DE10065268C1 - Druckbehälter mit integrierter Steuerung eines komprimierten Mediums - Google Patents

Abstract

Ein Druckbehälter zur Speicherung eines komprimierten Gases weist ein geschlossenes Druckbehältergehäuse, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Hauptteil und beiderseitigen Abschlußkappen besteht, und eine integrierte Steuerungseinrichtung für die Abgabe des Gases, einschließlich eines Druckminderers mit einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil und eines gesteuerten Gasauslasses, auf. Wenigstens eine der Abschlußkappen ist ein mit dem zylindrischen Hauptteil zusammengebautes Bauteil und der überwiegende Teil der Komponenten der Steuerungseinrichtung ist an diesem Bauteil montiert und in das Innere des Behältergehäuses gerichtet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckbehälter zur Speicherung eines Mediums in komprimiertem Zustand, z. B. eines Gases unter Druck.

Oft ist es wünschenswert, in einen Druckbehälter Einrichtungen zur Steuerung des komprimierten Mediums zu integrieren. Beispielsweise erhöht der Einbau eines elektro­ magnetisch betätigten Absperrventils in einen Druckbehälter die Sicherheit eines entsprechenden Gastanks erheblich. In der Druckschrift US 5,562,117 A wird ein der­ artiges Absperrventil dargestellt, das in diesem Fall in einen Erdgas-Drucktank einge­ schraubt werden kann, der in einem mit Erdgas angetrieben Fahrzeug Verwendung findet. Durch dieses Ventil kann die Zufuhr von Erdgas entsprechend der Anforderungen des Motors ermöglicht oder unterbunden werden. Außerdem ist es so ausgelegt, daß es dicht bleibt, selbst wenn im Falle eines Zusammenstoßes der Teil des Ventils abgerissen wird, der aus dem Hals des Druckbehälters hervorragt. Dadurch wird ein möglicherweise gefährlicher Gasaustritt vermieden.

Auch kann es vorteilhaft sein, eine Vorrichtung zur Steuerung des Drucks eines komprimierten Gases direkt am Druckbehälter anzubringen. So beschreibt die Druck­ schrift US 6,041,762 A ein Steuerungsmodul, daß ebenfalls am Erdgastank eines ent­ sprechenden Fahrzeugs angebracht wird. Dieses Modul beinhaltet einen Druckminderer, der sich vom Modul ausgehend ins Innere des Drucktanks erstreckt, zur Reduzierung des Erdgas-Speicherdrucks auf einen für den Verbrennungsmotor angemessenen Betriebsdruck. Diese Anordnung, bei der sich der Druckminderer bereits am Gastank befindet, ermöglicht den Verzicht auf Hochdruckleitungen mit hohem Gewicht, die vom Gastank zum Motor des Fahrzeugs führen, wobei eine erhöhte Gefahr eines Gasaustritts besteht. Darüber hinaus enthält ein außerhalb des Druckbehälters befindlicher Teil des Moduls als weitere Steuerungseinrichtungen ein elektromagnetisches Absperrventil zur Unterbrechung der Gaszufuhr, sowie ein Rückschlagventil zum Befüllen des Tanks.

Für Fahrzeuge, deren Antriebsmittel in Druckbehältern gespeichert werden ist es von Vorteil, wenn der gesamte, unter Hochdruck stehende Teil des Zuleitungssystems zum Motor im Behälter integriert ist. Dadurch ist es möglich, daß der Druckbehälter einfach entnommen und außerhalb des Fahrzeugs betankt werden kann, wie in der Druckschrift DE 195 39 329 A1 dargestellt ist.

Allgemein umfassen Einrichtungen zur Steuerung eines komprimierten Mediums, wobei die Steuerung auch eine Teilstrecke einer Regelung darstellen kann - Druckregelung, Leistungsregelung usw. -, sowohl Absperrventile zur Unterbrechung der Zufuhr des Mediums zum Verbraucher, als auch Druckminderer zur Steuerung des Drucks des Mediums, Durchflußsteuerungsventile zur Unterbrechung der Medien-Zufuhr bei übermäßiger Entnahme des Mediums, was bei einem Leck im Leitungssystem auftreten kann, Schmelzsicherungen, die bei Überschreiten einer bestimmten Außentemperatur einen ungefährlichen, kontrollierten Austritt des Mediums ermöglichen, Restdruckventile, um eine vollständige Entleerung des Behälters zu verhindern, sowie Rückschlagventile zum Befüllen des Druckbehälters.

