DE102011015133A1

DE102011015133A1 - Temperaturregelungsvorrichtung für einen Druckbehälter

Info

Publication number: DE102011015133A1
Application number: DE102011015133A
Authority: DE
Inventors: Markus Lindner; Ludger Strack
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2031-03-26
Also published as: CN102213314A; US20110240655A1; CN102213314B; DE102011015133B4; US9347560B2

Abstract

Es ist ein Druckbehälter offenbart, wobei der Druckbehälter eine äußere Schale, eine innere Schale und eine Temperaturregelungsvorrichtung umfasst, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung geeignet ist, die Temperatur eines in der inneren Schale gespeicherten Fluids während eines Betriebes des Druckbehälters zu regeln und die Aushärtungszeit während der Herstellung des Druckbehälters zu minimieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hohlen Behälter und im Spezielleren einen hohlen Druckbehälter, der eine äußere Schale, eine innere Schale und eine Temperaturregelungsvorrichtung in fluidtechnischer Verbindung mit einer Fluidquelle aufweist, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung zwischen der äußeren Schale und einem inneren Hohlraum des Druckbehälters angeordnet ist, um eine Temperatursteuerung der Schale zu erleichtern.
Hintergrund der Erfindung
Brennstoffzellen wurden als eine Leistungsquelle für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen vorgeschlagen. In Protonenaustauschmembran(PEM)-Brennstoffzellen wird Wasserstoff als ein Brennstoff an eine Anode der Brennstoffzelle geliefert und Sauerstoff wird als ein Oxidationsmittel an eine Kathode der Brennstoffzelle geliefert. Eine Vielzahl von Brennstoffzellen ist in Brennstoffzellenstapeln zusammengestapelt, um ein Brennstoffzellensystem zu bilden. Der Brennstoff ist typischerweise in hohlen Druckbehältern wie z. B. Brennstofftanks gespeichert, die an einem Unterbau des Fahrzeuges angeordnet sind.
Die Druckbehälter sind typischerweise mehrschichtig und umfassen zumindest eine innere Schale und eine äußere Schale. Die innere Schale kann mithilfe vieler verschiedener bekannter Verfahren einschließlich: maschinelle Bearbeitung; Rollformen; Spritzgießen; Extrusionsblasformen; Blasformen; Rotationsformen und dergleichen hergestellt werden. Die innere Schale wird mithilfe des Rotationsformverfahrens gebildet, indem zumindest ein Anschluss in einem Werkzeughohlraum mit einem Polymerharz angeordnet wird, die Form erwärmt wird, während sie rotiert wird, um zu bewirken, dass das Harz schmilzt und die Wände des Werkzeughohlraumes bedeckt, das Werkzeug abgekühlt wird und die geformte innere Schale entfernt wird. Die fertige innere Schale wird an dem zumindest einen Anschluss an einem Ende desselben befestigt. Um die äußere Schale zu bilden, wird die geformte innere Schale einem Präzisionswickelprozess unterzogen. Nach dem Präzisionswickelprozess kann es sein, dass die äußere Schale eine beträchtliche Aushärtungsdauer vor einer ersten Druckbeaufschlagung des Druckbehälters benötigt.
Eine Aushärtungszeit des Druckbehälters kann verringert werden, indem eine äußere Fläche des Druckbehälters erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Die erhöhten Temperaturen während des Aushärtens können die Duktilität der inneren Schale unerwünscht erhöhen. Demzufolge kann die Aushärtungstemperatur, insbesondere die Aushärtungstemperatur, welcher der innere Hohlraum ausgesetzt ist, begrenzt sein. Die Aushärtungszeit erhöht auch die Kosten zur Herstellung des Druckbehälters. Einige Abschnitte des Druckbehälters können ein zusätzliches Wickeln erfordern, was zur Folge hat, dass ein Abschnitt der äußeren Schale eine größere Dicke aufweist als der restliche Abschnitt. Infolgedessen ist die Aushärtungszeit für die größere Dicke in dem Abschnitt der äußeren Schale verlängert.
Starke Schwankungen in einer Temperatur der inneren Schale können eine Förderrate von Brennstoff zu und von dem Druckbehälter begrenzen. Demzufolge kann ein Steuerungssystem die Förderrate zu und von dem Druckbehälter regeln, um starke Schwankungen in einer Temperatur des Druckbehälters zu verhindern.
Der Druckbehälter kann während der Druckbeaufschlagung als „voll” angesehen werden, wenn der Inhalt des Druckbehälters eine bestimmte Dichte erreicht. Da die Temperatur innerhalb des Druckbehälters während der Druckbeaufschlagung ansteigt, kann auch der Betrag des Druckes, der benötigt wird, damit der Inhalt die bestimmte Dichte erreicht, ebenfalls ansteigen. Infolgedessen können übermäßige Mengen an Energie verbraucht werden, um den Druckbehälter mit Druck zu beaufschlagen, bis der Inhalt die bestimmte Dichte erreicht, wenn die Temperatur innerhalb des Druckbehälters erhöht wird.
