DE102015223263A1 - Cryogenic pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter 40 für ein Kraftfahrzeug mit einem Innenbehälter 10 und einen Außenbehälter 30. Zwischen dem Innenbehälter 10 und dem Außenbehälter 30 ist zumindest bereichsweise ein evakuierter Raum V angeordnet ist. Der Innenbehälter 10 weist eine Kunststoffmaterialschicht 14 auf. Zwischen der Kunststoffmaterialschicht 14 und dem evakuierter Raum V ist zumindest bereichsweise eine Sperrschicht 16 angeordnet. Die Sperrschicht 16 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den Übergang von aus der Kunststoffmaterialschicht 14 entweichenden Bestandteilen in den evakuierten Raum V zumindest verringert, wobei zwischen der Sperrschicht 16 und der Kunststoffmaterialschicht 14 zumindest bereichsweise ein Spalt ausgebildet ist, und wobei die Sperrschicht 16 zumindest bereichsweise von einer Deckschicht 18 umgeben ist.The technology disclosed here relates to a cryogenic pressure vessel 40 for a motor vehicle having an inner container 10 and an outer container 30. Between the inner container 10 and the outer container 30, an evacuated space V is arranged at least in regions. The inner container 10 has a plastic material layer 14. Between the plastic material layer 14 and the evacuated space V is at least partially a barrier layer 16 is arranged. The barrier layer 16 is formed and arranged such that it at least reduces the transition of escaping from the plastic material layer 14 constituents in the evacuated space V, wherein between the barrier layer 16 and the plastic material layer 14 at least partially a gap is formed, and wherein the barrier layer 16 at least partially surrounded by a cover layer 18.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter.The technology disclosed herein relates to a cryogenic pressure vessel.
Kryogene Druckbehälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines evakuierten (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird.Cryogenic pressure vessels are known in the art. Such a pressure vessel comprises an inner container and an outer container surrounding it to form an evacuated (intermediate) space. Cryogenic pressure vessels are used, for example, for motor vehicles, in which a gaseous fuel under ambient conditions is cryogenically stored and thus essentially in the liquid or supercritical state of aggregation with respect to the ambient conditions of significantly higher density.
Beispielsweise offenbart die
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, einen kryogenen Druckbehälter zu verbessern oder eine alternative Ausgestaltung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Patentansprüche stellen bevorzugte Ausführungen dar.It is an object of the technology disclosed herein to improve a cryogenic pressure vessel or to provide an alternative embodiment. The object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug. 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 liegen, 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 max. Betriebsdrücke (MOPs) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. 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 eine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.The technology disclosed herein relates to a cryogenic pressure vessel for a motor vehicle. The cryogenic pressure vessel may store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical state of aggregation is a thermodynamic state of a substance which has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. The critical point denotes the thermodynamic state in which the densities of gas and liquid of the substance coincide, that is, it is single-phase. While one end of the vapor pressure curve in a pT diagram is marked by the triple point, the critical point represents the other end. For hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about -40 ° C to about + 85 ° C). The fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel. The pressure vessel can be used in a motor vehicle which is operated, for example, with compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG). The cryogenic pressure vessel may in particular comprise an inner container which is designed for max. Operating pressures (MOPs) up to about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), preferably up to about 500 barü, and particularly preferably up to about 700 barü. The outer container preferably closes off the pressure vessel to the outside. Preferably, the cryogenic pressure vessel comprises a vacuum with an absolute pressure in the range of 10 mbar to 10 -1 mbar, more preferably from 10 -7 mbar to 10 -3 mbar and particularly preferably from about 10 -5 mbar that at least partially between the inner container and the outer container in an evacuated (intermediate) space or vacuum V is arranged. Storage at temperatures (just) above the critical point has the advantage over storage at temperatures below the critical point that the storage medium is present in a single phase. For example, there is an interface between liquid and gaseous.
Der Innenbehälter weist eine Kunststoffmaterialschicht auf. Bevorzugt ist die Kunststoffmaterialschicht an einem Liner des Innenbehälters ausgebildet. Zwischen der Kunststoffmaterialschicht und dem evakuierten Raum V ist zumindest bereichsweise eine Sperrschicht angeordnet. Die Sperrschicht ist derart ausgebildet und angeordnet, dass die Sperrschicht den Übergang von aus der Kunststoffmaterialschicht entweichenden Bestandteilen in den evakuierten Raum V zumindest verringert, bevorzugt sogar ganz verhindert. Die Sperrschicht ist zumindest bereichsweise von einer Deckschicht umgeben.The inner container has a plastic material layer. Preferably, the plastic material layer is formed on a liner of the inner container. Between the plastic material layer and the evacuated space V, a barrier layer is at least partially arranged. The barrier layer is designed and arranged in such a way that the barrier layer at least reduces, preferably even completely prevents, the passage of constituents escaping from the plastic material layer into the evacuated space V. The barrier layer is at least partially surrounded by a cover layer.