Nach dem Stand der Technik werden komprimierte Medien, wie Druckgase, in Stahlbe­ hältern bzw. in Behältern, die vollständig aus Metall bestehen, gespeichert.

Daneben werden Druckbehälter auch als sogenannte Composite-Druckbehälter hergestellt, wie beispielsweise in der Druckschrift EP 0 753 700 A1 beschrieben wird. Diese Druckbehälter bestehen aus einem als "Liner" bezeichneten Behälterfutter oder Mantel aus Kunststoff oder einem Metall mit geringer Dichte, wie Aluminium, und einer den Liner verstärkenden Schicht in Form einer Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes. Diese Verstärkung wird dadurch erreicht, daß der Liner mit einer Faserverstärkung umwickelt wird, die z. B. aus Kohlenstoff-, Aramid-, Glas-, Bor-, oder Aluminiumoxid-Fasern oder Gemischen hieraus besteht, die in Duromere, wie Epoxid- oder Phenolharzen oder in Thermoplasten, wie Polypropylen etc., eingebettet sind. Gegenüber Stahlbehältern ist dadurch eine erhebliche Gewichtseinsparung möglich.

Es ist bekannt, daß zur Herstellung dieser Composite-Druckbehälter Halsstücke verwendet werden, die den Druckbehälter in Richtung der Längsachse abschließen und die mit Gewinden zur Aufnahme von Ventilen versehen sind. Diese Halsstücke besitzen üblicherweise einen Kragen, der auf einer Seite an den Liner angrenzt, auf der anderen von den Wicklungen der Faserverstärkung umgeben ist, wobei eine druckdichte Verbindung hergestellt wird. Dies wird z. B. in der Druckschrift DE 197 51 411 C1 ausführlich beschrieben. Derartige Druckbehälter finden üblicherweise in einem Speicherdruck- Bereich bis 300 bar Anwendung.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einen Druckbehälter Einrichtungen zur Steuerung eines komprimierten Mediums, wie einen membrangesteuerten Druckminderer, ein Absperr­ ventil, ein Durchflußsteuerungsventil, eine Schmelzsicherung, ein Restdruckventil oder ein Befüllventil oder verschiedene Kombinationen davon, zu integrieren, wobei ein hohes Maß an Sicherheit gegen mechanische Beschädigung gegeben ist, da keine aus dem Druckbehälter hervorstehenden Ventilteile vorhanden sind, außer die zur Erzeugung der Vorspannung der Druckminderermembran notwendigen. Vorzugsweise soll die Einheit aus Steuerungseinrichtungen und Behälter mit geringem Gewicht ausgeführt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckbehälter zur Speicherung eines komprimierten Gases, mit einem geschlossenen Druckbehältergehäuse, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Hauptteil und beiderseitigen Abschlußkappen besteht, und mit einer integrierten Steuerungseinrichtung für die Abgabe des Gases, einschließlich eines Druckminderers mit einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil und eines gesteuerten Gasauslasses; der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine der Abschlußkappen ein mit dem zylindrischen Hauptteil zusammengebautes Bauteil ist und der überwiegende Teil der Komponenten der Steuerungseinrichtung an diesem Bauteil montiert und in das Innere des Behältergehäuses gerichtet ist; die Druckbehälterwand umschließt die zur Steuerung notwendigen Komponenten.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den jeweiligen Unteransprü­ chen.

Die Steuerungseinrichtungen, die auf diese Weise in den Druckbehälter integriert werden können, sind, wie oben erwähnt, Absperrventile, Druckminderer, bevorzugt membran­ gesteuert, Durchflußsteuerungsventile, Schmelzsicherungen, Restdruckventile oder Befüllventile oder eine beliebige Kombination aus diesen.

