DE102020107562A1

DE102020107562A1 - Druckbehältersystem mit einer Sperrschicht und einer Metallschicht, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung des Druckbehältersystems

Info

Publication number: DE102020107562A1
Application number: DE102020107562.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus SZOUCSEK; Joerg NAUMANN; Olivier Cousigne
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Druckbehältersystem 100 mit mindestens einem Druckbehälter 110 zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter 110 umfasst eine Druckbehälterwand 112, die ein Speichervolumen I des Druckbehälters 110 ausbildet. Die Druckbehälterwand 112 umfasst eine Metallschicht 114. Zwischen der Metallschicht 114 und dem Speichervolumen I ist eine Sperrschicht 113 zur Verringerung oder Vermeidung von Brennstoffpermeation vorgesehen.

Description

Aus dem Stand der Technik sind Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff bekannt. Diese umfassen in der Regel einen Liner und eine faserverstärkte Ummantelung. Solche Tanks sind in der Regel vergleichsweise groß. Ferner sind die vergleichsweise teure Herstellung und die vergleichsweise schwierige Fahrzeugintegration nachteilig.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein Druckbehältersystem für unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff bereitzustellen, das vergleichsweise günstig herzustellen ist, und das gut in ein Kraftfahrzeug integrierbar ist. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Druckbehältersystem mit mindestens einem Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter umfasst eine Druckbehälterwand, die ein Speichervolumen des Druckbehälters ausbildet. Die Druckbehälterwand umfasst eine Metallschicht. Zwischen der Metallschicht und dem Speichervolumen ist eine Sperrschicht zur Verringerung oder Vermeidung von Brennstoffpermeation vorgesehen.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem (en: compressed hydrogen storage system) für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.
Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.
Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 500 barü oder mindestens 700 barü zu speichern.
Ein kryogener 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. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die 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 kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für einen nominalen Betriebsdruck von mindestens ca. 350 barü.
Das Kraftfahrzeug kann eine Mehrzahl an Druckbehälter umfassen. Der Druckbehälter kann einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Die einzelnen Druckbehälter können auch als Speicherrohre bezeichnet werden. Die mehreren Druckbehälter bilden dann ein System aus, dass auch als Rohrspeichersystem bezeichnet wird. Beispielsweise können mehrere Druckbehälter vorgesehen sein, deren Längsachsen parallel zueinander liegen. Die einzelnen Druckbehälter können jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 200, bevorzugt zwischen 7 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 50 aufweisen. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Druckbehälters (z.B. Gesamtlänge eines Speicherrohrs ohne Fluidverbindungselemente) im Zähler und dem größten Außendurchmesser des Druckbehälters im Nenner. Ein solches System eignet sich besonders für flache Einbauräume, insbesondere im Unterflurbereich unterhalb des Fahrzeuginnenraums. Zweckmäßig sind die parallel zueinander angeordneten Druckbehälter an ihren Enden jeweils mechanisch aneinander gekoppelt. Vorteilhaft entsteht somit ein System, welches als Ganzes in den im Kraftfahrzeug vorgesehen Einbauraum montierbar ist. Vorteilhaft kann ferner vorgesehen sein, dass an beiden Enden jeweils für die mehreren Druckbehälter gemeinsame Karosserieanbindungspunkte vorgesehen sind, mittels derer das System als Ganzes im Kraftfahrzeug befestigbar ist.