Kunststoffe neigen dazu, unter Vakuum auszugasen. Etwaige Einschlüsse, die im Kunststoff vorhanden sind, dringen dabei langsam in das Vakuum ein. Die in das Vakuum eindringenden Bestandteile der Kunststoffmaterialschicht, z. B. Gaseinschlüsse, die während der Herstellung der Kunststoffmaterialschicht eingeschlossen wurden, verringern die Isolationseigenschaften des evakuierten Raumes V. Auch lokale Reste von nicht vollständig abreagierten Ausgangsstoffen (u. a. Harz und Härter) oder Hilfsstoffe, die eine ungünstige Dampfdruckkurve aufweisen, wirken sich negativ auf das Vakuum aus. Insbesondere neigen im Matrixmaterial von Faserverbundwerkstoffen vorhandene Weichmacher, vorhandenes Wasser bzw. Kohlenwasserstoffe zum Ausgasen. Mithin verschlechtern sich also aufgrund dieser Ausgasung mit der Zeit die thermischen Eigenschaften des kryogenen Druckbehälters. Die hier offenbarte Sperrschicht kann die Vakuumdegradation zumindest verringern.Plastics tend to leach out under vacuum. Any inclusions that are present in the plastic penetrate slowly into the vacuum. The penetrating into the vacuum components of the plastic material layer, for. B. gas inclusions that have been included during the production of the plastic material layer, reduce the insulating properties of the evacuated space V. Also local residues of incompletely reacted starting materials (including resin and hardener) or auxiliaries, which have an unfavorable vapor pressure curve, have a negative effect on the vacuum out. In particular, plasticizers present in the matrix material of fiber composites, water present or hydrocarbons tend to outgas. Thus, so deteriorate due to this outgassing over time, the thermal properties of the cryogenic pressure vessel. The barrier layer disclosed herein may at least reduce vacuum degradation.
Die Kunststoffmaterialschicht kann als faserverstärktes Kunststoffschichtlaminat ausgebildet sein. Bevorzugt umgibt das faserverstärkte Kunststoffschichtlaminat den Liner. Als Liner kann beispielsweise ein Aluminium- oder Stahlliner eingesetzt werden. Ferner bevorzugt kann der Liner selbst aus einem faserverstärkten Kunststoffschichtlaminat hergestellt sein oder das faserverstärkte Kunststoffschichtlaminat selbst umfasst den Liner (u. a. ein linerloser Druckbehälter). Im Inneren I des Liners kann der Kraftstoff tiefkalt gespeichert werden. Ein solches faserverstärktes Kunststoffschichtlaminat steigert die Festigkeit des Innenbehälters beträchtlich.The plastic material layer may be formed as a fiber-reinforced plastic layer laminate. Preferably surrounds the fiber reinforced Plastic layer laminate the liner. As a liner, for example, an aluminum or steel liner can be used. Further preferably, the liner itself can be made of a fiber-reinforced plastic layer laminate or the fiber-reinforced plastic layer laminate itself comprises the liner (including a linerless pressure vessel). In the interior I of the liner, the fuel can be stored cryogenic. Such a fiber-reinforced plastic laminate layer considerably increases the strength of the inner container.