Ein integriertes Absperrventil kann entweder manuell betätigt werden oder mit einer elektromagnetischen oder pneumatischen Ansteuerung ausgestattet sein. Falls eine der letzten beiden Arten von Absperrventil zur Anwendung kommt, ist zusätzlich eine manuelle Betätigung des Ventils vorgesehen, um auch bei einer Unterbrechung der elektrischen oder pneumatischen Ansteuerung das Absperrventil öffnen und schließen zu können.

Membrangesteuerte Druckminderer können entweder als federbelastete oder als domgesteuerte Druckminderer ausgeführt sein. Im ersten Fall wird die benötigte Vorspannung der Druckminderermembran durch eine in einem Federgehäuse montierte Feder erzeugt, die eine Kraft auf die Membran ausübt. Über eine Einstellschraube, die die Spannung der Feder verändert, wird die Vorspannung eingestellt und somit der Ausgangsdruck des Druckminderers festgelegt. Im zweiten Fall wird die Vorspannung durch ein unter Druck stehendes pneumatisches Hilfsmedium bewirkt, daß sich im einem Gehäuse, dem Dom, über der Membran befindet. Hier kann durch Veränderung des Drucks des Hilfsmediums die Vorspannung und damit der Ausgangsdruck eingestellt werden.

Bei einem Restdruckventil handelt es sich um ein Rückschlagventil, daß sich am Eingang der Steuerungskomponenten im Behälter befindet. Es schließt sich, sobald der Speicher­ druck im Behälter unter einen festgelegten Wert fällt. Damit wird verhindert, daß der Behälter vollständig entleert wird. Ein Restdruckventil kann mit einem Feinfilter zum Schutz der Steuerungskomponenten ausgestattet werden.

Erfindungsgemäß sind die Komponenten der Steuerungseinrichtungen durch die Behälterwand umschlossen und sind die Behälterwand oder ein Teil davon so gestaltet, daß ihr Material die Funktion von bestimmten Komponenten der Steuerungseinrichtun­ gen, wie beispielsweise die Funktion von Gehäusewänden, übernimmt, bzw. daß bestimmte, aus der Behälterwand herausragende Teile der Steuerungseinrichtungen eine untrennbare Einheit mit dem Material der Behälterwand bilden.

Bei Metallbehältern wird dies realisiert, indem eine Metallkappe mit den entsprechenden Bohrungen versehen und mit Gehäuseteilen verschweißt wird, in die die jeweiligen Komponenten der Steuerungseinrichtungen eingebaut werden. Sie sind so gestaltet, daß aus der nach der Fertigstellung des Behälters nach außen weisenden Seite keine Komponenten der Steuerungseinrichtungen vorstehen. Eine Ausnahme sind diejenigen Komponenten, die zur Erzeugung der Vorspannung der Druckminderermembran benötigt werden, das heißt je nach Ausführung Federgehäuse oder Dom. Anschließend wird diese Behälterkappe mit dem zylindrischen Teil des Behälters verschweißt. Bevorzugt wird jedoch der erfindungsgemäße Druckbehälter nach einem Verfahren zur Fertigung von Composite-Druckbehältern hergestellt. Dabei werden die oben erwähnten Hals­ stücke durch Polkappen ersetzt, in die die Komponenten der Steuerungseinrichtungen eingebaut sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Querschnitt durch ein axiales Ende eines erfindungs­ gemäßen Druckbehälters;

Fig. 2: einer Querschnitt durch das axiale Ende eines Druckbehälters gemäß einer anderen Ausführungsform, mit großflächiger Membran und mit einer aus getrenntem Hoch- und Niederdruckteil bestehenden Polkappe;

Fig. 3: eine Draufsicht auf den Druckbehälter von 2;

Fig. 4: einen Aufriß eines Druckbehälters gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform, mit einem federbelasteten anstelle eines domgesteuerten Druckminderers.