Das Vorhandensein der äußeren Schale kann eine Betankungszeit des Druckbehälters unerwünschterweise verlängern. Da Wasserstoff oder ein anderer Brennstoff zu einem inneren Hohlraum des Druckbehälters bei Drücken von bis zu 12 690 psi (875 bar) gefördert wird, erhöht sich eine Temperatur innerhalb des Druckbehälters. Die äußere Schale, die typischerweise aus einem Material gebildet ist, das Wärme schlecht leitet, isoliert die innere Schale. Infolgedessen kann die Förderrate von Brennstoff zu dem inneren Hohlraum begrenzt sein und die Betankungszeit des Druckbehälters verlängern
Das Vorhandensein der äußeren Schale kann eine Förderrate von Brennstoff aus dem Druckbehälter unerwünscht verkürzen. Da Wasserstoff oder ein anderer Brennstoff schnell aus dem inneren Hohlraum des Druckbehälters entfernt wird, nimmt eine Temperatur innerhalb des Druckbehälters ab. Die äußere Schale, die typischerweise aus einem Material gebildet ist, das Wärme schlecht leitet, isoliert die innere Schale. Die äußere Schale verhindert, dass der Brennstoff innerhalb des Druckbehälters Energie aus einer umliegenden Umgebung absorbiert. Infolgedessen kann die äußere Schale die Förderrate von Brennstoff aus dem inneren Hohlraum begrenzen.
Es wäre wünschenswert, einen Druckbehälter zu entwickeln, der eine äußere Schale, eine innere Schale und eine Temperaturregelungsvorrichtung aufweist, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung geeignet ist, die Temperatur der inneren Schale während eines Betriebes des Druckbehälters zu regeln und die Aushärtungszeit während der Herstellung des Druckbehälters zu verkürzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die vorgesehene Erfindung wurde nun überraschenderweise ein Druckbehälter entdeckt, der eine äußere Schale, eine innere Schale und eine Temperaturregelungsvorrichtung aufweist, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung geeignet ist, die Temperatur der inneren Schale zu regeln.
In einer Ausführungsform umfasst der Behälter eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern, eine äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist, eine Temperaturregelungsvorrichtung, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist und/oder in der hohlen inneren Schale angeordnet ist und/oder in der äußeren Schale angeordnet ist, und einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der an der inneren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet, wobei die Fluidleitung und die Temperaturregelungsvorrichtung in fluidtechnischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungssystem stehen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Behälter eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern, eine äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist, eine Temperaturregelungsvorrichtung, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist und/oder in der hohlen inneren Schale angeordnet ist, einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der an der hohlen inneren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet, und ein Temperatursteuerungssystem in elektrischer Verbindung mit zumindest einem Temperatursensor, der Temperaturregelungsvorrichtung, der Fluidleitung, wobei das Temperatursteuerungssystem ein System mit geschlossenem Kreislauf bildet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Behälter eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern, eine filamentgewickelte äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist, eine poröse Schicht, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist, einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der auf der hohlen inneren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet, und ein Temperatursteuerungssystem in elektrischer Verbindung mit zumindest einem Temperatursensor, der porösen Schicht, der Fluidleitung, wobei das Temperatursteuerungssystem ein System mit geschlossenem Kreislauf bildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die oben stehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung im Licht der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen ohne weiteres verständlich, in denen:
1 eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Druckbehälters mit einer Temperaturregelungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Abschnitt des Druckbehälters im Schnitt gezeigt ist;
2 eine perspektivische Darstellung des in 1 veranschaulichten Druckbehälters, wobei eine äußere Schale des Druckbehälters als Fragment gezeigt ist, und ein schematisches Flussdiagramm eines Temperatursteuerungssystems in Verbindung mit dem Druckbehälter ist;
3 eine perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei eine äußere Schale des Druckbehälters als Fragment gezeigt ist, und ein schematisches Flussdiagramm eines Temperatursteuerungssystems in Verbindung mit dem Druckbehälter ist; und
4 eine perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei eine äußere Schale des Druckbehälters als Fragment gezeigt ist, und ein schematisches Flussdiagramm eines Temperatursteuerungssystems in Verbindung mit dem Druckbehälter ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sollen den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
Die 1 und 2 veranschaulichen einen hohlen Druckbehälter 10, der eine hohle innere Schale 12, einen Anschluss 14, eine poröse Schicht 16 und eine äußere Schale 18 aufweist. Der Behälter 10 weist eine im Wesentlichen. zylindrische Form auf und ist geeignet, ein mit Druck beaufschlagtes Fluid (nicht gezeigt) aufzunehmen. Es ist einzusehen, dass der Behälter 10 je nach Wunsch jede beliebige Form aufweisen kann. Das mit Druck beaufschlagte Fluid kann beispielsweise jedes beliebige Fluid wie z. B. ein Gas, eine Flüssigkeit oder sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein.
Die innere Schale 12 des Behälters 10 ist ein hohles Gefäß, das geeignet ist, das mit Druck beaufschlagte Fluid zu speichern. Die innere Schale 12 ist typischerweise aus einem Polymermaterial gebildet. Es kann jedoch ein beliebiges formbares Material verwendet werden. Die innere Schale 12 ist im Wesentlichen „kapsel” förmig und umfasst einen hohlen rechtszirkulären Zylinder als einen zentralen Abschnitt und zwei hohle Halbkugeln, die an gegenüberliegenden Enden davon angeordnet sind. Es können andere Formen der inneren Schale 12 wie z. B. ein gestrecktes Sphäroid, andere Ellipsoide oder andere Formen verwendet werden. Eine innere Fläche 20 der inneren Schale 12 definiert ein inneres Volumen des Behälters 10. Die innere Schale 12 ist aus einem Spritzgieß-, Rotationsform-, Blasform-, Gießstreckform-, Thermoform- oder einem beliebigen anderen geeigneten Prozess gebildet. Die innere Schale 12 umfasst einen hohlen Halsabschnitt 22, der eine Behälteröffnung 24 bildet. Wie gezeigt, ist der hohle Halsabschnitt 22 ein hohler rechtszirkulärer Zylinder, es können aber andere Formen verwendet werden.
