Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere von Erdgas, mit mindestens zwei Druckbehältern (1), die zu einer Baueinheit verbunden sind, wobei mindestens ein Druckbehälter (1) einen Stutzen (4) zum Be- und Entladen aufweist.
Erfindungsgemäß sind die Druckbehälter (1) über eine gemeinsame Trennwand (5) miteinander verschweißt, wobei die Trennwand (5) mindestens eine Durchtrittsöffnung (6) für das Gas aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere von Erdgas, mit mindestens zwei Druckbehältern, die zu einer Baueinheit verbunden sind, wobei mindestens ein Druckbehälter einen Stutzen zum Be- und Entladen aufweist.

[0002] Derartige Behälter werden insbesondere in erdgasbetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Der Betriebsdruck der Behälter ist mit etwa 200 bar sehr hoch, so dass die Behälter aus hochdruckfestem Material, insbesondere Metall bestehen müssen.

[0003] Aus der Praxis ist die Verwendung von zylinderförmigen Flaschen aus Stahl bekannt. Je nach Menge des zu speichernden Gases werden mehrere Flaschen eingesetzt, die jeweils einen Stutzen bzw. Ventilansatz zum Be- und Entladen aufweisen. Der Platzbedarf derartiger Flaschenbündel ist relativ hoch. Es sind auch formveränderliche Druckbehälter aus Kunststoff bekannt. Mehrere Druckbehälter werden nebeneinander angeordnet und mittels einer gemeinsamen Umhüllung derart zusammen gehalten, dass ein kleineres Packmaß vorliegt als bei einzelnen zylindrischen Flaschen.

[0004] Obwohl die Druckbehälter in Form von zylindrischen Flaschen zu einer Baueinheit verbunden sind, handelt es sich jeweils um hydraulisch unabhängige Einzelbehälter. Jeder einzelne Druckbehälter benötigt dementsprechend einen Stutzen bzw. Ventilanschluss zum Be- oder Entladen. Die Ventilanschlüsse verursachen zusätzlichen Aufwand und sind ungünstig für eine optimale Raumausnutzung.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter zu schaffen, der einerseits die notwendige Festigkeit zum Speichern von Gas unter hohem Druck aufweist und der andererseits eine bessere Raumausnutzung in Pkws ermöglicht.

[0006] Die Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0007] Beliebig viele Druckbehälter können miteinander zu einem einstückigen Behälter verbunden werden. Die Trennwand bewährleistet, dass der Behälter unter dem Einfluss des hohen Druckes von etwa 200 bar formstabil bleibt. Über die Durchtrittsöffnung in der Trennwand findet ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern statt. Die Trennwand unterliegt keiner Biegebelastung, da sie beidseitig durch den gleichen Innendruck belastet ist. Es entsteht somit ein Behälter mit einer wabenartigen Struktur, die eine gute Raumausnutzung ermöglicht. Der Stutzen zum Be-und Entladen kann an einer Stelle angeordnet werden, die im Hinblick auf die Raumausnutzung günstig ist.

[0008] Der Behälter zeichnet sich auch dadurch aus, dass prinzipiell kein höheres Membranspannungsniveau vorliegt als bei den bekannten zylindrischen Druckbehältern, d. h. der Behälter ist unter Innendruckbelastung im wesentlichen frei von Biegemomenten. Damit werden hohe Belastungen vermieden und der Behälter kann gewichtsoptimiert gebaut werden.

[0009] Vorzugsweise ist die Trennwand im Wesentlichen eben ausgebildet und weist an ihrem Rand beidseitig Ansätze auf, die in einem Winkel zur Trennwand verlaufen. Die Übergangsbereiche zwischen den Ansätzen und der Trennwand sind abgerundet. Durch eine entsprechende Wahl der Radien kann an den Übergangsstellen das Membranspannungsniveau positiv beeinflusst bzw. entsprechend eingestellt werden.

[0010] Die Y-förmige Formgebung der Trennwand im Randbereich hat den Vorteil, dass die Ansätze mit den ihnen zugewandten Behälterwänden Stossstellen bilden, die mittels Dünnspalttechnik verschweißt werden können. Dies ermöglicht die Verwendung von hochfestem relativ dünnwandigem Stahlblech. Die Wanddicke des geschweißten Behälters ist daher nicht größer als die Wanddicke der bekannten nahtlosen zylinderförmigen Flaschen.