Fig. 1 zeigt ein Ende eines Composite-Druckbehälters, der einen zylindrischen Hauptteil und beiderends kugelkalottenartige Abschlußkappen aufweist, die im wesentlichen durch eine jeweilige Polkappe 1 gebildet sind. Die Polkappen 1 sind so gestaltet, daß aus der nach der Fertigstellung des Behälters nach außen weisenden Seite keine Komponenten des Steuerungseinrichtungen hervorragen, mit Ausnahme von Komponenten 3, die zur Erzeugung der Vorspannung der Druckminderermembran dienen. Wird ein Aluminium- Liner oder ein Liner aus einem anderen geeigneten Metall verwendet, wird die Polkappe 1 aus dem entsprechenden Material gefertigt und anschließend mit dem zylindrischen Teil 4 des Liners verschweißt. Bei Verwendung eines Kunststoflliners wird die Einheit aus Steuerungseinrichtungen und Polkappe mit einem Außengewinde versehen und in einen Bereich der Öffnung des Kunststoffliners, der mit einem Innengewinde versehen ist, eingeschraubt. Es ist möglich, sowohl in eine als auch in beide Polkappen des Druckbehälters Steuerungseinrichtungen zu integrieren. Diese Kombination aus Polkappen und Liner wird dann nach bekannten Verfahren mit einer Faserverstärkung 5 versehen. Dazu werden Liner und Polkappe 1 mit der Faserverstärkung 5 umwickelt und zwar bis zu einer leicht aus der Polkappe hervortretenden Fläche 6, die diese in Achsrichtung abschließt. Auf ihr werden Dom oder Federgehäuse 3 des Druckminderers befestigt und dort befinden sich die Anschlüsse und die manuelle Notbetätigung des Absperrventils (in Fig. 1 symbolisch durch einen Gasauslaß 7 dargestellt). Diese Konstruktionsweise eignet sich besonders für die Integration von Druckminderern mit eher kleinflächigen Membranen, da hier der Durchmesser der Abschlußfläche 6 unter ca. 10 cm bleibt.

Ist es notwendig, Druckminderer mit großflächigeren Membranen zu verwenden, so steigt der Durchmesser der Polkappe entsprechend an und sie kann auf einer großen Fläche nicht mit einer Faserverstärkungswicklung versehen werden. Daher müßten große Materialstärken verwendet werden, damit die Polkappe dem Speicherdruck standhält. Alternativ dazu kann eine Konstruktion verwendet werden, bei der sich der Hochdruckteil 8 der Steuerungskomponenten bis zum Ventilsitz 9 des Druckminderers oder bis zum Durchflußbegrenzungsventil 10 im Innern des Behälters befindet und von einer inneren Schicht 11 aus einer Faserverstärkungswicklung umgeben wird (siehe Fig. 2). So ist nur eine relativ kleine Öffnung in der Faserverstärkung nötig, da sich die großflächige Druckminderermembran 12 außerhalb dieser Verstärkungswicklung befindet. Die Membran ist Bestandteil einer Niederdruckkomponente 13, die den Gasauslaß 7, sowie Dom bzw. Federgehäuse 3 des Druckminderers beinhaltet und die auf der Faserverstärkungsschicht 11 angebracht wird. Behälter und Niederdruckteil 13 werden anschließend erneut mit einer Verstärkungswicklung 14 versehen. Diese kann dünner und damit weniger stabil sein als die innere Schicht 11, da ihre Aufgabe nur in der Fixierung und im Schutz vor mechanischer Beschädigung der Niederdruckkompo­ nente liegt.

Auch bei einem Druckminderer mit großer Membranfläche kann bei entsprechend massiver Bauweise der Polkappe, die dem Speicherdruck standhält, die erste Variante mit nur einer Faserverstärkungswicklung angewandt werden. Dies bedeutet allerdings ein höheres Gewicht des Druckbehälters.

Dabei können in die Faserverstärkungswicklung Befestigungselemente eingearbeitet werden, um den fertigen Druckbehälter entsprechend seiner Verwendung anbringen zu können.

Neben dem Einbau von Steuerungseinrichtungen in eine oder beide Polkappen eines Druckbehälters besteht die Möglichkeit, ein entsprechend geformtes Bauteil mit integrier­ ten Steuerungseinrichtungen im zylindrischen Teil eines Druckbehälters anzubringen.

