DE102020007826A1 - Tank system for storing cool media - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Tanksystem zur Lagerung eines kühlen Mediums vorgeschlagen, aufweisend eine Innenhülle aus einem ersten faserverstärkten Material, die einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Mediums definiert, eine Außenhülle aus einem zweiten faserverstärkten Material, die die Innenhülle umgibt, und mehrere Abstandshalter, die stabförmig zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordnet und dazu ausgebildet sind, die Innenhülle und die Außenhülle in einem Abstand zueinander zu halten, sodass mindestens ein thermisch isolierender Zwischenraum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle entsteht, wobei zumindest die Innenhülle das zu lagernde Medium am Entweichen hindert. A tank system for storing a cool medium is proposed, having an inner shell made of a first fibre-reinforced material, which defines an accommodation space for accommodating the medium, an outer shell made of a second fibre-reinforced material, which surrounds the inner shell, and a plurality of spacers which are rod-shaped between the The inner shell and the outer shell are arranged and are designed to keep the inner shell and the outer shell at a distance from one another, so that at least one thermally insulating gap is created between the inner shell and the outer shell, with at least the inner shell preventing the medium to be stored from escaping.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Tanksystem zur Lagerung kühler Medien sowie ein Luftfahrzeug mit einem solchen Tanksystem.The invention relates to a tank system for storing cool media and an aircraft with such a tank system.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Zur Versorgung von Brennstoffzellen oder Verbrennungskraftmaschinen in Transportmitteln mit Wasserstoff, beispielsweise in Flugzeugen, ist die Verwendung von kryogenen Tanksystemen bekannt. Diese weisen ein Tankvolumen auf, in dem flüssiger Wasserstoff bei einer Temperatur von -253 °C gelagert wird. Wasserstoff wird dadurch aus dem Tankvolumen entnommen, dass beispielsweise ein Teil des flüssigen Wasserstoffs verdampft und gezielt aus dem Tankvolumen geführt wird. Eine besondere Herausforderung bei der Konzeption eines solchen Tanksystems liegt darin, auch über längere Flugdauern die Temperatur auf dem gewünschten, niedrigen Niveau zu halten. Dies wird insbesondere durch eine thermische Isolierung erreicht. Bei der Verwendung in einem Flugzeug ist weiterhin ein geringes Gesamtgewicht für die Wirtschaftlichkeit des Flugzeugs von Bedeutung.The use of cryogenic tank systems is known for supplying hydrogen to fuel cells or internal combustion engines in means of transport, for example in aircraft. These have a tank volume in which liquid hydrogen is stored at a temperature of -253 °C. Hydrogen is removed from the tank volume in that part of the liquid hydrogen, for example, evaporates and is guided out of the tank volume in a targeted manner. A particular challenge when designing such a tank system is to keep the temperature at the desired, low level even over longer flight durations. This is achieved in particular by thermal insulation. When used in an aircraft, a low overall weight is also important for the economy of the aircraft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Tanksystem vorzuschlagen, mit dem flüssiger Wasserstoff oder andere kühle Medien gespeichert werden kann, wobei das Tanksystem ein besonders niedriges Gewicht und gleichzeitig eine sehr gute thermische Isolierwirkung aufweist.It is an object of the invention to propose an alternative tank system with which liquid hydrogen or other cool media can be stored, the tank system having a particularly low weight and at the same time a very good thermal insulation effect.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Tanksystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.This object is achieved by a tank system having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and developments can be found in the subclaims and the following description.
Es wird ein Tanksystem zur Lagerung kühler Medien vorgeschlagen, aufweisend eine Innenhülle aus einem ersten faserverstärkten Material, die einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines zu lagernden kühlen Mediums definiert, eine Außenhülle aus einem zweiten faserverstärkten Material, die die Innenhülle umgibt, und mehrere Abstandshalter aus einem dritten faserverstärkten Material, die stabförmig zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordnet und integral mit diesen verbunden sind und dazu ausgebildet sind, die Innenhülle und die Außenhülle in einem Abstand zueinander zu halten, sodass mindestens ein thermisch isolierender Zwischenraum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle entsteht, wobei zumindest die Innenhülle das zu lagernde Medium am Entweichen hindert.A tank system for storing cool media is proposed, having an inner shell made of a first fiber-reinforced material, which defines a receiving space for receiving a cool medium to be stored, an outer shell made of a second fiber-reinforced material, which surrounds the inner shell, and a plurality of spacers made of a third fibre-reinforced material arranged in a rod-like manner between and integrally connected to the inner shell and the outer shell and adapted to space the inner shell and the outer shell apart so that at least one thermally insulating gap is formed between the inner shell and the outer shell, wherein at least the inner shell prevents the medium to be stored from escaping.
