DE202004018247U1 - Ionenaustauscher mit kontinuierlicher Faserverstärkung - Google Patents

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Abstract

Druckbehälter aus thermoplastischem Kunststoff zur Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien, bei dem mindestens eine Behälteröffnung einen Öffnungsdurchmesser von über 80% des größten Behälterinnendurchmessers aufweist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verstärkungsring aus kontinuierlich faserverstärktem thermoplastischen Faserkunststoffverbund integriert ist und der Faservolumengehalt im Verstärkungsring über 20% liegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Ionenaustauschung mit kontinuierlicher Faserverstärkung.
  • Ionenaustauchprozesse finden zum Teil in Druckbehältern statt, die eine geeignete Diffusionsdichtigkeit gegen Verflüchtigung des Mediums aufweisen und den mechanischen Beanspruchungen durch Innen- bzw. Außendruck sowie den weiteren mechanischen, physikalischen und chemischen Belastungen standhalten müssen.
  • Die steigenden Anforderungen an die Funktions- und Leistungsfähigkeit moderner Druckbehälter zur Ionenaustauschung führen oft an die Grenzen des Potentials konventioneller Werkstoffe. In diesen Bereichen eröffnen neue, leistungsfähigere Werkstoffe Möglichkeiten der Produktentwicklung und -optimierung. Bei der Suche nach leichten, hochfesten und biegesteifen Materialien stößt man auf die Faserkunststoffverbunde. Durch geeignete Kombination eines Kunststoffs als Matrix mit hochfesten Fasern als Verstärkung gelangt man zu einem vielseitigen Werkstoff, dem Faserkunststoffverbund. Durch die Wahl eines geeigneten Verstärkungsaufbaus lassen sich, den Anforderungen entsprechend, maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften einstellen.
  • Druckbehälter zur Ionenaustauschung aus Faserkunststoffverbunden stehen herkömmlichen Stahl- oder Aluminiumbehältern hinsichtlich drucktechnischer Eignung in nichts nach, bieten darüber hinaus jedoch entscheidende Vorteile wie geringes Gewicht und erhöhte Korrosionsbeständigkeit.
  • Druckbehälter aus Faserkunststoffverbunden mit duromeren Matrixsystemen sind bekannt und es existiert eine Vielzahl an Patenten.
  • Als Beispiel sei das Europa Patent EP0810081 A1 „Pressure Vessel and Method of Manufacturing Same" genannt. Hierbei wird beschrieben wie eine geschlossene Hüllschicht, die aus einem Kunststoff besteht, im Faserwickelverfahren mit einem Faserkunststoffverbund umhüllt wird. Ein ähnliches Behälterprinzip wird im Europapatent EP0333013 A1 „Pressure Vessels" beschrieben. Auch in diesem Falle wird eine Hüllschicht mit Fasern derart umgeben, daß die Verstärkungshülse den mechanischen Beanspruchungen standhält.
  • Das internationale Patent WO 92/20954 „glass-fibre-reinforced plastic container, method and apparatus for manufacturing such container" beschreibt einen glasfaserverstärkten Behälter und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei sich der Behälter aus zwei Halbschalen zusammensetzt, die im zylindrischen Bereich durch Verkleben miteinander Verbunden werden. Die Halbschalen werden im Harzinjektionsverfahren anhand von Formwerkzeugen hergestellt wobei duromere Kunststoffe eingesetzt werden. Aufgrund der Halbschalentechnik ist eine Variation der Behälterlängen nur mit hohem Aufwand (neues Werkzeug) möglich.
  • Alle bisher bekannten Bauarten und Herstellungsmethoden von Kunststoffdruckbehältern zur Ionenaustauschung sind entweder zu aufwendig und damit zu kostenintensiv in der Herstellung, halten den Anforderungen bezüglich Dichtigkeit oder mechanischer Beanspruchungen nicht stand, sind zu schwer oder weisen optisch ungenügende Außenoberflächen auf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter zur Ionenaustauschung derart weiterzubilden, daß die im Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Faserkunststoffverbundbehälter mit geringem Eigengewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit geschaffen werden, der dennoch den mechanischen Beanspruchungen standhält und kostengünstig herzustellen ist, gut recyclefähig ist, sowie eine optisch ansprechende Außenoberfläche bietet.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei dem eingangs genannten Behälter dadurch gelöst, daß ein Druckbehälter zur Ionenaustauschung aus thermoplastischer Matrix zusätzlich einen oder mehrere Verstärkungsringe aus kontinuierlich faserverstärktem thermoplastischen Faserkunststoffverbund enthält. Vorzugsweise sind thermoplastische Matrix des Druckbehältergrundkörpers und Matrix des/der Verstärkungsringe gleichartig. Die Faserausrichtung im Verstärkungsring liegt in Umfangs- und/oder Axialrichtung.