Im Vergleich zu dem in der oben erwähnten Druckschrift US 6,041,762 A dargestellten Druckminderer muß bei der vorliegenden Erfindung nicht darauf geachtet werden, daß der Druckminderer in die Öffnung des Halses eines Druckbehälters paßt, statt dessen kann die Polkappe den Anforderungen des Druckminderers entsprechend gestaltet werden. Dadurch ist es möglich, einen membrangesteuerten Druckminderer mit großflächiger Membran zu verwenden, der eine sehr präzise Konstanthaltung des Ausgangsdrucks gewährleistet. Um bei starken Veränderungen des Vordrucks, wie sie durch die Entleerung eines Druckbehälters auftreten, einen gut konstanten Ausgangs­ druck zu erhalten, ist eine möglichst große Membranfläche notwendig, die auch bei niedrigem Ausgangsdruck große Steuerkräfte ermöglicht, so daß die Veränderung der Vordruckkräfte nur wenig ins Gewicht fällt. Ein derartiger Druckminderer macht eine zweite Druckreglerstufe überflüssig und das Medium mit einem konstanten Ausgangs­ druck bis herunter in den Bereich von mbar kann direkt für eine Anwendung genutzt werden. Bei Verwendung eines druckentlasteten Steuerkegels werden Schwankungen des Speicherdrucks bei Kombination mit einer großflächigen Membran nur in einem Verhältnis von 3/10.000 an die Ausgangsseite weitergegeben.

Auch sind keine weiteren Bauteile zur Befestigung der Steuerungskomponenten notwendig, als der Druckbehälter selbst. Beispielsweise wird für einen außerhalb des Behälters angebrachten, membrangesteuerten Druckminderer ein Gehäuse benötigt, das wegen der stabilen Wände ein hohes Gewicht aufweist und viel Platz beansprucht. Es ergibt sich also eine Volumen- und Gewichtsersparnis, wenn die Funktion des Gehäuses für die Steuerungskomponenten bereits vom Material des Druckbehälters übernommen wird. Trotzdem besteht, wie oben dargestellt, die Möglichkeit, Druck­ minderer mit großflächigen Membranen zu verwenden, was normalerweise ein noch größeres Druckminderergehäuse bedeuten würde oder im Falle des im Hals eines Druckbehälters untergebrachten Druckminderers unmöglich wird.

Eine Gewichtsersparnis rührt auch daher, daß die Hochdruckteile des Druckminderers nur eine sehr geringe Wandstärke aufweisen müssen, da sie im Innern des Druckbehäl­ ters liegen und somit in den Hochdruckteilen des Druckminderers und in ihrer Umgebung der selbe Druck herrscht.

Überflüssig wird auch der Halsbereich eines Druckbehälters, der üblicherweise ein Gewinde zur Befestigung von Ventilen oder einem Druckminderer aufnimmt. Da dieses Gewinde stabil genug sein muß, um dem hohen Speicherdruck standzuhalten, weist dieser Halsbereich normalerweise ein hohes Gewicht auf. Demgegenüber spart der erfindungsgemäße Druckbehälter Gewicht ein, da hier nur mehr eine Niederdruckleitung an den Ausgang des integrierten Druckminderers angeschlossen werden muß, was nur eine weniger stabile Schraubverbindung erfordert.

Besonders vorteilhaft ist das hohe Maß an Sicherheit gegen mechanische Beschädi­ gung, das der erfindungsgemäße Druckbehälter aufweist, da die Steuerungsein­ richtungen mit dem Druckbehälter eine kompakte Einheit bilden. Die Komponenten der Steuerungseinrichtungen sind mit der Polkappe, in der sie sich befinden, von einer Faserverstärkungswicklung umgeben und so vor äußeren Einwirkungen gut geschützt. So gibt es keine Teile der Steuerungseinrichtungen, die aus der Oberfläche des Druckbehälters hervorragen und die durch mechanische Belastung abgerissen werden könnten. Eine Ausnahme bilden hier die Teile des Druckminderers, die zur Erzeugung der Vorspannung der Membran dienen. Dies ist bei einem domgesteuerten Druck­ minderer der Dom, in dem mittels eines pneumatischen Hilfsmediums ein Druck erzeugt wird, über den die Vorspannung der Membran eingestellt werden kann. Bei einem federbelasteten Druckminderer handelt es sich hier um das Federgehäuse, in dem sich die Feder befindet, mit der die Membran vorgespannt wird. Werden diese Teile abgeris­ sen, so hat dies zur Folge, daß keine Vorspannung mehr auf die Membran wirkt und daß sich dadurch der Druckminderer dicht verschließt. Diese Eigenschaft erhöht also die Sicherheit gegen einen unerwünschten Gasaustritt bei mechanischer Beschädigung. Dom bzw. Federgehäuse können mit Sollbruchstellen versehen sein, so daß sie bei übermäßiger Belastung an definierten Stellen abreißen. So kann eine Beschädigung der anderen Steuerungskomponenten, wie beispielsweise der Druckminderermembran, vermieden werden.