Der Anschluss 14 ist auf einem Abschnitt einer äußeren Fläche 25 der inneren Schale 12 an einem ersten Ende 26 davon angeordnet. Der Anschluss 14 ist ein separat hergestellter Abschluss, der den hohlen Halsabschnitt 22 umschließt. Der Anschluss 14 ist typischerweise geformt, um einen spezifischen Verschluss unterzubringen, und umfasst einen Flanschabschnitt 27, der an der hohlen inneren Schale 12 anliegt. Der Behälter 10 kann je nach Wunsch einen einzigen Anschluss oder eine Vielzahl von Anschlüssen umfassen. Der Anschluss 14 umfasst einen kreisringförmigen Vorsprung 28, der an einer äußeren Fläche 29 davon gebildet ist. Der Vorsprung 28 ist geeignet, an der äußeren Schale 18 anzuliegen und den Anschluss 14 in Bezug auf den Behälter 10 zu fixieren. Die äußere Fläche 29 oder eine innere Fläche 30 des Anschlusses 14 kann mit einem Gewinde versehen sein, um einen Abschnitt eines Schlauches, einer Düse, einer Leitung oder eines anderen Mittels zur fluidtechnischen Verbindung (nicht gezeigt) aufzunehmen. Es ist auch einzusehen, dass der Anschluss 14 beispielsweise aus einem beliebigen herkömmlichen Material wie z. B. einem Kunststoff, einem Stahl, einer Stahllegierung oder Aluminium gebildet sein kann. Der Anschluss 14 umfasst eine darin gebildete Fluidleitung 31. Die Fluidleitung 31 erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen einem Abschlussende und dem Flanschabschnitt 27 des Anschlusses 14. Der Behälter 10 kann je nach Wunsch zwei Fluidleitungen 31, wie gezeigt, oder mehr oder weniger Fluidleitungen 31 umfassen. Der Anschluss 14 kann je nach Wunsch ein Blindanschluss sein, der geeignet ist, den Behälter 10 an einer anderen Struktur oder Druckentlastungsvorrichtungen zu verankern.
Die poröse Schicht 16 ist auf zumindest einem Abschnitt der äußeren Fläche 25 der inneren Schale 12 angeordnet, um die Temperaturregelungsvorrichtung zu bilden. An dem ersten Ende 26 der inneren Schale 12 liegt die poröse Schicht 16 an dem Flanschabschnitt 27 des Anschlusses 14 an und steht über die Fluidleitungen 31 in fluidtechnischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungssystem 32, das in 2 veranschaulicht ist. Es kann beispielsweise ein beliebiges herkömmliches nicht korrodierendes Material mit darin gebildeten Poren wie z. B. eine Glasfasermatte, ein gesintertes Metall, ein geklebtes Metallgeflecht, ein Stoffgewebe und ein poröser Schaum verwendet werden, um die poröse Schicht 16 zu bilden. Es kann auch ein beliebiges anderes im Wesentlichen knitterbeständiges poröses Material verwendet werden. Die poröse Schicht 16 kann eine darin gebildete Fluidsperre umfassen. Die Fluidsperre kann durch Warmpressen eines Abschnitts der porösen Schicht 16 oder durch Imprägnieren der porösen Schicht 16 mit einem Material, das im Wesentlichen undurchlässig ist, wenn es ausgehärtet ist, in der porösen Schicht 16 gebildet werden. Alternativ, wenn die poröse Schicht 16 auf dem Abschnitt der äußeren Fläche 25 angeordnet ist, kann die Fluidsperre durch Kontakt zwischen der inneren Schale 12 und der äußeren Schale 18 gebildet sein.
Die äußere Schale 18 des Behälters 10 ist auf der porösen Schicht 16 und der inneren Schale 12 angeordnet. Wie gezeigt, liegt eine innere Fläche 34 der äußeren Schale 18 im Wesentlichen an der porösen Schicht 16 an. Die äußere Schale 18 ist an dem ersten Ende 26 des Behälters 10 an den Anschluss 14 gefügt. Die äußere Schale 18 kann mithilfe des Präzisionswickelprozesses gebildet sein. Wenn die äußere Schale 18 mithilfe eines Präzisionswickelprozesses gebildet ist, kann die äußere Schale 18 je nach Wunsch aus einer Kohlefaser, einer Glasfaser, einer Verbundstofffaser und einer Faser mit einer Harzbeschichtung gebildet sein. Die äußere Schale 18 kann beispielsweise auch aus einem beliebigen formbaren Material wie z. B. einem Metall und einem Kunststoff gebildet sein. Es ist einzusehen, dass das Material, das verwendet wird, um die äußere Schale 18 zu bilden auf der Grundlage des Prozesses, der verwendet wird, um die äußere Schale 18 an der inneren Schale 12 zu befestigen, der Verwendung des Behälters 10 und der Eigenschaften des in dem Behälter 10 gespeicherten Fluids gewählt sein kann.
