DE102004017392A1 - Pressure vessel for storing cryogenic fuels - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Druckbehälter zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, dessen innerer Druckbehältermantel aus ersten Behälterteilen und dessen äußerer Behältermantel aus zweiten Behälterteilen zusammengesetzt ist, die jeweils mindestens in einer zu deren Mittellängsachse parallelen oder schiefen Ebene so abgeschnitten und an den Schnittstellen so miteinander verbunden sind, dass der innere Druckbehältermantel mindestens zwischen den ersten Behälterteilen mindestens eine konkave Einwölbung besitzt. Des Weiteren besitzt der den inneren Druckbehältermantel umgebende äußere Behältermantel nach innen gerichtete Abstützeinrichtungen, von denen sich jeweils eine in eine konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels hineinerstreckt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels jeweils von mindestens einem Zugband überspannt ist und dass die Abstützeinrichtungen des äußeren Behältermantels an dem jeweiligen Zugband anliegen.The invention relates to a double-walled pressure vessel for storing cryogenic fuel in a motor vehicle, the inner pressure vessel shell of first container parts and the outer container shell is composed of second container parts, respectively cut off at least in a plane parallel to the central longitudinal axis or oblique plane and at the interfaces so connected to each other, that the inner pressure vessel shell has at least one concave curvature at least between the first container parts. Furthermore, the outer container jacket surrounding the inner pressure vessel jacket has inwardly directed support devices, one of which extends into a concave concavity of the inner pressure vessel jacket. The invention is characterized in that the concave concavity of the inner pressure vessel shell is spanned by at least one tension band and that the support means of the outer container shell abut the respective tension band.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The The invention relates to a pressure vessel for storing cryogenic Fuel in a motor vehicle, after the generic term of the first Claim.

Aus DE 32 06 430 A1 ist bereits bekannt, Druckbehälter aus zylinder-, kegel- oder kegelstumpfförmigen Behälterteilen zusammenzusetzen. Es ist auch bekannt, zur Speicherung von kryogenen Kraftstoffen doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden. Dazu ist der Druckbehälter von einem äußeren Behältermantel umgeben und der Zwischenraum zwischen dem Druckbehälter und dem äußeren Behältermantel ist im wesentlichen evakuiert und/oder mit einem Material zur Wärmeisolierung versehen. Idealerweise wird die Außenfläche des äußeren Behältermantels parallel zur Außenfläche des Druckbehälters durch einen sogenannten Offset um den benötigten Isolationsspalt erzeugt. Es können auch abschnittsweise unterschiedliche Abstände zwischen der Außenfläche des äußeren Behältermantels und der Außenfläche des Druckbehälters gewählt werden, zum Beispiel zur Unterbringung von Rohrleitungen und Ventilen. Zur Fixierung des Druckbehälters in dessen äußerem Behältermantel kommen Rohr- und/oder Profilverbinder in Anwendung, die mittels Durchführungen durch den Druckbehälter geführt sind und diesen im äußeren Behältermantel zur Darstellung eines doppelwandigen vakuumisolierten Behälters aufnehmen.Out DE 32 06 430 A1 It is already known to assemble pressure vessels made of cylindrical, conical or frustoconical container parts. It is also known to use double-walled, vacuum-insulated containers for storing cryogenic fuels. For this purpose, the pressure vessel is surrounded by an outer container shell and the intermediate space between the pressure vessel and the outer container shell is substantially evacuated and / or provided with a material for heat insulation. Ideally, the outer surface of the outer container shell is generated parallel to the outer surface of the pressure vessel by a so-called offset around the required insulation gap. It is also possible to select sections of different distances between the outer surface of the outer container shell and the outer surface of the pressure vessel, for example for accommodating pipelines and valves. For fixing the pressure vessel in the outer container shell come pipe and / or profile connector in application, which are guided by means of feedthroughs through the pressure vessel and record this in the outer container shell to represent a double-walled vacuum-insulated container.

