrungen, ebenfalls als Speicherraum genützt werden können.
Fig. 2 zeigt ein Bündel von 6-Kantrohren 3, wobei diese Konstruktion insbesondere bei der Verwendung von kurzen Kantrohren sinnvoll ist. Hierbei kann auf den Einbau der innenliegenden Kantrohre verzichtet werden, wenn die ungestützte Speicherbe­ hälterfläche auch in der Breite begrenzt wird. In diesem Falle wirken die außenliegen­ den Kantrohre 3 als Tragstruktur. Sie weisen jedoch im Vergleich zu einem ebenen Blech gleicher Masse eine erheblich höhere Steifigkeit auf. Somit ergibt sich eine Gewichts- und Kosteneinsparung.
Eine wie in der Fig. 2 gezeigte Anordnung von Kantrohren eignet sich z. B für die Verwendung auf Fahrzeugdächern (Lkw, Bus, etc.). In diesen Fällen ist eine möglichst niedrige und großflächige Speicherbehältergeometrie erwünscht.
Das Verbinden der Kantrohre und/oder rohrähnlichen Gebilde untereinander kann entweder durch Verschweißen oder Verlöten erfolgen. Es macht Sinn, die Bohrungen, wie in der Fig. 1 gezeigt, vorzugsweise an den Enden der Kantrohre 3 anzuordnen, so daß eine Verschweißung von Hand oder mit Ringzange möglich ist. Dadurch lassen sich die Herstellungskosten für die Kantrohrbündel wesentlich verringern. Zusätzlich sollten dann die Kantrohre an den Längskanten teilverschweißt werden, um eine Kraft­ entlastung der Bohrungsschweißungen zu erreichen. Alternativ dazu können die Kant­ rohre und/oder rohrähnlichen Gebilde auch miteinander im Ofen verlötet werden.
Der stirnseitige Abschluß der Kantrohre und/oder rohrähnlichen Gebilden kann ent­ weder mittels einer gemeinsamen Platte oder mittels einzelner, für jedes Kantrohr bzw. rohrähnliche Gebilde vorzusehender Kappen erfolgen. Im Falle eines Plattenabschlus­ ses empfiehlt sich wiederum ein Verlöten im Ofen, während die einzelnen Kappen in die Kantrohrenden bzw. Enden der rohrähnlichen Gebilde eingeschweißt werden.
Obwohl die Erfindung anhand eines Speicherbehälters für kryogene Medien, wie z. B. Wasserstoff oder LNG beschrieben wurde, ist es doch für einen Fachmann selbstver­ ständlich, daß der wesentliche Erfindungsgedanke prinzipiell bei der Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien angewendet werden kann.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Speicherbehälter auch für die Speicherung von gasförmigen oder flüssigen Medien dienen kann, bei de­ ren Speicherung weder ein Druckbehälter noch eine Isolierung notwendig ist. Die Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters macht insbesondere dann Sinn, wenn das Entstehen von unerwünschten Lückenvolumina vermieden werden soll. Da das Problem der unerwünschten Lückenvolumina u. a. bei Kfz-Speicherbehältern auf­ tritt, eignet sich der erfindungsgemäße Speicherbehälter insbesondere als Speicherbe­ hälter für Flüssig-Wasserstoff oder LNG in Kfz′s.

Claims (4)

1. Speicherbehälter, insbesondere für kryogene Medien, wie z. B. Wasserstoff, Heli­ um, Stickstoff und LNG, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum aus einem Bündel von einzelnen Kantrohren und/oder rohrähnlichen Gebilden (3) auf­ gebaut ist, wobei Mittel, die ein Kommunizieren der Innenräume der Kantrohre und/oder rohrähnlichen Gebilden ermöglichen, vorgesehen sind.
2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die ein Kommunizieren der Innenräume ermöglichen, als Bohrungen oder Schlitze (6) zwischen einander berührenden Wandungen ausgebildet sind.
3. Speicherbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum von einem Isolationsraum (2) und dieser von einem äußeren Be­ hälter (1) umgeben ist.
4. Verwendung eines Speicherbehälters nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter in einem land- oder nicht land­ 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.
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