DE102015219983A1

DE102015219983A1 - Kryogenes Druckbehältersystem

Info

Publication number: DE102015219983A1
Application number: DE102015219983.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Hettenkofer; Andreas Pelger; Stefan Schott
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Es wird kryogenes Druckbehältersystem, umfassend einen kryogenen Druckbehälter (10), welcher einen Innenbehälter (30) und einen Außenbehälter (20) aufweist, wobei zwischen dem Innenbehälter (30) und dem Außenbehälter (20) zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum (25) angeordnet ist, aufgezeigt, wobei eine Induktionsvorrichtung umfassend eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) und ein Heizelement (60) zum Erhöhen der Temperatur des Gases in dem Druckbehälter (10), wobei die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) zum induktiven Erwärmen des Heizelements (60) ausgebildet und angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein kryogenes Druckbehältersystem zum Speichern von Gas insbesondere für eine Brennstoffzelle, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Druckbehältersystem und ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur eines Gases in einem kryogenen Druckbehälter.
Kryogene Druckbehältersysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen kryogene Druckbehälter. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z. B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter bzw. Drucktanks werden beispielsweise 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.
Da durch die Entnahme von Gas aus dem Druckbehälter, der Druck und die Temperatur des (Rest-)Gases in dem Druckbehälter sinkt, muss das (Rest-)Gas in dem Druckbehälter erwärmt werden, um einen zur Entnahme aus dem Druckbehälter notwendigen Druck zu erreichen. Dies geschieht üblicherweise durch einen Tankwärmetauscher. Der Tankwärmetauscher ist im Innenraum des Innbehälters angeordnet und wird von einem warmen Medium (z. B. bereits erwärmtes Gas) durchströmt, um das Gas in dem Druckbehälter zu erwärmen und folglich den Druck zu erhöhen.
Nachteilig an dieser Art der Wärmezufuhr ist, dass das Druckbehältersystem technisch aufwendig aufgebaut ist. Zudem muss der Zu- und Rücklauf des Mediums in den Tankwärmetauscher im Innenraum des Druckbehälters gasdicht sein. Auch sind zur Anordnung des Tankwärmetauschers aufwendige Schweißarbeiten notwendig. Hierdurch steigen die Herstellungskosten bzw. Herstellungsaufwand des Druckbehältersystems. Darüber hinaus ist der Durchmesser des Wärmetausches durch die Größe des Ports des Druckbehälters begrenzt, wodurch auch die Fläche zum Wärmeaustausch zwischen dem Tankwärmetauscher und dem Gas im Innenbehälter des Druckbehälters nach oben hin begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Tankwärmetauscher eine hohe Spannweite und einen geringes Widerstandsmomment aufweist, wodurch die Betriebsfestigkeit des Druckbehältersystems niedrig ist. Bei großen Erschütterungen kann der Tankwärmetauscher undicht werden oder sich von seiner vorgesehenen Position lösen.
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 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Somit wird die Aufgabe durch ein kryogenes Druckbehältersystem zum Speichern von Gas insbesondere für eine Brennstoffzelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen kryogenen Druckbehälter gelöst, welcher einen Innenbehälter und einen Außenbehälter aufweist, wobei zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum angeordnet ist, ferner eine Induktionsvorrichtung umfassend eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung und ein Heizelement zum Erhöhen der Temperatur des Gases in dem Druckbehälter aufweisend, wobei eine Induktionsvorrichtung umfassend eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung und ein Heizelement zum Erhöhen der Temperatur des Gases in dem Druckbehälter, wobei die Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum induktiven Erwärmen des Heizelements ausgebildet und angeordnet ist.