Das Temperatursteuerungssystem 32 handhabt eine Strömung eines Fluids zu und von der porösen Schicht 16. Die poröse Schicht 16 steht in fluidtechnischer Verbindung mit dem Temperatursteuerungssystem 32 und bildet ein System mit geschlossenem Kreislauf, welches das Fluid enthält. Das Temperatursteuerungssystem 32 umfasst eine Pumpe 36, eine Versorgungsleitung 38, eine Auslassleitung 40 und einen Wärmetauscher 42. In der gezeigten Ausführungsform ist das Temperatursteuerungssystem 32 neben dem Behälter 10 angeordnet, es kann jedoch jede beliebige Stelle verwendet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Temperatursteuerungssystem 32 an einem Unterbau eines Fahrzeuges, in dem der Behälter 10 eingebaut ist, einem Innenraum des Fahrzeuges oder auf der äußeren Schale 18 des Behälters 10 angeordnet sein. Alternativ kann das Temperatursteuerungssystem 32 in einer Brennstoffzufuhrvorrichtung angeordnet sein.
Die Pumpe 36 ist eine Fluidförderpumpe, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, wobei die Pumpe 36 das Fluid durch das System mit geschlossenem Kreislauf hindurch fördert. Wie gezeigt, ist die Pumpe 36 in der Versorgungsleitung 38 angeordnet, die Pumpe 36 kann jedoch an einer beliebigen Stelle in fluidtechnischer Verbindung mit dem System mit geschlossenem Kreislauf angeordnet sein. Die Pumpe 36 steht in elektrischer Verbindung mit einem Controller 44, wobei der Controller typischerweise Informationen von zumindest einem Temperatursensor 46 oder einer anderen Art von Sensor empfängt. Der zumindest eine Temperatursensor 46 kann auf dem Behälter 10, um dessen Temperatur zu messen, oder dem Fahrzeug angeordnet sein, um eine Umgebungstemperatur zu messen.
Die Versorgungsleitung 38 und die Auslassleitung 40 sind Fluidleitungen, wie auf dem technischen Gebiet gut bekannt. Die Versorgungsleitung 38 erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Wärmetauscher 42 und der porösen Schicht 16. Die Auslassleitung 40 erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen der porösen Schicht 16 und dem Wärmetauscher 42.
Der Wärmetauscher 42 ist ein Wärmetauscher, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Wie gezeigt, ist der Wärmetauscher 42 ein Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher, der eine erste Leitung und eine zweite Leitung umfasst, wobei die Leitungen über eine leitfähige Sperre verbunden sind, es kann jedoch eine beliebige Art von Wärmetauscher verwendet werden. Die erste Leitung steht in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38 und der Auslassleitung 40. Die zweite Leitung steht in fluidtechnischer Verbindung mit einer externen Fluidquelle.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung ähnlich jener, die in den 1 und 2 gezeigt ist. Bezugsziffern für ähnliche Strukturen in Bezug auf die Beschreibung der 1 und 2 sind in 3 mit einem Strich(')-Symbol wiederholt.
Der Behälter 10' umfasst die integral mit der inneren Schale 12' gebildete Temperaturregelungsvorrichtung zwischen der inneren Fläche 20' und der äußeren Fläche 25' der inneren Schale 12'. Die Temperaturregelungsvorrichtung besteht aus einer Vielzahl von Kanälen 50, die in der äußeren Fläche 25' der inneren Schale 12' gebildet sind. Die Vielzahl von Kanälen 50 ist an einer ersten Seite der inneren Schale 12' gebildet, wobei sich die Vielzahl von Kanälen 50 entlang einer Länge der inneren Schale 12' erstreckt, bevor sie sich an einer zweiten Seite der inneren Schale 12' weiter entlang der Länge der inneren Schale 12' erstreckt. Die Vielzahl von Kanälen 50 kann an der inneren Schale 12' durch ein Formmuster, das der Vielzahl von Kanälen 50 entspricht, während der Herstellung der inneren Schale 12', oder mithilfe eines sekundären Prozesses, der einen Abschnitt der inneren Schale 12 entfernt, welcher der Vielzahl von Kanälen 50 entspricht, nachdem die innere Schale 12' gebildet ist, gebildet werden. Jeder der Kanäle, welche die Vielzahl von Kanälen 50 bilden, kann einen rechteckigen Querschnitt, einen dreieckigen Querschnitt, einen halbkreisförmigen Querschnitt oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Die Vielzahl von Kanälen 50 steht in fluidtechnischer Verbindung mit den Fluidleitungen 31'. Die Vielzahl von Kanälen 50 bildet Verteilerbereiche neben den Fluidleitungen 31', um die fluidtechnische Verbindung dazwischen zu erleichtern. Alternativ kann die integral mit der inneren Schale 12' gebildete Temperaturregelungsvorrichtung aus einer Vielzahl von Vorsprüngen bestehen, die an der inneren Schale 12' gebildet sind. Die innere Schale 12' kann eine integral damit gebildete Fluidsperre umfassen. Ein Steg oder eine Vielzahl von Stegen ist/sind an der inneren Schale 12' zwischen jedem der die Vielzahl von Kanälen 50 bildenden Kanal gebildet, wobei jeder der Stege in Kontakt mit der äußeren Schale 18' die Fluidsperre bilden kann.
