DE102011000674B4

DE102011000674B4 - Druckbehälter für Gase

Info

Publication number: DE102011000674B4
Application number: DE102011000674.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2031-02-12
Also published as: US20130306651A1; EP2673550A1; DE102011000674A1; WO2012107581A1

Abstract

Druckbehälter für Helium, wobei dieser eine Außenhülle aufweist, die wenigstens eine Schichtanordnung oder ein Laminat aus einem hochgasdichten Kunststoff oder Synthesekautschuk umfasst und wobei die Außenhülle des Druckbehälters wenigstens eine Schicht aus einer flexiblen Polymerfolie mit Hochbarrierefunktion oder Ultrabarrierefunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Druckbehälter (10) so ausgebildet ist, dass er sich bei nachlassendem Fülldruck im Inneren verformt und/oder sich durch manuellen Druck auf den Behälter verformen lässt.s

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter für Helium, wobei dieser eine Außenhülle aufweist, die wenigstens eine Schichtanordnung oder ein Laminat aus einem hochgasdichten Kunststoff oder Synthesekautschuk umfasst und wobei die Außenhülle des Druckbehälters wenigstens eine Schicht aus einer flexiblen Polymerfolie mit Hochbarrierefunktion oder Ultrabarrierefunktion aufweist. Druckbehälter für Helium werden beispielsweise verwendet zum Befüllen von Ballons mit Helium. Als herkömmliche Druckbehälter für Helium werden zum einen Gasflaschen aus Stahl verwendet, die einen Rauminhalt von beispielsweise 1 I oder 10 I und einen Fülldruck von 150 bar oder 200 bar aufweisen. Diese Stahlbehälter haben ein vergleichsweise hohes Gewicht und sind zudem kostenaufwändig in der Herstellung und werden daher von den Anwendern in der Regel nicht erworben, sondern es handelt sich um Mehrwegbehälter, so dass der Anwender den leeren Behälter zur erneuten Befüllung an den Hersteller zurückgibt.
Es sind auch Druckbehälter für Helium bekannt geworden, die als Einwegbehälter verwendet werden und einen geringeren Rauminhalt aufweisen, der ausreicht, um einige Ballons mit Helium zu befüllen. Diese Druckbehälter bestehen aus Blech und es besteht das Problem, dass diese nicht über eine Anzeige des jeweiligen Fülldrucks im Behälter verfügen. Der Benutzer weiß daher bei Erhalt des Druckbehälters vom Hersteller nicht, ob dieser tatsächlich die vorgesehene maximale Füllung aufweist. Es kommt daher häufig zu Reklamationen, da der Füllinhalt strittig ist. Außerdem weiß der Benutzer nach mehrmaligem Gebrauch des Druckbehälters auch nicht, wie hoch der Restinhalt ist, so dass er nicht einschätzen kann, wie viele Ballons sich noch mit dem Druckbehälter befüllen lassen.
Schließlich gibt es auch Karbonflaschen für Helium, die ein Stahlinlay aufweisen, das heißt aus einem Verbundmaterial Stahl/karbonfaserverstärkter Kunststoff bestehen. Derartige Behälter können zwar eine verhältnismäßig große Gasmenge aufnehmen, da sie mit einem Gasdruck von bis zu 300 bar mit Helium befüllt werden können. Diese Behälter sind jedoch teuer und werden als Mehrweg-Behälter verwendet, die im Eigentum des Herstellers bleiben.
Ebenso wie bei den vorgenannten Stahlflaschen und den Einwegbehältern aus Blech handelt es sich auch hier um starre nicht verformbare Behälter, so dass man in jedem Fall ein Manometer benötigt, um den Fülldruck im Behälter anzuzeigen.
Weiterhin aus dem Stand der Technik bekannt sind flexible, jedoch nicht dehnbare Gasbeutel, die für die Lagerung kleiner Gasmengen verwendet werden, die zum Beispiel zu Versuchszwecken benötigt werden. Diese Gasbeutel werden beispielsweise von der Fa. Linde unter „PLASTIGAS®“-Beutel vertrieben. Diese enthalten jedoch das Gas unter atmosphärischem Druck. Das Gas strömt bei manuellem Druck auf den Beutel aus. Diese Gasbeutel eignen sich daher nicht für die Befüllung von Ballons, denn das Gas steht darin nicht unter Druck. Da das Gas in dem Beutel unter atmosphärischem Druck steht, ist folglich die enthaltene Gasmenge pro Volumen nur vergleichsweise gering. Diese Gasbeutel bestehen aus Kunststoff-kaschierten Aluminiumfolien und sind an der Innenseite mit Polyethylen beschichtet. Bei Beuteln aus Aluminium ist zudem die Bedruckung der Außenseite, die beispielsweise zu Werbezwecken erwünscht ist, schwierig. Aufgrund der allseits bauchigen Beutelform kann man einen solchen Beutel zu Lagerzwecken nicht hinstellen.
Bei der Verwendung von Druckbehältern aus Kunststoff ist zu bedenken, dass Helium aufgrund der kleinen Gasmoleküle eine hohe Diffusionsrate aufweist und somit sehr leicht durch die Behälterwand diffundiert und es daher schwierig ist, Druckbehälter für Helium aus Kunststoff zu schaffen, die eine ausreichende Gasdichtigkeit aufweisen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckbehälter für Helium, aus Kunststoff oder Synthesekautschuk der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der so beschaffen ist, dass ein nachlassender Fülldruck im Behälter auch ohne Manometeranzeige problemlos erkennbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Druckbehälter für Helium, aus Kunststoff oder Synthesekautschuk der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Der erfindungsgemäße Druckbehälter weist eine Außenhülle auf, die wenigstens eine Schichtanordnung oder ein Laminat aus einem hochgasdichten Kunststoff oder Synthesekautschuk umfasst und dieser Druckbehälter ist so ausgebildet, dass er sich bei nachlassendem Fülldruck im Inneren verformt und/oder sich durch manuellen Druck auf den Behälter verformen lässt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass man einen leeren Behälter auch ohne Fachkenntnis erkennen kann. Das Gewicht eines erfindungsgemäßen Behälters aus Kunststoff ist zudem erheblich geringer als bei einem Behälter aus Blech. Dies erleichtert die Handhabung eines solchen Behälters.