DE102015218234A1 - Kryogener Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug mit einem Temperatursensor im Außenbereich eines Außenbehälters - Google Patents

Kryogener Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug mit einem Temperatursensor im Außenbereich eines Außenbehälters Download PDF

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Abstract

Kryogener Druckbehälter 40 für ein Kraftfahrzeug, umfassend: 1) einen Innenbehälter 10 und einen Außenbehälter 30, wobei zwischen dem Innenbehälter 10 und dem Außenbehälter 30 zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum V angeordnet ist; 2) eine Brennstoff-Versorgungsleitung 60, die einen außerhalb des Außenbehälters 30 angeordneten Außenbereich U mit einem Innenbereich I des Innenbehälters verbindet; und 3) einen Temperatursensor Th, Th’ zur Bestimmung der Temperatur des Brennstoffs in der Brennstoff-Versorgungsleitung 60. Der Temperatursensor Th, Th’ ist im Außenbereich U angeordnet.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug mit einem Temperatursensor im Außenbereich eines Außenbehälters.
  • Kryogene Druckbehälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z.B. evakuierten) (Zwischen) Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff bzw. Brennstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z.B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Aus der WO2014/131547 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Füllmasse in einem wärmeisolierten Behälter bekannt, bei der ein Temperatursensor stromabwärts der Entnahmestelle nach einer Zusammenführung der ersten und der zweiten Entnahmezuleitung angeordnet ist. Es wird dabei nur ein Sensor benötigt, der zusätzlich so angeordnet werden kann, dass er im Schadensfall auswechselbar ist. In den Zeichnungen ist dieser Sensor im Vakuum zwischen Außenbehälter und Innenbehälter angeordnet. Dieses Vakuum ist vergleichsweise aufwendig herzustellen bzw. wiederherzustellen. Der in der Figur der WO2014131547 A1 gezeigte Sensor ist zudem vergleichsweise schwer zugänglich.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein kryogene Druckbehältersystem. Das kryogene Druckbehältersystem umfasst einen kryogenen Druckbehälter. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegt, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas betrieben wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für Speicherdrücke bis ca. 350 barü, bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum bzw. einen evakuierten Raum V mit einem Absolutdruck im Bereich von 10–9 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.
  • Ein solcher kryogener Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter und einen Außenbehälter. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter nach außen hin ab. Zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter ist zumindest bereichsweise der evakuierte (Zwischen) Raum V angeordnet. Dieser Raum V ist zum größten Teil evakuiert. Der evakuierte Raum V stellt eine besonders gute Wärmeisolierung dar.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst ferner eine Brennstoff-Versorgungsleitung, die einen außerhalb des Außenbehälters angeordneten Außenbereich U mit einem Innenbereich I des Innenbehälters verbindet. Die Versorgungsleitung kann beispielsweise mehrere Teilstücke aufweisen. Bevorzugt verbindet die Versorgungsleitung den Innenbehälter direkt oder indirekt mit mindestens einen Brennstoffverbraucher.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst ferner einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Brennstoffs in der Brennstoff-Versorgungsleitung. Der Temperatursensor ist im Außenbereich U angeordnet, der besonders bevorzugt direkt an der Stelle angeordnet ist, in der die Versorgungsleitung aus dem evakuierten Raum bzw. aus den Außenbehälter austritt. Der Temperatursensor ist also gerade nicht im schwer zugänglichen evakuierten Raum V angeordnet. Der Temperatursensor kann in oder an der Versorgungsleitung vorgesehen sein. Bevorzugt ist der Temperatursensor gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ausgebildet bzw. von einer Wärmeisolation umgeben. Die Wärmeisolation ist dabei kein Bestandteil des evakuierten Raumes V (=Primärvakuum). Der Temperatursensor kann bevorzugt außerhalb des Außenbehälters und unmittelbar benachbart bzw. angrenzend zum Außenbehälter vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist der Temperatursensor am Austritt der Versorgungsleitung aus dem evakuierten Raum bzw. aus dem Außenbehälter vorgesehen.
  • Die Brennstoff-Versorgungsleitung kann zwischen dem Temperatursensor und dem Innenbehälter wärmeisoliert sein bzw. (auch) in einer Wärmeisolation angeordnet sein. Die Wärmeisolation ist dabei ebenfalls im Außenbereich U angeordnet. Bevorzugt ist die Wärmeisolation als weiteres Vakuum bzw. Sekundärvakuum ausgebildet. Die Wärmeisolation, insbesondere das Sekundärvakuum, kann als reversibel wiederverschließbare Wärmeisolation ausgebildet sein, insbesondere derart, dass dabei der evakuierte Raum V zwischen Innenbehälter und Außenbehälter nicht erneut evakuiert werden muss. Dazu kann beispielsweise der evakuierte Raum V separat vom Sekundärvakuum ausgebildet sein.
  • Bevorzugt wird zur Innenbehältertemperaturbestimmung die Temperatur des zu- und/oder abgeführten Brennstoffs an der Versorgungsleitung (d.h. Befüll-/Entnahmeleitung) bestimmt. Über eine Modellbildung kann dann die Behälterinnentemperatur ermittelt bzw. approximiert werden, wobei zweckmäßig der Temperatureintrag in den Innenbehälter berücksichtigt wird. Der Temperatureintrag und die Isolationsgüte können nach vorbekannten Methoden, wie sie beispielsweise in der hiermit durch Bezug mit aufgenommenen deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 102015203702 gezeigt sind. Unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise dem Innenbehälterdruck, kann dann die Füllmasse des Innenbehälters bestimmt werden.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der sehr schematischen 1 erläutert.
  • In der 1 ist ein kryogener Druckbehälter 40 gezeigt, der hier über zwei Aufhängungen 50 an der Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) befestigt ist. Der Druckbehälter 40 umfasst einen Innenbehälter 10 und einen Außenbehälter 30. Der Innenbehälter 10 ist im Inneren des Außenbehälters 30 angeordnet. Zwischen dem Innenbehälter 10 und dem Außenbehälter 30 ist ein evakuierter Raum V angeordnet. Der Innenbehälter 10 ist hier nur an seinen beiden Enden mit dem Außenbehälter 30 verbunden. Die Versorgungsleitung 60 verbindet das Innere des Innenbehälters 10 mit der Umgebung U. Der Temperatursensor Th kann beispielsweise in einer Wärmeisolation 70, hier als Sekundärvakuum 70 ausgebildet, angeordnet sein. Ebenfalls kann der Sensor unmittelbar am Ausgang des Außenbehälters 30 angeordnet sein (nicht gezeigt). Alternativ kann der Temperatursensor Th‘ (bzw. der Außenbereich U) auch in einem Abstand zum Vakuumausgang (Primär- und/oder Sekundärausgang) angeordnet sein, wobei der Abstand zweckmäßig so gewählt ist, dass der in der Zuleitung zum Vakuumausgang stattfindende Wärmeeintrag die Bestimmung der Innenbehältertemperatur nicht oder nur in einem vernachlässigbarem Umfang beeinflusst.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1546601 B1 [0002]
    • WO 2014/131547 A1 [0003]
    • WO 2014131547 A1 [0003]
    • DE 102015203702 [0010]