Ein Vorteil hiervon ist, dass das Druckbehältersystem technisch einfach ausgebildet ist. Zudem wird kein Tankwärmetauscher benötigt wird, um die Temperatur und folglich den Druck des Gases im Druckbehälter zu erhöhen. Auch wird keine elektrische Kabelverbindung zum Heizelement benötigt. Somit kann das Druckbehältersystem technisch einfach gasdicht abgeschlossen werden. Es werden zur Durchführung zur Herstellung des Druckbehältersystems keine aufwendigen Schweißarbeiten benötigt. Darüber hinaus ist die Menge an Wärmezufuhr nicht durch die Größe des Ports bzw. des Ein- und Auslasses des Druckbehälters begrenzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Temperatur und folglich der Druck in dem Druckbehälter technisch einfach und schnell erhöht werden kann. Auf diese Weise können technisch einfach eine Temperatur und ein Druck in dem Druckbehälter hergestellt werden, so dass sich das Gas dem Druckbehälter leicht entnehmen lässt. Die Wärmezufuhr zu dem Gas in dem Druckbehälter ist vom Entnahmestrom des Gases aus dem Druckbehälter unabhängig. Zudem ist mehr Gas in dem Druckbehältersystem speicherbar, da der übliche Tankwärmetauscher innerhalb des Druckbehälters, der bei dem vorliegenden Druckbehältersystem nicht benötigt wird, das Speichervolumen des Druckbehälters reduziert. Auch ist keine Verrohrung notwendig, die für den Vor- und Rücklauf eines Mediums zum Wärmetauscher benötigt wird. Folglich sinken auch hierdurch die Herstellungskosten und der technische Aufwand. Darüber hinaus ist die Erwärmung des Gases im Druckbehälter besonders energiesparsam bzw. effizient. Zudem kann die Fläche zwischen dem Heizelement und dem Gas bzw. dem Innenbehälter besonders groß sein, so dass eine besonders hohe Wärmezufuhr innerhalb kurzer Zeit erreicht wird. Auch kann die Induktionsvorrichtung bereits bei der Herstellung des Druckbehältersystems vorgesehen bzw. eingebaut werden. Zudem sind keine aufwendigen Hochdruckkomponenten (wie z. B. Tankdruckregelventil, Kühlwasserwärmetauscher, Hochdruckverrohung) notwendig. Zudem weist das Druckbehältersystem ein geringes Gewicht auf (u. a. da kein Tankwärmetauscher benötigt wird).
Das Heizelement der Induktionsvorrichtung kann auf zumindest einem Teil der Innenoberfläche des Innenbehälters angeordnet ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Gas in dem Druckbehälter in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht. Somit kann das Gas besonders schnell und effektiv erwärmt werden. Zudem wird eine starke Erwärmung des Druckbehälters bzw. des Innenbehälters selbst vermieden.
Der Innenbehälter kann eine Außenhülle, insbesondere umfassend einen Verbundwerkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, und eine Innenhülle, insbesondere umfassend ein Metall oder eine Metalllegierung, vorzugsweise Aluminium, aufweisen, wobei das Heizelement der Induktionsvorrichtung zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordnet ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Gas in dem Drucktank gleichmäßig erwärmt wird, da die Innenhülle bzw. das Metall bzw. die Metalllegierung der Innenhülle die Wärme gleichmäßig über den Druckbehälter verteilt. Dies gilt insbesondere wenn das Heizelement nur in einem Teil des Bereichs zwischen der Außenhülle und der Innenhülle angeordnet ist. Vorteilhaft hieran ist, dass größere Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Stellen des Innenbehälters, die zu Spannungen und Rissen im Material des Innenbehälters führen können, vermieden werden. Das Heizelement kann in Umfangsrichtung des Druckbehälters vollständig vorhanden sein oder nur bereichsweise. Gleiches gilt in Längsrichtung des Druckbehälters.
In einer Ausführungsform ist das Heizelement der Induktionsvorrichtung im Innenraum des Innenbehälters angeordnet und mittels Abstandselementen von der Innenoberfläche des Innenbehälters beabstandet angeordnet. Vorteilhaft hieran ist, dass das Gas in dem Druckbehälter in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht. Durch die Beabstandung von der Innenoberfläche des Innenbehälters wird eine (starke) Erwärmung des Innenbehälters (über die Temperatur des Gases hinaus) vermieden. Ein Vorteil hiervon ist, dass die gesamte Wärme des Heizelements an das Gas abgegeben wird.
Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung kann außerhalb des Außenbehälters des Druckbehälters, insbesondere auf der Außenoberfläche des Außenbehälters, angeordnet sein. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Druckbehältersystem technisch besonders einfach ausgebildet ist. Hierdurch sinken die Herstellungskosten. Zudem ist die Magnetfelderzeugungsvorrichtung leicht zugänglich und kann somit technisch einfach auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Auch ist ein Austausch der Magnetfelderzeugungsvorrichtung besonders einfach durchführbar.
Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung kann innerhalb des Außenbehälters des Druckbehälters, insbesondere zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter, vorzugsweise auf der Innenoberfläche des Außenbehälters, angeordnet sein. Vorteilhaft hieran ist, dass das Heizelement vor mechanischen Einwirkungen (Stöße, Schläge etc.) und folglich vor mechanischen Beschädigungen besonders gut geschützt ist.
Der Innenbehälter kann eine Außenhülle, insbesondere umfassend einen Verbundwerkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, und eine Innenhülle, insbesondere umfassend ein Metall oder eine Metalllegierung, vorzugsweise Aluminium, aufweisen, wobei die Innenhülle als Heizelement ausgebildet ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass kein separates Heizelement benötigt wird. Das Druckbehältersystem ist somit technisch besonders einfach aufgebaut.