Bei einer Verwendung von solchen Rohr- und/oder Profilverbindern als Druckabstützungen, zur Fixierung des Druckbehälters im äußeren Behältermantel, wird das Nutzvolumen eingeschränkt, die Wärmeisolation beeinträchtigt und es sind mehr gasdichte Schweißnähte erforderlich.at a use of such pipe and / or profile connectors as Pressure supports, to Fixation of the pressure vessel in the outer container shell, is the useful volume restricted, the heat insulation impaired and more gas-tight welds are required.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fixierung des inneren Druckbehälters in dessen äußerem Behältermantel bereitzustellen, deren Aufbau es ermöglicht, ohne die genannten Nachteile Speicher von gasförmigen oder kryogenen Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge besser im Fahrzeugpackage zu integrieren.task The invention is a fixation of the inner pressure vessel in its outer container shell whose construction makes it possible without the said Disadvantages storage of gaseous or cryogenic fuels for To integrate motor vehicles better in the vehicle package.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.The The object is achieved with the characterizing features of claim 1. preferred embodiments of the invention describe the dependent claims.

Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Druckbehälter, zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, dessen innerer Druckbehältermantel aus ersten Behälterteilen und dessen äußerer Behältermantel aus zweiten Behälterteilen zusammengesetzt ist, die jeweils mindestens in einer zu deren Mittellängsachse parallelen oder schiefen Ebene so abgeschnitten und an den Schnittstellen so miteinander verbunden sind, dass der innere Druckbehältermantel mindestens zwischen den ersten Behälterteilen mindestens eine konkave Einwölbung besitzt. Des weiteren besitzt der den inneren Druckbehältermantel umgebende äußere Behältermantel nach innen gerichtete Abstützeinrichtungen, von denen sich jeweils eine in eine konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels hinein erstreckt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels jeweils von mindestens einem Zugband überspannt ist und dass die Abstützeinrichtungen des äußeren Behältermantels an dem jeweiligen Zugband anliegen.The The invention relates to a double-walled pressure vessel for storing cryogenic fuel in a motor vehicle whose inner pressure vessel shell from first container parts and its outer container shell from second container parts is composed, each at least in one of its central longitudinal axis parallel or inclined plane so cut off and at the interfaces are interconnected so that the inner pressure vessel shell at least one concave between the first container parts at least concavity has. Furthermore, it has the inner pressure vessel shell surrounding outer container casing inwardly directed support devices, one of which in each case into a concave curvature of the inner pressure vessel shell into it extends. The invention is characterized in that the concave concavity of the inner pressure vessel shell each is spanned by at least one tension band and that the support devices of the outer container jacket rest against the respective drawstring.

Das hat den Vorteil, dass Speichern von gasförmigen oder kryogenen Kraftstoffen aufgrund ihrer Formgebung eine bessere Integration im Fahrzeugpackage ermöglicht wird. Bauteilgewicht und Herstellkosten sind nicht wesentlich höher gegenüber zylindrischen Tanks. Die Fixierung des inneren Druckbehälters in dem äußeren Behältermantel ist dagegen, was Gewicht und Kosten betrifft, viel leichter und preiswerter herzustellen als mittels Rohr- und Profilverbindern, die mittels Durchführungen durch den Druckbehälter geführt werden müssen. Es sind weniger gasdichte Schweißnähte nötig und die Wärmeisolation ist effektiver. Die Zugbänder besitzen nur einen geringen Querschnitt und damit ist deren Wärmeleitungseffektivität sehr klein für minimierte Abdampfverluste. Außerdem sind alle für LH2-Speichersysteme notwendigen Funktionen, wie Rohrleitungen, Kupplung etc. mit diesem Konzept darstellbar.The has the advantage of storing gaseous or cryogenic fuels due to their shape a better integration in the vehicle package allows becomes. Component weight and manufacturing costs are not significantly higher compared to cylindrical Tanks. The fixation of the inner pressure vessel in the outer container shell is much easier and lighter in terms of weight and cost cheaper to produce than by means of pipe and profile connectors, by means of bushings through the pressure vessel guided Need to become. There are less gas-tight welds needed and the heat insulation is more effective. The drawstrings have only a small cross-section and thus their heat conduction efficiency is very small for minimized Evaporation losses. Furthermore are all for LH2 storage systems necessary functions, such as piping, coupling etc. with this Concept representable.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Zwischenraum zwischen dem Druckbehältermantel und dem äußeren Behältermantel im wesentlichen evakuiert und/oder mit einem Material zur Wärmeisolierung versehen, um Abdampfverluste so gering wie möglich zu halten.at an advantageous embodiment The invention is the space between the pressure vessel shell and the outer container shell essentially evacuated and / or with a material for thermal insulation provided to keep evaporation losses as low as possible.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungen der Erfindung ist die konkave Einwölbung des Druckbehältermantels umlaufend. Durch diesen geometrischen Aufbau kann in den Behälterwänden ein Membranspannungszustand erreicht werden. Aufgrund der belastungsgerechten Konstruktion können vorteilhafterweise geringe Wandstärken verwendet werden. Wenn dann die Abstützeinrichtungen des äußeren Behältermantels ebenfalls durch dessen konkave Einwölbung gebildet sind und wenn diese ebenfalls umlaufend ist, wird ein einfacher kostengünstiger Druckbehälteraufbau dadurch erreicht, dass die Zugbänder um den Druckbehältermantel umlaufend ausgebildet sind.In further advantageous embodiments of the invention, the concave curvature of the pressure vessel shell is circumferential. Through this geometric structure, a membrane voltage state can be achieved in the container walls. Due to the load-oriented design advantageously small wall thicknesses can be used. If then the support means of the outer container shell are also formed by its concave curvature and if this is also circumferential, a simple inexpensive pressure vessel structure is achieved in that the drawstrings around the pressure vessel shell circumferentially are formed.