Claims (5)

  1. Kryogener Druckbehälter (40) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Innenbehälter (10) und einen Außenbehälter (30), wobei zwischen dem Innenbehälter (10) und dem Außenbehälter (30) zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum (V) angeordnet ist; – eine Brennstoff-Versorgungsleitung (60), die einen außerhalb des Außenbehälters (30) angeordneten Außenbereich (U) mit einem Innenbereich (I) des Innenbehälters verbindet; und – einen Temperatursensor (Th, Th’) zur Bestimmung der Temperatur des Brennstoffs in der Brennstoff-Versorgungsleitung (60); dadurch gekennzeichnet, – dass der Temperatursensor (Th, Th’) im Außenbereich (U) angeordnet ist.
  2. Kryogener Druckbehälter (40) nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor (Th, Th’) außerhalb des evakuierten Raumes (V) angeordnet ist.
  3. Kryogener Druckbehälter (40) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperatursensor (Th, Th’) außerhalb des Außenbehälters (30) unmittelbar benachbart zum Außenbehälter (30) vorgesehen ist.
  4. Kryogener Druckbehälter (40) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Brennstoff-Versorgungsleitung (60) zwischen dem Temperatursensor (Th, Th’) und dem Innenbehälter (10) wärmeisoliert ausgebildet ist und/oder in einer Wärmeisolation (70) angeordnet ist.
  5. Kryogener Druckbehälter (40) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Temperatursensor (Th, Th’) in einem Sekundärvakuum (70) vorgesehen ist.
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