Das Tanksystem basiert auf einer Anordnung mindestens zweier Hüllen, wobei eine Hülle eine Innenhülle ist und eine Hülle eine Außenhülle darstellt. Die Innenhülle definiert dabei das Tankvolumen, welches mit dem kühlen Medium, etwa flüssigem Wasserstoff, gefüllt wird. Durch den Abstand der Außenhülle hiervon wird eine thermische Isolierung realisiert, da die Wärmeleitung zwischen dem Tankvolumen und der Umgebung der Außenhülle signifikant verringert wird. Die thermische Isolierung ist dabei abhängig von mehreren Größen, die unter anderem die Art oder das Vorhandensein eines in dem Zwischenraum vorgesehenen Stoffes, die Größe des Abstands sowie das Material der Abstandshalter umfassen.The tank system is based on an arrangement of at least two shells, one shell being an inner shell and one shell representing an outer shell. The inner shell defines the tank volume, which is filled with the cool medium, such as liquid hydrogen. The distance between the outer shell and thermal insulation is achieved since the heat conduction between the tank volume and the area surrounding the outer shell is significantly reduced. The thermal insulation is dependent on a number of variables, which include, among other things, the type or the presence of a substance provided in the intermediate space, the size of the spacing and the material of the spacers.
Das erste faserverstärkte Material kann dem zweiten faserverstärkten Material entsprechen. Allerdings könnten sie sich auch voneinander unterscheiden, um verschiedene Eigenschaften zu nutzen. Es bieten sich besonders Materialien an, die eine Matrix mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern umfassen. Die Matrix fungiert als ein Einbettungsmaterial für die Verstärkungsfasern und könnte thermoplastische und duroplastische Polymer wie z.B. Epoxidharze, Keramik oder andere geeignete Stoffe umfassen. Dabei könnten die Verstärkungsfasern Kohlenstoffallotrope sein, beispielsweise Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen oder ähnliches. Es könnten sich allerdings auch Glasfasern, Aramidfasern, Keramikfasern und Polymerfasern anbieten.The first fiber reinforced material may correspond to the second fiber reinforced material. However, they could also differ from each other to take advantage of different properties. Materials are particularly suitable which comprise a matrix with reinforcing fibers embedded therein. The matrix acts as an embedding material for the reinforcing fibers and could comprise thermoplastic and thermoset polymers such as epoxies, ceramics or other suitable materials. In this case, the reinforcing fibers could be carbon allotropes, for example carbon fibers, carbon nanotubes, graphene or the like. However, glass fibers, aramid fibers, ceramic fibers and polymer fibers could also be suitable.
Das dritte faserverstärkte Material der Abstandshalter könnte dem ersten oder dem zweiten faserverstärkten Material entsprechen oder hiervon verschieden sein. Es kann sich anbieten, die Abstandshalter mit einem Faserbündel herzustellen, wobei sich die einzelnen Fasern des Faserbündels in einer Haupterstreckungsrichtung der Abstandshalter erstrecken und mit einem Matrixmaterial imprägniert sind. Es bietet sich aus Gründen der Kompatibilität an, das erste, das zweite und das dritte faserverstärkte Material identisch auszuwählen. Es bietet sich ferner an, die Abstandshalter mit einem geschlossenen Querschnitt auszustatten. Die Abstandshalter könnten indes auch hohl sein, insbesondere röhrenförmig, wobei ein Innenraum der röhrenförmigen Abstandshalter keine Fluidverbindung mit dem Aufnahmeraum aufweisen sollte.The third fiber reinforced material of the spacers could be the same as the first or the second fiber reinforced material or different. It may be advisable to produce the spacers with a fiber bundle, with the individual fibers of the fiber bundle extending in a main direction of extension of the spacers and being impregnated with a matrix material. For reasons of compatibility, it makes sense to select the first, the second and the third fiber-reinforced material to be identical. It also makes sense to equip the spacers with a closed cross section. However, the spacers could also be hollow, in particular tubular, in which case an interior space of the tubular spacers should not have any fluid connection with the receiving space.