Das Temperatursteuerungssystem 52 handhabt eine Strömung eines Fluids zu und von der Vielzahl von Kanälen 50. Das Temperatursteuerungssystem 52 steht in fluidtechnischer Verbindung mit einer umliegenden Umgebung. Die Vielzahl von Kanälen 50 in fluidtechnischer Verbindung mit dem Temperatursteuerungssystem 52 bildet ein System mit offenem Kreislauf. Das Temperatursteuerungssystem 60 umfasst einen Einlass 53, ein Gebläse 54, eine Versorgungsleitung 38', eine Auslassleitung 40' und einen Auslass 55. Das Temperatursteuerungssystem 52 ist neben dem Behälter 10' angeordnet, es kann jedoch eine beliebige Stelle verwendet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Temperatursteuerungssystem 52 an einem Unterbau eines Fahrzeuges, in dem der Behälter 10' eingebaut ist, einem Innenraum des Fahrzeuges oder auf der äußeren Schale 18' des Behälters 10' angeordnet sein. Alternativ kann das Temperatursteuerungssystem 52 in einer Brennstoffzufuhrvorrichtung angeordnet sein.
Der Einlass 53 und der Auslass 54 erleichtern jeweils die fluidtechnische Verbindung zwischen der umliegenden Umgebung und der Versorgungsleitung 38' und der Auslassleitung 40'. Typischerweise sind der Einlass 53 und der Auslass 54 beabstandet. Der Einlass 53 kann ein Staulufteinlass sein. Der Einlass 53 und der Auslass 54 können je nach Wunsch ein Abschluss der Versorgungsleitung 38' und der Auslassleitung 40', ein hohler Körper mit darin gebildeten Durchbrechungen oder eine andere Struktur sein. Der Einlass 53 kann einen darin angeordneten Luftfilter (nicht gezeigt) umfassen.
Das Gebläse 54 ist ein Ventilator, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, wobei das Gebläse 54 Luft durch das System mit offenem Kreislauf hindurch fördert. Wie gezeigt, ist das Gebläse 54 in der Versorgungsleitung 38' angeordnet, wobei das Gebläse 54 jedoch an einer beliebigen Stelle in fluidtechnischer Verbindung mit dem System mit offenem Kreislauf angeordnet sein kann. Das Gebläse 54 steht in elektrischer Verbindung mit einem Controller 44', wobei der Controller 44' Informationen von zumindest einem Temperatursensor 46' oder einer anderen Art von Sensor empfängt. Der Temperatursensor 46' kann auf dem Behälter 10', um dessen Temperatur zu messen, oder dem Fahrzeug angeordnet sein, um eine Umgebungstemperatur zu messen.
Die Versorgungsleitung 38' und die Auslassleitung 40' sind Fluidleitungen, wie auf dem technischen Gebiet gut bekannt. Die Versorgungsleitung 38' erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Einlass 53 und der Vielzahl von Kanälen 50. Die Auslassleitung 40' erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen der Vielzahl von Kanälen 50 und dem Auslass 55.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung ähnlich jener, die in den 1 und 2 gezeigt ist. Bezugsziffern für ähnliche Strukturen in Bezug auf die Beschreibung der 1 und 2 sind in 3 mit einem Doppelstrich('')-Symbol wiederholt.
Der Behälter 10'' umfasst die in einem Kanal zwischen der inneren Fläche 20'' und der äußeren Fläche 25'' der inneren Schale 12'' angeordnete Temperaturregelungsvorrichtung. Die Temperaturregelungsvorrichtung ist eine Leitung 56. Wie gezeigt, ist die Leitung 56 in einem Leitungskanal 58 in der äußeren Fläche 25'' in einem gewundenen Muster entlang einer ersten Seite der inneren Schale 12'' angeordnet, das sich entlang der Länge des Behälters erstreckt, bevor es in einer ähnlichen Weise zu dem ersten Ende 26'' an einer zweiten Seite der inneren Schale 12'' zurückkehrt, es kann jedoch ein beliebiges anderes Muster wie z. B. ein Spiralmuster oder ein in einer einzigen Seite der inneren Schale 12'' gebildeter Kanal verwendet werden. Die Leitung 56 ist derart gebildet, dass sie dem Leitungskanal 58 im Wesentlichen entspricht. Ferner kann eine Vielzahl von Kanälen verwendet werden. Die Leitung 56 kann aus einem Metall, einem Polymer oder einem beliebigen knitterbeständigen und korrosionsbeständigen Material gebildet sein. Die Leitung 56 steht in fluidtechnischer Verbindung mit den Fluidleitungen 31''. Die Leitung 56 kann Verteiler (nicht gezeigt) umfassen, die in einer Vielzahl von Leitungskanälen 58 angeordnet sind, um die fluidtechnische Verbindung zwischen einer Vielzahl von Leitungen und den Fluidleitungen 31'' zu erleichtern. Die Leitung 56 kann auch in der inneren Schale 12'', der äußeren Schale 18 oder sowohl in der inneren Schale 12'' als auch der äußeren Schale 18'' integriert sein.
