EP4491931A1 - Verfahren zur beschichtung einer innenseite eines behälters - Google Patents

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EP4491931A1
EP4491931A1 EP24187630.9A EP24187630A EP4491931A1 EP 4491931 A1 EP4491931 A1 EP 4491931A1 EP 24187630 A EP24187630 A EP 24187630A EP 4491931 A1 EP4491931 A1 EP 4491931A1
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EP
European Patent Office
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balloon
container
foil
wall
polymer
Prior art date
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Pending
Application number
EP24187630.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katrin STAPS
Ralf Wyrwa
Thomas Hoyer
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Eurocylinder Systems Ag
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Eurocylinder Systems Ag
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Eurocylinder Systems Ag, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Eurocylinder Systems Ag
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    • F17C2270/0173—Railways

Definitions

  • a primer and/or a polymer coating can be applied to the inside of the wall 1 in order to improve the adhesion of the balloon 2 to the wall 1. It can be provided to heat the wall 1 or the container 3 before inflating the balloon 2 in the container 3 in order to improve the adhesion of the balloon 2 to the wall 1 and/or to the primer and/or to the polymer coating.
  • the container 3 may be provided with a residual pressure valve to prevent the balloon 2 from collapsing in the container 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Innenseite einer Wandung (1) eines Behälters (3), wobei mindestens eine Schicht in Form eines Ballons (2) aufgebracht wird, wobei der Ballon (2) in gefaltetem Zustand durch eine Öffnung (4) des Behälters (3) eingebracht wird, wobei der Ballon (2) anschließend aufgeblasen wird, so dass er sich von Innen an die Wandung (1) des Behälters (3) anlegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Innenwand eines Behälters.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung einer Innenseite einer Wandung eines Behälters anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zur Beschichtung einer Innenseite einer Wandung eines Behälters wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei mindestens eine Schicht in Form eines Ballons aufgebracht wird, wobei der Ballon in gefaltetem Zustand durch eine Öffnung des Behälters eingebracht wird, wobei der Ballon anschließend pneumatisch oder hydraulisch expandiert wird, so dass er sich von Innen an die Wandung des Behälters anlegt.
  • Die Öffnung des Behälters kann beispielsweise kleiner als 10 cm sein.
  • Der Ballon kann beispielsweise selbsttragend sein und weist insbesondere kein Stützgerüst auf.
  • In einer Ausführungsform wird der Ballon anschließend, gegebenenfalls nach dem Entleeren einer zum Expandieren verwendeten Flüssigkeit, mit kleinen Festkörpern ohne scharfe Kanten, insbesondere Kugeln, gefüllt und der Behälter mit den Festkörpern bewegt, so dass sich der Ballon möglichst vollflächig an die Wandung anlegt, ohne dass Luftblasen zwischen der Wandung und dem Ballon verbleiben.
  • In einer Ausführungsform weist der Ballon mindestens eine Schicht aus einer Metallfolie, beispielsweise einer Aluminium-, einer Kupfer-, einer Nickel-, einer Silber-, einer Goldfolie oder einer mit einem Metall beschichteten Polymerfolie, beispielsweise einer aluminium-, kupfer- oder goldbeschichteten Polymerfolie, auf.
  • In einer Ausführungsform weist die Metallfolie oder Polymerfolie eine Dicke von maximal 0,7 mm auf. Dies verhindert, dass die Folie in sich zusammenfällt und das Volumen des Behälters verringert. Außerdem wird das Gewicht des Behälters durch eine möglichst dünne Folie gering gehalten.
  • In einer Ausführungsform weist der Ballon keine Abstandshalteschicht auf seiner der Wandung des Behälters zugewandten Außenseite auf, insbesondere keine Abstandshalteschicht mit Noppen oder ein luftdurchlässiges Vlies. Eine Abstandshalteschicht hat den Nachteil, dass sich darin im Behälter aufbewahrte Gase, insbesondere versprödende Gase, beispielsweise Wasserstoff oder Methan, sammeln können, sich an der Oberfläche des Behälters (beispielsweise aus Stahl) anlagern, dissoziieren, in die Wandung eindringen und diese verspröden.
  • In einer Ausführungsform weist der Ballon ferner mindestens eine Polymerschicht und/oder Kompositschicht auf.
  • Die Polymerschicht weist beispielsweise ein Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polyethylen oder HD-Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyimid, Polysulfon, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid und/oder Polyvinylidendifluorid auf. Ferner kann die Polymerschicht einen Polymerblend aus mehreren Polymeren, insbesondere den oben genannten Polymeren, oder ein Harzsystem, z. B. ein Epoxidharz, aufweisen.
  • Die mindestens eine Kompositschicht oder mindestens eine der Kompositschichten kann aus einem Polymer, Polymerblend oder Harzsystem (insbesondere wie oben zur Polymerschicht beschrieben) und einem Metall oder Halbmetall oder einer Metalllegierung oder Halbmetalllegierung, insbesondere dem in der Metallfolie oder der metallbeschichteten Polymerfolie verwendeten Metall, gebildet sein. Das Metall kann beispielsweise Ag, Al, Au, Ge, Cu, und/oder Ni oder eine Legierung aus mehreren dieser Stoffe sein. Die Kompositschicht aus Polymer und Metall kann beispielsweise auf einem aluminium-haltigen Lack basieren.