Wird der erfindungsgemäße Druckbehälter beispielsweise als Gastank eines erdgasan­ getriebenen Fahrzeugs verwendet, so kann im Falle eines Zusammenstoßes neben Dom bzw. Federgehäuse nur die in den Behälter eingeschraubte Niederdruckleitung abgeris­ sen werden. Zusätzlich zum Druckminderer, der sich dann schließt, wird durch die Unterbrechung der Ansteuerung ein elektromagnetisches oder pneumatisches Absperr­ ventil ebenfalls geschlossen. So kann kein Gasaustritt auftreten, solange nicht der Druckbehälter selbst beschädigt wird. Das Durchtrennen einer möglicherweise an den Behälter angeschlossenen Hochdruckleitung zum Befüllen des Behälters hat ebenfalls keinen Gasaustritt zur Folge, da das Befüllventil des Behälters als Rückschlagventil ausgeführt ist.

Auch bei der Handhabung und beim Transport der erfindungsgemäßen Druckbehälter sind die in den Behälter integrierten Steuerungseinrichtungen vor mechanischer Beschädigung geschützt.

Weiter wird als zusätzliches Sicherheitsmerkmal ein dem Druckminderer nachgeschalte­ tes Durchflußbegrenzungsventil 10 vom Druckbehälter aufgenommen, das bei über­ mäßiger Entnahme des Mediums die weitere Zufuhr unterbindet. Eine übermäßige Entnahme kann auftreten, wenn die Verbindungsleitung zum Verbraucher abreißt, eine massive Beschädigung oder Blockade des Ventilkegels des Druckminderers vorliegt, oder wenn bei einem federbelasteten Druckminderer ein Membranbruch auftritt. Bei domgesteuerten Druckminderern schließt sich der Druckminderer bei einem Membran­ bruch automatisch. Beim Durchflußbegrenzungsventil 10 ist in der Abgangspassage ein beweglicher Ventilkegel vorgesehen, der durch Federkraft offen gehalten wird. Bei Übersteigen einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich der Differenzdruck über dem Ventilkegel, die Federkraft wird kompensiert und der Kegel schließt. Je nach Ausführung schließt der Kegel mit einer zulässigen Leckage oder dicht. Im ersten Falle reicht es, die Abnahmemenge auf Null zu setzen, um den Kegel wieder zu öffnen. Im zweiten Falle muß extern ein Druckausgleich hergestellt werden, um das Ventil wieder zu öffnen.

Ebenso wird durch den erfindungsgemäßen Druckbehälter die Schraubverbindung, die sich nach dem Stand der Technik zwischen dem üblichen Druckbehälter und einem Auslassventil oder einem Druckminderer befindet, überflüssig, was zu einer erhöhten Sicherheit des Behälters beiträgt.

Diese Sicherheitsmerkmale sind bei dem Steuerungsmodul der Druckschrift US 6,041,762 A nicht gegeben, da sich dort zwar der Druckminderer im Innern des Behälters befindet, aber andere Komponenten, wie das Befüllventil, in einem außen angebrachten Teil des Moduls befinden. Dies hat zur Folge, daß im Falle eines Abreißens dieses äußeren Teil möglicherweise eine direkte Verbindung zum Behälterinnenraum entsteht, was einen unkontrollierten Gasaustritt zur Folge hat. Auch kann, wie erwähnt, in der dortigen Anordnung keine großflächige Druckminderermembran verwendet werden, was eine weniger genaue Drucksteuerung zur Folge hat.

