WO2010046027A1 - Druckbehälter zum speichern von gasförmigen medien unter druck - Google Patents

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gas
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Gerardo Friedlmeier
Thomas Poschmann
Eberhard Schmidt-Ihn
Josef Zieger
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Daimler Ag
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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Pressure vessel for storing gaseous media under pressure
  • the invention relates to a pressure vessel for storing gaseous media under pressure.
  • a pressure vessel for storing gaseous media under pressure.
  • it relates to such a pressure vessel according to the preamble of claim 1 and of claim 5, respectively.
  • Such generic pressure vessels which are also referred to as composite pressure vessels, are known, for example, from EP 0 753 700 A1. They have a liner which defines an interior for receiving a gaseous medium, and a winding surrounding the liner, which gives the pressure vessel its dimensional stability on.
  • the liner is usually made of a plastic material and the winding is formed of a fiber composite material.
  • Pressure vessels of this type are used for example as hydrogen storage in fuel cell systems and can store hydrogen in gaseous form with several hundred bar overpressure.
  • JP 2007-278482 A describes a composite pressure vessel with an inner tank and an outer tank. To protect the outer tank from attack by hydrogen passing through the inner tank, and thus to improve the durability of the entire pressure vessel, a catalyst layer is continuously provided between the inner tank and the outer tank, which converts the hydrogen into a stable compound.
  • This object is achieved by a sudden discharge of gaseous media in high rates at a discharge of the pressure vessel after prolonged life is prevented by the passing through the liner gaseous medium is continuously discharged and thus at low rates from the pressure vessel into the environment. It is thus avoided that the gas passing through the liner collects in pockets between the liner and the winding and then flows out of the pressure vessel into the environment when the pressure vessel is discharged due to the separation between the liner and the winding, abruptly and at high rates.
  • a pressure vessel for storing gaseous media under pressure includes a liner defining an interior for receiving a gaseous medium and a coil surrounding the liner for imparting dimensional stability to the pressure vessel.
  • the winding of the pressure vessel is at least partially gas-permeable, so that the gas penetrating the liner can escape from the pressure vessel through the winding.
  • the winding of the pressure vessel is at least partially porous.
  • the winding of the pressure vessel is formed of a fiber material which is fixed with a resin material, wherein the resin material in the cured state is at least partially porous.
  • the winding of the pressure vessel is provided at predetermined locations with holes which connect the inside of the winding with its outside.
  • the winding of the pressure vessel is provided on its outer side with a coating (for example lacquer layer) which is also gas-permeable at least in the gas-permeable regions of the winding.
  • a coating for example lacquer layer
  • a pressure vessel for storing gaseous media under pressure includes a liner defining an interior for receiving a gaseous medium and a coil surrounding the liner which imparts dimensional stability to the pressure vessel.
  • a gas-permeable intermediate layer is provided between the liner and the winding, which is connected in at least one area with the outside of the winding, so that the gas penetrating the liner can escape from the pressure vessel through the intermediate layer.
  • This construction of the pressure vessel with an at least partially gas-permeable intermediate layer between liner and winding ensures that the gas passing through the liner can be discharged from the pressure vessel to the environment continuously and at low rates. In this way it is prevented that the gas passing through the liner between the liner and winding collected and then discharged at a discharge of the pressure vessel abruptly and at high rates from the pressure vessel into the environment.
  • the intermediate layer is at least partially porous.
  • a gas treatment device is arranged in the connection region of the intermediate layer with the outside of the winding, which is formed, for example, by impregnating the intermediate layer with a corresponding gas treatment agent.
  • the gas treatment device may, for example, comprise an oxidation catalyst. If the gaseous medium stored in the pressure vessel is hydrogen, the hydrogen which has passed through the liner and has flowed through the intermediate layer is oxidized by the oxidation catalyst to water, which can be released without endangering to the environment.
  • the connecting region of the intermediate layer with the outside of the winding in the region of a neck of the pressure vessel is provided.
  • this is the area of a filling and / or removal opening of the pressure vessel.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a composite pressure vessel of the present invention
  • Fig. 2 is an enlarged fragmentary sectional view of a conventional composite pressure vessel prior to discharge
  • Fig. 3 is an enlarged partial sectional view of the conventional composite pressure vessel after its discharge
  • FIG. 4 is an enlarged partial sectional view of a composite pressure vessel according to a first embodiment of the present invention prior to its discharge;
  • FIG 5 is an enlarged partial sectional view of the composite pressure vessel according to the first embodiment after its discharge.
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of a composite pressure vessel according to a second embodiment of the present invention.
  • the present invention is described below with reference to a pressure vessel for storing gaseous hydrogen under a pressure of, for example, 700 bar, which can be used for example in fuel cell systems.
  • a pressure vessel for storing gaseous hydrogen under a pressure of, for example, 700 bar which can be used for example in fuel cell systems.
  • the invention is by no means limited to this gaseous medium, this overpressure in the interior of the pressure vessel and this application.
  • FIG. 1 the basic structure of a composite pressure vessel will first be described in more detail, in which the present invention can be used.
  • the composite pressure vessel 10 is formed of a liner 12 defining an interior 14 for receiving gaseous hydrogen.
  • a plastic material is used for the production of the liner 12.
  • the liner 12 is surrounded by a winding 16, which is formed for example of a fiber composite material such as resin-impregnated carbon fibers, to give the pressure vessel 10, the necessary dimensional stability.