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Außenhülle des erfindungsgemäßen Druckbehälters wenigstens eine Schicht aus einer flexiblen Polymerfolie mit Hochbarrierefunktion oder Ultrabarrierefunktion. Weiter vorzugsweise umfasst die Außenhülle eine Folie oder einen Folienverbund mit wenigstens einer Trägerschicht aus einem Polymeren auf die wenigstens eine Gasbarriereschicht aufgebracht ist, die durch gesteuerte Hydrolyse und Kondensation von organisch modifizierten Si-Alkoxiden und nachfolgende thermisch bzw. UV-initiierte Vernetzung der am anorganischen Netzwerk fixierten polymerisierbaren Gruppen hergestellt wurde (so genannte ORMOCER®-Schicht, Marke des Fraunhofer-Instituts.) Bei Ormoceren handelt es sich um organisch-modifizierte Polysiloxane (zählen zu den Hybridpolymeren), die über einen Sol-Gel-Prozess gewonnen werden.
Weiterhin weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Außenhülle des erfindungsgemäßen Druckbehälters bevorzugt wenigstens eine Trägerschicht aus einem SiO_xbedampften Kunststoff auf, auf die weiterhin optional wenigstens eine organisch-modifizierte Polysiloxan-Schicht (Ormocer-Schicht) der vorgenannten Art aufgebracht ist. Durch Kombination derartiger Materialien für die Außenhaut des Behälters können Schichten mit Hochbarriereeigenschaften erzielt werden, bei denen sich eine Diffusionsrate von weniger als 0,1 cm³/ m² d bar ergibt. Man kann dazu beispielsweise Laminate (Folienverbunde) herstellen, indem man eine SiO_x-bedampfte Trägerfolie mit einem Hybridpolymeren der zuvor genannten Art beschichtet und diese Trägerfolie dann mit wenigstens einer weiteren SiO_xbedampften Folienlage kaschiert. Es lassen sich damit Durchlässigkeiten von weniger als 0,01 cm³/ m² d bar erzielen.
Weiterhin weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ein Druckbehälter für Gas, insbesondere Helium der genannten Art eine untere Standfläche auf, so dass man diesen zwecks Lagerung auf einer Fläche abstellen kann.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßer Druckbehälter für Gas mit Helium bevorzugt mit einem Gasdruck von mehr als 10 bar, vorzugsweise mit einem Gasdruck von mehr als 15 bar, insbesondere mit wenigstens etwa 18 bar bis etwa 25 bar befüllbar, das heißt der Behälter enthält im maximal befüllten Zustand Heliumgas mit einem Druck in dem genannten Bereich. Bei maximaler Befüllung ist der Gasbehälter prall. Lässt die Gasfüllung nach, lässt sich der Behälter manuell eindrücken, was dem Benutzer signalisiert, dass der Behälter nicht mehr vollständig gefüllt ist. Der Benutzer hat damit die Möglichkeit einer haptischen Kontrolle des Fülldrucks und der Behälter muss nicht unbedingt mit einem Manometer ausgestattet werden.
Weiterhin weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Behälter bevorzugt ein geeignetes Verschlussorgan für die wiederholte Gasentnahme auf, insbesondere einen Zwei-Wege-Kugelhahn. Dieses Verschlussorgan kann weiterhin vorzugsweise herstellerseitig mit einer Sicherung ausgestattet werden, die eine erstmalige Entnahme von Gas kenntlich macht. Beispielsweise kann man ein Siegel verwenden und wenn dieses gebrochen ist, verdeutlicht das, dass die Flasche bereits angebrochen wurde. Dies führt zu einer erhöhten Sicherheit für den Benutzer, dass er eine Gasflasche im Originalzustand mit vollständiger Befüllung erhält. Ein solches Verschlussorgan kann man zum Beispiel in den Behälter einkleben oder einschrauben.
Ein erfindungsgemäßer Druckbehälter hat den weiteren Vorteil, dass er sich vom Benutzer einfach entsorgen lässt, da der Behälter aus einem homogenen Werkstoff (Kunststoff, Synthesekautschuk) besteht. Es fällt nur eine minimale Menge an Abfall an, da eine vergleichsweise dünne Außenhaut ausreicht. Der als Verschlussorgan verwendete Kugelhahn kann beispielsweise abgeschraubt oder abgeschnitten und wiederverwendet werden.
Eine mögliche Herstellungsmethode besteht darin, einen erfindungsgemäßen Druckbehälter nahtlos zu Ziehen oder Blasen (Blasformen). Man könnte zum Beispiel einen solchen gezogenen oder geblasenen Körper in eine Beutelhülle einbringen. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, den Behälter mit Nähten herzustellen, die auch dazu dienen, den Behälter zu stabilisieren. Ein Vorteil der letztgenannten Methode liegt darin, dann man den Druckbehälter mittels der Nähte so ausbilden kann, dass sich eine untere Standfläche ergibt, so dass man den Behälter bei der Lagerung (in einem Regal oder dergleichen) abstellen kann.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 a eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Druckbehälters;
1 b eine Ansicht des Druckbehälters gemäß 1a von der Unterseite her gesehen;
2 einen stark vergrößerten schematisch vereinfachten Schnitt durch einen Ausschnitt der Außenhülle eines erfindungsgemäßen Druckbehälters.