[0011] Herstellungstechnisch ist es besonders vorteilhaft, den Rand der Trennwand mittels einer Stauchung, vorzugsweise einer Kaltstauchung, zu beidseitigen Ansätzen zu verformen.

[0012] Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbehälter eine im Wesentlichen zylinderförmige Behälterwand mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen und dass sich an die Behälterwand beidseitig im Wesentlichen halbkugelförmige Kugelböden anschließen.

[0013] Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, die Druckbehälter ungleich lang sind und/oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Die äußere Form des Behälters kann somit sehr variabel an die Fahrzeugstruktur angepasst werden.

[0014] Bei ungleich langen Druckbehältern ist die Trennwand wenigstens an einem Ende derart gekrümmt, dass die Endbereiche unterschiedlich langer benachbarter Druckbehälter verbindbar sind. Dadurch wird es möglich, den Endbereichs des kürzeren Druckbehälters mit einem nicht fluchtenden Ende des benachbarten Druckbehälters unter Einhaltung des strukturmechanisch günstigen Membranspannungsniveaus, bzw. Membranspannungszustandes, zu verbinden.

[0015] Vorzugsweise ist jeder Druckbehälter mit einem Revisionsöffnung versehen. Damit besteht die Möglichkeit, die Trennwand im Rahmen von regelmäßigen Inspektionen zu überprüfen. Die Revisionsöffnungen können stirnseitig am Kugelboden in Form von Rohrstutzen angeordnet sein. Diese können auch zur Halterung des Behälters genutzt werden.

[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Behälters zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere von Erdgas mit mindestens zwei Druckbehältern wobei mindestens ein Druckbehälter mit einem Stutzen zum Be- und Entladen versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbehälter eine zylinderförmige Behälterwand mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, an die in einem ersten Schritt beidseitig Kugelböden angeschweißt werden. Anschließend werden die Behälterwand und die Kugelböden von benachbarten Druckbehältern über eine gemeinsame Trennwand miteinander verschweißt und zwar vorzugsweise mittels Dünnspalttechnik.

[0017] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Behälters im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

[0018] Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Behälter;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen aufgeschnittenen Druckbehälter;

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht eine Trennwand;

Fig. 4 eine Detaildarstellung der Schnittfläche der Trennwand;

Fig. 5 in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters;

Fig. 6 eine Sicht auf die Trennwand des Behälters nach Fig. 5.

[0019] Fig. 1 zeigt einen Behälter, der aus drei Druckbehältern 1 besteht. Der Behälter besteht aus hochfestem Blech und zwar aus wasservergütetem Feinkornstahl. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weisen die Druckbehälter 1 jeweils eine zylinderförmige Behälterwand 2 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Die Behälterwand 2 wurde kalt aus dem Stahlblech gewalzt oder gepresst. Es ist auch möglich, die Behälterwand 2 aus einem Rohr auszuschneiden. An die Behälterwand 2 schließen sich stirnseitig im wesentlichen halbkreisförmige Kugelböden 3 an, die ebenfalls aus hochfestem kalt gepresstem Stahlblech bestehen. Ein Kugelboden 3 weist einen Stutzen 4 zum Be- und Entladen auf. Die Behälterwand 2 wird mit den Kugelböden 3 verschweißt, vorzugsweise mittels Dünnspalttechnik, insbesondere Laserschweißen.

[0020] Zwischen zwei Druckbehältern 1 befindet sich eine ebene Trennwand 5. Beim Ausführungsbeispiel ist diese stegartig ausgeführt. Die Trennwand 5 besteht ebenfalls aus Stahlblech. Am Rand der Trennwand sind umlaufend beidseitig Ansätze 7 ausgebildet. Die Schnittfläche der Trennwand ist im Bereich des Randes somit ypsilonförmig. (Fig. 3 und Fig. 4). Von der stegartigen Trennwand ausgehend divergieren die Ansätze 7 umlaufend derart schräg nach außen, dass die Ansätze mit den Wänden der Druckbehälter 1 Stoßstellen zu bilden. Die Übergangsbereiche sind nach innen gerundet. Die Ansätze 7 werden vorzugsweise durch eine Kaltstauchung hergestellt.