  • the materials for making the liner 12 and the wrap 16 are not limited to these materials.
  • the invention is not limited to any particular form of winding 16 (e.g., axial and / or tangential and / or angular winding direction of the fibers) and to specific gauge dimensions of the liner 12 and wrap 16. Since the basic structure of the pressure vessel is already known to the person skilled in the art from the prior art, he will be able to design a corresponding embodiment according to the respective requirements (for example gas type, pressure, application area).
  • the pressure vessel 10 has two neck portions (top and bottom in the figure), on each of which an opening 22 is provided, which is sealed or closed with a neck piece 18 and 20 respectively.
  • a valve 24 is preferably arranged in the not closed by a neck opening 22 (top of the figure).
  • the present invention is not limited to specific embodiments of the neck pieces 18, 20.
  • pole caps for additional stabilization of the pressure vessel 10 may also be provided in the two neck regions of the pressure vessel 10.
  • the pressure vessel 10 may optionally be formed with two openings 22 provided with a valve 24.
  • the shape of the pressure vessel 10 is not limited to that shown in Fig. 1 with two neck portions.
  • a coating 26 is applied, for example in the form of a lacquer layer.
  • gaseous hydrogen is stored at a pressure of about 700 bar. Over time, a certain amount of this hydrogen diffuses through the liner 12 (see arrows 28 in FIG. 2). This gaseous hydrogen, which has passed through the liner 12, largely collects in pockets 30 between the liner 12 and the coil 16. A small amount of this hydrogen possibly passes through pores or holes 32 in the coil 16 to the environment. Free access of this accumulated hydrogen to the few small holes 32 in the winding is severely hampered by macroscopically flush engagement of the winding 16 with the liner 12 at high pressure in the interior 14 of the liner 12.
  • the pressure vessel 10 of this embodiment is constructed like the conventional pressure vessel from a liner 12, which defines an interior space 14 for receiving gaseous hydrogen, and a winding 16 surrounding the liner 12. Even with this design of the pressure vessel 10 diffuses at a longer service life due to the high pressure in the interior 14 a small amount of hydrogen through the liner 12 through (see arrows 28 in Fig. 4), which is first collected in pockets 30 between liner 12 and winding 16 ,
  • the winding is at least partially gas-permeable.
  • the winding 16 is formed, for example, porous.
  • bores 34 are provided in the winding 16 at specific locations, which connect the inner side of the winding 16 with its outer side.
  • the winding 16 is gas-permeable at least in some areas. However, in the preferred embodiment of the invention, the coil is gas permeable over substantially its entire area.
  • the winding 16 is coated with a lacquer layer 26 or the like, so must in this embodiment, of course, this Lacquer layer 26 to be permeable to gas. This applies at least in the areas in which the winding 16 is gas-permeable.
  • the porous coil 16 may be constructed as follows, for example.
  • the winding 16 consists essentially of a fiber composite material, for example, of carbon fibers, which give the actual compressive strength of the winding, and a resin for fixing the carbon fibers is constructed.
  • This resin must be at least partially porous.
  • the strength and pressure stability of the entire winding 16 must nevertheless be ensured. That the resin used for fixing provides no significant contribution to the pressure stability of the pressure vessel 10; only the combination of carbon fibers is crucial.
  • a resin is used which forms microcracks in a sufficient number upon curing due to high internal stresses.
  • these microcracks must not lead to complete disintegration of the winding 16.
  • the microcracks must form a continuous connection through the entire winding 16, since they are necessary for the discharge of the hydrogen to the environment.
  • the gas permeability of the winding 16 also depends on the respective gas in the interior 14 of the pressure vessel 10.
  • the gas permeability characteristics i. For example, the porosity and / or the holes 34, be adjusted.
  • the pressure vessel 10 of this embodiment is constructed like the conventional pressure vessel from a liner 12, which defines an interior space 14 for receiving gaseous hydrogen, and a winding 16 surrounding the liner 12. Even with this design of the pressure vessel 10 diffuses at a longer service life due to the high pressure in the interior 14 a small amount of hydrogen through the liner 12 therethrough.
  • a gas-permeable intermediate layer 36 is provided between the liner 12 and the winding 16.
  • This intermediate layer 36 is, for example, in the neck areas (right and left in Fig. 6) of the pressure vessel 10 with the outside of the winding 16, i. connected to the environment of the pressure vessel 10.
  • the gaseous hydrogen which passes through the liner 12 can be discharged continuously and at low rates via the intermediate layer 36 to the environment.
  • the risk potential for the environment of the pressure vessel 10 is significantly reduced by the exiting gaseous hydrogen.
  • the winding 16 itself can be formed gas-tight in the same manner as in conventional pressure vessels and optionally also be provided with a coating 26, for example in the form of a lacquer layer.
  • the inventively provided intermediate layer 36 is formed, for example, at least partially porous.
  • a gas treatment device 38 is arranged in the bonding regions of the intermediate layer 36 to the environment of the pressure vessel 10, i. in the embodiment of Fig. 6, in the neck regions of the pressure vessel 10 at the filling or the removal opening 22, a gas treatment device 38 is arranged.
  • This gas treatment device 38 is formed, for example, by impregnating the porous intermediate layer 36 with a corresponding gas treatment agent.