Das Temperatursteuerungssystem 60 handhabt eine Strömung eines Fluids zu und von der Leitung 56. Die Leitung 56 in fluidtechnischer Verbindung mit dem Temperatursteuerungssystem 60 bildet ein System mit geschlossenem Kreislauf, welches das Fluid enthält. Das Temperatursteuerungssystem 60 umfasst eine Pumpe 36'', eine Versorgungsleitung 38'', eine Auslassleitung 40'' und einen passiven Wärmetauscher 62. Das Temperatursteuerungssystem 60 ist neben dem Behälter 10'' angeordnet, es kann jedoch jede beliebige Stelle verwendet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Temperatursteuerungssystem 60 an einem Unterbau eines Fahrzeuges, in dem der Behälter 10'' eingebaut ist, einem Innenraum des Fahrzeuges oder auf der äußeren Schale 18'' des Behälters 10'' angeordnet sein. Alternativ kann das Temperatursteuerungssystem 60 in einer Brennstoffzufuhrvorrichtung angeordnet sein.
Die Pumpe 36'' ist eine Fluidförderpumpe, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, wobei die Pumpe 36'' das Fluid durch das System mit geschlossenem Kreislauf hindurch fördert. Wie gezeigt, ist die Pumpe 36'' in der Versorgungsleitung 38'' angeordnet, die Pumpe 36'' kann jedoch an einer beliebigen Stelle in fluidtechnischer Verbindung mit dem System mit geschlossenem Kreislauf angeordnet sein. Die Pumpe 36'' steht in elektrischer Verbindung mit einem Controller 44'', wobei der Controller 44'' Informationen von zumindest einem Temperatursensor 46'' oder einer anderen Art von Sensor empfangt. Der zumindest eine Temperatursensor 46'' kann auf dem Behälter 10'', um dessen Temperatur zu messen, oder dem Fahrzeug angeordnet sein, um eine Umgebungstemperatur zu messen.
Die Versorgungsleitung 38'' und die Auslassleitung 40'' sind Fluidleitungen, wie auf dem technischen Gebiet gut bekannt. Die Versorgungsleitung 38'' erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen dem passiven Wärmetauscher 62 und der Leitung 56. Die Auslassleitung 40'' erleichtert die fluidtechnische Verbindung zwischen der Leitung 56 und dem passiven Wärmetauscher 62.
Der passive Wärmetauscher 62 ist ein Wärmetauscher, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Wie gezeigt, ist der passive Wärmetauscher 62 ein Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher, der eine primäre Leitung umfasst, die wellenartig durch eine Vielzahl von leitfähigen Platten hindurch verläuft, es kann jedoch eine beliebige Art von Wärmetauscher verwendet werden. Die primäre Leitung steht in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38'' und der Auslassleitung 40''.
Im Gebrauch können die Behälter 10, 10', 10'', die jeweils die poröse Schicht 16 oder die Vielzahl von Kanälen 50 oder die Leitung 56 umfassen, verwendet werden, um die Temperatur der inneren Schale 12, 12', 12'' während des Betriebes des Druckbehälters 10, 10', 10'' zu regeln und um die Aushärtungszeit während der Herstellung des Druckbehälters 10, 10', 10'' zu verringern.
Während der/des ersten Druckbeaufschlagung und Füllens des Behälters 10, 10', 10'' wirken die Temperaturregelungsvorrichtung und das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 zusammen, um eine Temperatur der inneren Schale 12, 12', 12'' zu reduzieren. Wenn durch den Temperatursensor 46, 46', 46'' ein Anstieg der Temperatur des Behälters 10, 10', 10'' detektiert wird, wird die Pumpe 36, 36'' oder das Gebläse 54 aktiviert.
Das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 32 und der porösen Schicht 16 wird durch die Pumpe 36 zirkuliert. Das Fluid, das in die poröse Schicht 16 durch die Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38 hindurch eintritt, verteilt sich durch die Poren der porösen Schicht 16, um letztlich aus der porösen Schicht 16 durch die Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40 hindurch auszutreten. Das Fluid kann durch die darin gebildeten Fluidsperren zu der Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40 geleitet werden. Da der Behälter 10 während der Druckbeaufschlagung eine erhöhte Temperatur aufweist, weist das Fluid, welches aus dem Behälter 10 in der Auslassleitung 40 austritt, eine höhere Temperatur auf als das Fluid, das in den Behälter 10 in der Versorgungsleitung 38 eintritt. Nach dem Eintreten in den Wärmetauscher 42 wird Wärme in dem Fluid auf die zweite Leitung übertragen und aus dem Temperatursteuerungssystem 32 entfernt. Die zweite Leitung kann z. B. ein Abschnitt eines Fahrzeugkühlsystems, eines Kälteerzeugungssystems oder eines Fluidreservoirs sein. Das Fluid tritt aus dem Wärmetauscher 42 mit einer niedrigeren Temperatur aus und wird durch die Pumpe 36 rezirkuliert. Es sollte beachtet werden, dass der Behälter 10, der die poröse Schicht 16 umfasst, auch mit dem Temperatursteuerungssystem 52, 60 verwendet werden kann. Das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 kann auch verwendet werden, um den Behälter 10 in einer ähnlichen Weise zu erwärmen.