Es wird zunächst auf die 1 a und 1 b Bezug genommen und anhand dieser wird eine mögliche beispielhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Behälters näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Druckbehälter in einer schematisch vereinfachten Darstellung. Dieser Druckbehälter ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Es handelt sich im Prinzip um eine Art Beutel aus Kunststoff oder Polymerkautschuk, dessen Inneres im befüllten Zustand Helium mit einem Druck von beispielsweise 20 bar enthält. Die Größe des Druckbehälters kann selbstverständlich über weite Bereich variieren, beispielsweise kann diese so gewählt sein, dass der Rauminhalt des Behälters bis zu 120 I unter Druck stehendes Helium aufweist, so dass man mit dem Inhalt eines solchen Druckbehälters eine Anzahl von Ballons füllen kann.
Der erfindungsgemäße Druckbehälter 10 weist einen Kugelhahn 11 als Verschlussorgan auf, welcher bevorzugt herstellerseitig mit einem hier nicht näher dargestellten Siegel versehen wird oder verplombt ist, so dass sofort erkennbar ist, wenn der Behälter bereits einmal benutzt wurde und somit möglicherweise nicht mehr seine vollständige Befüllung wie ein unbenutzter Originalbehälter aufweist. Es nicht erfoderlich, dass der Druckbehälter mit einem Manometer versehen ist, als zusätzliches Merkmal kann man aber auch ein Manometer im Bereich des Verschlussorgans anbringen, welches den jeweiligen Füllstand anzeigt.
Da der erfindungsgemäße Druckbehälter als flexibler Beutel ausgebildet ist, ist er nur im vollständig gefüllten Zustand prall und bauchig und lässt sich mit der Hand nicht eindrücken. Wird jedoch Gas entnommen und lässt demzufolge der Innendruck im Behälter nach, wird der Behälter weicher und manuell eindrückbar, woran der Benutzer erkennen kann, dass die Gasmenge abgenommen hat. Er kann somit durch Druck mit der Hand und quasi Befühlen des Behälters feststellen, wenn der Fülldruck nachlässt. Nach dem Gebrauch kann der Kugelhahn 11 abgenommen werden und der leere Behälter problemlos entsorgt werden.
Der Druckbehälter besteht aus einer flexiblen folienartigen mehrlagigen Hülle und wäre daher in sich nicht formbeständig, wenn im Inneren kein Gasdruck mehr gegeben ist. Daher können zur Aussteifung und Stabilisierung des Druckbehälters Nähte 12 beispielsweise in den seitlichen Randbereichen vorgesehen sein, die man in 1 a und 1 b erkennen kann. Weitere Nähte 13 können im Bodenbereich vorhanden sein, derart, dass der den Füllbereich nach unten hin abschließende eigentliche Boden 14 des Behälters 10 höher liegt als die jeweiligen unteren Enden der Nähte 12, 13 und daher der Behälter aufgestellt werden kann und quasi auf diesen Nähten steht.
2 zeigt einen schematisch vereinfachten stark vergrößerten Schnitt durch die folienartige Außenhülle eines erfindungsgemäßen Druckbehälters. Die relativen Schichtdicken der einzelnen Schichten des Schichtaufbaus in der Zeichnung müssen nicht den tatsächlichen Schichtdicken entsprechen. Man erkennt dort den Schichtaufbau der Außenhülle, welche eine erste innere Schicht aus einer ersten Folie 20 aus Kunststoff umfasst, die zum Beispiel aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen besteht und die zunächst mit einer SiO_x-Schicht 21 versehen ist. Darauf ist eine Hybridpolymerschicht 22 (z.B.Ormocer) aufgebracht. Nun wird mittels eines Kaschierklebers 23 eine zweite Folie 25 aus auf die erste Folie 20 aufkaschiert. Diese zweite Folie 25 kann ebenfalls beispielsweise aus einem PET oder einem der anderen oben genannten Kunststoffe bestehen. Diese zweite Folie 25 ist ebenfalls mit einer SiO_x-Schicht 24 versehen, und zwar an der dem Kaschierkleber 23 zugewandten Seite. Auf diese Weise wird ein Laminat aus zwei jeweils beschichteten Folienlagen erhalten, welches eine Ultrabarriereschicht mit extrem hoher Dichtigkeit gegen eine Gasdiffusion von Helium bildet.
Bezugszeichenliste

