Depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos, y procedimiento para su fabricación y su uso.

Depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos,

especialmente de líquidos criogénicos, que está formado por un depósito de metal que forma un revestimiento (12) y un refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras aplicado sobre el revestimiento (12), caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por una aleación metálica no magnética con una estructura reticular cúbica centrada en las caras completamente austenítica y, para el aumento del límite de alargamiento Rp0,2 de al menos 800 MPa o más, antes de la aplicación del refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras, está sometido a un tratamiento de nitruración a una temperatura de más de 1000 °C, especialmente en un intervalo de temperatura de entre 1000 y 1200 °C, por medio de nitrógeno o amoniaco.

Depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos, y procedimiento para su fabricación y su uso

La presente invención se refiere a un depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos, y un procedimiento para su fabricación y su uso.

Los depósitos de presión de este tipo para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos (LH2), que sirve como combustible por su eficacia energética y compatibilidad medioambiental, son conocidos en general. A este respecto, estos depósitos de presión están formados por un depósito de metal que forma un revestimiento y un refuerzo de plástico reforzado con fibras aplicado sobre el revestimiento. Tales depósitos de presión o tanques pueden encontrar aplicación en todos los ámbitos de la automoción, como la navegación aérea y especial, la construcción de buques y barcos y especialmente en la industria automovilística. Un depósito de presión de este tipo se deduce del documento EP-A-2163325.

El hidrógeno líquido (LH2) pasa a una temperatura de aproximadamente 20 K (-253 °C) a presión ambiente a estado gaseoso y no es, por lo tanto, almacenadle a temperatura ambiente. Para hacer posible un almacenaje con alta densidad de almacenamiento en la fase líquida y/o gaseosa, el almacenamiento de hidrógeno tiene lugar a temperatura ultracongelada (criogénica) y a ser posible bajo alta presión hasta el interior de la región supercrítica o a temperaturas de hasta aproximadamente +100 °C también bajo alta presión. El material del depósito debe presentar, por lo tanto, una máxima resistencia al hidrógeno (comprimido) y tenacidad a bajas temperaturas. Además, el depósito de presión o tanque debe ser, por el campo de aplicación deseado, extremadamente ligero.

Hasta el momento, en la práctica, los revestimientos usados de depósitos de presión de acero totalmente austenítico poseen todos sin excepción una zona elástica insuficiente, calculada según Hooke de la relación de límite de alargamiento y módulo de elasticidad. Una zona elástica menor significa, por el contrario, que para limitar la carga en funcionamiento del revestimiento en la zona elástica (para prevenir fatiga a bajo ciclo) bajo el efecto de los ciclos de presión y temperatura, debe usarse un refuerzo más fuerte de plástico reforzado con fibras, posiblemente también unido a un endurecimiento intermedio adicional para prevenir cabello de ángel. Esto lleva a un aumento de peso de los depósitos de presión, aumenta además el volumen inutilizable y es, por consiguiente, realmente costoso en conjunto para la fabricación de los depósitos de presión.

Para tratar una fragilización por hidrógeno, está recomendado en el documento DE 10 2007 020 027 A1 una nitruración plasma o carburación de un depósito en bruto preparado de una aleación de acero austenítico. No obstante, tal nitruración plasma o carburación presenta el inconveniente importante de que se aplica el elemento químico no metálico en forma de nitrógeno o carbono disuelto en cierto sentido como capa protectora adicional sobre la superficie de la aleación de acero austenítico y por consiguiente puede formarse martensita inalterable en la estructura básica austenítica. La martensita causa bajo el efecto del hidrógeno y de la temperatura criogénica predominante una fragilización y por este motivo no es deseable.

La presente invención se basa por ello en el objetivo de poner a disposición un depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de líquidos, especialmente de fluidos criogénicos, con los cuales se evitan los inconvenientes anteriormente mencionados, el cual es, por consiguiente, especialmente sencillo desde el punto de vista constructivo, al mismo tiempo compacto y sólido, así como muy ligero, presenta una zona elástica ampliada y una alta resistencia al hidrógeno (comprimido) así como idoneidad a temperaturas ultrabajas y resulta realmente económico en la fabricación, así como facilitar un procedimiento para su fabricación y su uso.

Este objetivo se consigue de manera sorprendentemente sencilla a través de las características de la reivindicación 1.