Als faserverstärktes Kunststoffschichtlaminat bzw. Ummantelung oder Armierung (nachstehend wird meistens der Begriff „Kunststoffschichtlaminat” verwendet) kommen faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die FVK-Struktur eines Druckbehälters wirkt verstärkend durch Verstärkungsfasern, die in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Ein FVK umfasst Verstärkungsfasern und Matrixmaterial, die belastungsorientiert kombiniert sein können, damit sich die gewünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften ergeben. Die faserverstärkte Schicht ist i. d. R. eine Schicht, die Kreuz- und Umfangslagen aufweist. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Wickelkernoberfläche Kreuzlagen gewickelt bzw. geflochten. In dem zylindrischen Mantelbereich befinden sich i. d. R. die sogenannten Umfangslagen, die für eine Verstärkung in tangentialer Richtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem 90° Winkel zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert.Fiber-reinforced plastics (FRP), for example carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) and glass-fiber reinforced plastics (FRP), are used as fiber-reinforced plastic layer laminate or sheathing or reinforcement (hereinafter the term "plastic layer laminate" is used in most cases). The FRP structure of a pressure vessel reinforces by reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. An FRP comprises reinforcing fibers and matrix material, which can be combined in a load-oriented manner to give the desired mechanical and chemical properties. The fiber reinforced layer is i. d. R. a layer having the cross and peripheral layers. In order to compensate for axial stresses, cross layers are wound or braided over the entire winding core surface. In the cylindrical shell area are i. d. R. the so-called peripheral layers that provide a reinforcement in the tangential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction U of the pressure vessel and are oriented at a 90 ° angle to the pressure vessel longitudinal axis A-A.
Gemäß der hier offenbarten Technologie wird vorgeschlagen, eine Sperrschicht zwischen der Kunststoffmaterialschicht und dem evakuierten Raum V vorzusehen. Somit dringen nur noch vergleichsweise geringe Mengen bzw. gar keine Bestandteile der Kunststoffmaterialschicht in den evakuierten Raum V ein, wodurch die Behälterisolation merklich verbessert werden kann bzw. zeitlich stabiler bleibt. Die Sperrschicht kann das faserverstärkte Kunststoffschichtlaminat im Wesentlichen gasdicht von der Deckschicht und/oder vom evakuierten Raum V abtrennen. Insbesondere während der Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffschichtlaminates, beispielsweise durch Wickeln und/oder Flechten, kann es häufiger zu Gaseinschlüssen kommen, die sich nicht vollständig entfernen lassen. Diese Gaseinschlüsse würden sich bei der hier offenbarten Technologie nicht negativ auf die Langzeitisolationseigenschaft des Druckbehälters auswirken. Gleichzeitig kann aufgrund der vergleichsweise hohen Innenbehälterdrücke in Verbindung mit den tiefen Temperaturen relativ viel Kraftstoff im Innenbehälter gespeichert werden. Bevorzugt weist die Sperrschicht selbst ein ausgasungsfreies Material zumindest zur Deckschicht und/oder zum evakuierten Raum V hin auf. Diese Begrenzung ist zweckmäßig aus einem ausgasungsfreien Material hergestellt, so dass eine Verschlechterung der Isolation durch Sperrschichtausgasung vermieden wird. Die Sperrschicht kann aus einem Metall hergestellt sein, insbesondere aus Aluminium, Stahl und/oder Kupfer sowie deren Legierungen. Die Sperrschicht kann aus einem brennstoffsperrenden Kunststoff, z. B. Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) hergestellt sein. Vorteilhaft kann die Sperrschicht als Oberflächenbeschichtung auf der Kunststoffmaterialschicht oder auf einem Trägermaterial ausgebildet sein. Die Sperrschicht kann beispielsweise denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen wie die Kunststoffmaterialschicht. Die Sperrschicht kann als Folie ausgebildet sein.According to the technology disclosed herein, it is proposed to provide a barrier layer between the plastic material layer and the evacuated space V. Thus, only comparatively small amounts or no constituents of the plastic material layer penetrate into the evacuated space V, as a result of which the container insulation can be markedly improved or remains more stable over time. The barrier layer can separate the fiber-reinforced plastic layer laminate substantially gas-tight from the cover layer and / or from the evacuated space V. In particular, during the production of a fiber-reinforced plastic layer laminate, for example by winding and / or braiding, it may occur more frequently to gas inclusions, which can not be completely removed. These gas inclusions would not adversely affect the long-term insulating nature of the pressure vessel in the technology disclosed herein. At the same time, due to the comparatively high inner container pressures associated with the low temperatures, a relatively large amount of fuel can be stored in the inner container. The barrier layer itself preferably has an outgassing-free material at least toward the cover layer and / or to the evacuated space V. This limitation is expediently produced from a gas-free material, so that a deterioration of the insulation by barrier outgassing is avoided. The barrier layer may be made of a metal, in particular of aluminum, steel and / or copper and their alloys. The barrier layer can be made of a fuel-barrier plastic, for. For example, be prepared ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH). Advantageously, the barrier layer may be formed as a surface coating on the plastic material layer or on a carrier material. The barrier layer may, for example, have the same thermal expansion coefficient as the plastic material layer. The barrier layer may be formed as a film.