Das in dem Temperatursteuerungssystem 52 und der Vielzahl von Kanälen 50 verwendete Fluid wird von dem Gebläse 54 durch das System mit offenem Kreislauf hindurch gezwungen. Das Fluid, welches in die Vielzahl von Kanälen durch die Fluidleitung 31' in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38' eintritt, strömt durch jeden der Kanäle an der ersten Seite der inneren Schale 12' hindurch und tritt schließlich aus der Vielzahl von Kanälen 50 an der zweiten Seite der inneren Schale 12' durch die Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40' hindurch aus. Da der Behälter 10' während der Druckbeaufschlagung eine erhöhte Temperatur aufweist, weist das Fluid, welches aus dem Behälter 10' in der Auslassleitung 40' und dem Auslass 55 austritt, eine höhere Temperatur auf als das Fluid, welches in den Behälter 10' in der Versorgungsleitung 38' und dem Einlass 53 eintritt. Nach dem Austreten aus dem Auslass 55 wird Wärme in dem Fluid auf die umliegende Umgebung übertragen und aus dem Temperatursteuerungssystem 52 entfernt. Es sollte beachtet werden, dass der Behälter 10', der die Vielzahl von Kanälen 50 umfasst, auch mit dem Temperatursteuerungssystem 32, 60 verwendet werden kann. Das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 kann auch verwendet werden, um den Behälter 10' in einer ähnlichen Weise zu erwärmen.
Das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 60 und der Leitung 56 wird durch die Pumpe 36'' zirkuliert. Das Fluid, das in die Leitung 56 durch die Fluidleitung 31'' in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38'' hindurch eintritt, strömt durch die Leitung 56 an der ersten Seite der inneren Schale 12' hindurch, bevor es sich an der zweiten Seite der inneren Schale 12'' weiterbewegt, um letztlich aus der Leitung 56 an der zweiten Seite der inneren Schale 12'' durch die Fluidleitung 31'' in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40'' hindurch auszutreten. Da der Behälter 10'' während der Druckbeaufschlagung eine erhöhte Temperatur aufweist, weist das Fluid, welches aus dem Behälter 10'' in der Auslassleitung 40'' austritt, eine höhere Temperatur auf als das Fluid, das in den Behälter 10'' in der Versorgungsleitung 38'' eintritt. Nach dem Eintreten in den passiven Wärmetauscher 62 wird Wärme in dem Fluid auf die umliegende Umgebung übertragen und aus dem Temperatursteuerungssystem 60 entfernt. Das Fluid tritt aus dem passiven Wärmetauscher 62 mit einer niedrigeren Temperatur aus und wird durch die Pumpe 36'' rezirkuliert. Es sollte beachtet werden, dass der Behälter 10'', der die Leitung 56 umfasst, auch mit dem Temperatursteuerungssystem 32, 52 verwendet werden kann. Das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 kann auch verwendet werden, um den Behälter 10'' in einer ähnlichen Weise zu erwärmen.
Das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 setzt seinen Betrieb in dieser Weise fort, bis die Temperatur des Behälters 10, 10', 10'' gesenkt und durch den Temperatursensor 46, 46', 46'' detektiert ist, und der Betrieb der Pumpe 36, 36'' oder des Gebläses 54 durch den Controller 44, 44', 44'' gestoppt wird.
Die Temperaturregelungsvorrichtung und das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 können auch ausgebildet sein, um den Behälter 10, 10', 10'' zu erwärmen. Während einer schnellen Entleerung des Inhalts des Behälters 10, 10', 10'' (wie z. B. wenn das Fahrzeug eine rasche Beschleunigung erfordert oder während einer Wartung des Behälters 10, 10', 10'') wirken die Temperaturregelungsvorrichtung und das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 zusammen, um eine Temperatur der inneren Schale 12, 12', 12'' zu erhöhen. Bei einer Detektion eines Abfalls der Temperatur des Behälters 10, 10', 10'' durch den Temperatursensor 46, 46', 46'' wird die Pumpe 36, 36'' oder das Gebläse 54 aktiviert.
Das Erhöhen der Temperatur des Behälters 10, 10', 10'' kann auch eine verringerte Herstellungszeit des Behälters 10, 10', 10'' zulassen. Um die Aushärtungszeit der äußeren Schale 18, 18', 18'' während der Herstellung des Behälters 10, 10', 10'' zu verringern, kann ein Herstellungs-Temperatursteuerungssystem ähnlich dem Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 verwendet werden. Nach dem Anordnen der äußeren Schale 18, 18', 18'' auf der inneren Schale 12, 12', 12'' und der porösen Schicht 16 oder der Vielzahl von Kanälen 50 oder der Leitung 56 wird das Herstellungs-Temperatursteuerungssystem an dem Anschluss 14, 14', 14'' in fluidtechnischer Verbindung mit den Fluidleitungen 31, 31', 31'' angebracht.
Das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 32 und der porösen Schicht 16 wird durch die Pumpe 36 zirkuliert. Das Fluid, das in die poröse Schicht 16 durch die Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38 hindurch eintritt, verteilt sich durch die Poren der porösen Schicht 16, um letztlich aus der porösen Schicht 16 durch die Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40 hindurch auszutreten. Das Fluid kann durch die darin gebildeten Fluidsperren zu der Fluidleitung 31 in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40 geleitet werden. Da die äußere Schale 18 Wärme von dem Fluid absorbiert, ist die Aushärtungszeit reduziert. Demzufolge weist das Fluid, das aus dem Behälter 10 in der Auslassleitung 40 austritt, eine niedrigere Temperatur auf als das Fluid, das in den Behälter 10 in der Versorgungsleitung 38 eintritt. Nach dem Eintreten in den Wärmetauscher 42 wird Wärme in der zweiten Leitung auf das Fluid übertragen. Das Fluid tritt aus dem Wärmetauscher 42 mit einer höheren Temperatur aus und wird durch die Pumpe 36 rezirkuliert.