  • Ein derart ausgebildeter Behälter weist eine Reihe von Vorteilen auf.
  • Durch den Einsatz eines Verstärkungsrings aus Faserkunststoffverbund mit thermoplastischer Matrix wird erreicht, daß der Behälter nur ein geringes Eigengewicht aufweist. Durch Einsatz eines Verstärkungsrings aus Faserkunststoffverbund mit thermoplastischer Matrix hält der Behälter den mechanischen Beanspruchungen satt und dient zudem als Diffusionssperre. Weiterhin sind die Materialien wenig korrosionsanfällig.
  • Behälter und Deckel können mit guten Außenoberflächen und optisch sehr ansprechend gefertigt werden.
  • Da thermoplastisch basierte Matrixsysteme zum Einsatz kommen, können die erfindungsgemäßen Behälter, beispielsweise durch Zerkleinerung und Wiedereinschmelzen sehr gut recycliert werden.
  • Erfindungsgemäß basiert die Matrix des Rohrs und der Deckel auf einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise – jedoch nicht ausschließlich - aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvenylenfluorid (PVDF), Polyamid (PA), Polyamid (PA)Polyketon (PK), Polyvinylchlorid (PVC), Poly-4-methylpenten-1 (PMP), Polyacetal (Polyoxymethylen) (POM), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polycarbonat (PC) und/oder Acrynitrilbutadienstyrol (ABS) . Die Matrix kann natürlich auch aus anderen oder einer Mischung thermoplastisch basierter Kunststoffe bestehen. Der Matrixwerkstoff kann zudem organische und/oder anorganische Füllmaterialien aufweisen.
  • Als Verstärkungsfasern können beispielsweise – jedoch nicht ausschließlich - Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoffasern, Polymerfasern, organische Fasern, metallische Fasern und / oder andere Fasertypen Einsatz finden.
  • In weiterer Ausgestaltung können Halterungen an den Druckbehälter zur Ionenaustauschung integriert werden.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Betriebsdruck des Behälters zur Ionenaustauschung vorzugsweise 0,1 bis 6 MPa (1 bis 60 bar). Der entsprechende Berstdruck entspricht dabei dem mit 1,1 bis 4 multiplizierten Wert des jeweiligen Betriebsdruckes.
  • Die zu speichernden Medien können insbesondere Wasser und/oder Harnstoff aber auch Öl, Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Propan, Erdgas, Wasserstoff oder aber andere technische Gase oder Flüssigkeiten oder dergleichen sein. Die Erfindung ist auf keine besondere Art von Gasen und/oder Flüssigkeiten beschränkt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung können zusätzliche Funktionen wie Heizung und Halterungen am Behälter integriert werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Behälters mit integriertem Verstärkungsringe aus kontinuierlich faserverstärktem thermoplastischen Faserkunststoffverbund
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Behälter 1 mit Deckel 2 schematisch im Querschnitt dargestellt. Im Behälter 1 sowie im Deckel 2 ist ein Verstärkungsring 3 aus kontinuierlich faserverstärktem thermoplastischen Faserkunststoffverbund integriert.

Claims (3)

  1. Druckbehälter aus thermoplastischem Kunststoff zur Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien, bei dem mindestens eine Behälteröffnung einen Öffnungsdurchmesser von über 80% des größten Behälterinnendurchmessers aufweist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verstärkungsring aus kontinuierlich faserverstärktem thermoplastischen Faserkunststoffverbund integriert ist und der Faservolumengehalt im Verstärkungsring über 20% liegt.
  2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck der im Behälter gespeicherten Medien 0,1 bis 6 MPa (1 bis 60 bar) beträgt.
  3. Behälter nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Funktionen wie Heizung und Halterungen am Behälter integriert sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105782436A (zh) * 2016-04-28 2016-07-20 庆丰鞋业（江苏）有限公司 一种具有缓冲功能的压力容器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105782436A (zh) * 2016-04-28 2016-07-20 庆丰鞋业（江苏）有限公司 一种具有缓冲功能的压力容器

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