  • this gas treatment device 38 preferably contains an oxidation catalyst which oxidizes the hydrogen to water in the described connection regions. The resulting water exits in liquid form or in vapor form through the hydrogen flowing through the intermediate layer 36. A threat to the Environment of the pressure vessel 10 by leaking hydrogen is completely avoided in this embodiment.
  • the oxidatively catalytically active part 38 of the porous intermediate layer 36 is located only in the region of the exit of the intermediate layer 36 to the surroundings of the pressure vessel 10, where without the gas treatment device 38, the hydrogen would escape.
  • the catalytically active region 38 can be prepared, for example, by impregnating the porous intermediate layer 36 with a liquid containing the catalyst in dissolved or suspended form. By thermal aftertreatment of this impregnated region 38, the activity of the catalyst can be further increased. Of course, if the porous intermediate layer 36 is already applied to the liner 12, such thermal aftertreatment may only take place up to temperatures at which the liner 12 is not damaged.
  • the oxidation catalyst 38 is disposed in the joint region of the normal exit of the hydrogen into the environment, sufficient access of oxygen required for the catalytic oxidation is ensured.
  • a method for applying the porous intermediate layer 36 to the liner 12 must ensure that both in this process and in the subsequent application of the winding 16, the free passage of the porous intermediate layer 36 for the hydrogen up to the catalytically active region 38 is obtained remains, so that the discharge of the passing through the liner 12 passing hydrogen to the gas treatment device 38 is ensured.
  • the oxidation catalyst 38 for example, produced by impregnation at the free end of the porous intermediate layer 36, so that an unhindered leakage of the water generated in the catalyst 38 is ensured to the environment.

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Abstract

Ein Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigem Wasserstoff unter Druck weist einen Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme des gasförmigen Wasserstoffs definiert, und eine den Liner (12) umgebende Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) seine Formstabilität verleiht, auf. Um bei einer Entladung des Druckbehälters (10) nach längerer Standzeit ein Austreten von gasförmigem Wasserstoff aus der Bewicklung (16) des Druckbehälters mit hoher zu verhindern, ist die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas kontinuierlich durch die Bewicklung (16) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.

Description

Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck
Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck. Sie betrifft insbesondere einen solchen Druckbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5.
Solche gattungsbildenden Druckbehälter, die auch als Composite-Druckbehälter bezeichnet werden, sind zum Beispiel aus der EP 0 753 700 A1 bekannt. Sie weisen einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter seine Formstabilität verleiht, auf. Der Liner besteht üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial und die Bewicklung ist aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet.
Druckbehälter dieser Art werden zum Beispiel als Wasserstoffspeicher in Brennstoffzellensystemen verwendet und können Wasserstoff gasförmig mit mehreren hundert bar Überdruck speichern.
Man hat beobachtet, dass bei einer Entladung solcher Composite-Druckbehälter nach längerer Standzeit gasförmiger Wasserstoff aus der Bewicklung des Druckbehälters mit einer vergleichsweise hohen Rate austritt. Es besteht daher Bedarf an Druckbehältern mit einem verminderten Gefährdungspotenzial durch austretenden Wasserstoff.
Weiter ist aus der DE 33 08 276 A1 ein Vielfachlagen-Druckbehälter zur Aufnahme von heißem Wasserstoff bekannt, bei welchem Wasserstoff, der durch die innerste Metalllage der Wandung hindurch tritt, aus dem Raum zwischen den innersten Metalllagen ventiliert werden, um einen Wasserstoffangriff und/oder ein Versprödungsproblem in den äußeren Metalllagen der Behälterwandung zu verhindern. Die JP 2007-278482 A beschreibt einen Composite-Druckbehälter mit einem Innentank und einem Außentank. Zum Schutz des Außentanks vor Angriffen durch Wasserstoff, der durch den Innentank hindurch tritt, und damit zur Verbesserung der Haltbarkeit des gesamten Druckbehälters, ist zwischen Innentank und Außentank durchgehende eine Katalysatorschicht vorgesehen, welche den Wasserstoff in eine stabile Verbindung umwandelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Composite-Druckbehälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Gefährdung der Umgebung durch mit zu hohen Raten austretenden Gasen ausschließt.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein schlagartiger Austritt von gasförmigen Medien in hohen Raten bei einer Entladung des Druckbehälters nach längerer Standzeit dadurch verhindert wird, dass das durch den Liner hindurch tretende gasförmige Medium kontinuierlich und damit in niedrigen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird. Es wird also vermieden, dass sich das durch den Liner hindurch tretende Gas in Taschen zwischen dem Liner und der Bewicklung sammeln und dann bei einer Entladung des Druckbehälters aufgrund der Trennung zwischen Liner und Bewicklung schlagartig und in hohen Raten aus dem Druckbehälter in die Umgebung ausströmt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält ein Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter eine Formstabilität verleiht. Erfindungsgemäß ist die Bewicklung des Druckbehälters zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet, sodass das den Liner durchdringende Gas durch die Bewicklung aus dem Druckbehälter entweichen kann.