[0021] Die Ansätze 7 verlaufen in einem Winkel zur Trennwand, wobei jeweils die Winkel der beiden Ansätze unterschiedlich groß sein können und so gewählt werden, dass die Ansätze 7 mit den Wänden der Druckbehälter 1 aneinander stoßen. Durch die Ansätze 7 am Rand der Trennwand 5 wird es möglich, die einzelnen Teile mittels Dünnspalttechnik zu verschweißen. Hierbei werden mittels eines Laserstrahls die Ränder der zu verbindenden Teile aufgeschmolzen und stoffschlüssig verbunden. Diese Technik ist besonders geeignet zum Verschweißen von hochfesten Werkstoffen mit dünnen Wandstärken. Die Wärmeeinbringung in das Material ist gering, so dass kaum ein Schweißverzug entsteht. Außerdem wird eine großvolumige Schweißnaht, bei der relativ große Mengen an Fremdmaterial eingebracht werden muss, vermieden.

[0022] Jede Trennwand 5 weist eine Durchtrittsöffnung 6 auf, so dass beim Befüllen ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 1 entsteht.

[0023] In Fig. 5 ist ein Behälter mit zwei gleich langen Druckbehältern 1 und einem kürzeren Druckbehälter 1a dargestellt. Die Trennwand 5a zwischen dem Druckbehälter 1 und dem kürzeren Druckbehälter 1a ist in Fig. 6 dargestellt. Die Enden der Trennwand 5a sind, ähnlich einer Skispitze, einfach gekrümmt. Jeder Druckbehälter ist mit einer nicht dargestellten Revisionsöffnung versehen.

[0024] Im Rahmen der Erfindung sind ohne Weiteres Abwandlungen möglich. So können die Druckbehälter 1 eine andere Querschnittsform aufweisen. Die Druckbehälter 1 können einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen. Die Trennwand kann 5 eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 6 aufweisen, so dass eine Gitterkonstruktion entsteht.

Ansprüche

1. Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere von Erdgas mit mindestens zwei Druckbehältern (1), wobei mindestens ein Druckbehälter (1) mit mindestens einem Stutzen (4) zum Be- und Entladen versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckbehälter (1) über eine gemeinsame Trennwand (5) miteinander verschweißt sind, wobei die Trennwand (5) mindestens eine Durchtrittsöffnung (6) für das Gas aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwand (5) im Wesentlichen eben ausgebildet ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwand (5) an ihrem Rand beidseitig Ansätze (7) aufweist, die in einem Winkel zur Trennwand (5) verlaufen.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rand der Trennwand mittels einer Stauchung zu beidseitigen Ansätzen (7) verformt ist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckbehälter (1) eine im Wesentlichen zylinderförmige Behälterwand (2) mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen und dass sich an die Behälterwand (2) beidseitig im Wesentlichen halbkreisförmige Kugelböden (3) anschließen.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckbehälter (1) unterschiedlich lang sind und/oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen.

7. Behälter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwand (5) wenigstens an einem Ende derart gekrümmt ist, dass die Endbereiche unterschiedlich langer benachbarter Druckbehälter verbindbar sind.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
ist jeder Druckbehälter (1) mit einem Revisionsöffnung versehen.

9. Verfahren zum Herstellen eines Behälters zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere von Erdgas mit mindestens zwei Druckbehältern (1), wobei mindestens ein Druckbehälter (1) mit einem Stutzen zum Be- und Entladen (4) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckbehälter (1) eine zylinderförmige Behälterwand (2) mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, an die beidseitig Kugelböden (3) angeschweißt werden und dass anschließend die Behälterwand (2) und die Kugelböden (3) von benachbarten Druckbehältern über eine gemeinsame Trennwand (5) miteinander verschweißt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Teile (2, 3,5) mittels Dünnspalttechnik miteinander verschweißt werden.

Zeichnung