Der erfindungsgemäße Druckbehälter kann, außer zur Speicherung von Erdgas für erdgasangetriebene Fahrzeuge, beispielsweise zur Druckspeicherung von Wasserstoff für den Betrieb von Brennstoffzellen oder für den Betrieb von durch Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen, ferner zur Speicherung von Atemluft für Atemschutz- oder Tauchgeräte, aber auch zur Aufbewahrung von Propan- oder Butangas verwendet werden. Er kann in allen Bereichen angewandt werden, in denen ein Druckbehälter mit hoher Sicherheit gegen mechanische Beschädigung bei geringem Gewicht benötigt wird.

Weitere Einzelheiten und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckbehälters, und zwar in der Verwendung als Wasserstoffquelle, werden im Folgenden beispielhaft beschrieben.

Beispiel 1

Wenn zur möglichst exakten Drucksteuerung eine großflächige Membran benötigt wird, werden wie in diesem Ausführungsbeispiel die Komponenten des Hochdruckteils 8, also das Restdruckventil 15, das vorgesteuerte Magnet-Absperrventil 17, 18 und der Ventilsitz 9 und der Steuerkegel des Druckminderers, sowie das Durchflußbegrenzungsventil 10 in das Innere des Liners des Composite-Druckbehälters integriert (siehe Fig. 2 und 3). Dieser Hochdruckteil 8 ist mit der Faserverstärkungs-Wicklungsschicht 11 versehen, die dem benötigten Speicherdruck standhält. Auf dieser Schicht ist der Niederdruckteil 13 angebracht, der im wesentlichen der Befestigung der Druckminderermembran 12 dient. Daneben enthält es auch den Gasauslaß 7 und eine Durchführung für die manuelle Notbetätigung 16 des Absperrventils. Der Dom 3 bzw. das Federgehäuse 3' sind daran befestigt. Der Druckbehälter mitsamt dem Niederdruckteil 13 ist dann bis zum Dom 3 bzw. Federgehäuse 3' mit einer zweiten, dünneren Faserverstärkung 14 umwickelt, die den Niederdruckteil 13 fest mit der ersten Faserverstärkung 11 verbindet und ihn vor mechanischer Beschädigung schützt. Das vorgesteuerte Absperrventil besteht aus einem Hauptventil 17, das zwangsbetätigt wird, sowie einem Vorsteuerventil 18, das über einen Elektromagneten 19 betätigt wird. Ein Befüllventil sowie eine Schmelzsicherung sind in die dem Druckminderer gegenüberliegende Polkappe integriert, die ebenfalls von den beiden Verstärkungswicklungen umgeben ist.

Fig. 4 zeigt einen Aufriß des Druckbehälters, bei dem anstelle des Doms 3 ein standardgemäßes Federgehäuse 3' zur Erzeugung des Vordrucks für die Druck­ minderermembran 12 verwendet wird.

Beispiel 2

Eine einfache Ausführung der Erfindung beinhaltet nur ein elektromagnetisches Absperrventil mit manueller Notbetätigung und ein Befüllventil, die in einer Polkappe untergebracht sind.

Bezugszeichenliste

1

Polkappe

2

Integrierte Steuerungskomponenten

3

Vorspannung der Druckminderermembran erzeugende Komponenten (Dom oder Federgehäuse)

4

zylindrischer Teil eines Metall-Liners

5

Faserverstärkungswicklung

6

Abschlußfläche der Polkappe

7

Gasauslaß

8

Hochdruckteil der Polkappe des Druckbehälters

9

Ventilsitz des Druckminderers

10

Durchflußbegrenzungsventil

11

Innere Faserverstärkungswicklung

12

Druckminderermembran

13

Niederdruckteil der Polkappe des Druckbehälters

14

Äußere Faserverstärkungswicklung

15

Restdruckventil

16

Manuelle Notbetätigung des Absperrventils

17

Zwangsbetätigtes Hauptventil des vorgesteuerten Absperrventils

18

Vorsteuerventil

19

Elektromagnet zur Betätigung des Vorsteuerventils

Claims (13)