Die Deckschicht kann ausgebildet sein, die Sperrschicht zumindest bereichsweise an die Kunststoffmaterialschicht zu fixieren. Mit anderen Worten kann die Deckschicht die Sperrschicht in ihre Position mechanisch halten. Druckbehälter sind in der Regel durch eine Festlager-Loslager-Anordnung an einer Karosserie befestigt. Dehnt sich der Druckbehälter aufgrund von Temperatur- und/oder Innendruckänderungen aus, so kommt es zu Längenänderungen in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A. Ist die Sperrschicht als dünne Folie ausgebildet, die nicht an dem Kunststoffschichtlaminat durchgängig anliegt, so können Längenänderungen in einigen Bereichen des Innenbehälters nicht direkt an ihrer Ursprungsstelle in die Sperrschicht übertragen werden. Dies kann dann aber dazu führen, dass in anderen Bereichen größere Längenänderungen des Innenbehälters auf die Sperrschicht übertragen werden. Diese größeren Längenausdehnungen können dann zu Spannungsspitzen führen, die eine Beschädigung der Sperrschicht mit sich bringen können. Die Sperrschicht gemäß der hier offenbarten Technologie kann zumindest bereichsweise derart an die Kunststoffmaterialschicht fixiert werden, das Längenausdehnungen in Druckbehälterlängsrichtung A-A und/oder in radialer Richtung von der Kunststoffmaterialschicht auf die Sperrschicht übertragen werden. Somit wird die Längung des Innenbehälters gleichmäßig bzw. gleichmäßiger auf die Sperrschicht übertragen. Das Risiko einer Rissbildung kann somit reduziert werden.The cover layer may be formed to fix the barrier layer at least in regions to the plastic material layer. In other words, the cover layer can mechanically hold the barrier layer in position. Pressure vessels are usually attached by a fixed bearing floating bearing assembly to a body. If the pressure vessel expands due to temperature and / or internal pressure changes, length changes occur in the direction of the pressure vessel longitudinal axis A-A. If the barrier layer is formed as a thin film which does not rest against the plastic layer laminate, changes in length in some regions of the inner container can not be transferred directly to their origin in the barrier layer. However, this can then lead to larger changes in length of the inner container being transferred to the barrier layer in other areas. These larger length expansions can then lead to voltage spikes that can cause damage to the barrier layer. The barrier layer according to the technology disclosed herein can be at least partially fixed to the plastic material layer, the length expansions in the pressure vessel longitudinal direction A-A and / or in the radial direction of the plastic material layer are transferred to the barrier layer. Thus, the elongation of the inner container is uniformly transmitted to the barrier layer. The risk of cracking can thus be reduced.
Die Deckschicht kann ausgebildet sein, keine Gase oder weniger Gase als die Kunststoffmaterialschicht in das Vakuum abzugeben. Bevorzugt ist die Sperrschicht ebenfalls ausgebildet, aus dem Innenbehälter resultierende Kräfte und Momente zu tragen. Vorteilhaft kann die Deckschicht einen Elastizitätsmodul in Umfangsrichtung aufweisen, der weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% oder 5% abweicht vom Elastizitätsmodul der Kunststoffmaterialschicht. Somit kann vorteilhaft eine gleichmäßige Spannungsbelastung der Sperrschicht und Kunststoffschicht eingestellt werden. Zweckmäßig kann die Deckschicht in mindestens einer Richtung X, Y, Z einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% oder 5% vom Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kunststoffmaterialschicht in der gleichen Richtung X, Y, Z abweicht. Somit lassen sich Spannungen im Bauteil weiter reduzieren bzw. vermeiden. Bevorzugt ist die Kunststoffmaterialschicht mindestens um den Faktor 3, mindestens um den Faktor 5, mindestens um den Faktor 8 oder mindestens um den Faktor 10 dicker als die Deckschicht.The cover layer may be configured to release no gases or less gases than the plastic material layer into the vacuum. Preferably, the barrier layer is also formed to carry forces and moments resulting from the inner container. Advantageously, the cover layer may have a modulus of elasticity in the circumferential direction which deviates less than 20%, preferably less than 10% or 5% from the modulus of elasticity of the plastic material layer. Thus, advantageously, a uniform stress of the barrier layer and Plastic layer can be adjusted. Suitably, the cover layer in at least one direction X, Y, Z have a coefficient of thermal expansion, which deviates less than 20%, preferably less than 10% or 5% of the coefficient of thermal expansion of the plastic material layer in the same direction X, Y, Z. Thus, stresses in the component can be further reduced or avoided. Preferably, the plastic material layer is at least a factor of 3, at least by a factor of 5, at least by a factor of 8 or at least by a factor of 10 thicker than the cover layer.
