DE102005055321B4 - Behälter zur Speicherung von Kraftstoff - Google Patents

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Abstract

Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, als wärmeisolierter Kryotank für kondensierte Gase, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme des Betriebsmittels, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei mindestens Behälterteile des Innenbehälters und/oder des Außenbehälters aus Kunststoff bestehen und der Innenbehälter ein Druckbehälter kreisringförmigen Querschnitts ist, der mit einer zentrisch zur Mittelachse am Innenbehältermantel befestigten Aufhängeeinrichtung (12) im Außenbehälter befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Behälterteile mindestens teilweise eine Beschichtung (11) und/oder eine Einlage aus Metall besitzen, wobei die Außenseite des Innenbehälters eine ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung (11) besitzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, insbesondere betrifft sie einen Kryotank für kondensierte Gase und ein Herstellverfahren.
  • Aus der DE 101 63 029 A1 ist bereits bekannt, Hochdruckwasserstofftanks aus einem Harz-Behälterkörper herzustellen, auf dessen Innenseite eine Wasserstoffbarrierelage aus Synthetikgummi aufgeschichtet ist. Die Außenseite des Behälterkörpers ist durch faserverstärktes Material verstärkt, das durch Drehen um eine Nabe aus einer Aluminiumlegierung als Tragwelle um die Auskleidung herumgewickelt wird. Die Nabe besteht aus einer Decknabe und einer Endnabe.
  • 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. 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.
  • Die DE 102 47 504 A1 offenbart einen wärmeisolierten Kryotank für kondensierte Gase zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme des Betriebsmittels, der in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei mindestens Behälterteile des Innenbehälters und/oder des Außenbehälters aus Kunststoff bestehen und diese Behälterteile mindestens teilweise eine Beschichtung oder eine Einlage aus Metall besitzen. Und aus der DE 198 82 495 T5 ist ein wärmeisolierter Flüssiggasdruckbehälter bekannt, bei welchem die Außenseite des Innenbehälters eine Beschichtung mit hohem Emissionsvermögen, zum Beispiel aus aluminisiertem Mylar, besitzt.
  • Der nächstliegende Stand der Technik, die US 6 880 719 B1 , offenbart einen Treibstofftank als Kryotank für ein kondensiertes Gas, bestehend aus einem Innen- und einem Außenbehälter aus Kunststoff, wobei der Innenbehälter, als Druckbehälter kreisringförmigen Querschnitts, mittels einer zentrisch zu seiner Mittelachse verlaufenden Aufhängeeinrichtung im Außenbehälter gelagert ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter als Speicher von, insbesondere kryogenen, Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, der preiswert herzustellen ist, geringes Gewicht besitzt und geringe Kraftstoffpermeation aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Behälters bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Kryotank für kondensierte Gase, zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme des Betriebsmittels, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei mindestens Behälterteile des Innenbehälters und/oder des Außenbehälters aus Kunststoff bestehen und der Innenbehälter ein Druckbehälter kreisringförmigen Querschnitts ist, der mit einer zentrisch zur Mittelachse am Innenbehältermantel befestigten Aufhängeeinrichtung im Außenbehälter befestigt ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Behälterteile mindestens teilweise eine Beschichtung und/oder eine Einlage aus Metall besitzen, wobei die Außenseite des Innenbehälters eine ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung besitzt.
  • Das hat den Vorteil, dass die Barriereeigenschaften des Behälters gegen Permeation von Kraftstoff durch die Kunststoffteile deutlich verbessert werden. Da großflächige Behälterteile aus Kunststoff bestehen können, ist der Behälter sehr leicht gegenüber einem Behälter aus Stahl. Durch das geringere Ausgasen der Oberflächen ist die Vakuumstabilität beständiger bei geringer Diffusion. Die Reflexionsfähigkeit einer metallischen Schicht bedingt auch einen geringeren Wärmeeintrag in den Behälter. Außerdem sind chemische Resistenz und elektromagnetische Verträglichkeit durch Erdung höher.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht die ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung aus reinen Metallen, insbesondere Aluminium, oder aus Metalllegierungen, insbesondere Kupfer-, Nickel-, Goldlegierungen, oder aus Metalloxiden, insbesondere Aluminiumoxid.
  • Bei weiteren vorteilhaften Ausführungen der Erfindung besitzen die aus Kunststoff bestehenden Behälterteile mehrschichtig aufgebrachte Lagen aus Faserverbundwerkstoff. Dabei können Innenbehälterteile aus Metall durch Kleben und/oder mittels Nieten und/oder mittels Schrauben innerhalb der ganzflächigen Metall- oder Keramikbeschichtung mit den Innenbehälterteilen aus Kunststoff verbunden sein. Vorteilhafterweise ist es so einfach möglich, dass die ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung an der Außenseite des Innenbehälters einstückig, ohne Durchbrechungen auch Befestigungsstellen, zum Beispiel Nieten, Schrauben etc. überdeckt.
  • Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Herstellen eines Behälters gemäß der Erfindung wird Metall, insbesondere Kupfer oder Nickel oder eine Legierung auf Kupfer- oder Nickelbasis oder eine Phosphornickellegierung, durch chemische- und/oder Vakuum-Abscheidung auf die Außenseite des Innenbehälters aufgebracht. Nachfolgend kann dann auf die Außenseite des Innenbehälters mindestens eine weitere Schicht, insbesondere aus reinem Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, elektrolytisch abgeschieden werden.
  • Die Herstellung wird dadurch besonders einfach, wenn der Behälter von innen nach außen aufgebaut wird. Das ermöglicht auch eine einfache Integration von Inserts im Innenbehälter. Diese können einfach umspritzt werden. Durch Inserts lassen sich vorteilhafterweise einfach zusätzliche Anschlüsse als Verbindungen vom Innen- zum Außenbehälter realisieren.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die Figuren zeigen einen Innenbehälter in drei Ansichten und einem Schnitt. Der Außenbehälter und die Isolation zwischen Innen- und Außenbehälter sind nicht dargestellt. 1 zeigt einen Behälter gemäß der Erfindung in Seitenansicht. 2 zeigt den Behälter aus 1 in Draufsicht. 3 zeigt einen Querschnitt des Behälters aus 1 und 4 eine räumliche Ansicht des Behälters aus 1. In den Figuren werden für gleiche Teile die gleichen Begriffe und Bezugszeichen verwendet.
  • Bei einem Behälter nach der Erfindung, zur Speicherung von kryogenem Kraftstoff, zum Beispiel Wasserstoff, in einem Kraftfahrzeug, kann zum Beispiel eine Form eines Innenbehälters entsprechend der räumlichen Darstellung in 4 erzeugt werden. Von außen sichtbar ist ein symmetrisch zu einer Mittenachse aufgebautes Innenbehältermantelteil 10 aus Kunststoff mit einer ganzflächigen Metallbeschichtung 11 aus einer Aluminiumlegierung, versehen. Ein Außenbehältermantel ist nicht gezeichnet. Mit einer am Innenbehältermantel befestigten Aufhängeeinrichtung 12 wird der Innenbehälter im Außenbehälter befestigt.
  • In der Darstellung von 1 und 2 sind die selben Einrichtungen in anderen Ansichten gezeigt, also ein Innenbehälter gemäß der Erfindung, aufgebaut als Druckbehälter kreisringförmigen Querschnitts. In diesem Innenbehälter befindet sich Wasserstoff, in flüssiger und gasförmiger Form, verwendbar als Betriebsmittel eines nicht gezeichneten Antriebsaggregats eines nicht gezeichneten Kraftfahrzeugs.
  • Der nicht gezeichnete Außenbehältermantel, dessen Form entsprechend der des Innenbehältermantels erzeugt werden kann, umgibt diesen mit im wesentlichen konstantem Abstand. Der Zwischenraum zwischen dem Innenbehältermantel und dem Außenbehältermantel ist evakuiert und mit nicht gezeichnetem Material zur Wärmeisolierung, zum Beispiel mit Mikrohohlkugeln, gefüllt.
  • Ein so genanntes Insert aus Metall ist am Innenbehältermantel zentrisch zur Mittelachse mittels Nieten 13 (3) angebracht, wobei durch die ganzflächige Metallbeschichtung 11 auf der Außenseite des Innenbehälters auch das Insert außenseitig beschichtet ist. Das Insert verstärkt als Innenbehälterteil aus Metall den Innenbehälter aus Kunststoff, dient als Lager und Aufhängeeinrichtung 12 des Innenbehälters im Aussenbehälter und als Befestigungseirichtung für Durchführungen zum und vom Innenbehälter, wie zum Beispiel Entnahme- und Befüllleitungen 14.
  • Der Innenbehälter ist von innen nach außen zum Beispiel folgendermaßen aufgebaut: Freiformkern oder Kunststoffhohlkern, verschiedene Schichten aus Kohlenstofffasern und Insert, dann die ganzflächige metallische Schicht 11, als Barriereschicht gegen Kraftstoffpermeation. Die metallische Schicht 11 aus einer Aluminiumlegierung wird durch chemische Abscheidung im Vakuum auf die Außenseite des Innenbehälters aufgebracht. Nachfolgend wird auf die Außenseite des Innenbehälters eine weitere Schicht aus reinem Aluminium elektrolytisch abgeschieden.