1. Druckbehälter zur Speicherung eines komprimierten Gases, mit einem geschlossenen Druckbehältergehäuse, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Hauptteil und beiderseitigen Abschlußkappen besteht, und mit einer integrierten Steuerungseinrichtung (2) für die Abgabe des Gases, einschließlich eines Absperrventils (17) und eines Druckminderers mit einem Hochdruckteil (8) und einem Niederdruckteil (13) dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine der Abschlußkappen (1) ein mit dem zylin­ drischen Hauptteil zusammengebautes Bauteil ist und daß zumindest der Hochdruckteil (8) des Druckminderers und das Absperrventil (17) an einer von beiden Abschlußkappen montiert und in das Innere des Behältergehäuses gerichtet sind.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kompo­ nenten des Hochdruckteils (8) am Abschlußkappen-Bauteil (1) montiert und in das Innere des Behältergehäuses gerichtet sind.

3. Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Steuerungseinrichtung (2), die an einem oder beiden Abschlußkappen- Bauteilen (1) montiert und in das Innere des Behältergehäuses gerichtet sind, neben dem Hochdruckteil (8) des Druckminderers bis zu dessen Ventilsitz (9) und dem Absperrventil (17) ein Restdruckventil (15), ein Rückschlag­ ventil zum Befüllen, eine Schmelzsicherung oder ein Durchflußbegren­ zungsventil (10), oder eine beliebige Kombination von diesen umfassen.

4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der als Composite- Druckbehälter mit einem Liner (4) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Abschlußkappe (1) eine Polkappe ist, an der die zur Steuerung des komprimierten Gases notwendigen Komponenten der Steuerungseinrichtung (2) sitzen und zusammen mit dem Liner von einer Faserverstärkungsschicht (5) umgeben sind.

5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die minde­ stens eine Polkappe (1) des Druckbehälters so gestaltet ist, daß nach Anbringen der Faserverstärkungsschicht (5) keine Komponenten der Steuerungseinrichtung vorhanden sind, die aus der Oberfläche des Behäl­ ters hervorragen, bis auf Bauteile (3, 3'), die eine Vorspannung für den Druckminderer erzeugen.

6. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der als Metall- Druckbehälter ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Abschlußkappe (1) des Druckbehälters die Komponenten der Steuerungseinrichtung (2) enthält und mit dem zylindrischen Hauptteil (4) des Behälters verschweißt ist.

7. Druckbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenig­ stens eine Abschlußkappe (1) des Metalldruckbehälters so gestaltet ist, daß keine Komponenten der Steuerungseinrichtung (2) vorhanden sind, die aus der Oberfläche des Behälters hervorragen, bis auf Bauteile (3, 3'), die eine Vorspannung für den Druckminderer erzeugen.

8. Druckbehälter nach Anspruch 4 oder S. dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Polkappe (1) des Druckbehälters unterteilt ist in einen inneren Bereich des Hochdruckteils (8), der von einer ersten Faserverstärkungsschicht (11) umgeben ist, und einen auf dieser Schicht angebrachten Niederdruckteil (13), der von einer zweiten Faserverstärkungsschicht (14) umschlossen ist.

9. Druckbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckteil (8) ein Restdruckventil (15), ein Absperrventil (17), die Komponenten des Druckminderers bis zu einem Ventilsitz (9) sowie ein Durchflußbegrenzungsventil beinhaltet, und daß der Niederdruckteil (13) eine Druckminderermembran (12) und den Gasauslaß (7) umfaßt.

10. Druckbehälter nach Anspruch 8 oder 9 mit zwei einander gegenüberliegenden Polkappen, dadurch gekennzeichnet, daß in die der Polkappe (1) mit dem Druckminderer gegenüberliegende Polkappe des Druckbehälters ein Befüllventil und eine Schmelzsicherung integriert sind.

11. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckminderer domgesteuert oder federbelastet ausgeführt ist (3, 3').

12. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein manuell oder pneumatisch oder elektromagnetisch betätigtes Absperr­ ventil (17).

13. Druckbehälter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromagnetischer oder pneumatischer Betätigung des Absperrventils (17) eine zusätzliche Vorrichtung (16) zu seiner manuellen Betätigung vorhan­ den ist.