DE4206010C1 - Methane pressure storage unit having increased capacity - includes pressure stable tank container filled with solid, substd. polyacetylene polymer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Methandruckspeicher mit einem druckstabilen Tankbehälter mit einer zur Gaszu­ fuhr und zur Gasentnahme dienenden Verschlußeinrich­ tung.

Solche Druckspeicher werden für eine Vielzahl von technischen Gasen verwendet, wobei eine druckstabile Gasflasche mit dem zu speichernden Gas gefüllt wird. Solche Flaschen sind in vielen Größen und für verschie­ dene Fülldrücke für eine Vielzahl von Anwendungen er­ hältlich. Die Verschlußeinrichtung verfügt gewöhnli­ cherweise über einen Absperrhahn, mit dem das Gas nach Bedarf kontrolliert entnommen werden kann.

Solche Druckspeicher erlauben z. B. bei einem Innendruck von 2,5 Atmosphären und einer Temperatur von 35 Grad Celsius eine Gaskonzentration von 0,1 Mol Methan pro Liter Tankvolumen. Damit ist die zur Verfügung stehende Energie durch die Kapazität des verwendeten Gasspei­ chers sehr begrenzt.

Aus dem Artikel "Diffusion and solution of gases in substituted polyacetylene membranes" aus der US-Z Polymer, Vol. 29, S. 2041-2049 (1988) ist bekannt, daß substituierte Polyacetylene mit größeren Substituen­ tengruppen eine erhöhte Permeabilität für verschiedene kleinmolekulare Gase bei Membranen aufweisen. Bei den untersuchten Körpern handelt es sich um dünne, filmför­ mige Membranstrukturen aus den genannten Polymeren mit einer Membrandicke zwischen 10 und 500 Mikrometern. Der Fachmann auf dem Gebiet der Konstruktion von Druckspei­ chern zieht daher weder das Fachgebiet der Polymer­ filmuntersuchungen noch die genannte Druckschrift zu Rate, wenn er Lösungen für Probleme beim Bau von Druck­ speichern sucht.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druck­ speicher für Methan anzugeben, der eine erhöhte Spei­ cherkapazität bei gleichen Randbedingungen wie Füll­ druck und Gastemperatur gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tankbehälter mit einem festen substituierten Poly­ acetylen-Polymer mit der allgemeinen Strukturformel -(R₁-C=C-R₂)_n- gefüllt ist, wobei mit R₁ und R₂ organi­ sche Reste bezeichnet sind.

Überraschenderweise ergibt sich eine erhöhte Löslich­ keit des Methans bei der Verwendung von einem solchen substituierten Polyacetylen als Füllmaterial des Tank­ behälters.

Bei der Verwendung von Poly(1-trimethylsilyl-1-propin), d. h. einem mit einer Methylgruppe und einer Silizium-(tri)-Methyl-Gruppe substituierten Polyin, ergibt sich bei 35 Grad Celsius ein Löslichkeitskoeffizient von 3,5 Kubikzentimeter Methan pro Kubikzentimeter Polymer und Atmosphäre und sonstigen gleichen Randbedingungen bei einem Gesamtdruck von 2,5 Atmosphären. Dies bedeutet für einen Polymerspeicher eine Löslichkeit von 0,35 Mol Methan pro Liter Polymermaterial, welches ja dann in erster Näherung ebenfalls einem Liter Tankinhalt entspricht, und damit eine um den Faktor 3,5 verbes­ serte Speicherkapazität bei gleichem Tankvolumen im Falle eines reinen Druckspeichers.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand eines vorteil­ haften Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in einer einzigen Figur dargestellt ist, die einen druck­ stabilen Tankbehälter 1 zeigt.

Der druckstabile Tankbehälter 1 verfügt über eine Gaszufuhr- bzw. Gasentnahmeeinrichtung 2, die sich durch die Wandung 11 des Tankbehälters 1 erstreckt. Diese ist vorteilhafterweise außerhalb des Tankbehäl­ ters 1 mit einem Hahn 3 zur regulierten Entnahme des Gases und zur Befüllung des Tankbehälters 1 versehen. Das Innere des hier rechteckig dargestellten Tankbe­ hälters 1, der aber vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist, ist mit einem substituierten Polyacetylen 5 gefüllt. Das substituierte Polyacetylen 5 liegt dabei als Folie, Schaum, in Blöcken, als Pulver oder als Granulat vor. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem substituierten Polyacetylen 5 um Poly(1-trimethylsilyl-1-propin), das sich aus der allgemeinen Struktur­ formel -(R₁-C=C-R₂)_n- bei Verwendung einer CH₃-Gruppe und einer Si(CH₃)₃-Gruppe als Radikale ergibt.