Die Deckschicht kann als ein faserverstärktes Deckschichtlaminat ausgebildet sein. Das Deckschichtlaminat kann aufgebaut sein wie das Kunststoffschichtlaminat. Insbesondere kann das Deckschichtlaminat einen höheren Fasergehalt aufweisen als das Kunststoffschichtlaminat. Ist dies der Fall, so umfasst das Deckschichtlaminat weniger Matrixmaterial, das zum Ausgasen neigen kann. Das Deckschichtlaminat kann zumindest im Mantelbereich des Druckbehälters mindestens eine Lage aufweisen, die ausschließlich aus Verstärkungsfasern ohne Matrixmaterial gebildet ist. Bevorzugt sind alle Lagen der Sperrschicht ohne Matrixmaterial ausgebildet. Die Deckschicht kann beispielsweise aus einem anderen Material hergestellt sein als die Kunststoffmaterialschicht, beispielsweise kann die Deckschicht zumindest aus mindestens 50%, ferner bevorzugt zumindest aus 80% oder 90% nur aus Kohlefasern und/oder Glasfasern ausgebildet sein, die insbesondere nicht mit Matrixmaterial versehenen sind (= trockene Fasern). Es können beispielsweise auch andere Verstärkungsfasern vorgesehen sein. Dadurch, dass die Sperrschicht innerhalb des drucktragenden Schichtaufbaus angeordnet sein kann, können die mechanischen Anforderungen an die Sperrschicht geringer sein. Bevorzugt bilden also das Kunststoffschichtlaminat und das Decklaminat die FVK-Struktur aus, die die Druckbehälterlast trägt.The cover layer may be formed as a fiber-reinforced cover layer laminate. The cover layer laminate can be constructed like the plastic layer laminate. In particular, the cover layer laminate may have a higher fiber content than the plastic layer laminate. If this is the case, the outer layer laminate comprises less matrix material which may tend to outgas. The cover layer laminate can have at least one layer, which is formed exclusively of reinforcing fibers without matrix material, at least in the jacket region of the pressure vessel. Preferably, all layers of the barrier layer are formed without matrix material. For example, the cover layer may be made of a different material than the plastic material layer. For example, the cover layer may be formed of at least 50%, further preferably at least 80% or 90% carbon fiber and / or glass fiber only, which are not provided with matrix material (= dry fibers). For example, other reinforcing fibers may also be provided. By virtue of the fact that the barrier layer can be arranged within the pressure-bearing layer structure, the mechanical requirements for the barrier layer can be lower. Thus, the plastic layer laminate and the cover laminate preferably form the FRP structure which bears the pressure vessel load.
Zwischen der Kunststoffmaterialschicht und der Sperrschicht und/oder in der Sperrschicht selbst kann zumindest bereichsweise eine Transportschicht angeordnet sein. Die Transportschicht kann zweckmäßig mit einer Ablassleitung fluidverbunden sein. Die Ablassleitung verbindet die Transportschicht mit dem Äußeren des kryogenen Druckbehälters. Diffundiert Brennstoff, z. B. Wasserstoff, durch den Liner und/oder kommt es zu Ausgasung in der Kunststoffmaterialschicht, so können sich diese Gase in der Transportschicht ansammeln. Die Sperrschicht verhindert, dass diese Gase in radialer Richtung weiter nach außen zum evakuierten Raum V diffundieren. Somit steigt allmählich der Gasdruck des angesammelten Gases in der Transportschicht und das Gas verteilt sich weiter innerhalb der Transportschicht. Die Transportschicht ist insbesondere derart gasdurchlässig ausgebildet, dass die aus der Kunststoffschicht austretenden Gase zur Ablassleitung gelangen können. An der Ablassleitung kann alternativ oder zusätzlich auch ein Unterdruck anliegen, der diese Gase zumindest teilweise absaugt. Die Transportschicht kann beispielsweise Mikrokanäle oder Mikrospalte ausbilden, so dass die ausgegasten Bestandteile nach Außen abgeleitet werden können. Ferner kann an der Ablassleitung ein Ventil vorgesehen sein. Die Sperrschicht kann ausgebildet sein, Strahlungen zu isolieren. Vorteilhaft können somit zusätzliche Strahlungsschilder entfallen.Between the plastic material layer and the barrier layer and / or in the barrier layer itself, a transport layer can be arranged at least in regions. The transport layer may conveniently be fluidly connected to a drain line. The drain line connects the transport layer to the exterior of the cryogenic pressure vessel. Diffuses fuel, eg. As hydrogen, through the liner and / or it comes to outgassing in