Zumindest die Innenhülle, bevorzugt auch die Außenhülle, sind mit einer das Medium am Entweichen hindernden Beschichtung versehen, um ein Austreten des Mediums zu vermeiden. Das Medium kann neben Wasserstoff, insbesondere in kryogener Form, auch ein anderes kryogenes oder flüssiges oder gasförmiges kühles oder gekühltes Medium sein, beispielsweise Methan. Die Beschichtung kann in Form einer metallischen Schicht realisiert sein. Alternativ bietet sich auch ein geeignetes Polymer, Graphen oder eine mehrlagige Isolierung an. Die Beschichtung kann daher als Folie, eine Sprühlage, oder eine aufgedampfte Beschichtung realisiert sein. Die Beschichtung kann auch durch einen speziellen Lagenaufbau des faserverstärkten Materials realisiert werden.At least the inner shell, preferably also the outer shell, is provided with a coating that prevents the medium from escaping, in order to prevent the medium from escaping. In addition to hydrogen, in particular in cryogenic form, the medium can also be another cryogenic or liquid or gaseous cool or cooled medium, for example methane. The coating can be realized in the form of a metallic layer. Alternatively, a suitable polymer, graphene or multi-layer insulation can also be used. The coating can therefore be implemented as a foil, a spray layer, or a vapor-deposited coating. The coating can also be implemented using a special layer structure of the fiber-reinforced material.
Die Abstandshalter sind stabförmig ausgeführt, sodass ihre Längen deutlich ihre Breiten oder ihre Durchmesser übersteigen. Bei Minimierung der Querschnittsfläche der Abstandshalter wird der Wärmetransport durch die Abstandshalter reduziert, da der mögliche Wärmestrom üblicherweise proportional zu der Größe der Querschnittsfläche und der Wärmeleitfähigkeit ist. Demnach ist es sinnvoll, die Querschnittsfläche der einzelnen Abstandshalter sowie die Summe der Querschnittsflächen aller Abstandshalter zu minimieren.The spacers are rod-shaped so that their lengths significantly exceed their widths or diameters. By minimizing the cross-sectional area of the spacers, heat transfer through the spacers is reduced since the possible heat flow is usually proportional to the size of the cross-sectional area and the thermal conductivity. Accordingly, it makes sense to minimize the cross-sectional area of the individual spacers and the sum of the cross-sectional areas of all spacers.
Bevorzugt erstrecken sich die Abstandshalter geradlinig von der Innenhülle zu der Außenhülle. Dadurch sind sie in der Lage, hohe Zug- und Druckkräfte aufzunehmen. Die Kombination aus möglichst hoher Festigkeit, daraus resultierender möglichst geringer Querschnittsfläche und/oder einer möglichst geringen Anzahl kann zu einem möglichst geringen Wärmetransport zwischen der Innenhülle und der Außenhülle führen.The spacers preferably extend in a straight line from the inner shell to the outer shell. This enables them to absorb high tensile and compressive forces. The combination of the highest possible strength, the resulting lowest possible cross-sectional area and/or the lowest possible number can lead to the lowest possible heat transport between the inner shell and the outer shell.
Die Abstandshalter können zur Erhöhung der Festigkeit des Tanksystems eine Fachwerkstruktur ausbilden und sich folglich in unterschiedlichen Richtungen erstrecken. Das Fachwerk ist dabei ein räumliches Fachwerk, das sich zwischen der Innenhülle und der Außenhülle erstreckt und eine gekrümmte Schicht mit einer gewünschten Dicke bildet. Die Abstandshalter sind bevorzugt direkt in die Innenhülle und/oder die Außenhülle eingebettet, sodass sie zumindest eine der beiden Hüllen zumindest teilweise durchdringen. Dadurch sind sie fest mit der betreffenden Hülle verbunden.To increase the strength of the tank system, the spacers can form a framework structure and consequently extend in different directions. The framework is a spatial framework that extends between the inner shell and the outer shell and forms a curved layer with a desired thickness. The spacers are preferably embedded directly in the inner shell and/or the outer shell, so that they at least partially penetrate at least one of the two shells. As a result, they are firmly connected to the case in question.
Die Anordnung der Innenhülle und der Außenhülle bildet demnach einen versteiften Tank, der durch die Verwendung von faserverstärkten Materialien und stabförmigen Abstandshaltern ein sehr geringes Gewicht aufweisen kann, was ihn zur Verwendung in einem Flugzeug eignet. Durch den minimierten Wärmetransport wird der Erwärmung von darin enthaltenem Wasserstoff oder anderen kühlen Medien entgegengewirkt.The arrangement of the inner shell and the outer shell accordingly forms a reinforced tank which, through the use of fiber-reinforced materials and rod-shaped spacers, can have a very low weight, which makes it suitable for use in an aircraft. The minimized heat transport counteracts the heating of the hydrogen or other cool media contained therein.