A través de la configuración del depósito de presión de acuerdo con la invención para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos, que está formado por un depósito de metal que forma un revestimiento y un refuerzo de plástico reforzado con fibras aplicado sobre el revestimiento, en el que el revestimiento está formado por una aleación metálica no magnética con una estructura reticular cúbica centrada en las caras totalmente austenítica y, para el aumento o intensificación de la zona elástica y/o intensificación del límite de alargamiento antes de la aplicación del refuerzo de plástico reforzado con fibras, está sometido a un tratamiento de nitruración por medio de nitrógeno o amoniaco, se consigue un procedimiento constructivo especialmente sencillo, además de compacto y estable, del depósito de presión de peso relativamente bajo. Al mismo tiempo, el depósito de presión de acuerdo con la invención presenta una zona elástica ampliada y muy alta. Por una parte, la zona elástica aumenta considerablemente por sí con revestimientos de una aleación metálica no magnética con estructura reticulada cúbica centrada en las caras totalmente austenítica ya al bajar la temperatura, de manera que, a temperatura criogénica, la zona elástica de los revestimientos de aleaciones de aluminio se alcanza o incluso se excede aunque la zona elástica de los primeros esté claramente a temperatura ambiente, aproximadamente en una dimensión del 50 %, por debajo de los últimos. Por otra parte, puede conseguirse por la misma nitruración una intensificación adicional del límite de alargamiento en un módulo de alargamiento constante, de cuyo cociente resulta dicha zona elástica incrementada. Estas medidas de técnicas de aleación pueden reforzar el contenido de nitrógeno, que por el contrario puede intensificarse mediante altos contenidos de cromo y manganeso, y opcionalmente con la

adición de niobio, y con ello intensificar más la zona elástica y el límite de alargamiento de los revestimientos. La solubilidad de nitrógeno en aceros totalmente austeníticos puede aumentarse también especialmente a través de elementos de aleación níquel, vanadio y molibdeno. En un uso de níquel es preferente un porcentaje de al menos el 13 % para garantizar el estado totalmente austenítlco. Por todo esto puede asegurarse una alta resistencia al hidrógeno (comprimido) y limitar o evitar de manera eficaz una fraglllzaclón a temperaturas ultrabajas. Finalmente, la fabricación del depósito de acuerdo con la Invención resulta sencilla y con poco gasto de trabajo y es, por consiguiente, realmente económica.

El revestimiento está tratado a una temperatura de aproximadamente más de 1000 °C, especialmente en un intervalo de temperatura de entre aproximadamente 1000 y aproximadamente 1200 °C, por medio de nitrógeno o amoniaco. Por lo tanto, el tratamiento de nltruraclón tiene lugar a la temperatura del recocido de disolución del material del revestimiento. De esta manera puede disolverse completamente el nitrógeno en la solución. Además, la formación de fases frágiles, como la fase slgma, la fase chl o la fase de nitruro de cromo, y con ello la formación de nitruros fragilizadores, puede evitar que se formen en temperaturas de nitruración de aproximadamente por debajo de 1050 °C. Asimismo, la tasa de difusión a temperaturas de más de aproximadamente 1050 °C es tan grande que en grosores de pared del revestimiento típicos de aproximadamente 1,0 mm es posible un "cortocircuito" con nitrógeno en tiempos comercialmente razonables.

Como resultado, el depósito de presión según la Invención destaca por un sinnúmero de ventajas. El revestimiento consta también, después de una nltruraclón ya realizada, de una aleación metálica no magnética con estructura reticulada cúbica centrada en las caras totalmente austenítlca. De manera ventajosa, se aprovecha antes de la nitruración el alto límite de alargamiento Inicial de la aleación metálica no magnética con estructura reticulada cúbica centrada en las caras totalmente austenítlca. Con una nitruración adicional puede obtenerse sin dificultad un alto limite de alargamiento Rp0,2 de al menos 800 MPa o más. Un alto límite de alargamiento Rp0,2 tiene en cambio un efecto ventajoso sobre una posible zona elástica s según Hooke (e = Rp0,2/E).

Otros detalles ventajosos del depósito de presión de acuerdo con la invención... [Seguir leyendo]

1. Depósito de presión para la recogida y el almacenamiento de fluidos criogénicos, especialmente de líquidos criogénicos, que está formado por un depósito de metal que forma un revestimiento (12) y un refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras aplicado sobre el revestimiento (12), caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por una aleación metálica no magnética con una estructura reticular cúbica centrada en las caras completamente austenítica y, para el aumento del límite de alargamiento Rpo,2 de al menos 800 MPa o más, antes de la aplicación del refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras, está sometido a un tratamiento de nltruraclón a una temperatura de más de 1000 °C, especialmente en un Intervalo de temperatura de entre 1000 y 1200 °C, por medio de nitrógeno o amoniaco.