Das in den Tankbehälter 1 reichende untere Ende der Gasentnahmeeinrichtung 2 ist mit einem Sieb 6 versehen, so daß ein als Granulat vorliegendes Polyacetylen 5 nicht mit dem Gas aus dem Druckbehälter 1 austritt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an oder in der Wand 11 des Behälters 1 eine Heizvor­ richtung 7 vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine elektrische Widerstandsheizung, ein Heißluftgebläse oder um eine Einrichtung zur Wärmeübertragung mit heißen Flüssigkeiten handeln. Alle genannten Vorrich­ tungen 7 gestatten jeweils ein schnelleres Austreiben des Gases.

Es kann zusätzlich oder alternativ auch eine Kühlvor­ richtung 8 vorgesehen sein, bei der es sich um ein Kaltluftgebläse oder eine Einrichtung zur Wärmeleitung mit kalten Flüssigkeiten handelt, die dafür vorgesehen ist, die Gasentnahme und/oder Gasbefüllung zu steuern.

Die Befüllung des restgasfreien Tankbehälters 1 mit Methan erfolgt unter Druck, wobei das Gas durch die Gaszufuhreinrichtung 2 eingeleitet und bis zum ge­ wünschten Enddruck komprimiert wird. Dieser kann z. B. zwischen 1 und 200 Atmosphären, vorzugsweise um 30 Atmosphären liegen, da die Löslichkeit des Methans in dem Polymermaterial 5 bei stark ansteigendem Druck absinkt und dann unter die mögliche Fülldichte bei bekannten Druckgasbehältern fallen kann. Eine bei der Füllung auftretende Wärmetönung kann durch Kühlung mit Hilfe der genannten Kühleinrichtung 8 kompensiert wer­ den.

Die Entnahme des komprimierten Gases erfolgt durch den Eigendruck des Methans. Die Entnahme kann durch Anlegen eines Unterdrucks unterstützt werden. Gleichzeitig kann der Tankbehälter 1 durch die Widerstandsheizung 6 erwärmt werden, so daß das Gas leichter ausgetrieben werden kann.

Beim Einsatz des beschriebenen gefüllten Methanbehäl­ ters 1 werden vorteilhafterweise Betriebstemperaturen aus dem Bereich zwischen -30 Grad Celsius und +50 Grad Celsius verwendet.

Claims (6)

1. Methandruckspeicher mit einem druckstabilen Tank­ behälter (1) mit einer zur Gaszufuhr und zur Gasentnahme dienenden Verschlußeinrichtung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß der Tankbehälter (1) mit einem festen substituierten Polyacetylen-Polymer (5) mit der allgemeinen Strukturformel -(R₁-C=C-R₂)_n- gefüllt ist, wobei mit R₁ und R₂ organische Reste bezeichnet sind.

2. Methandruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das substituierte Polyacetylen-Polymer als Rest R₁ eine Methyl-Gruppe und als Rest R₂ eine Silyl-Tri-Methyl-Gruppe aufweist.

3. Methandruckspeicher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das substituierte Poly­ mer-Füllmaterial (5) als Schaum, Pulver, Granulat, Folie oder Block in dem Tankbehälter (1) eingebracht ist.

4. Methandruckspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in der Wand (11) des Tankbehälters (1) eine Heizvorrichtung (7) zur Regelung der Gasentnahme vorgesehen ist.

5. Methandruckspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in der Wand (11) des Tankbehälters (1) eine Kühlvorrichtung (8) zur Regelung der Gasentnahme und/oder zur kontrollierten Befüllung vorgesehen ist.

6. Methandruckspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am in den Tank­ behälter (1) ragenden Ende der Verschlußeinrichtung (2) ein das Polymermaterial (5) zurückhaltendes Sieb (6) vorgesehen ist.