Insgesamt wird eine deutliche Gewichtseinsparung im Vergleich zu bekannten, metallischen Tanks zur Lagerung von kühlen Medien und insbesondere von kryogenem Wasserstoff erreicht. Zudem wird ein strukturell integrierter Tank ermöglicht, der in der Lage ist, zumindest teilweise Lasten des Rumpfes aufzunehmen. Das durch das Tanksystem beanspruchte Volumen wird zudem verringert, da ein vergleichsweise geringer Abstand zwischen der Innenhülle und der Außenhülle benötigt wird. Die Fertigung kann durch die Möglichkeit automatisierter Herstellverfahren vereinfacht werden. Zudem weist das Tanksystem ein gutes Schadenstoleranzverhalten auf und ermöglicht auch komplexe Tankgeometrien. Das Tanksystem kann dabei auch vollständig oder teilweise in die Rumpfstruktur integriert werden.Overall, a significant weight saving is achieved in comparison to known metallic tanks for storing cool media and in particular cryogenic hydrogen. In addition, a structurally integrated tank is made possible, which is able to at least partially absorb loads of the fuselage. The volume taken up by the tank system is also reduced since a comparatively small distance is required between the inner shell and the outer shell. Manufacturing can be simplified by the possibility of automated manufacturing processes. In addition, the tank system has good damage tolerance behavior and also allows for complex tank geometries. The tank system can also be fully or partially integrated into the fuselage structure.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform durchdringen die Abstandshalter die Innenhülle und die Außenhülle zumindest teilweise und sind an ihren Enden umgebogen oder umgeknickt. Das Umknicken kann vor dem Aushärten des dritten faserverstärkten Materials erfolgen. Beispielhaft wird das Faserhalbzeug durch die Innenhülle und die Außenhülle getrieben, beispielsweise mit einer Nadel, und anschließend umgeknickt, so dass die Enden plan auf der Innenhülle und Außenhülle aufliegen. Anschließend kann eine Infiltrierung mit dem Matrixmaterial und/oder eine Aushärtung erfolgen.In an advantageous embodiment, the spacers penetrate the inner shell and the outer shell at least partially and are bent or folded over at their ends. The folding can occur before the third fiber reinforced material is cured. For example, the semi-finished fiber product is driven through the inner shell and the outer shell, for example with a needle, and then folded over so that the ends lie flat on the inner shell and outer shell. Infiltration with the matrix material and/or curing can then take place.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Zwischenraum eine Schicht aus einem Schaumstoff auf. Der Schaumstoff bildet einen Schaumstoffkern zwischen der Innenhülle und der Außenhülle. Dieser kann zu einer weiteren Versteifung und/oder Isolierung führen. Die Abstandshalter können sich dabei vollständig durch den Schaumstoff erstrecken. Der Schaumstoff ist bevorzugt ein Hartschaumstoff. Er kann geschlossenporig oder offenporig ausgeführt sein. Eine offenporige Variante könnte sich erfindungsgemäß insbesondere zur Verbesserung der Vakuumeigenschaften anbieten.In an advantageous embodiment, the at least one intermediate space has a layer of foam. The foam forms a foam core between the inner shell and the outer shell. This can lead to further stiffening and/or insulation. The spacers can extend completely through the foam. The foam is preferably a rigid foam. It can be closed-pore or open-pore. According to the invention, an open-pored variant could be particularly useful for improving the vacuum properties.
In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Zwischenraum ein abgeschlossenes, evakuierbares Volumen auf. Das Vakuum kann sich vollständig zwischen der Innenhülle und der Außenhülle erstrecken. Der Begriff „abgeschlossen“ muss nicht bedeuten, dass das Volumen vollständig geschlossen ist. Vielmehr ist zumindest lokal ein Zugang zur gewünschten Evakuierung notwendig. Es ist allerdings auch denkbar, dass der Raum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle mehrere, voneinander separate Volumina aufweist, die unterschiedlich ausgeführt sind. Die Verwendung eines Vakuums ist besonders sinnvoll, da hiermit der Wärmetransport über das entsprechende Volumen deutlich verringert wird. Die Abstandshalter sind dazu geeignet, die Innenhülle und die Außenhülle mit einer ausreichenden Festigkeit zur Kompensation der durch das Vakuum wirkenden Kraft auf die zueinander gewandten Flächen der Innenhülle und der Außenhülle in einem Abstand zueinander zu halten. Durch das Vakuum könnte ein geringerer Abstand zwischen der Innenhülle und der Außenhülle realisiert werden als mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen.In a further advantageous embodiment, the at least one intermediate space has a closed volume that can be evacuated. The vacuum can extend completely between the inner shell and the outer shell. The term "closed" does not have to mean that the volume is completely closed. Rather, at least local access to the desired evacuation is necessary. However, it is also conceivable that the space between the inner shell and the outer shell has a plurality of volumes which are separate from one another and are designed differently. The use of a vacuum is particularly useful, as this significantly reduces the heat transport over the corresponding volume. The spacers are suitable for keeping the inner shell and the outer shell at a distance from one another with sufficient strength to compensate for the force exerted by the vacuum on the facing surfaces of the inner shell and the outer shell. Due to the vacuum, a smaller distance between the inner shell and the outer shell could be realized than with other embodiments described here.
