Drukbestendige tank uit vezelcomposiet

Aanvragers: COVESS and AIR Liquid
Uitvinders: Philippe PAPIN and Tony VANSWIJGENHOVEN
Patentnummer: EP4400293A1
Publicatiedatum: 2024-07-17

De uitvinding heeft betrekking op een methode voor de vervaardiging van een cilindrische composiettank van vezelmateriaal voor het bevatten van apparatuur en een vloeistof, in het bijzonder een vloeistof onder druk. De uitvinding heeft ook betrekking op een cilindrische tank van vezelcomposiet van het volgens deze methode verkregen type. De uitvinding heeft toepassingen op het gebied van gastransport, in het bijzonder het transport van gas onder druk.

Cilindrische composiettanks of -vaten van vezelmateriaal zijn bekend en worden vaak geproduceerd door continue, met een thermohardende hars geïmpregneerde vezeldraden te wikkelen over een binnenfles (ook “liner” genoemd) die na het wikkelen van de vezeldraden in de tank achterblijft. De liner is voldoende stijf om strak omwikkeld te zijn met continue vezels en zo als gas- en/of vloeistofbarrière te fungeren. Het nadeel van een dergelijke methode is echter dat de cilinder zwaar en duur is.

Een andere bekende methode, die wordt beschreven in octrooidocument US 4760949, stelt de vorming voor van een composiet container voor de opslag van producten in niet-atmosferische omstandigheden. De composiet container bevat een voering met een metalen laag, waarvan geen enkel deel is blootgesteld aan de binnenkant van de composiet container waarin de voering wordt gebruikt. Het nadeel van deze methode is dat de container niet bestand is tegen hoge drukken (bijv. 2 bar of meer).

Een andere methode, die wordt beschreven in octrooidocument WO 2011/143723, stelt een thermoplastische type V-tank voor die bestand is tegen een druk van meer dan 2 bar en een barrièrewerking heeft die vergelijkbaar is met die van de fles, maar dan zonder gebruik van een fles. Een dergelijke tank bestaat uit een binnenste barrièrelaag die bestaat uit een thermisch afsluitbaar thermoplastisch materiaal, een buitenste mantellaag die bestaat uit een vezelversterkt thermisch afsluitbaar thermoplastisch materiaal, een eindstuk dat aan de binnenkant van de binnenste barrièrelaag is geplaatst en op zijn minst gedeeltelijk aan het buitenste holle oppervlak is bedekt met een thermisch afsluitbaar thermoplastisch materiaal. De binnenste barrièrelaag, de buitenste roklaag en het eindstuk vormen een stijve structuur die bestand is tegen een overdruk van minstens 2 bar.

In sommige toepassingen is naast de vloeistof (gas of vloeistof) ook de aanwezigheid van apparatuur in de tank of container vereist. In een elektrolysetoepassing bijvoorbeeld moeten elektroden of ander elektrisch materiaal in de vloeistof in de tank worden geplaatst. In verschillende ruimtevaarttoepassingen moet een membraan in de tank worden geplaatst om twee gassen, zoals stikstof en zuurstof, te scheiden. 

Tot nu toe waren dergelijke toepassingen alleen mogelijk in containers of tanks met een metalen binnencilinder.

Daarom ontwikkelden Covess en Air Liquide een tank van vezelcomposiet waarin de apparatuur kan worden ondergebracht en die bestand is tegen een overdruk van 2 bar of meer.

De uitvinding heeft betrekking op een methode voor het vervaardigen van een vezelcomposiet bestaande uit de volgende stappen:

• het samenvoegen van complementaire delen van een voering rond de apparatuur en/of het handhaven van een steun die de apparatuur vasthoudt
• het samenvoegen van de complementaire delen om de voering te vormen met de apparatuur stabiel binnen de liner; en
• het inbrengen van de vloeistof in de liner via openingen in de doorvoer; en een stap van het vormen van een omhullingslaag door het wikkelen van een composietband rond de voering, waarbij de composietband gemaakt is van een thermohardend of thermoplastisch composietmateriaal. 

Daarnaast heeft de uitvinding betrekking op een composiet tank van vezelmateriaal voor het bevatten van een vloeistof en een apparaat gemaakt volgens de bovenstaande methode, die een stijve structuur vormt die bestand is tegen een overdruk van ten minste 2 bar. 

Doorsnede van de composietvezeltank volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, in drie verschillende stappen bij de vervaardiging van de tank:

A: assemblage van complementaire delen van een voering rond de uitrusting en/of handhaving van een steun die de uitrusting vasthoudt
B: de complementaire delen aan elkaar afdichten
C: vloeistof in de voering brengen door openingen in de voering en een omhullingslaag vormen door een composietband om de liner te wikkelen.

Het proces biedt voordelen ten opzichte van de huidige stand van de techniek door het mogelijk te maken vezelcomposiettanks te maken die apparatuur kunnen bevatten naast vloeistoffen onder hoge druk. Het ontwerp maakt een lichtgewicht maar sterke tankconstructie mogelijk, waarmee de nadelen van zware en dure conventionele methoden worden overwonnen.