So ist es möglich, auf einfache Weise, durch Anordnung von zum Beispiel drei Zugbändern, eines in einer Längsebene und zwei in je einer Querebene, eine stabile Auflage des Druckbehälters im äußeren Behältermantel zu erreichen. Werden weitere Abstützpunkte für den äußeren Behältermantel benötigt, so können diese vorteilhafterweise durch weitere, um den Druckbehältermantel umlaufende Zugbänder gebildet werden.So Is it possible, in a simple manner, by arranging, for example, three drawstrings, one in a longitudinal plane and two in a respective transverse plane, a stable support of the pressure vessel in the outer container shell to reach. If additional support points for the outer container shell needed, so can this advantageously by further to the pressure vessel shell circumferential drawstrings be formed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die 1 zeigt in einer räumlichen Ansicht einen Druckbehälter gemäß der Erfindung. In den 2 und 3 ist dieser Druckbehälter in Längs- und Querschnitt gezeigt.In the following the invention will be further explained with reference to a preferred embodiment. The 1 shows in a three-dimensional view of a pressure vessel according to the invention. In the 2 and 3 This pressure vessel is shown in longitudinal and cross section.

Nach der Erfindung kann die Form eines Druckbehälters zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff, zum Beispiel Wasserstoff, in einem Kraftfahrzeug, erzeugt werden, indem dessen innerer 1 und äußerer Druckbehältermantel 11 aus Behälterteilen 5, 6, bzw. 7, 8 zusammengesetzt wird, die mindestens in einer zu deren Mittellängsachse parallelen oder schiefen Ebene 2 abgeschnitten und an den Schnittstellen miteinander verbunden sind. Und zwar so, dass sowohl der innere 1, als auch der äußere Druckbehältermantel 11 zwischen ihren jeweiligen Behälterteilen 5, 6, bzw. 7, 8 eine konkave Einwölbung besitzen.According to the invention, the shape of a pressure vessel for storing cryogenic fuel, for example hydrogen, in a motor vehicle, be generated by the internal 1 and outer pressure vessel jacket 11 from container parts 5 . 6 , respectively. 7 . 8th is composed, at least in one of the central longitudinal axis parallel or inclined plane 2 cut off and connected to each other at the interfaces. In such a way that both the inner 1 , as well as the outer pressure vessel shell 11 between their respective container parts 5 . 6 , respectively. 7 . 8th have a concave curvature.

In der Ausführung von 1 ist der innere Druckbehältermantel 1 zusammengesetzt aus Behälterteilen 5, 6, die in einer zu deren Mittellängsachse parallelen Ebene 2 abgeschnitten und an den Schnittstellen miteinander verbunden sind. So entsteht der Druckbehälter aus mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Körpern, die sich aus kreisförmigen Querschnitten aufbauen. An der Schnittstelle der beiden Behälterteile 5, 6 ist der innere Druckbehältermantel 1 somit umlaufend konkav eingewölbt.In the execution of 1 is the inner pressure vessel jacket 1 composed of container parts 5 . 6 in a plane parallel to the central longitudinal axis thereof 2 cut off and connected to each other at the interfaces. Thus, the pressure vessel is formed from at least two partially penetrating bodies, which are composed of circular cross sections. At the interface of the two container parts 5 . 6 is the inner pressure vessel jacket 1 thus concave vaulted all around.