Bevorzugt weist die Außenhülle eine äußere Form auf, die in eine lasttragende Primärstruktur eines Flugzeugs integrierbar ist. Beispielsweise kann die Außenhülle so ausgebildet sein, dass das Tanksystem in einen Heckabschnitt eines Verkehrsflugzeugs integrierbar ist. Dabei kann das Tanksystem auch so stark versteift werden, dass es lasttragend und dazu eingerichtet ist, eine in die Primärstruktur eingeleitete Last zumindest teilweise aufzunehmen.The outer shell preferably has an outer shape that can be integrated into a load-bearing primary structure of an aircraft. For example, the outer shell can be designed in such a way that the tank system can be integrated into a tail section of a commercial aircraft. The tank system can also be stiffened to such an extent that it is load-bearing and set up to at least partially absorb a load introduced into the primary structure.
Bevorzugt weist die Außenhülle mindestens einen außenliegenden, insbesondere radial außenliegenden, Übergangsabschnitt auf, an dem sich eine monolithische Struktur anschließt. Dieser erlaubt unter anderem eine vereinfachte Befestigung des Tanksystems in einem Flugzeug. Der Übergangsabschnitt kann beispielsweise eine Art Verlängerung eines Mittelteils der Außenhülle bilden. Die Außenhülle kann indes zwei einander gegenüberliegende, beispielsweise axiale Endabschnitte aufweisen, die den Mittelteil beispielsweise als eine Art Kappe abschließen. In einem bevorzugt gekrümmten Bereich der Außenhülle, in dem die Kappen gebildet sind, ist der Übergangsabschnitt vorgesehen. Die Außenhülle könnte dann beispielsweise axiale Flansche aufweisen, die jeweils die dazugehörige Kappe um- oder einschließen und mit einer Primärstruktur eines Flugzeugs verbunden werden können.The outer shell preferably has at least one external, in particular radially external, transition section, which is adjoined by a monolithic structure. This allows, among other things, a simplified attachment of the tank system in an aircraft. The transition section can, for example, form a kind of extension of a central part of the outer shell. However, the outer shell can have two opposing, for example axial end sections which close off the middle part, for example as a kind of cap. The transition section is provided in a preferably curved area of the outer shell, in which the caps are formed. The outer shell could then have axial flanges, for example, which each enclose or enclose the associated cap and can be connected to a primary structure of an aircraft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Innenhülle und/oder die Außenhülle mindestens einen Aufdickungsabschnitt auf, bei dem eine Wandstärke größer ist als die in angrenzenden Abschnitten. Die doppelwandige Struktur erlaubt die Realisierung auch recht komplexer Formen, welche Einwölbungen, Auswölbungen, gleichmäßige oder variierende Krümmungen, aneinander anschließende, unterschiedliche Krümmungen oder ähnliches umfassen können. Um lokal die Stabilität zu verbessern ist an betreffenden Stellen das Anordnen einer Aufdickung sinnvoll. Das Anordnen von Aufdickungsabschnitten kann selektiv und bedarfsgerecht realisiert sein, sodass ein Aufdickungsabschnitt nur dort vorhanden ist, wo er gebraucht wird, um eine ausreichende Stabilität des Tanksystems zu erlangen und gleichzeitig dessen Gewicht zu begrenzen.In an advantageous embodiment, the inner shell and/or the outer shell has at least one thickened section, in which a wall thickness is greater than that in adjacent sections. The double-walled structure also allows the realization of quite complex shapes, which can include indentations, bulges, uniform or varying curvatures, different curvatures adjoining one another, or the like. In order to locally improve the stability, arranging a thickening at the relevant points makes sense. The arrangement of thickened sections can be implemented selectively and as required, so that a thickened section is only present where it is needed in order to achieve sufficient stability of the tank system and at the same time limit its weight.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kreuzen sich Abstandshalter zumindest einer Gruppe der Abstandshalter paarweise und sind in ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden. Dadurch wird die Festigkeit des Tanksystems erhöht, da dem Einknicken einzelner Abstandshalter entgegengewirkt wird. Die Verbindung kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Die Gruppe ist dahingehend zu verstehen, dass eine Teilmenge, die auch zusammenhängend sein kann, der Abstandshalter sich paarweise kreuzen können.In an advantageous embodiment, spacers of at least one group of spacers intersect in pairs and are connected to one another at their crossing points. This increases the strength of the tank system, since the buckling of individual spacers is counteracted. The connection can be made, for example, by gluing. The group is to be understood as meaning that a subset, which can also be contiguous, of the spacers can intersect in pairs.