Durch diesen Aufbau des Druckbehälters mit einer zumindest teilweise gasdurchlässigen Bewicklung wird erreicht, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas kontinuierlich und mit niedrigen Raten vom Druckbehälter an die Umgebung abgegeben werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas zwischen Liner und Bewicklung angesammelt und dann bei einer Entladung des Druckbehälters schlagartig und in hohen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewicklung des Druckbehälters zumindest teilweise porös ausgebildet. Beispielsweise ist die Bewicklung des Druckbehälters aus einem Fasermaterial gebildet, welches mit einem Harzmaterial fixiert ist, wobei das Harzmaterial im ausgehärteten Zustand zumindest teilweise porös ist.
Alternativ oder zusätzlich ist die Bewicklung des Druckbehälters an vorbestimmten Stellen mit Bohrungen versehen, welche die Innenseite der Bewicklung mit ihrer Außenseite verbinden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewicklung des Druckbehälters auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung (z.B. Lackschicht) versehen, welche zumindest in den gasdurchlässigen Bereichen der Bewicklung ebenfalls gasdurchlässig ausgebildet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält ein Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck einen Liner, der einen Innenraum zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und eine den Liner umgebende Bewicklung, die dem Druckbehälter eine Formstabilität verleiht. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Liner und der Bewicklung eine gasdurchlässige Zwischenschicht vorgesehen, die in wenigstens einem Bereich mit der Außenseite der Bewicklung verbunden ist, sodass das den Liner durchdringende Gas durch die Zwischenschicht aus dem Druckbehälter entweichen kann.
Durch diesen Aufbau des Druckbehälters mit einer zumindest teilweise gasdurchlässigen Zwischenschicht zwischen Liner und Bewicklung wird erreicht, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas kontinuierlich und mit niedrigen Raten vom Druckbehälter an die Umgebung abgegeben werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass das durch den Liner hindurch tretende Gas zwischen Liner und Bewicklung gesammelt und dann bei einer Entladung des Druckbehälters schlagartig und in hohen Raten vom Druckbehälter in die Umgebung abgegeben wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenschicht zumindest teilweise porös ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Verbindungsbereich der Zwischenschicht mit der Außenseite der Bewicklung eine Gasbehandlungseinrichtung angeordnet, die zum Beispiel durch Imprägnieren der Zwischenschicht mit einem entsprechenden Gasbehandlungsmittel gebildet ist. Die Gasbehandlungseinrichtung kann beispielsweise einen Oxidationskatalysator aufweisen. Wenn es sich bei dem im Druckbehälter gespeicherten gasförmigen Medium um Wasserstoff handelt, wird der durch den Liner hindurch tretende und durch die Zwischenschicht geströmte Wasserstoff durch den Oxidationskatalysator zu Wasser oxidiert, das ohne Gefährdung an die Umgebung abgegeben werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungsbereich der Zwischenschicht mit der Außenseite der Bewicklung im Bereich eines Halses des Druckbehälters vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um den Bereich einer Befüll- und/oder Entnahmeöffnung des Druckbehälters.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Composite-Druckbehälters der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines herkömmlichen Composite-Druckbehälters vor seiner Entladung;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des herkömmlichen Composite-Druckbehälters nach seiner Entladung;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Composite-Druckbehälters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vor seiner Entladung;
Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Composite-Druckbehälters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach seiner Entladung; und
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines Composite-Druckbehälters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Druckbehälters zum Speichern von gasförmigem Wasserstoff unter einem Druck von beispielsweise 700 bar beschrieben, der zum Beispiel in Brennstoffzellensystemen einsetzbar ist. Die Erfindung ist aber keinesfalls auf dieses gasförmige Medium, diesen Überdruck im Innern des Druckbehälters und diesen Anwendungsfall beschränkt. Bezug nehmend auf Fig. 1 wird zunächst der Grundaufbau eines Composite-Druck- behälters näher beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen kann.
Der Composite-Druckbehälter 10 ist aus einem Liner 12 gebildet, der einen Innenraum 14 zum Aufnehmen von gasförmigem Wasserstoff definiert. Für die Herstellung des Liners 12 wird zum Beispiel ein Kunststoffmaterial verwendet. Der Liner 12 ist von einer Bewicklung 16 umgeben, die zum Beispiel aus einem Faserverbundwerkstoff wie beispielsweise harzgetränkten Kohlefasern gebildet wird, um dem Druckbehälter 10 die notwendige Formstabilität zu verleihen. Die Materialien zur Herstellung des Liners 12 und der Bewicklung 16 sind aber nicht auf diese genannten Materialien eingeschränkt. Ebenso ist die Erfindung nicht auf eine spezielle Form der Bewicklung 16 (z.B. axiale und/oder tangentiale und/oder in einem Winkel angestellte Wicklungsrichtung der Fasern) und auf spezielle Dickenmaße des Liners 12 und der Bewicklung 16 eingeschränkt. Da der Grundaufbau des Druckbehälters dem Fachmann bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird er problemlos eine den jeweiligen Anforderungen (z.B. Gasart, Druck, Anwendungsgebiet) entsprechende Ausführungsform konstruieren können.