Die Außenhülle kann als Heizelement ausgebildet sein bzw. fungieren. Ein Vorteil hiervon ist, dass kein separates Heizelement benötigt wird. Das Druckbehältersystem ist somit technisch besonders einfach aufgebaut.
Die Aufgabe wird auch durch Kraftfahrzeug mit einem oben beschriebenen kryogenen Druckbehältersystem gelöst.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur eines Gases insbesondere für eine Brennstoffzelle in einem kryogenen Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gelöst, wobei eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung ein Heizelement zum Erwärmen des Gases in dem Druckbehälter induktiv erwärmt.
Ein Vorteil hiervon ist, dass kein Tankwärmetauscher bei dem Verfahren benötigt wird, um die Temperatur und folglich den Druck des Gases im Druckbehälter zu erhöhen. Somit kann ein Druckbehälter verwendet werden, der technisch einfach gasdicht abgeschlossen ist. Daher lässt sich das Verfahren besonders sicher durchführen. Darüber hinaus ist bei dem Verfahren die Menge an Wärmezufuhr nicht durch die Größe des Ports des Druckbehälters begrenzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Temperatur und folglich der Druck in dem Druckbehälter technisch einfach und schnell erhöht werden kann. Auf diese Weise können technisch einfach eine Temperatur und ein Druck in dem Druckbehälter hergestellt werden, so dass sich das Gas dem Druckbehälter leicht entnehmen lässt. Die Wärmezufuhr zu dem Gas in dem Druckbehälter ist vom Entnahmestrom des Gases aus dem Druckbehälter unabhängig. Darüber hinaus ist die Erwärmung des Gases im Druckbehälter besonders energiesparsam bzw. effizient.
Das Gas in dem Druckbehälter kann mittels des Heizelements derart erwärmt werden, dass ein vorgegebener Druck erreicht wird. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Gas dem Druckbehälter technisch einfach entnommen werden kann.
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter bzw. Drucktank. Der kryogene Druckbehälter bzw. Drucktank 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. 30 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 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.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems;
2 eine weitere Querschnittsansicht des Druckbehältersystems aus 1 entlang der Linie II-II;
3 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems;
4 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems;
5 eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems; und
6 eine schematische Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems. 2 zeigt eine weitere Querschnittsansicht des Druckbehältersystems aus 1 entlang der Linie II-II. 1 zeigt die Ansicht des Druckbehältersystems der 2 entlang der Linie I-I.
1 zeigt nur einen Ausschnitt des Druckbehälters 10. Nach rechts hin erstreckt sich der Druckbehälter 10 weiter. Dieser Teil ist in 1 nicht gezeigt. Auch ist in 1 nur die obere Hälfte bzw. ein oberer Teilbereich des Druckbehälters 10 gezeigt. Durch zwei Begrenzungslinien ist in 1 verdeutlicht, dass nur ein Ausschnitt des Druckbehälters 10 gezeigt ist. Die untere Hälfte bzw. der untere Teil des Druckbehälters 10 ist insbesondere symmetrisch zum gezeigten oberen Teil des Druckbehälters 10 ausgebildet.
Das Druckbehältersystem umfasst einen Druckbehälter 10. Der Druckbehälter 10 weist einen Außenbehälter 20 und einen Innenbehälter 30 auf. Zwischen dem Außenbehälter 20 und dem Innenbehälter 30 ist ein teilevakuierter bzw. evakuierter Raum 25 vorhanden, der zur Wärmeisolierung zwischen Außenbehälter 20 und Innenbehälter 30 dient.
Der Druckbehälter 10 speichert Gas, z. B. Wasserstoff, für eine Brennstoffzelle. Im Innenraum 32 des Innenbehälters wird das Gas für die Brennstoffzelle gespeichert. Der Brennstoff kann über einen Port 15 bzw. Portbereich in den Druckbehälter 10 zugeführt werden (Betanken) und aus diesem wieder herausgeführt werden (zur Brennstoffzelle). Der Druckbehälter 10 ist insbesondere in einem Kraftfahrzeug anordenbar bzw. angeordnet. Die Brennstoffzelle treibt das Kraftfahrzeug an.
Der Innenbehälter 30 des Druckbehälters 10 weist eine Außenhülle 40 und eine Innenhülle 45 auf. Die Innenhülle 45 (sog. Liner) umfasst bzw. besteht beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, z. B. Aluminium. Die Innenhülle 45 ist unmittelbar angrenzend von der Außenhülle 40 umgeben, die einen Verbundwerkstoff, z. B. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), umfasst bzw. aus diesem besteht. Vorstellbar ist, dass weiteres Material zwischen Außenhülle 40 und Innenhülle 45 vorhanden ist.