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter in Serie geschaltet. Zwischen den einzelnen Druckbehältern können i.d.R. gebogene Fluidverbindungselemente vorgesehen sein. Besonders bevorzugt können die Druckbehälter und die Fluidverbindungselemente so gestaltet sein, dass beide in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess zusammen herstellbar sein. Hierzu kann beispielsweise ein gemeinsamer Liner vorgesehen sein, der in einem kontinuierlichen Extrusionsprozess hergestellt wird und der in einem ebenfalls kontinuierlichen Prozess mit Verstärkungsfasern umflochten oder (spiralisiert) umwickelt wird. Diese Art des Rohrspeichersystems wird auch als Kettentank, Schlangentank oder Conformable Storage bezeichnet. Um bei der Betankung Überhitzung in „Sackgassen“ zu vermeiden, kann das Ende der seriell verbundenen Behälter wieder mit dem Anfang verbunden werden, um (beispielsweise mit einer Venturidüse) eine Durchströmung bei der Betankung zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter parallel geschaltet. Dabei kann ein gemeinsames Verteilerrohr vorgesehen sein. Die mehreren Druckbehälter sind i.d.R. direkt an das Verteilerrohr angeschlossen, ohne dass zwischen dem Verteilerrohr und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares Absperrventil vorgesehen ist. Vorteilhaft sind die mehreren Druckbehälter stoffschlüssig (mittels Klebung und/oder mittels Schweißen) mit dem Verteilerrohr verbunden, so dass die einzelnen Druckbehälter nicht zerstörungsfrei vom Verteilerrohr lösbar sind. Das Verteilerrohr dient zur Herstellung einer Fluidverbindung mit den einzelnen Druckbehältern. Am Verteilerrohr kann ein elektrisch betätigbares und stromlos geschlossenes Absperrventil vorgesehen sein, dass eingerichtet ist, das Verteilerrohr gegenüber den übrigen brennstoffführenden Leitungen der zum Energiewandler führenden Brennstoffversorgungsanlage abzusperren. Dieses Absperrventil besitzt die Funktion eines On-Tank-Valves eines herkömmlichen Druckbehälters. Zweckmäßig ist lediglich ein stromlos geschlossenes Absperrventil am Verteilerrohr vorgesehen. Das Absperrventil kann beispielsweise unmittelbar an das Verteilerrohr an- bzw. eingeschraubt werden. Das Absperrventil ist das erste Ventil, das stromab eines jeden der am gemeinsamen Verteilerrohr angeschlossenen Druckbehälter vorgesehen ist. Eine Rohrbruchsicherung, auch Überstromventil (engl. Excess Flow Valve) genannt, kann an jedem Druckbehälter oder am Verteilerrohr vorgesehen sein.
Ferner kann das Verbindungsrohr dazu dienen, die einzelnen Druckbehälter mechanisch zu koppeln und eventuell gemeinsame Karosserieanbindungspunkte auszubilden. Somit kann das Verbindungsrohr eine Einheit ausbilden, die als Ganzes in das Kraftfahrzeug integrierbar ist. Auch eine Kombination von Parallel- und Serienschaltung ist möglich.
Der Druckbehälter umfasst eine Druckbehälterwand, die ein Speichervolumen des Druckbehälters ausbildet bzw. allseitig begrenzt. Bevorzugt umschließt bzw. begrenzt die Druckbehälterwand zumindest 80% oder mindestens 90% des Speichervolumens des Druckbehältersystems Zweckmäßig ist die Druckbehälterwand mehrschichtig aufgebaut. Die Druckbehälterwand umfasst eine Metallschicht. Zweckmäßig weist die Metallschicht eine Schichtdicke von ca. 3 mm bis ca. 30 mm oder ca. 4 mm bis ca. 20 mm oder ca. 5 mm bis ca. 10 mm auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Metallschicht eingerichtet, mindestens 50% oder mindestens 70% oder mindestens 80% der Kräfte und Momente (z.B. in Umfangsrichtung) zerstörungsfrei aufzunehmen, die beim maximalen Speicherdruck und bevorzugt bis zum Berstdruck durch den Innendruck in der Druckbehälterwand erzeugt werden. Bevorzugt hat das Material der Metallschicht einen Elastizitätsmodul, der mindestens um den Faktor 1,5 oder mindestens um den Faktor 3 oder mindestens um den Faktor 10 oder mindestens um den Faktor 50 größer ist als der Elastizitätsmodul der Materialien aller anderen Schichten der Druckbehälterwand.
Die Metallschicht ist eine Schicht, die aus einem metallischen Material hergestellt ist. Das metallische Material kann eine beispielsweise eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung sein, bevorzugt mit einem Kohlenstoff-Massenanteil von maximal 2 Gewichtsprozent oder maximal 3 Gewichtsprozent, insbesondere ein austenitischer Stahl. Eine solche Metallschicht hat hervorragende mechanische Eigenschaften, könnte jedoch zur Wasserstoffversprödung neigen.