  • Die mindestens eine Kompositschicht oder mindestens eine der Kompositschichten kann aus einem Polymer, Polymerblend oder Harzsystem (insbesondere wie oben zur Polymerschicht beschrieben) und einem oxidischen Material, beispielsweise Glas, Keramik, Metalloxid und/oder Glimmer, gebildet sein. Die Kompositschicht aus Polymer und oxidischem Material kann beispielsweise ein flexibles Polymer mit eingebetteten blättchenförmigen Oxidpigmenten (z. B. Glimmer) sein.
  • Die Polymerschicht oder die Kompositschicht kann beispielsweise durch Einfüllen einer zur Expansion des Ballons verwendeten Flüssigkeit, anschließendes Entleeren und Trocknen (lassen) ausgebildet werden.
  • Vor dem Einbringen des Ballons in die Öffnung können/kann ein Primer und/oder eine Polymerbeschichtung auf der Innenseite der Wandung aufgebracht werden, um die Haftung des Ballons an der Wandung zu verbessern.
  • In einer Ausführungsform kann die Wandung oder der Behälter vor dem Expandieren des Ballons im Behälter erwärmt werden, um die Anhaftung des Ballons an der Wandung und/oder am Primer und/oder an der Polymerbeschichtung zu verbessern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Behälter, beispielsweise mit einer Wandung aus Stahl, vorgeschlagen, der mittels des oben beschriebenen Verfahrens beschichtet ist.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Behälter nicht aus Faserverbundwerkstoffen gebildet ist.
  • Der Behälter kann beispielsweise zur Aufbewahrung versprödender Gase, beispielsweise Wasserstoff oder Methan, oder Gasgemischen unter Druck, beispielsweise von 300 bar bis 1000 bar, verwendet werden. Es ist bekannt, dass vor allem hohe Wasserstoffdrücke zur Versprödung insbesondere von gehärteten Stählen führen, was zum Bersten des Druckbehälters führen kann. Als ein wahrscheinlicher Mechanismus wird die Diffusion atomaren Wasserstoffs von der Metalloberfläche in den Stahl diskutiert. Durch Rekombination zum molekularen Wasserstoff im Metallgitter wird das Metallgefüge gestört und es kommt zur Versprödung.
  • Der Behälter weist durch die erfindungsgemäß aufgebrachte Innenbeschichtung eine Barriereschicht zur Vermeidung der Stahlversprödung durch Wasserstoff oder andere versprödende Gase (beispielsweise Methan) auf, durch die eine Reduktion der Wandstärke möglich ist. Der Druckbehälter kann in der Wasserstofftechnologie, insbesondere für den Wasserstofftransport sowie als stationärer Wasserstoffspeicher eingesetzt werden, beispielsweise in der Energiewirtschaft oder als Behälter für wasserstoffbetriebene Straßen- oder Schienenfahrzeuge, insbesondere im Lastverkehr.
  • Der Druckbehälter kann eine Gasflasche oder eine Rohrleitung sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht eines teilweise entfalteten Ballons,
    Figur 2
    eine schematische Ansicht des zusammengefalteten Ballons,
    Figur 3
    eine schematische Ansicht eines Druckbehälters mit einer Öffnung und dem darin eingebrachten Ballon,
    Figur 4
    eine schematische Ansicht des Druckbehälters mit einer Öffnung und dem darin eingebrachten Ballon, während dieser pneumatisch oder hydraulisch expandiert wird und sich entfaltet, und
    Figur 5
    eine schematische Ansicht des Druckbehälters mit der Öffnung und dem eingebrachten Ballon, wobei dieser vollständig aufgeblasen ist.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt einen teilweise entfalteten Ballon 2 zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Innenseite einer Wandung 1 eines Behälters 3, beispielsweise eines Druckbehälters 3, insbesondere zur Aufbewahrung von Wasserstoff oder Methan. Der Ballon 2 ist dabei zunächst zusammengefaltet, sodass er durch eine Öffnung 4 des Druckbehälters 3 passt. Figur 2 ist eine schematische Ansicht des zusammengefalteten Ballons 2.
  • Figur 3 ist eine schematische Ansicht des Druckbehälters 3 mit einer Öffnung 4, durch die der Ballon 2 eingebracht wird. Figur 4 ist eine schematische Ansicht des Druckbehälters 3 mit der Öffnung 4 und dem eingebrachten Ballon 2, während dieser aufgeblasen wird und sich entfaltet. Figur 5 ist eine schematische Ansicht des Druckbehälters 3 mit der Öffnung 4 und dem eingebrachten Ballon 2, wobei dieser vollständig aufgeblasen ist, so dass er sich von Innen an die Wandung 1 des Druckbehälters 3 anlegt. Optional kann vorgesehen sein, den Ballon 2 anschließend mit kleinen Festkörpern ohne scharfe Kanten, beispielsweise Kugeln, zu füllen und den Druckbehälter 3 mit den Festkörpern zu bewegen, so dass sich der Ballon 2 möglichst vollflächig an die Wandung 1 anlegt, ohne dass Luftblasen zwischen der Wandung 1 und dem Ballon 2 verbleiben. Der Ballon 2 kann dabei eine oder mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann der Ballon 2 aus einer Aluminiumfolie gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Ballon 2 eine Aluminiumfolie und eine Polymerschicht, oder eine Aluminiumfolie, eine Polymerschicht, eine weitere Aluminiumfolie und eine weitere Polymerschicht aufweisen. In einer Ausführungsform weist der Ballon 2 im aufgeblasenen Zustand eine Form auf, die mit einer inneren Form des Druckbehälters 3 korrespondiert.
  • Vor dem Einbringen des Ballons 2 in die Öffnung 4 können/kann ein Primer und/oder eine Polymerbeschichtung auf der Innenseite der Wandung 1 aufgebracht werden, um die Haftung des Ballons 2 an der Wandung 1 zu verbessern. Es kann vorgesehen sein, vor dem Aufblasen des Ballons 2 im Behälter 3 die Wandung 1 oder den Behälter 3 zu erwärmen, um die Anhaftung des Ballons 2 an der Wandung 1 und/oder am Primer und/oder an der Polymerbeschichtung zu verbessern.
  • Der Behälter 3 kann mit einem Restdruckventil versehen sein, um ein Kollabieren des Ballons 2 im Behälter 3 zu verhindern.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Wandung
    2
    Ballon
    3
    Druckbehälter
    4
    Öffnung