Das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 52 und der Vielzahl von Kanälen 50 wird von dem Gebläse 54 zirkuliert. Eine Wärmequelle (nicht gezeigt) kann neben dem Einlass 53 angeordnet sein, um das darin eintretende Fluid zu erwärmen. Das Fluid, welches in die Vielzahl von Kanälen durch die Fluidleitung 31' in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38' hindurch eintritt, strömt durch jeden der Kanäle an der ersten Seite der inneren Schale 12' entlang der äußeren Fläche 25' hindurch und tritt schließlich aus der Vielzahl von Kanälen 50 an der zweiten Seite der inneren Schale 12' durch die Fluidleitung 31' in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40' hindurch aus. Da die äußere Schale 18' Wärme von dem Fluid absorbiert, ist die Aushärtungszeit reduziert. Demzufolge weist das Fluid, das aus dem Behälter 10' in der Auslassleitung 40' austritt, eine niedrigere Temperatur auf als das Fluid, das in den Behälter 10' in der Versorgungsleitung 38' eintritt.
Das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 60 und der Leitung 56 wird durch die Pumpe 36'' zirkuliert. Das Fluid, das in die Leitung 56 durch die Fluidleitung 31'' in fluidtechnischer Verbindung mit der Versorgungsleitung 38'' hindurch eintritt, strömt durch die Leitung 56 an der ersten Seite der inneren Schale 12'' hindurch, bevor es sich an der zweiten Seite der inneren Schale 12'' weiterbewegt, um letztlich aus der Leitung 56 an der zweiten Seite der inneren Schale 12'' durch die Fluidleitung 31'' in fluidtechnischer Verbindung mit der Auslassleitung 40'' hindurch auszutreten. Da die äußere Schale 18'' Wärme von dem Fluid absorbiert, ist die Aushärtungszeit reduziert. Demzufolge weist das Fluid, das in der Auslassleitung 40'' aus dem Behälter 10'' austritt, eine niedrigere Temperatur auf als das Fluid, das durch die Versorgungsleitung 38'' hindurch eintritt in den Behälter 10''. Nach dem Eintreten in den passiven Wärmetauscher 42 wird Wärme aus der umliegenden Umgebung auf das Fluid in dem Temperatursteuerungssystem 60 übertragen. Das Fluid tritt aus dem passiven Wärmetauscher 62 mit einer höheren Temperatur aus und wird durch die Pumpe 36'' rezirkuliert.
Das Temperatursteuerungssystem 32, 52, 60 setzt seinen Betrieb in dieser Weise für eine vorbestimmte Dauer fort, bis die äußere Schale 18, 18', 18'' ausgehärtet ist.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann ein Fachmann ohne weiteres die wesentlichen Kennzeichen der Erfindung erkennen und, ohne von deren Geist und Schutzumfang abzuweichen, verschiedene Änderungen und Abwandlungen an dieser Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Verwendungen oder Bedingungen anzupassen.

Claims

Behälter, welcher umfasst: eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern; eine äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist; eine Temperaturregelungsvorrichtung, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist und/oder in der hohlen inneren Schale angeordnet ist und/oder in der äußeren Schale angeordnet ist; und einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der an der inneren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet, wobei die Fluidleitung und die Temperaturregelungsvorrichtung in fluidtechnischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungssystem stehen.
Behälter nach Anspruch 1, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung aus einer porösen Schicht gebildet ist.
Behälter nach Anspruch 1, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung eine Vielzahl von Kanälen umfasst, die in einer äußeren Fläche der hohlen inneren Schale gebildet sind.
Behälter nach Anspruch 1, wobei die Temperaturregelungsvorrichtung eine Leitung umfasst, die in einem Kanal angeordnet ist, der in einer äußeren Fläche der hohlen inneren Schale gebildet ist.
Behälter nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerungssystem einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher umfasst.
Behälter nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerungssystem einen Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher umfasst.
Behälter nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerungssystem eine Leitung in fluidtechnischer Verbindung mit einer umliegenden Umgebung umfasst.
Behälter nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerungssystem in elektrischer Verbindung mit zumindest einem Temperatursensor steht.
Behälter, welcher umfasst: eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern; eine äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist; eine Temperaturregelungsvorrichtung, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist und/oder in der hohlen inneren Schale angeordnet ist; einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der an der hohlen inneren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet; und ein Temperatursteuerungssystem in elektrischer Verbindung mit zumindest einem Temperatursensor, der Temperaturregelungsvorrichtung, der Fluidleitung, wobei das Temperatursteuerungssystem ein System mit geschlossenem Kreislauf bildet.
Behälter, welcher umfasst: eine hohle innere Schale, die geeignet ist, ein Fluid zu speichern; eine filamentgewickelte äußere Schale, die um die hohle innere Schale herum gebildet ist; eine poröse Schicht, die zwischen der hohlen inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet ist; einen Anschluss mit einer darin gebildeten Fluidleitung, der auf der äußeren Schale angeordnet ist und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet; und ein Temperatursteuerungssystem in elektrischer Verbindung mit zumindest einem Temperatursensor, der porösen Schicht, der Fluidleitung, wobei das Temperatursteuerungssystem ein System mit geschlossenem Kreislauf bildet.