In der Ausführungsform von Fig. 1 weist der Druckbehälter 10 zwei Halsbereiche (oben bzw. unten in der Figur) auf, an denen jeweils eine Öffnung 22 vorgesehen ist, die mit einem Halsstück 18 bzw. 20 abgedichtet bzw. verschlossen ist. In der nicht durch ein Halsstück verschlossenen Öffnung 22 (oben in der Figur) ist vorzugsweise ein Ventil 24 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf spezielle Ausgestaltungen der Halsstücke 18, 20 beschränkt. Zusätzlich können in den beiden Halsbereichen des Druckbehälters 10 auch noch Polkappen zur zusätzlichen Stabilisierung des Druckbehälters 10 vorgesehen sein. Auch kann der Druckbehälter 10 wahlweise mit zwei mit einem Ventil 24 versehenen Öffnungen 22 ausgebildet sein. Darüber hinaus ist auch die Form des Druckbehälters 10 nicht auf die in Fig. 1 gezeigte mit zwei Halsbereichen beschränkt.
Ferner ist auf der Außenseite der Bewicklung 16 eine Beschichtung 26 zum Beispiel in Form einer Lackschicht aufgebracht.
Anhand von Fig. 2 und 3 wird nun zunächst die Problematik des Wasserstoff-Austritts aus einem herkömmlichen Druckbehälter erläutert. Im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 wird zum Beispiel gasförmiger Wasserstoff bei einem Druck von etwa 700 bar gespeichert. Im Laufe der Zeit diffundiert eine gewisse Menge dieses Wasserstoffs durch den Liner 12 (siehe Pfeile 28 in Fig. 2). Dieser durch den Liner 12 hindurch getretene gasförmige Wasserstoff sammelt sich zu großen Teilen in Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16. Ein geringer Anteil dieses Wasserstoffes gelangt möglicherweise durch Poren oder Löcher 32 in der Bewicklung 16 an die Umgebung. Ein freier Zugang dieses angesammelten Wasserstoffes zu den wenigen kleinen Löchern 32 in der Bewicklung ist durch ein makroskopisch bündiges Anliegen der Bewicklung 16 an den Liner 12 bei hohem Druck im Innenraum 14 des Liners 12 stark behindert.
Bei längerer Standzeit des Druckbehälters 10 baut sich durch den Wasserstoff in den Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 ein Druck auf, der in Extremfällen auch zu einer Verformung des Liners 12 führen kann.
Wird dann nach längerer Standzeit der Druckbehälter 10 entladen bzw. eine bestimmte Menge Wasserstoff aus dem Innenraum 14 entnommen, sodass der Druck im Innenraum 14 deutlich abnimmt, so entsteht durch den in den Taschen 30 zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 angesammelten Wasserstoff ein Überdruck. Dieser Überdruck bewirkt eine Trennung des Liners 12 von der Innenseite der Bewicklung 16, wie in Fig. 3 veranschaulicht, und kann auch zu einer Verformung des Liners 12 führen. Durch die Trennung (siehe Doppelpfeil in Fig. 3) entsteht ein Strömungspfad für den gasförmigen Wasserstoff von den Taschen 30 zu den Poren / Löchern 32 und damit zur Außenseite der Bewicklung 16, sodass der durch den Liner 12 hindurch getretene Wasserstoff aus dem Druckbehälter 10 entweichen kann.
Auf diese Weise strömt bei der Entladung des Druckbehälters 10 nach längerer Standzeit der durch den Liner 12 diffundierte Wasserstoff schlagartig und mit einer vergleichsmäßig hohen Rate aus dem Druckbehälter 10 aus.
Um eine Gefährdung der Umgebung durch den aus dem Druckbehälter 10 mit hohen Raten austretenden Wasserstoff zu verhindern, wird gemäß der vorliegenden daher vorgeschlagen, den oben beschriebenen Druckaufbau zwischen Liner 12 und Bewicklung 16 bei einer längeren Standzeit des Druckbehälters 10 zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Maßnahmen durchgeführt. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbehälters wird nun anhand der Fig. 4 und 5 erläutert.
Der Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels ist wie der herkömmliche Druckbehälter aus einem Liner 12, der einen Innenraum 14 zur Aufnahme von gasförmigem Wasserstoff definiert, sowie einer den Liner 12 umgebenden Bewicklung 16 aufgebaut. Auch bei dieser Konstruktion des Druckbehälters 10 diffundiert bei längeren Standzeiten aufgrund des hohen Drucks im Innenraum 14 eine geringe Menge Wasserstoff durch den Liner 12 hindurch (siehe Pfeile 28 in Fig. 4), die zunächst in Taschen 30 zwischen Liner 12 und Bewicklung 16 gesammelt wird.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Composite-Druckbehältem ist bei dem Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels jedoch die Bewicklung zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Bewicklung 16 zum Beispiel porös ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ sind in der Bewicklung 16 an bestimmten Stellen Bohrungen 34 vorgesehen, welche die Innenseite der Bewicklung 16 mit ihrer Außenseite verbinden. Auf diese Weise kann der gasförmige Wasserstoff, der den Liner 12 durchdringt, kontinuierlich und mit geringen Raten durch die Bewicklung 16 nach außen abgegeben werden. Im Vergleich zu der schlagartigen Freisetzung des Wasserstoffes mit einer hohen Rate ist das Gefährdungspotenzial für die Umgebung des Druckbehälters 10 durch den austretenden gasförmigen Wasserstoff deutlich herabgesetzt.
Auch wenn sich bei einer Entladung des Druckbehälters 10 auch in diesem Fall der Liner 12 etwas von der Bewicklung 16 ablöst und damit Strömungspfade zwischen den einzelnen Taschen 30 entstehen, wie in Fig. 5 dargestellt, so wird in diesem Zustand keine große Menge Wasserstoff mehr freigesetzt, weil dieser bereits während eines großen Zeitraums gleichmäßig durch die Bewicklung 16 ausgeströmt ist und keinen nennenswerten Druck zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 aufbauen konnte.
