Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck

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 europäische Patentanmeldung EP 0 895 017 A1, welche als nächstliegender Stand der Technik anzusehen ist, zeigt einen Gasbehälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

[0007] Die Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] Die Trennwand ist 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.

[0011] 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.

[0012] Herstellungstechnisch ist es besonders vorteilhaft, den Rand der Trennwand mittels einer Stauchung, vorzugsweise einer Kaltstauchung, zu beidseitigen Ansätzen zu verformen.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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 an Ansätzen der Trennwand, die mit den Wänden der Druckbehälter Stoßstellen bilden mittels Laserschweißen miteinander verschweißt.

[0018] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Behälters im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] Jede Trennwand 5 weist eine Durchtrittsöffnung 6 auf, so dass beim Befüllen ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 1 entsteht.

[0024] 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.

[0025] 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, wobei die Druckbehälter (1) über eine gemeinsame Trennwand (5) miteinander verschweißt sind, und wobei die Trennwand (5) mindestens eine Durchtrittsöffnung (6) für das Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (5) an ihrem Rand beidseitig Ansätze (7) aufweist, die in einem Winkel zur Trennwand (5) verlaufen, wobei die Ansätze mit den Wänden (2) der Druckbehälter (1) Stoßstellen bilden.

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

3. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
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.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbehälter (1) unterschiedlich lang sind und unterschiedliche Querschnitte aufweisen.

5. Behälter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet; dass die Trennwand (5) wenigstens an einem Ende derart gekrümmt ist, dass die Endbereiche unterschiedlich langer benachbarter Druckbehälter verbindbar sind.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbehälter (1) unterschiedliche Querschnitte aufweisen.

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

8. Verfahren zum Herstellen eines Behälters zum Speichern von Gas unter hohem Druck mit mindestens zwei Druckbehältern (1), wobei mindestens ein Druckbehälter (1) mit einem Stutzen zum Be- und Entladen (4) versehen ist, wobei 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), die an ihrem Rand beidseitig Ansätze (7) aufweist, die in einem Winkel zur Trennwand (5) verlaufen und mit den Wänden (2) der Druckbehälter (1) Stoßstellen bilden, an den Ansätzen (7) der Trennwand mittels Laserschweißen miteinander verschweißt werden.

Claims

1. A vessel for storing gas under high pressure, especially natural gas, with at least two pressure vessels (1), with at least one pressure vessel (1) being provided with at least one nozzle (4) for loading and unloading, with the pressure vessels (1) being welded together through a common separating wall (5), and with the separating wall (5) having at least one pass-through opening (6) for the gas, characterized in that the separating wall (5) comprises noses (7) at its edge at both sides, which noses extend at an angle to the separating wall (5), with the noses forming abutting points with the walls (2) of the pressure vessels (1).

2. A vessel according to claim 1, characterized in that the separating wall (5) is arranged in a substantially planar way.

3. A vessel according to one of the claims 1 to 2, characterized in that the pressure vessels (1) have a substantially cylindrical vessel wall (2) with a cross section in the shape of a segment of a circle and that substantially semi-circular spherical bases (3) are adjacent to the container wall (2) on both sides.

4. A vessel according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the pressure vessels (1) are differently long and have different cross sections.

5. A vessel according to claim 4, characterized in that the separating wall (5) is curved at least at one end in such a way that the end regions of differently long adjacent pressure vessels can be connected.

6. A vessel according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the pressure vessels (1) have different cross sections.

7. A vessel according to one of the claims 1 to 6, characterized in that each pressure vessel (1) is provided with an inspection opening.

8. A method for producing a vessel for storing gas under high pressure, comprising at least two pressure vessels (1), with at least one pressure vessel (1) being provided with at least one nozzle (4) for loading and unloading, with the pressure vessels (1) having a substantially cylindrical vessel wall (2) with a cross section in the shape of a segment of a circle, to which spherical bases (3) are welded on both sides, and thereafter the vessel wall (2) and the spherical bases (3) of adjacent pressure vessels are welded together by means of laser welding via a common separating wall (5) which comprises noses (7) at its edge on both sides, which noses extend at an angle to the separating wall (5) and form abutting points with the walls (2) of the pressure vessels (1), such welding occurring at the noses (7) of the separating wall.

Revendications

1. Réservoir pour le stockage de gaz sous haute pression, en particulier de gaz naturel, avec au moins deux cuves sous pression (1), dont au moins une cuve sous pression (1) est dotée d'au moins une tubulure (4) pour le remplissage et le déchargement, dans lequel les cuves sous pression (1) sont soudées ensemble au niveau d'une cloison de séparation (5) commune, et dans lequel la cloison de séparation (5) présente au moins une ouverture de passage (6) pour le gaz, caractérisé en ce que la cloison de séparation (5) présente sur son bord des deux côtés des épaulements (7) qui forment un angle par rapport à la cloison de séparation (5), lesquels épaulements forment des points d'aboutement avec les parois (2) des cuves sous pression (1).

2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison de séparation (5) est pour l'essentiel de forme plane.

3. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les cuves sous pression (1) présentent une paroi de cuve (2) sensiblement cylindrique avec une section en forme de segment de cercle et en ce que des fonds sphériques (3) sensiblement semi-circulaires se raccordent des deux côtés à la paroi de cuve (2).

4. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cuves sous pression (1) ont une longueur différente et présentent des sections différentes.

5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cloison de séparation (5) est recourbée au moins à une extrémité de telle façon que les parties d'extrémité de cuves sous pression voisines de longueur différente puissent être assemblées.

6. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cuves sous pression (1) ont des sections différentes.

7. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque cuve sous pression (1) est munie d'une ouverture de visite.

8. Procédé pour la fabrication d'un réservoir de stockage de gaz sous haute pression avec au moins deux cuves sous pression (1), dont au moins une cuve sous pression (1) est dotée d'une tubulure (4) pour le remplissage et le déchargement, les cuves sous pression (1) présentant une paroi de cuve (2) cylindrique ayant une section en forme de segment de cercle sur laquelle des fonds sphériques (3) sont soudés des deux côtés et la paroi de cuve (2) et les fonds sphériques (3) de cuves sous pression voisines étant ensuite soudés au niveau d'une cloison de séparation (5) commune, présentant sur son bord des deux côtés des épaulements (7) formant un angle par rapport à la cloison de séparation (5) et formant des points d'aboutement avec les parois (2) des cuves sous pression (1), au niveau des épaulements (7) de la cloison de séparation, par soudage au laser.

Zeichnung