Besonders bevorzugt kann die Metallschicht aus einem Material mit folgender Zusammensetzung hergestellt sein:

Kohlenstoff:	von 0,38 Gewichtsprozent bis 0,45 Gewichtsprozent
Chrom:	von 0,60 Gewichtsprozent bis 1,00 Gewichtsprozent
Mangan:	von 0,40 Gewichtsprozent bis 0,80 Gewichtsprozent
Molybdän:	von 0,30 Gewichtsprozent bis 0,50 Gewichtsprozent
Nickel:	von 1,20 Gewichtsprozent bis 1,80 Gewichtsprozent
Silicium:	von 1,40 Gewichtsprozent bis 1,90 Gewichtsprozent
Vanadium:	von 0,05 Gewichtsprozent bis 0,15 Gewichtsprozent
Schwefel:	bis zu 0,015 Gewichtsprozent,
Phosphor:	bis zu 0,02 Gewichtsprozent, und

im Übrigen Eisen.

Besonders bevorzugt weist das Material der Metallschicht folgende Zusammensetzung auf:

Kohlenstoff:	0,42 Gewichtsprozent,
Chrom:	0,80 Gewichtsprozent,
Mangan:	0,80 Gewichtsprozent,
Molybdän:	0,40 Gewichtsprozent,
Nickel:	1,80 Gewichtsprozent,
Silicium:	1,70 Gewichtsprozent,
Vanadium:	0,08 Gewichtsprozent,

und im Übrigen Eisen.

Eine solche Metallschicht ist besonders vorteilhaft für einen im Kraftfahrzeug eingesetzten Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, da die Druckbehälterwand im Betrieb vergleichsweise hohe Spannungen standhalten kann. Insbesondere ist die hier offenbarte Materialauswahl ein Aspekt der hier offenbarten Technologie, der funktional unabhängig ist von der offenbarten Sperrschicht, und der für sich genommen bereits vorteilhaft ist, insbesondere in Kombination mit dem hier offenbarten Druckbehältersystem mit mehreren als Speicherrohren ausgebildeten Druckbehältern.
Die Metallschicht kann zweckmäßig mit einem der folgenden Verfahren hergestellt werden:

- Bereitstellen eines (bevorzugt nahtlosen) Rohrs und Herstellung der Endbereiche (auch Dome genannt) des Druckbehälters durch Umformen, insbesondere durch Drücken (z.B. Hot-spin Forming); oder
- Fließpressen, insbesondere Rückwärtsfließpressen aus einem Block und anschließendem Drücken (z.B. Hot-spin Forming) des einen Endbereiches; oder
- Herstellen einer Platine und dann mehrstufiger Tiefziehprozess und anschließendem Drücken (z.B. Hot-spin Forming) des einen Endbereiches.