Der äußere Behältermantel 11, aus den Behälterteilen 7, 8, dessen Form entsprechend der des inneren Behältermantels 1 erzeugt wurde, umgibt diesen mit im wesentlichen konstantem Abstand. Der Zwischenraum 10 (2, 3) zwischen dem inneren Druckbehältermantel 1 und dem äußeren Behältermantel 11 ist evakuiert. Der Abstand zwischen innerem Druckbehältermantel 1 und äußerem Behältermantel 11 ist so gewählt, dass die umlaufende konkave Einwölbung des äußeren Behältermantels 11 an der Schnittstelle der beiden Behälterteile 7, 8 in die umlaufende konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels 1 mindestens so weit hineinragt, dass eine gedachte, die Einwölbung des inneren Druckbehältermantels 1 überbrückende Tangente an die Behälterteile 5, 6 von der konkaven Einwölbung des äußeren Behältermantels 11 berührt wird.The outer container shell 11 , from the container parts 7 . 8th whose shape corresponds to that of the inner tank shell 1 has been generated surrounds it with a substantially constant distance. The gap 10 ( 2 . 3 ) between the inner pressure vessel shell 1 and the outer container shell 11 is evacuated. The distance between inner pressure vessel jacket 1 and outer container jacket 11 is chosen so that the circumferential concave concavity of the outer container shell 11 at the interface of the two container parts 7 . 8th in the circumferential concave concavity of the inner pressure vessel shell 1 at least so far protrudes that an imaginary, the concavity of the inner pressure vessel shell 1 bridging tangent to the container parts 5 . 6 from the concave concavity of the outer container shell 11 is touched.

Sind nun umlaufende, gespannte Zugbänder 12, 13, 14 um den inneren Druckbehältermantel 1 gelegt, wird der innere Druckbehältermantel 1 im äußeren Behältermantel 11 fixiert, da dieser sich mit seiner konkaven Einwölbung als nach innen gerichteter Abstützeinrichtung an den Zugbändern 12, 13, 14 abstützt. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Zugbänder 12, 13, 14 um den inneren Druckbehältermantel 1 gespannt, zwei, 13, 14, in Quer- und eines, 12, in Längsrichtung.Are now circumferential, tensioned drawstrings 12 . 13 . 14 around the inner pressure vessel jacket 1 is placed, the inner pressure vessel shell 1 in the outer container shell 11 fixed, as this with its concave curvature as inwardly directed support means on the drawstrings 12 . 13 . 14 supported. In this embodiment, three drawstrings 12 . 13 . 14 around the inner pressure vessel jacket 1 looking forward, two, 13 . 14 in transverse and one, 12 , longitudinal.

In den 2 und 3 werden für gleiche Teile die gleichen Begriffe und Bezugszeichen verwendet.In the 2 and 3 the same terms and reference numbers are used for the same parts.

2 zeigt den inneren Druckbehältermantel 1 im äußeren Behältermantel 11, fixiert durch das in Längsrichtung um den inneren Druckbehältermantel 1 umlaufende, gespannte Zugband 12. Die umlaufende konkave Einwölbung des äußeren Behältermantels 11 stützt sich am Zugband 12 ab, das im evakuierten Zwischenraum 10 zwischen dem inneren Druckbehältermantel 1 und dem äußeren Behältermantel 11 verläuft. Von außen ist auf den äußeren Behältermantel 11, ein dessen umlaufende Einwölbung auffüllendes Versteifungsprofil 15 aufgebracht. 2 shows the inner pressure vessel shell 1 in the outer container shell 11 fixed by the longitudinal direction around the inner pressure vessel shell 1 circumferential, tensioned drawstring 12 , The circumferential concave curvature of the outer container shell 11 is based on the tension band 12 in the evacuated space 10 between the inner pressure vessel shell 1 and the outer container shell 11 runs. From the outside is on the outer container shell 11 , a stiffening profile which fills up its circumferential curvature 15 applied.