Die Bewicklung 16 ist zumindest in Teilbereichen gasdurchlässig ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bewicklung jedoch im Wesentlichen über ihren gesamten Bereich hinweg gasdurchlässig ausgebildet.
Falls, wie in Fig. 1 dargestellt, die Bewicklung 16 mit einer Lackschicht 26 oder dergleichen beschichtet ist, so muss bei diesem Ausführungsbeispiel natürlich auch diese Lackschicht 26 gasdurchlässig sein. Dies gilt zumindest in den Bereichen, in denen auch die Bewicklung 16 gasdurchlässig ausgebildet ist.
Die poröse Bewicklung 16 kann zum Beispiel wie folgt aufgebaut sein. Die Bewicklung 16 besteht im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff, der zum Beispiel aus Kohlefasern, welche die eigentliche Druckfestigkeit der Bewicklung ergeben, und einem Harz zum Fixieren der Kohlefasern aufgebaut ist. Dieses Harz muss zumindest teilweise porös ausgebildet sein. Die Festigkeit und die Druckstabilität der gesamten Bewicklung 16 müssen natürlich dennoch gewährleistet bleiben. D.h. das zur Fixierung verwendete Harz liefert keinen nennenswerten Beitrag zur Druckstabilität des Druckbehälters 10; lediglich der Verbund der Kohlefasern ist dafür ausschlaggebend.
Zur Herstellung der porösen Bewicklung 16 wird zum Beispiel ein Harz verwendet, welches beim Aushärten aufgrund starker innerer Spannungen Mikrorisse in ausreichender Zahl bildet. Diese Mikrorisse dürfen jedoch nicht zu einem vollständigen Zerfall der Bewicklung 16 führen. Zudem müssen die Mikrorisse eine durchgehende Verbindung durch die gesamte Bewicklung 16 hindurch bilden, da sie für das Abführen des Wasserstoffes an die Umgebung notwendig sind.
Die gleichen Ausführungen gelten analog auch für die gegebenenfalls vorgesehene äußere Lackschicht 26. Diese kann ebenfalls nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden und muss die gleichen Bedingungen hinsichtlich der Wasserstoffabführung erfüllen.
Das Anbringen von gezielten Bohrungen 34 an zuvor ermittelten Stellen in ausreichender Anzahl bedarf keiner näheren Erläuterungen. Es können grundsätzlich beliebige Verfahren zur Anwendung kommen.
Die Gasdurchlässigkeit der Bewicklung 16 hängt natürlich auch von dem jeweiligen Gas im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 ab. Je nach der Art des im Druckbehälter 10 gespeicherten gasförmigen Mediums müssen die Gasdurchlässigkeitseigenschaften, d.h. zum Beispiel die Porosität und/oder die Bohrungen 34, angepasst werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Composite-Druckbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf Fig. 6 in mehr Einzelheiten beschrieben. Der Druckbehälter 10 dieses Ausführungsbeispiels ist wie der herkömmliche Druckbehälter aus einem Liner 12, der einen Innenraum 14 zur Aufnahme von gasförmigem Wasserstoff definiert, sowie einer den Liner 12 umgebenden Bewicklung 16 aufgebaut. Auch bei dieser Konstruktion des Druckbehälters 10 diffundiert bei längeren Standzeiten aufgrund des hohen Drucks im Innenraum 14 eine geringe Menge Wasserstoff durch den Liner 12 hindurch.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Composite-Druckbehältern ist bei dem Druckbehälter 10 des Ausführungsbeispiels von Fig. 6 jedoch zwischen dem Liner 12 und der Bewicklung 16 eine gasdurchlässige Zwischenschicht 36 vorgesehen. Diese Zwischenschicht 36 ist zum Beispiel in den Halsbereichen (rechts und links in Fig. 6) des Druckbehälters 10 mit der Außenseite der Bewicklung 16, d.h. mit der Umgebung des Druckbehälters 10 verbunden. Auf diese Weise kann der gasförmige Wasserstoff, der durch den Liner 12 hindurch dringt, kontinuierlich und mit geringen Raten über die Zwischenschicht 36 an die Umgebung abgegeben werden. Im Vergleich zu der schlagartigen Freisetzung des Wasserstoffes mit einer hohen Rate ist das Gefährdungspotenzial für die Umgebung des Druckbehälters 10 durch den austretenden gasförmigen Wasserstoff deutlich herabgesetzt.
Die Bewicklung 16 selbst kann in gleicher Weise wie bei herkömmlichen Druckbehältern gasdicht gebildet und wahlweise auch mit einer Beschichtung 26 zum Beispiel in Form einer Lackschicht versehen sein. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenschicht 36 ist zum Beispiel zumindest teilweise porös ausgebildet.
Zusätzlich ist in den Verbindungsbereichen der Zwischenschicht 36 mit der Umgebung des Druckbehälters 10, d.h. in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6, in den Halsbereichen des Druckbehälters 10 bei der Befüll- bzw. der Entnahmeöffnung 22 eine Gasbehandlungseinrichtung 38 angeordnet. Diese Gasbehandlungseinrichtung 38 ist zum Beispiel durch Imprägnieren der porösen Zwischenschicht 36 mit einem entsprechenden Gasbehandlungsmittel gebildet.