Gemäß der hier offenbarten Technologie ist zwischen der Metallschicht und dem Speichervolumen eine Sperrschicht zur Verringerung oder Vermeidung von Brennstoffpermeation vorgesehen. Zweckmäßig kann die Sperrschicht auf der Innenseite der Metallschicht ausgebildet sein oder werden. Die Sperrschicht dient zur Verringerung und bevorzugt zur Vermeidung von Brennstoffpermeation. Die Sperrschicht ist also eingerichtet, das Entweichen von im Speichervolumen gespeicherten Brennstoff in die Metallschicht und/oder in die Umgebung zumindest zu verringern und bevorzugt im Wesentlichen ganz zu verhindern. Beispielsweise kann die Sperrschicht eingerichtet sein, von den drei permeationsbestimmenden Teilschritten Sorption, Diffusion und Desorption, speziell die Diffusion zu erschweren. Dazu kann die Sperrschicht ein möglichst geringes freies Volumen, also beispielsweise im Fall von Polymeren nur wenig freien Platz zwischen den Molekülketten bieten. Allgemein gilt, dass ein hoher Füllstoffgehalt oder eine hohe Kristallinität eines Thermoplasten und ein hoher Vernetzungsgrad bei Elastomeren und Duroplasten die Diffusion hemmt. Zweckmäßig umgibt die Sperrschicht mindestens 70% oder mindestens 90% oder mindestens 99% des Innenvolumens. Vorteilhaft kann eine Oberflächenbeschichtung die Sperrschicht ausbilden. Bevorzugt weist die Sperrschicht eine Schichtdicke von ca. 0,001 mm bis 0,2 mm und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,005 mm und 0,1 mm auf.
Die Sperrschicht ist zweckmäßig eine (Oberflächen)Beschichtung. Beispielsweise kann die Sperrschicht durch ein Beschichtungsverfahren hergestellt werden, insbesondere durch chemische Gasphasenabscheidung (auch CVD genannt, engl. chemical vapor deposition) und/oder physikalische Gasphasenabscheidung.
Die Sperrschicht kann aus einem brennstoffsperrenden Kunststoff, z.B. Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) hergestellt sein.
Die Sperrschicht kann als ebenfalls eine Metall enthaltende Schicht sein, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer sowie deren Legierungen. Kupferlegierungen sind Legierungen mit Kupfer als Hauptbestandteil und anderen Metallen oder Halbmetallen in unterschiedlichen Mischverhältnissen. Legierungen, die Kupfer nicht als Hauptbestandteil enthalten, werden kupferhaltige Legierungen genannt. Bevorzugt umfasst die Sperrschicht mindestens 30 Volumenprozent Kupfer oder mindestens 60 Volumenprozent Kupfer oder mindestens 80 Volumenprozent Kupfer. Eine solche Sperrschicht bietet einen besonders guten Schutz vor Wasserstoffversprödung selbst bei vergleichsweise großer dynamischer Last und großen Längendehnungen des Druckbehälters. Die Sperreigenschaften einer Sperrschicht aus Kupfer sind besser als die vergleichbarer EVOH-Schichten. Ferner haftet eine solche Kupferschicht vergleichsweise gut an der Metallschicht.
Die Sperrschicht kann ein Oxid des Siliciums, z.B. Siliciumdioxid umfassen bzw. aus diesem bestehen. Die Siliciumdioxid-Schicht ist aufgrund ihrer geringen Dicke flexibel und unempfindlich gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. Die hier offenbarte Sperrschicht hat zudem keinen negativen Einfluss auf das Recycling.
Zwischen der Sperrschicht und dem Speichervolumen kann ferner eine Kunststoffschicht bzw. Kunststoffbeschichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist den Übertritt von Kupferionen aus der Sperrschicht in den Brennstoff zumindest zu unterbinden. Aus der Kupferbeschichtung könnten sich eventuell Kupferionen lösen, die möglicherweise die Lebensdauer eines Brennstoffzellensystems herabsetzen verringern könnten. Beispielsweise kann ein schwach verzweigtes Polyethylen (HDPE) oder ein Polytetrafluorethylen (PTFE) vorgesehen sein, das beispielsweise im Rotomoulding-Verfahren aufgebracht werden kann.
Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner bzw. die Metallschicht zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe. Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. In einer Ausgestaltung kann die Metallschicht als Liner bzw. als Wickel- und/oder Flechtkern dienen.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit dem hier offenbarten Druckbehältersystem.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehältersystems, insbesondere des hier offenbarten Druckbehältersystems, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen der Metallschicht der Druckbehälterwand, und
- Aufbringen der Sperrschicht auf der Innenseite der Metallschicht.

Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach der mindestens eine Druckbehälter des Druckbehältersystems nach dem Aufbringen der Sperrschicht wärmebehandelt wird. Mithin kann die Sperrschicht eine nach dem Aufbringen auf die Metallschicht wärmebehandelte Sperrschicht sein.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach die mindestens eine Kunststoffschicht auf der Innenseite der Sperrschicht aufgebracht wird.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie das Aufbringen einer Kupferbeschichtung auf eine Innenseite eines Druckbehälters aus Metall, bevorzugt aus Stahl, insbesondere einen austenitischen Stahl, wie X5CrNi18-10 oder 41 SiNiCrMoV7. Die Dicke der Kupferbeschichtung kann beispielsweise ca. 20 µm bis ca. 200 µm oder ca. 30 µm bis ca. 100 µm oder ca. 40 µm bis ca. 60 µm betragen.
Der Druckbehälter wird i.d.R. wärmebehandelt. Dies kann vor oder nach dem Aufbringen der Kupferbeschichtung erfolgen.
Als Wärmebehandlung für die Materialschicht kann vorgesehen sein:

- Härten bei einer Temperatur von ca. 700°C bis 900°C über einen Zeitraum von ca. 0,5 Stunden bis 2 Stunden;
- Abschrecken;
- erstes Anlassen bei ca. 250°C bis 350°C für ca. 2 Stunden;
- Luftabkühlung;
- Zweites Anlassen bei ca. 250°C bis 350°C für ca. 2 Stunden; und
- Luftabkühlung.

Gleichsam kann eine (weitere) Wärmebehandlung für die Kupferschicht vorgesehen sein. Vorteilhaft kann mit einer solchen Kupfer-Beschichtung die weiter außen angeordnete Metallschicht vor Wasserstoffversprödung geschützt werden, insbesondere auch bei einer dynamischen Belastung in Druckwasserstoff. Es liegt zudem auch eine sehr gute Haftfestigkeit der Kupferbeschichtung vor. Vorteilhaft lässt sich somit auch eine sehr gleichmäßige Sperrschicht innerhalb des Druckbehältersystems erzielen. Die Kupferbeschichtung erträgt zudem die hohen dynamischen Belastungen.
In einem zusätzlichen Fertigungsschritt kann der Druckbehälter auf der Innenseite mit einer weiteren Schicht aus Kunststoff versehen sein, die die Wahrscheinlichkeit von in den Brennstoff übertretenden Kupferionen verringert.
Die Sperrschicht kann auch erzielt werden durch eine Beschichtung der Metallschicht mittels eines hauchdünnen Silicium-Oxid (auch Quarzglas genannt). Besonders bevorzugt kann ein PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) eingesetzt werden. Das Verfahren kann folgendermaßen aussehen: Die Druckbehälter werden in eine Kammer geführt. Dort wird ein Vakuum erzeugt und anschließend siliziumhaltiges Gas (z.B. Hexamethyldisiloxan) und Sauerstoff eingeleitet. Mittels der Elektrode kann das Plasma erzeugt werden. Dann kann der schichtweise Aufbau der Beschichtung erfolgen. Die Schichtdicke kann ca. 100 Nanometer betragen. Die Beschichtung kann u.U. die Permeationswirkung um Faktor 20 bis 30 erhöhen. Die Siliciumodioxid-Schicht ist aufgrund ihrer geringen Dicke flexibel und unempfindlich gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. Die hier offenbarte Sperrschicht hat keinen negativen Einfluss auf das Recycling. Die Schichtdicke ist jedoch nicht gleichmäßig. In den Dombereichen ist sie dünner. Das kann aber akzeptiert werden, weil die Dome einen relativ kleinen Teil der Oberfläche ausmachen und weil die Wirkung der Beschichtung im zylindrischen Bereich sehr gut ist. Die Sperrschicht wird bevorzugt innen aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich könnte die Sperrschicht auch auf der Außenoberfläche eines Liners - sofern vorgesehen - aufgebracht werden. Eine Alternative zur Sperrschicht mit einer Siliciumoxid-Beschichtung stellt eine Diamond Like Carbon Beschichtung (DLC-Beschichtung) dar. Sie kann auch mit den vorgenannten Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Die Schichtdicke kann beispielsweise zwischen 100nm und 10µm betragen.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 20 mit dem hier offenbarten Druckbehältersystem 100, und
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Druckbehälters 110.