3 zeigt den inneren Druckbehältermantel 1 im äußeren Behältermantel 11, fixiert durch das in Querrichtung um den inneren Druckbehältermantel 1 umlaufende, gespannte Zugband 13. Die umlaufende konkave Einwölbung des äußeren Behältermantels 11 stützt sich am Zugband 13 ab, das im evakuierten Zwischenraum 10 zwischen dem inneren Druckbehältermantel 1 und dem äußeren Behältermantel 11 verläuft. Von außen ist auf den äußeren Behältermantel 11, ein dessen umlaufende Einwölbung auffüllendes Versteifungsprofil 15 aufgebracht. 3 shows the inner pressure vessel shell 1 in the outer container shell 11 fixed by the transversely around the inner pressure vessel shell 1 circumferential, tensioned drawstring 13 , The circumferential concave curvature of the outer container shell 11 is based on the tension band 13 in the evacuated space 10 between the inner pressure vessel shell 1 and the outer container shell 11 runs. From the outside is on the outer container shell 11 , a stiffening profile which fills up its circumferential curvature 15 applied.

Claims (6)

Doppelwandiger Druckbehälter, zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, dessen innerer Druckbehältermantel (1) aus ersten Behälterteilen (5, 6) und dessen äußerer Behältermantel (11) aus zweiten Behälterteilen (7, 8) zusammengesetzt ist, die jeweils mindestens in einer zu deren Mittellängsachse parallelen oder schiefen Ebene (2) so abgeschnitten und an den Schnittstellen so miteinander verbunden sind, dass der innere Druckbehältermantel (1) mindestens zwischen den ersten Behälterteilen (5, 6) mindestens eine konkave Einwölbung besitzt, wobei der den inneren Druckbehältermantel (1) umgebende äußere Behältermantel (11) nach innen gerichtete Abstützeinrichtungen besitzt, von denen sich jeweils eine in eine konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels (1) hinein erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels (1) jeweils von mindestens einem Zugband (12, 13, 14) überspannt ist und dass die Abstützeinrichtungen des äußeren Behältermantels (11) an dem jeweiligen Zugband (12, 13, 14) anliegen.Double-walled pressure vessel for storing cryogenic fuel in a motor vehicle, the inner pressure vessel shell ( 1 ) from first container parts ( 5 . 6 ) and its outer container shell ( 11 ) from second container parts ( 7 . 8th ), each of which is at least in a plane parallel or inclined to its central longitudinal axis ( 2 ) are cut off and connected to one another at the interfaces in such a way that the inner pressure vessel jacket ( 1 ) at least between the first container parts ( 5 . 6 ) has at least one concave indentation, wherein the inner pressure vessel shell ( 1 ) surrounding outer container shell ( 11 ) inwardly directed support means be each of which is in a concave curvature of the inner pressure vessel shell ( 1 ), characterized in that the concave concavity of the inner pressure vessel shell ( 1 ) each of at least one drawstring ( 12 . 13 . 14 ) and that the support means of the outer container shell ( 11 ) at the respective drawstring ( 12 . 13 . 14 ) issue. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (10) zwischen dem inneren Druckbehältermantel (1) und dem äußeren Behältermantel (11) im wesentlichen evakuiert und/oder mit einem Material zur Wärmeisolierung versehen ist.Pressure vessel according to claim 1, characterized in that the intermediate space ( 10 ) between the inner pressure vessel shell ( 1 ) and the outer container shell ( 11 ) is substantially evacuated and / or provided with a material for thermal insulation. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Einwölbung des inneren Druckbehältermantels (1) umlaufend ist.Pressure vessel according to claim 1 or 2, characterized in that the concave concavity of the inner pressure vessel shell ( 1 ) is circumferential. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützeinrichtungen des äußeren Behältermantels (11) ebenfalls durch dessen konkave Einwölbung gebildet sind.Pressure vessel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support means of the outer container shell ( 11 ) are also formed by its concave curvature. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Einwölbung des äußeren Behältermantels (11) umlaufend ist.Pressure vessel according to claim 4, characterized in that the concave curvature of the outer container shell ( 11 ) is circumferential. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbänder (12, 13, 14) um den inneren Druckbehältermantel (1) umlaufend ausgebildet sind.Pressure vessel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drawstrings ( 12 . 13 . 14 ) around the inner pressure vessel shell ( 1 ) are circumferentially formed.
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