Falls im Innenraum 14 des Druckbehälters 10 gasförmiger Wasserstoff gespeichert werden soll, enthält diese Gasbehandlungseinrichtung 38 vorzugsweise einen Oxidations- katalysator, der den Wasserstoff in den beschriebenen Verbindungsbereichen zu Wasser oxidiert. Das so entstehende Wasser tritt in flüssiger Form oder dampfförmig durch den durch die Zwischenschicht 36 nachströmenden Wasserstoff aus. Eine Gefährdung der Umgebung des Druckbehälters 10 durch austretenden Wasserstoff wird bei diesem Ausführungsbeispiel vollständig vermieden.
Der oxidativ-katalytisch wirksame Teil 38 der porösen Zwischenschicht 36 befindet sich nur im Bereich des Austritts der Zwischenschicht 36 an die Umgebung des Druckbehälters 10, wo ohne die Gasbehandlungseinrichtung 38 der Wasserstoff austreten würde. Der katalytisch wirksame Bereich 38 kann beispielsweise durch Imprägnieren der porösen Zwischenschicht 36 mit einer Flüssigkeit, die den Katalysator in gelöster oder suspendierter Form enthält, hergestellt werden. Durch thermisches Nachbehandeln dieses imprägnierten Bereichs 38 kann die Aktivität des Katalysators weiter gesteigert werden. Falls die poröse Zwischenschicht 36 bereits auf den Liner 12 aufgebracht ist, darf eine solche thermische Nachbehandlung natürlich nur bis zu Temperaturen erfolgen, bei denen der Liner 12 keinen Schaden nimmt.
Da der Oxidationskatalysator 38 in dem Verbindungsbereich des normalen Austritts des Wasserstoffes in die Umgebung angeordnet ist, ist ein ausreichender Zutritt von Sauerstoff gewährleistet, der für die katalytische Oxidation benötigt wird.
Durch das stetige Abführen des durch den Liner 12 hindurch tretenden Wasserstoffes entsteht zudem beim Entladen des Druckbehälters und damit einem Druckabbau im Innenraum 14 des Liners 12 kein Überdruck mehr zwischen Liner 12 und Bewicklung 16, sodass eine ungleichmäßige Verformung des Liners 12 vermieden wird.
Ein Verfahren zum Aufbringen der porösen Zwischenschicht 36 auf den Liner 12 muss dabei gewährleisten, dass sowohl bei diesem Vorgang als auch bei der darauf folgenden Aufbringung der Bewicklung 16 die freie Durchgängigkeit der porösen Zwischenschicht 36 für den Wasserstoff bis hin zu dem katalytisch wirksamen Bereich 38 erhalten bleibt, damit das Abführen des durch den Liner 12 hindurch tretenden Wasserstoffes zur Gasbehandlungseinrichtung 38 gewährleistet ist.
Gleiches gilt auch für den zum Beispiel durch Imprägnieren hergestellten Oxidationskatalysator 38 am freien Ende der porösen Zwischenschicht 36, damit ein ungehinderter Austritt des im Katalysator 38 erzeugten Wassers an die Umgebung gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck, mit einem Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und einer den Liner (12) umgebenden Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) eine Formstabilität verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildet ist, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas durch die Bewicklung (16) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) zumindest teilweise porös ausgebildet ist und/oder mit Bohrungen (34), welche die Innenseite der Bewicklung mit ihrer Außenseite verbinden, versehen ist.
3. Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) aus einem Fasermaterial gebildet ist, welches mit einem Harzmaterial fixiert ist, wobei das Harzmaterial im ausgehärteten Zustand zumindest teilweise porös ist.
4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (16) des Druckbehälters (10) auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung (26) versehen ist, welche zumindest in den gasdurchlässigen Bereichen der Bewicklung (16) ebenfalls gasdurchlässig ausgebildet.
5. Druckbehälter (10) zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck, mit einem Liner (12), der einen Innenraum (14) zur Aufnahme eines gasförmigen Mediums definiert, und einer den Liner (12) umgebenden Bewicklung (16), die dem Druckbehälter (10) eine Formstabilität verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Liner (12) und der Bewicklung (16) eine gasdurchlässige Zwischenschicht (36) vorgesehen ist, die in wenigstens einem Bereich mit der Außenseite der Bewicklung (16) verbunden ist, sodass das den Liner (12) durchdringende Gas durch die Zwischenschicht (36) aus dem Druckbehälter (10) entweichen kann.
6. Druckbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) zumindest teilweise porös ausgebildet ist.
7. Druckbehälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) eine Gasbehandlungseinrichtung (38) angeordnet ist.
8. Druckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungseinrichtung (38) einen Oxidationskatalysator aufweist.
9. Druckbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungseinrichtung (38) durch Imprägnieren der Zwischenschicht (36) mit einem Gasbehandlungsmittel gebildet ist.
10. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) im Bereich eines Halses des Druckbehälters (10) vorgesehen ist.
11. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich der Zwischenschicht (36) mit der Außenseite der Bewicklung (16) im Bereich einer Befüll- und/oder Entnahmeöffnung (22) des Druckbehälters (10) vorgesehen ist.