the plastic material layer, so these gases can accumulate in the transport layer. The barrier prevents these gases from diffusing outward in the radial direction to the evacuated space V. Thus, the gas pressure of the accumulated gas in the transport layer gradually increases, and the gas further spreads within the transport layer. The transport layer is in particular designed to be permeable to gas so that the gases emerging from the plastic layer can reach the discharge line. Alternatively or additionally, a negative pressure which at least partially sucks out these gases may be present on the discharge line. The transport layer can form, for example, microchannels or microcolumns, so that the outgassed components can be discharged to the outside. Further, a valve may be provided on the drain line. The barrier layer may be configured to insulate radiations. Advantageously, thus additional radiation shields can be omitted.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines kryogenen Druckbehälters für Brennstoff. Insbesondere ein Herstellungsverfahren für den hier offenbarten kryogenen Druckbehälter. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen eines fasergewickelten und/oder geflochtenen Kunststoffschichtlaminats, insbesondere des hier offenbarten Kunststoffschichtlaminats;
- – Zumindest bereichsweises Erwärmen des Kunststoffschichtlaminats für eine gewisse Zeit, so dass zumindest 30% der in das Kunststoffschichtlaminat eingeschlossenen Gase aus dem Kunststoffschichtlaminat entweichen bzw. Über der Zeit entwichen sind; und bevorzugt
- – Zumindest bereichsweises Aufbringen einer Deckschicht auf das Kunststoffschichtlaminat, insbesondere der hier offenbarten Deckschicht.
- - Providing a fiber-wound and / or braided plastic layer laminate, in particular of the plastic layer laminate disclosed herein;
- - At least partially heating the plastic layer laminate for a certain time, so that at least 30% of the gases enclosed in the plastic layer laminate escape from the plastic layer laminate or have escaped over time; and preferred
- - At least partially applying a cover layer on the plastic layer laminate, in particular the cover layer disclosed here.
Das Kunststoffschichtlaminat kann beispielsweise derart lange und stark erwärmt werden, bis zumindest 30%, bevorzugt mindestens 50%, 70%, 80% oder 90% der Gase aus dem Kunststoffschichtlaminat entwichen sind. Somit verringern sich die Ausgasungen nach der Fertigstellung des Druckbehälters und die Gefahr einer Vakuumdegradation kann verringert werden. Ferner kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen: Aufbringen der hier offenbarten Deckschicht auf die hier offenbarten Sperrschicht, insbesondere durch Wickeln und/oder Flechten von Verstärkungsfasern. Ferner kann das hier offenbarte Verfahren ebenfalls Merkmale umfassen, die hier im Zusammenhang mit den strukturellen Merkmalen des Druckbehälters offenbart wurden.The plastic layer laminate can, for example, be heated so long and strongly until at least 30%, preferably at least 50%, 70%, 80% or 90% of the gases have escaped from the plastic layer laminate. Thus, the outgassing decreases after the completion of the pressure vessel and the risk of vacuum degradation can be reduced. Further, the method disclosed herein may include the step of applying the topcoat disclosed herein to the barrier layer disclosed herein, particularly by winding and / or braiding reinforcing fibers. Further, the method disclosed herein may also include features disclosed herein in connection with the structural features of the pressure vessel.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren näher beschrieben, wobeiThe technology disclosed herein will now be described in more detail with reference to the figures, in which:
In der
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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Innenbehälterinner container
- 1414
- KunststoffmaterialschichtPlastic material layer
- 1616
- Sperrschichtjunction
- 1717
- Transportschichttransport layer
- 1818
- Deckschicht, DeckschichtlaminatCover layer, cover layer laminate
- 1919
- Ablassleitungdrain line
- 3030
- Außenbehälterouter container
- 4040
- Druckbehälterpressure vessel
- VV
- evakuierter Raumevacuated room
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1546601 B1 [0003] EP 1546601 B1 [0003]
- DE 102015213563 A1 [0003] DE 102015213563 A1 [0003]
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