Zur weiteren Verbesserung der Isolierung kann an einer Innenseite der Außenhülle zusätzlich eine ein- oder mehrlagige thermische Isolierungsschicht angeordnet sein. Diese könnte unter anderem einen Schaumstoff aufweisen, der nicht zwingend mit lasttragenden Eigenschaften versehen sein muss. Beim Einbringen der Abstandshalter zwischen die Außenhülle und die Innenhülle könnte die ein- oder mehrlagige thermische Isolierungsschicht einzeln durchdrungen werden oder sie kann an entsprechenden Positionen der Abstandshalter vorgebohrt sein.To further improve the insulation, a single-layer or multi-layer thermal insulation layer can also be arranged on an inside of the outer shell. Among other things, this could have a foam that does not necessarily have to be provided with load-bearing properties. When inserting the spacers between the outer shell and the inner shell, the single-layer or multi-layer thermal insulation layer could be penetrated individually or it can be pre-drilled at the corresponding positions of the spacers.
Es kann weiterhin sinnvoll sein, wenn das erfindungsgemäße Tanksystem ferner mindestens eine Zwischenhülle aufweist, wobei zwischen der Innenhülle und der mindestens einen Zwischenhülle und zwischen der Außenhülle und der mindestens einen Zwischenhülle mindestens ein separates Volumen gebildet ist. Die Abstandshalter könnten sich dann lediglich in den einzelnen, separaten Volumina erstrecken. Es ist denkbar, dass das Tanksystem eine Zwischenhülle, zwei oder mehr Zwischenhüllen aufweist. Die Abstandshalter könnten sich dann zwischen der Außenhülle und der Zwischenhülle sowie von der Zwischenhülle und der Innenhülle erstrecken. Sind mehrere Zwischenhüllen vorhanden könnten sich Abstandshalter auch zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Zwischenhüllen erstrecken. Durch die Anordnung separater Volumina ist die Realisierung beispielsweise mehrerer, voneinander getrennter, evakuierter Räume möglich, die sich von der Innenseite zu der Außenseite des Tanksystems aneinander anschließen und zu einer verbesserten thermischen Isolierung führen. Weiterhin könnte sich damit zusätzlich die Sicherheit gegenüber Leckagen, Versagen des Tanksystems oder Missbrauch erhöhen.It can also be useful if the tank system according to the invention also has at least one intermediate shell, with at least one separate volume being formed between the inner shell and the at least one intermediate shell and between the outer shell and the at least one intermediate shell. The spacers could then only extend in the individual, separate volumes. It is conceivable that the tank system has an intermediate shell, two or more intermediate shells. The spacers could then extend between the outer shell and the intermediate shell and from the intermediate shell and the inner shell. If there are several intermediate shells, spacers could also extend between two directly consecutive intermediate shells. The arrangement of separate volumes makes it possible to realize, for example, a plurality of evacuated spaces that are separate from one another and that connect to one another from the inside to the outside of the tank system and lead to improved thermal insulation. Furthermore, this could also increase security against leaks, failure of the tank system or misuse.
Bei dieser Variante könnten zwei Zwischenhüllen vorgesehen sein, die eine Außenschicht, eine Innenschicht und eine Kernschicht bilden, wobei in der Außenschicht und der Innenschicht sich kreuzende Abstandshalter angeordnet sind und in der Kernschicht eine gegenüber der Innenschicht und der Außenschicht reduzierte Anzahl von Abstandshaltern vorgesehen ist. In der Kernschicht könnten sich die Abstandshalter nicht kreuzen, sondern sich lediglich radial zwischen den Zwischenhüllen nach außen erstrecken. Die Abstandshalter in der Kernschicht dienen nicht zwangsläufig der Versteifung des Tanksystems, sondern nehmen weitgehend lediglich Gewichts- und Massenkräfte auf. Dadurch kann der Wärmetransport zwischen der Innenschicht und der Außenschicht über die Kernschicht signifikant verringert werden.In this variant, two intermediate shells could be provided, which form an outer layer, an inner layer and a core layer, intersecting spacers being arranged in the outer layer and the inner layer and a reduced number of spacers being provided in the core layer compared to the inner layer and the outer layer. In the core layer, the spacers could not cross, but each other only extend radially outwards between the intermediate shells. The spacers in the core layer do not necessarily serve to reinforce the tank system, but largely only absorb weight and mass forces. As a result, the heat transport between the inner layer and the outer layer via the core layer can be significantly reduced.