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Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/125,773 US20120018314A1 (en) 2008-10-25 2009-10-06 Pressure Vessel for Storing Gaseous Media Under Pressure
JP2011532517A JP5661636B2 (ja) 2008-10-25 2009-10-06 加圧された気体媒体を貯蔵する圧力容器

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WO (1) WO2010046027A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2956185A1 (fr) * 2010-02-11 2011-08-12 Air Liquide Reservoir composite et ensemble comprenant un tel reservoir et un organe receveur et/ou distributeur de gaz

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010033599A1 (de) * 2010-08-06 2012-02-09 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von niedermolekularen Gasen
DE102011108597B4 (de) 2011-07-26 2013-09-12 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von niedermolekularen Gasen
FR2995656B1 (fr) * 2012-09-17 2014-10-03 Centre Nat Etd Spatiales Procede d'etancheification d'un reservoir en materiau composite
FR3015629B1 (fr) * 2013-12-20 2016-01-29 Eads Composites Aquitaine Reservoir destine au stockage de milieux liquides ou gazeux sous pression
FR3017441B1 (fr) 2014-02-12 2016-07-29 Air Liquide Reservoir composite et son procede de fabrication
JP6287872B2 (ja) * 2015-01-29 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 タンク
WO2017161085A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 Brian Yeggy Vented fitting for pressure vessel boss
DE102016208005B3 (de) * 2016-05-10 2017-05-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter mit Ausgasungskanälen sowie Herstellungsverfahren
DE102016220995A1 (de) * 2016-10-25 2018-04-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter mit einem Auslass für zwischen einem Liner und einer faserverstärkten Schicht angesammelten Brennstoff
DE102017206338A1 (de) 2017-04-12 2018-10-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Druckentlastung eines Druckbehälters sowie Druckbehälter
JP6939525B2 (ja) * 2017-12-25 2021-09-22 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクの製造方法
JP6741707B2 (ja) * 2018-03-07 2020-08-19 本田技研工業株式会社 高圧タンク装置及びその制御方法
JP6741708B2 (ja) * 2018-03-07 2020-08-19 本田技研工業株式会社 高圧タンク装置
FR3087245B1 (fr) * 2018-10-11 2021-12-31 Stelia Aerospace Composites Dispositif anti-collapse pour reservoir de stockage de gaz sous pression
JP2020118288A (ja) * 2019-01-28 2020-08-06 トヨタ自動車株式会社 水素タンク

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565275A (en) * 1966-10-06 1971-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hydrogen embrittlementproof vessel of layer
DE2358295A1 (de) * 1973-11-22 1975-06-05 Hahn & Clay Verfahren zur herstellung eines gegenueber wasserstoffversproedung resistenten druckbehaelters
DE3735767A1 (de) * 1986-11-13 1988-07-28 Kasyco Unternehmensberatungsge Druckbehaelter
EP0753700A1 (de) * 1995-07-10 1997-01-15 MANNESMANN Aktiengesellschaft Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff
US6193876B1 (en) * 1996-07-22 2001-02-27 European Atomic Energy Community (Euratom) Hydrogenation method and reactor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB995684A (en) * 1963-05-24 1965-06-23 Metal Containers Ltd Container for pressure fluid
FR1485626A (fr) * 1966-04-14 1967-06-23 Chantiers De Latlantique élément de paroi d'enceinte ou de cloison normalement étanche, résistant à la détérioration par un agent diffusant et ses diverses applications
US3585052A (en) * 1968-10-15 1971-06-15 Jacob F Dannewald Heat resistant paint
GB2135901A (en) 1983-02-28 1984-09-12 Hydrocarbon Research Inc Multilayer pressure vessel construction and use
GB8329905D0 (en) * 1983-11-09 1983-12-14 British Petroleum Co Plc Container
JP2007278482A (ja) 2006-04-12 2007-10-25 Toyota Motor Corp 水素タンク
DE102006043582B3 (de) * 2006-09-16 2008-03-06 Xperion Gmbh Druckbehälter
JP2008190699A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び燃料ガスタンク
JP2008261414A (ja) * 2007-04-11 2008-10-30 Toyota Motor Corp 圧力容器及びその製造方法
JP2009174700A (ja) * 2007-06-14 2009-08-06 Toyota Motor Corp ガスタンク
JP2009216133A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Toyota Motor Corp ガス容器及びそのガス容器のガス抜き孔形成方法
JP5365394B2 (ja) * 2009-07-24 2013-12-11 トヨタ自動車株式会社 高圧ガスタンクの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565275A (en) * 1966-10-06 1971-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hydrogen embrittlementproof vessel of layer
DE2358295A1 (de) * 1973-11-22 1975-06-05 Hahn & Clay Verfahren zur herstellung eines gegenueber wasserstoffversproedung resistenten druckbehaelters
DE3735767A1 (de) * 1986-11-13 1988-07-28 Kasyco Unternehmensberatungsge Druckbehaelter
EP0753700A1 (de) * 1995-07-10 1997-01-15 MANNESMANN Aktiengesellschaft Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff
US6193876B1 (en) * 1996-07-22 2001-02-27 European Atomic Energy Community (Euratom) Hydrogenation method and reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2956185A1 (fr) * 2010-02-11 2011-08-12 Air Liquide Reservoir composite et ensemble comprenant un tel reservoir et un organe receveur et/ou distributeur de gaz

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