Das Kraftfahrzeug 20 der 1 umfasst ein Druckbehältersystem 100 mit mehreren Druckbehältern 110, deren Druckbehälterlängsachsen hier parallel zueinander verlaufen. Die mehreren Druckbehälter 110 des Druckbehältersystems 100 sind im Unterflurbereich des Kraftfahrzeugs, also im Wesentlichen unterhalb des Fahrgastinnenraumes 21, angeordnet. Die mehreren Druckbehälter 110 sind hier in einem Druckbehältergehäuse 130 vorgesehen. Dies muss aber nicht vorgesehen sein.
Die 2 zeigt schematisch einen Druckbehälter 110, der hier einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist. Die hier offenbarte Technologie wird anhand dieses exemplarischen Druckbehälters 110 erläutert. Der Druckbehälter 110 könnte auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise könnte der Druckbehälter 110 ein anderes Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis aufweisen, z.B. mit einem Wert zwischen 5 und 200. Der Druckbehälter 110 umfasst eine Druckbehälterwand 112 mit einer Metallschicht 114. Auf der Innenseite der Metallschicht 114 ist hier die Sperrschicht 113 vorgesehen. Die Druckbehälterwand 112, insbesondere die Sperrschicht 113, begrenzt hier das Speichervolumen I des Druckbehälters 110. Die Sperrschicht 113 ist hier eine Kupferschicht, die verhindert, dass Wasserstoff zur Metallschicht 114 gelangt. Somit kann eine Wasserstoffversprödung wirksam verhindert werden. Aufgrund der duktilen Eigenschaften von Kupfer kann die Kupferschicht etwaige Längendehnungen des Druckbehälters 110 aushalten, ohne dass die Sperreigenschaften degradieren. Eine Sperrschicht 113 aus Kupfer haftet zudem vergleichsweise gut an der Metallschicht 114. Hier nicht gezeigt ist eine Kunststoffschicht, die auf der Innenseite der Sperrschicht 113 vorgesehen sein kann und den Übertritt von Kupferionen in den Brennstoff verringert.
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.

Claims

Druckbehältersystem (100) mit mindestens einem Druckbehälter (110) zur Speicherung von Brennstoff: wobei der Druckbehälter (110) eine Druckbehälterwand (112) umfasst, die ein Speichervolumen (I) des Druckbehälters (110) ausbildet; wobei die Druckbehälterwand (112) eine Metallschicht (114) umfasst; wobei zwischen der Metallschicht (114) und dem Speichervolumen (I) eine Sperrschicht (113) zur Verringerung oder Vermeidung von Brennstoffpermeation vorgesehen ist.
Druckbehältersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Sperrschicht (113) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Druckbehältersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sperrschicht (113) eine Beschichtung ist.
Druckbehältersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sperrschicht eine nach dem Aufbringen auf die Metallschicht (114) wärmebehandelte Sperrschicht (113) ist.
Druckbehältersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Sperrschicht (113) und dem Speichervolumen (I) ferner eine Kunststoffschicht vorgesehen ist.
Druckbehältersystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl an Druckbehälter (110), deren Druckbehälterlängsachsen parallel zueinander verlaufen.
Druckbehältersystem (100) nach Anspruch 6, wobei die einzelnen Druckbehälter (110) jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 200, bevorzugt zwischen 7 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 50 aufweisen.
Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Druckbehältersystems nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: - Bereitstellen der Metallschicht (114) der Druckbehälterwand (112), und - Aufbringen der Sperrschicht (113) auf der Innenseite der Metallschicht (114).
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt, wonach der mindestens eine Druckbehälter (110) des Druckbehältersystems nach dem Aufbringen der Sperrschicht (113) wärmebehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend den Schritt, wonach die mindestens eine Kunststoffschicht auf der Innenseite der Sperrschicht aufgebracht wird.