Die Innenschicht und die Außenschicht könnten allerdings auch mit einem Hartschaumstoff versehen sein, sodass lediglich in der Kernschicht Abstandshalter vorgesehen sind.However, the inner layer and the outer layer could also be provided with a hard foam, so that spacers are only provided in the core layer.
Zum Anschließen des Tanksystems ist es weiterhin sinnvoll, wenn die Innenhülle und die Außenhülle in einem Anschlussabschnitt einen integrierten Leitungshalter aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Leitungen isoliert von außen in das Tankvolumen zu führen. Der Leitungshalter ist besonders bevorzugt einstückig integriert, sodass die gesamte Form der Kombination aus Außenhülle und Innenhülle zur Realisierung des Leitungshalters führt. Der Leitungshalter kann einen sich nach innen erstreckenden Abschnitt aufweisen, der eine Umfangsfläche aufweist, die beispielsweise in die Innenhülle übergeht und eine Einstülpung darstellt. Zwischen sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Leitungshalters können sich ebenso Abstandshalter erstrecken, die den Leitungshalter versteifen. Mehrere Leitungen können zum Entnehmen des kühlen Mediums und/oder zum Einleiten von Luft oder einem anderen Gas eingesetzt werden. Weiterhin können auch elektrische Kabel oder Sensoren durchgeführt werden oder es kann eine für Wartungszwecke benötigte Zugänglichkeit geschaffen werden.To connect the tank system, it is also useful if the inner shell and the outer shell have an integrated line holder in a connection section, which is designed to lead one or more lines into the tank volume in an insulated manner from the outside. The line holder is particularly preferably integrated in one piece, so that the overall shape of the combination of outer shell and inner shell results in the realization of the line holder. The line holder can have an inwardly extending section which has a peripheral surface which, for example, merges into the inner sleeve and represents an indentation. Spacers that stiffen the line holder can also extend between diametrically opposite sides of the line holder. Multiple lines can be used to extract the cool medium and/or to introduce air or another gas. Furthermore, electrical cables or sensors can also be fed through, or accessibility required for maintenance purposes can be created.
Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug, aufweisend einen Rumpf und mindestens ein darin angeordnetes Tanksystem nach der vorhergehenden Beschreibung. Das Luftfahrzeug könnte ferner eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung aufweisen, die mit dem Tanksystem koppelbar ist. Die Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung könnte etwa ein Brennstoffzellensystem und/oder ein mit Wasserstoff betreibbares Triebwerk umfassen.The invention also relates to an aircraft, having a fuselage and at least one tank system arranged therein according to the preceding description. The aircraft could also have a hydrogen consuming device that can be coupled to the tank system. The hydrogen consuming device could include, for example, a fuel cell system and/or a hydrogen-operated engine.
Das Tanksystem könnte dabei lasttragend in den Rumpf integriert sein. Das Gewicht des Luftfahrzeugs kann hierdurch optimiert werden, denn der Rumpf und das Tanksystems sind gemeinsam zur Aufnahme der bei dem Betrieb des Luftfahrzeugs entstehenden Lasten vorgesehen.The tank system could be integrated into the fuselage to support the load. The weight of the aircraft can be optimized as a result, because the fuselage and the tank system are provided together to absorb the loads that arise during operation of the aircraft.
Zwischen der Außenhülle des Tanksystems und einer der Außenhülle zugewandten Begrenzung des Rumpfs könnte weiterhin eine Aussparung zum Durchführen von Leitungen angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei größeren Tanksystemen vorteilhaft, da dieses einen Rumpfquerschnitt zum größten Teil ausfüllen könnte. Durch das Anordnen der Aussparung ist ein Vorbeiführen von Leitungen an dem Tanksystem möglich. Die Aussparung kann als ein Spalt zwischen der Außenhülle und dem Rumpf realisiert sein. Die Aussparung könnte auch lediglich lokal vorgesehen sein und sich beispielsweise entlang einer Längsachse des Rumpfs in dem Tanksystem erstrecken.Furthermore, a recess for the passage of lines could be arranged between the outer shell of the tank system and a boundary of the fuselage facing the outer shell. This is particularly advantageous in the case of larger tank systems, as this could largely fill out a fuselage cross-section. By arranging the recess, it is possible to route lines past the tank system. The recess can be implemented as a gap between the outer shell and the fuselage. The recess could also be provided only locally and extend, for example, along a longitudinal axis of the fuselage in the tank system.