10: Druckbehälter
11: Kugelhahn
12: Naht
13: Naht
14: Boden des Behälters
20: erste Folie
21: SiO_x-Beschichtung
22: Hybridpolymerschicht
23: Kaschierkleber
24: SiO_x-Beschichtung
25: zweite Folie

Claims

Druckbehälter für Helium, wobei dieser eine Außenhülle aufweist, die wenigstens eine Schichtanordnung oder ein Laminat aus einem hochgasdichten Kunststoff oder Synthesekautschuk umfasst und wobei die Außenhülle des Druckbehälters wenigstens eine Schicht aus einer flexiblen Polymerfolie mit Hochbarrierefunktion oder Ultrabarrierefunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Druckbehälter (10) so ausgebildet ist, dass er sich bei nachlassendem Fülldruck im Inneren verformt und/oder sich durch manuellen Druck auf den Behälter verformen lässt. s
Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle eine Folie oder einen Folienverbund mit wenigstens einer Trägerschicht (20, 25) aus einem Polymeren umfasst, auf die wenigstens eine Gasbarriereschicht (22) aufgebracht ist, die durch gesteuerte Hydrolyse und Kondensation von organisch modifizierten Si-Alkoxiden und nachfolgende thermisch bzw. UV-initiierte Vernetzung der am anorganischen Netzwerk fixierten polymerisierbaren Gruppen hergestellt wurde.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle des Druckbehälters wenigstens eine Trägerschicht aus einem SiO_xbedampften Kunststoff aufweist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine Trägerschicht aus einem SiO_x-bedampften Kunststoff (20, 21) weiterhin wenigstens eine organisch-modifizierte Polysiloxan-Schicht (22) (Ormocer-Schicht) aufgebracht ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter ein geeignetes Verschlussorgan für die wiederholte Gasentnahme aufweist, insbesondere einen Zwei-Wege-Kugelhahn (11).
Druckbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ein Verschlussorgan für die wiederholte Gasentnahme, insbesondere ein Zwei-Wege-Kugelhahn (11) mit dem Körper des Behälters durch Einkleben oder Einschrauben verbunden ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter im Bereich des Verschlussorgans (11) mit einer Sicherung ausgestattet ist, die eine erstmalige Entnahme von Gas kenntlich macht.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nahtlos durch Ziehen oder Blasformen hergestellt ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Naht (13) im Bodenbereich aufweist, durch die eine untere Standfläche des Behälters gebildet ist.