2. Depósito de presión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por un acero de submarino.

3. Depósito de presión de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por la aleación metálica 1.3914, 1.3948, 1.3952, 1.3957, 1.3964, 1.3965, 1.3974, 1.4529, 1.4547, 1.4565,

1.4566, Nltronlc 50, S20910, 22-13-5, XM-19, 1.4652, 1.4659 o 27-7 Mo.

4. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el revestimiento (12) está unido por al menos dos piezas Individuales que van a soldarse entre sí formando un depósito de metal.

5. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el revestimiento (12) está sometido parcial o completamente al tratamiento de nltruraclón por medio de nitrógeno o amoniaco.

6. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el revestimiento (12) está sometido después de la soldadura al tratamiento de nltruraclón por medio de nitrógeno o amoniaco.

7. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el revestimiento (12) es enfriado bruscamente tras el tratamiento de nltruraclón por medio de enfriamiento rápido a alta presión, especialmente con nitrógeno o argón.

8. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el revestimiento (12) está estirado en frío en una medida de hasta aproximadamente el 25 %, especialmente de menos de aproximadamente el 15 %, especialmente parcial o completamente, antes de la aplicación del refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras.

9. Depósito de presión de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que el revestimiento (12) está estirado en frío antes o después del tratamiento de nitruración por medio de nitrógeno o amoniaco.

10. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el revestimiento (12) está recocido en disolución, especialmente parcial o completamente, antes del estirado en frío.

11. Depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el revestimiento (12) está atemperado, especialmente parcial o completamente, después del estirado en frío.

12. Procedimiento para la fabricación de un depósito de presión para líquidos criogénicos, que está formado por un depósito de metal que forma un revestimiento (12) y un refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras aplicado sobre el revestimiento (12), especialmente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por una aleación metálica no magnética con una estructura reticular cúbica centrada en las caras completamente austenítica y, para el aumento del límite de alargamiento Rpo,2 de al menos 800 MPa o más, antes de la aplicación del refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras, está sometido a un tratamiento de nitruración a una temperatura de más de 1000 °C, especialmente en un intervalo de temperatura de entre 1000 y 1200 °C, por medio de nitrógeno o amoniaco.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el revestimiento (12) está formado por un acero de submarino.

14. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado por que el revestimiento (12) está formado por la aleación metálica 1.3914, 1.3948, 1.3952, 1.3957, 1.3964, 1.3965, 1.3974, 1.4529, 1.4547, 1.4565,

1.4566, Nitronic 50, S20910, 22-13-5, XM-19, 1.4652, 1.4659 o 27-7 Mo.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el revestimiento (12) se une por al menos dos piezas individuales que van a soldarse juntas formando un depósito de metal.

16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el revestimiento (12) se somete parcial o completamente al tratamiento de nitruración por medio de nitrógeno o amoniaco.

17. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque el revestimiento (12) se enfría bruscamente tras el tratamiento de nitruración por medio de enfriamiento rápido a alta presión, especialmente

con nitrógeno o argón.

18. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque el revestimiento (12) se somete después de la soldadura al tratamiento de nltruraclón por medio de nitrógeno o amoniaco.

19. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque el revestimiento (12) se 5 estira en frío en una medida de hasta aproximadamente el 25 %, especialmente de menos de aproximadamente el 15

%, especialmente parcial o completamente, antes de la aplicación del refuerzo (14) de plástico reforzado con fibras.

20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado por que el revestimiento (12) se estira en frío antes o después del tratamiento de nltruración por medio de nitrógeno o amoniaco.

21. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado por que la pieza bruta del 10 revestimiento (12) se presiona contra el molde o la matriz mediante presión constante del medio de presión hidráulico

o neumático.

22. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 21, caracterizado porque el revestimiento (12) se somete a un recocido de disolución, especialmente parcial o completamente, antes del estirado en frío.

23. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 22, caracterizado porque el revestimiento (12) se 15 somete a un atemperado, especialmente parcial o completamente, después del estirado en frío.

24. Uso de un depósito de presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 u obtenido de acuerdo con un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 12 a 23 para la recogida y el almacenamiento de líquidos, especialmente de fluidos criogénicos, preferentemente de oxígeno e hidrógeno, en vehículos, especialmente en aeronaves o artefactos voladores de navegación aérea o espacial, preferentemente en aviones y cohetes espaciales,

20 especialmente en embarcaciones, preferentemente en un submarino o un aerodesllzador ("/7overcra/f"), o especialmente en vehículos terrestres, preferentemente en un automóvil, un vehículo de transporte de viajeros, como un autobús o un microbús, un camión o una autocaravana.