Figurenlistecharacter list
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
-
1 zeigt ein Tanksystem in einer Querschnittsansicht und einem Detailschnitt. -
2 zeigt Schaumstoff zwischen der Innenhülle und der Außenhülle, der herausgelöst werden kann. -
3 zeigt ein weiteres Tanksystem in einer Querschnittsansicht und einem Detailschnitt. -
4 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem darin integrierten Tanksystem. -
5 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem modifizierten Tanksystem. -
6a und6b zeigen Einheitszellen eines Wandaufbaus. -
7 zeigt ein Tanksystem mit modifiziertem Wandaufbau. -
8 zeigt einen Wandaufbau mit einer Kernschicht. -
9 zeigt einen gegenüber8 modifizierten Wandaufbau. -
10a und10b zeigen ein Tanksystem mit einem Leitungshalter.
-
1 shows a tank system in a cross-sectional view and a detailed section. -
2 shows foam between the inner shell and the outer shell that can be detached. -
3 shows another tank system in a cross-sectional view and a detailed section. -
4 shows an aircraft with an integrated tank system. -
5 shows an aircraft with a modified tank system. -
6a and6b show unit cells of a wall structure. -
7 shows a tank system with a modified wall structure. -
8th shows a wall structure with a core layer. -
9 shows one opposite8th modified wall construction. -
10a and10b show a tank system with a line holder.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED PRESENTATION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Die Abstandshalter weisen beispielhaft an beiden Enden jeweils einen Basisabschnitt 20 auf, der zu einem Hauptabschnitt 22 abgewinkelt ist und in der Ebene der Innenhülle 4 bzw. der Außenhülle 8 verläuft. Die Abstandshalter 18 können aus einem dritten faserverstärkten Material bestehen, das imprägnierte Fasern aufweist, die durch die Innenhülle 4 und die Außenhülle 8 durchgestochen werden können, um dann auszuhärten. Die Fasern können hierbei auch in der Innenhülle 4 und der Außenhülle 8 verlaufen und könnten mehrfach zum Durchlaufen des Zwischenraums dorthin umgeknickt werden. Die Materialien, d.h. das erste faserverstärkte Material, das zweite faserverstärkte Material und das dritte faserverstärkte Material, können gleich oder gleichartig sein und insbesondere dasselbe Wärmeausdehnungsverhalten besitzen. Durch eine solche Anordnung kann ein besonders leichtes Tanksystem 2 realisiert werden.The spacers each have a
Wie in
Es ist denkbar, dass in einer Variante der Schaumkern 16 durch Wärme oder geeignete chemische Verbindungen aufgelöst wird (siehe rechte Seite von
In
In
In
Wie in
In
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "comprising" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. Furthermore, it should be pointed out that features that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features of other exemplary embodiments described above. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting.
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- Tanksystemtank system
- 44
- Innenhülleinner sleeve
- 66
- Aufnahmeraumrecording room
- 88th
- Außenhülleouter shell
- 1010
- Mittelteilcenter part
- 1212
- Endkappeend cap
- 1414
- Endkappeend cap
- 1616
- Schaumkern / Schaumstofffoam core / foam
- 1818
- Abstandshalterspacers
- 2020
- Basisabschnittbase section
- 2222
- Hauptabschnittmain section
- 2424
- evakuierbares Volumenevacuatable volume
- 2626
- Tanksystemtank system
- 2828
- monolithische Strukturmonolithic structure
- 3030
- Übergangsabschnitttransition section
- 3232
- Luftfahrzeugaircraft
- 3434
- Rumpfhull
- 3636
- Wasserstoff verbrauchende VorrichtungHydrogen consuming device
- 3838
- Tanksystemtank system
- 4040
- Aussparungrecess
- 4242
- Einheitszelleunit cell
- 4444
- Kreuzungspunktcrossing point
- 4646
- Einheitszelleunit cell
- 4848
- mehrlagige Isolierungmulti-layer insulation
- 4949
- Tanksystemtank system
- 5050
- Zwischenhülleintermediate shell
- 5252
- Zwischenhülleintermediate shell
- 5454
- Außenschichtouter layer
- 5656
- Innenschichtinner layer
- 5858
- Kernschichtcore layer
- 6060
- Abstandshalterspacers
- 6262
- Schaumstofffoam
- 6363
- Tanksystemtank system
- 6464
- Anschlussabschnittconnector section
- 6666
- Leitungshalterline holder
- 6868
- längliche Öffnungelongated opening
- 7070
- Tanksystemtank system
- 7272
- Kapselcapsule
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102014107316 A1 [0003]DE 102014107316 A1 [0003]
Claims (15)
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-
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Also Published As
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