Eine Induktionsvorrichtung ist zur Erwärmung des Gases in dem Druckbehälter 10 vorhanden. Die Induktionsvorrichtung umfasst eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 und ein Heizelement 60. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 erwärmt das Heizelement 60 induktiv. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 erzeugt hierfür ein elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses induziert in dem Heizelement 60 durch Induktion Wirbelströme. Die Wirbelströme in dem Heizelement 60 erwärmen das Heizelement 60 durch den ohm'schen Widerstand. Das Heizelement 60 kann z. B. ein ferromagnetisches Material sein bzw. dieses umfassen. Insbesondere kann das Heizelement 60 ein Metall oder eine Metalllegierung sein, z. B. Eisen bzw. eine Eisenlegierung.
Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 ist in 1 auf der Außenseite des Außenbehälters 20 angeordnet. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 umfasst eine Induktionsspule, die mehrfach um den Druckbehälter herum verläuft. Auch vorstellbar sind mehrere Induktionsspulen als Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50. Beim Anlegen eines Wechselstroms an die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 erzeugt dieses ein elektromagnetisches Wechselfeld, das über Wirbelströme in dem Heizelement 60 das Heizelement 60 (induktiv) erwärmt. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 ist in 1 über einen Teilbereich der Außenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet. Vorstellbar ist auch, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 über im Wesentlichen die gesamte Außenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet ist. Die Position der Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 entlang der Längsrichtung des Druckbehälters 10 (in 1 von links nach rechts verlaufend und in 2 senkrecht auf der Papierebene stehend) im Verhältnis zu dem Heizelement 60 ist derart, dass der Abstand zwischen der Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 und dem Heizelement 60 möglichst gering ist. Die Umfangsrichtung des Druckbehälters 10 steht in 1 senkrecht auf der Papierebene.
Das Heizelement 60 ist derart angeordnet, dass die Wärme des Heizelements 60 auf das Gas in dem Druckbehälter 10 übertragen wird. Es findet ein Temperaturausgleich zwischen Heizelement 60 und dem Gas in dem Druckbehälter 10 statt.
Das Heizelement 60 ist in 1 auf der Innenoberfläche des Innenbehälters 30, insbesondere auf der Innenoberfläche der Innenhülle 45 des Innenbehälters 30, angeordnet. Das Heizelement 60 ist nur über einen Teil bzw. einen Teilbereich der Innenoberfläche der Innenhülle 45 angeordnet. Insbesondere ist das Heizelement 60 in der Nähe des Ports 15 bzw. im Portbereich, d. h. in der Nähe der Ein- bzw. Auslassöffnung des Druckbehälters 10, angeordnet. Der Portbereich des Druckbehälters 10 weist üblicherweise eine gebogene Form auf. Nahe des Ports 15 bzw. im Portbereich des Druckbehälters, wobei der Portbereich eine gebogene Form aufweist, ist mehr Raum zur Positionierung des Heizelements 60 vorhanden als im restlichen Bereich des Druckbehälters 10 (der im Wesentlichen eine gerade Form aufweist).
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems. Der einzige Unterschied zwischen der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform und der in 3 gezeigten Ausführungsform ist, dass bei der in 3 gezeigten Ausführungsform die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 auf der Innenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet ist.
Auch bei den anderen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen kann die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 entweder auf der Außenoberfläche oder auf der Innenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet sein. Vorstellbar ist auch, dass ein Teil der Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 auf der Außenoberfläche des Außenbehälters 20 und ein Teil der Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 auf der Innenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet sind.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems. Das Heizelement 60 ist in 4 (bereichsweise) zwischen der Innenhülle 45 und der Außenhülle 40 des Innenbehälters 30 des Druckbehälters 10 angeordnet. Das Heizelement 60 erwärmt die Innenhülle 45 und die Außenhülle 40. Hierdurch wird das Gas in dem Druckbehälter 10 erwärmt, wodurch der Druck des Gases in dem Druckbehälter 10 steigt. Hierbei kann die Temperatur des Heizelements 60 insbesondere derart geregelt sein, dass das Heizelement 60 bzw. die Außenhülle 40 selbst die maximal zulässige Temperatur (z. B. 85°C) für die Außenhülle 40 des Innenbehälters 30, insbesondere wenn die Außenhülle 40 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht bzw. diese umfasst, nicht überschritten wird.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems. In 5 ist das Heizelement 60 im Innenraum 32 des Innenbehälters 30 angeordnet. Hierbei wird das Heizelement 60 mittels Abstandselemente 65 beabstandet von der Innenoberfläche des Innenbehälters 30 gehalten. Vorteilhaft hieran ist, dass das Heizelement 60 in unmittelbarem Kontakt mit dem Gas steht und nicht in unmittelbarem Kontakt mit dem Innenbehälter. Die Innenhülle 45 des Innenbehälters 30 besteht üblicherweise aus Aluminium, in dem im Wesentlichen keine Wirbelströme durch Induktion verursacht werden. Zudem ist vorteilhaft, dass das Heizelement 60 nicht in (unmittelbarem) Kontakt mit dem Innenbehälter 30 bzw. der Innenhülle 45 des Innenbehälters 30 steht. Hierdurch wird eine Erwärmung des Druckbehälters 10 im Wesentlichen verhindert.