Claims (6)

  1. Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, als wärmeisolierter Kryotank für kondensierte Gase, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme des Betriebsmittels, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei mindestens Behälterteile des Innenbehälters und/oder des Außenbehälters aus Kunststoff bestehen und der Innenbehälter ein Druckbehälter kreisringförmigen Querschnitts ist, der mit einer zentrisch zur Mittelachse am Innenbehältermantel befestigten Aufhängeeinrichtung (12) im Außenbehälter befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Behälterteile mindestens teilweise eine Beschichtung (11) und/oder eine Einlage aus Metall besitzen, wobei die Außenseite des Innenbehälters eine ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung (11) besitzt.
  2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ganzflächige Metall- oder Keramikbeschichtung (11) aus reinen Metallen, insbesondere Aluminium, oder aus Metalllegierungen, insbesondere Kupfer-, Nickel-, Goldlegierungen, oder aus Metalloxiden, insbesondere Aluminiumoxid, besteht.
  3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff bestehenden Behälterteile mehrschichtig aufgebrachte Lagen aus Faserverbundwerkstoff besitzen.
  4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Innenbehälterteile aus Metall durch Kleben und/oder mittels Nieten (13) und/oder mittels Schrauben innerhalb der ganzflächigen Metall- oder Keramikbeschichtung (11) mit den Innenbehälterteilen aus Kunststoff verbunden sind.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Metall, insbesondere Kupfer oder Nickel oder eine Legierung auf Kupfer- oder Nickelbasis oder eine Phosphornickellegierung, durch chemische- und/oder Vakuum-Abscheidung auf die Außenseite des Innenbehälters aufgebracht wird.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Behälters nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend auf die Außenseite des Innenbehälters mindestens eine weitere Schicht, insbesondere aus reinem Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, elektrolytisch abgeschieden wird.
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