Claims (15)

  1. Verfahren zur Beschichtung einer Innenseite einer Wandung (1) eines Behälters (3), wobei mindestens eine Schicht in Form eines Ballons (2) aufgebracht wird, wobei der Ballon (2) in gefaltetem Zustand durch eine Öffnung (4) des Behälters (3) eingebracht wird, wobei der Ballon (2) anschließend pneumatisch oder hydraulisch expandiert wird, so dass er sich von Innen an die Wandung (1) des Behälters (3) anlegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ballon (2) anschließend mit kleinen Festkörpern ohne scharfe Kanten, insbesondere Kugeln, gefüllt und der Behälter (3) mit den Festkörpern bewegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ballon (2) mindestens eine Schicht aus einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie, einer Kupfer-, einer Nickel-, einer Silber-, einer Goldfolie oder aus einer metallbeschichteten Polymerfolie, beispielsweise einer aluminium-, kupfer- oder goldbeschichteten Polymerfolie, aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Ballon (2) ferner mindestens eine Polymerschicht und/oder Kompositschicht aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Polymerschicht und/oder Kompositschicht mindestens eines der Polymere Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polyethylen oder HD-Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyimid, Polysulfon, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid und/oder Polyvinylidendifluorid, einen Polymerblend aus mehreren der genannten Polymere, oder ein Harzsystem, insbesondere ein Epoxidharz, aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Kompositschicht ferner ein Metall oder Halbmetall oder eine Metalllegierung oder Halbmetalllegierung und/oder ein oxidisches Material aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Polymerschicht oder die Kompositschicht durch Einfüllen einer zur Expansion des Ballons verwendeten Flüssigkeit, anschließendes Entleeren und Trocknen ausgebildet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Einbringen des Ballons (2) in die Öffnung (4) ein Primer und/oder eine Polymerbeschichtung auf der Innenseite der Wandung (1) aufgebracht werden/wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (1) oder der Behälter (3) vor dem Aufblasen des Ballons (2) im Behälter (3) erwärmt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ballon selbsttragend ist.
  11. Behälter (3), beschichtet mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Behälter (3) nach Anspruch 11, aufweisend eine Wandung (1) aus Stahl mit einer Öffnung (4).
  13. Behälter (3) nach Anspruch 12, wobei die Öffnung (4) einen Durchmesser von weniger als 10 cm aufweist.
  14. Verwendung des Behälters (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 zur Aufbewahrung von versprödenden Gasen, insbesondere Wasserstoff oder Methan, oder Gasgemischen unter Druck.
  15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei der Druck im Bereich von 300 bar bis 1000 bar liegt.
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