Vorstellbar ist auch, dass die Innenhülle 45 des Innenbehälters 30 aus einem Material besteht bzw. ein Material umfasst, das durch von der Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 erzeugte Wirbelströme erwärmt wird. Dann fungiert die Innenhülle 45 selbst als Heizelement 60.
Auch das Heizelement 60 kann in mehrere Teile aufgeteilt sein. Die mehreren Teile des Heizelements 60 können jeweils an den in den Zeichnungen dargestellten Positionen angebracht sein. Somit kann ein Teil des Heizelements 60 beispielsweise zwischen der Innenhülle 45 und Außenhülle 40 angeordnet sein und gleichzeitig ein Teil des Heizelements 60 auf der Innenoberfläche der Innenhülle 45 angeordnet sein.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems. Der einzige Unterschied zwischen der in 5 gezeigten Ausführungsform und der in 6 gezeigten Ausführungsform ist, dass bei der in 6 gezeigten Ausführungsform die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 50 auf der Innenoberfläche des Außenbehälters 20 angeordnet ist.
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.
Bezugszeichenliste

10: Druckbehälter
15: Port
20: Außenbehälter
25: evakuierter Raum
30: Innenbehälter
32: Innenraum des Innenbehälters
40: Außenhülle des Innenbehälters
45: Innenhülle des Innenbehälters
50: Magnetfelderzeugungsvorrichtung
60: Heizelement
65: Abstandselemente

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]

Claims

Kryogenes Druckbehältersystem, umfassend einen kryogenen Druckbehälter (10), welcher einen Innenbehälter (30) und einen Außenbehälter (20) aufweist, wobei zwischen dem Innenbehälter (30) und dem Außenbehälter (20) zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum (25) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Induktionsvorrichtung umfassend eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) und ein Heizelement (60) zum Erhöhen der Temperatur des Gases in dem Druckbehälter (10), wobei die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) zum induktiven Erwärmen des Heizelements (60) ausgebildet und angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (60) der Induktionsvorrichtung auf zumindest einem Teil der Innenoberfläche des Innenbehälters (30) angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (30) eine Außenhülle (40), insbesondere umfassend einen Verbundwerkstoff, und eine Innenhülle (45), aufweist, wobei das Heizelement (60) der Induktionsvorrichtung zwischen der Innenhülle (45) und der Außenhülle (45) angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (60) der Induktionsvorrichtung im Innenraum (32) des Innenbehälters (30) angeordnet ist und mittels Abstandselementen (65) von der Innenoberfläche des Innenbehälters (30) beabstandet angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) außerhalb des Außenbehälters (20) des Druckbehälters (10), insbesondere auf der Außenoberfläche des Außenbehälters (20), angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach einem Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) innerhalb des Außenbehälters (20) des Druckbehälters (10), insbesondere zwischen dem Innenbehälter (30) und dem Außenbehälter (20), vorzugsweise auf der Innenoberfläche des Außenbehälters (20), angeordnet ist.
Druckbehältersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (30) eine Außenhülle (40), insbesondere umfassend einen Verbundwerkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, und eine Innenhülle (45), insbesondere umfassend ein Metall oder eine Metalllegierung, vorzugsweise Aluminium, aufweist, wobei die Innenhülle (45) als Heizelement (60) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem nach einem der Ansprüche 1–7.
Verfahren zum Erhöhen der Temperatur eines Gases in einem kryogenen Druckbehälter (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (50) ein Heizelement (60) zum Erwärmen des Gases in dem Druckbehälter (10) induktiv erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gas in dem Druckbehälter (10) mittels des Heizelements (60) derart erwärmt wird, dass ein vorgegebener Druck erreicht wird.