-
Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff.
-
Der Anmelderin sind betriebsintern doppelwandige Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff bekannt, welche einen Innenbehälter, einen Außenbehälter und eine zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter angeordnete Wärmedämmung aufweisen. Bei der maritimen Anwendung derartiger Speicherbehälter besteht im Falle eines Brands die Gefahr, dass die Wärmedämmung des Speicherbehälters beschädigt wird. Dies kann zur Folge haben, dass der Wasserstoff in unerwünschter Weise verdampft und den Brand zusätzlich anfacht. Da bei der Nutzung eines derartigen Speicherbehälters auf einem Schiff begrenzte Fluchtmöglichkeiten bestehen, ist ein Schutz der Wärmedämmung vor einer hitzebedingten Beeinträchtigung wünschenswert.
-
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Speicherbehälter zur Verfügung zu stellen.
-
Demgemäß wird ein Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff vorgeschlagen. Der Speicherbehälter umfasst einen ersten Behälter zum Aufnehmen des flüssigen Wasserstoffs, einen zweiten Behälter, in welchem der erste Behälter aufgenommen ist, einen ersten Spalt, welcher zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter vorgesehen ist, ein erstes Isolationselement, welches in dem ersten Spalt aufgenommen ist, einen dritten Behälter, in welchem der zweite Behälter aufgenommen ist, und einen zweiten Spalt, welcher zwischen dem zweiten Behälter und dem dritten Behälter vorgesehen ist, wobei der erste Spalt und der zweite Spalt jeweils mit einem Vakuum beaufschlagt sind.
-
Dadurch, dass der dritte Behälter sowie der zwischen dem zweiten Behälter und dem dritten Behälter angeordnete zweite Spalt vorgesehen sind, wird das erste Isolationselement im Falle eines Brands vor einer Beschädigung geschützt. Insbesondere wird der Wärmeeintrag in das erste Isolationselement reduziert. Die Zeitspanne, die der Speicherbehälter einem Brand widerstehen kann, wird hierdurch signifikant verlängert. Ferner wirkt der dritte Behälter bei einer Leckage des ersten Behälters in den ersten Spalt hinein als zusätzliche Barriere, so dass außenseitig an dem Speicherbehälter keine kalten Stellen entstehen, an denen Sauerstoff aus der Umgebungsluft kondensieren könnte.
-
Der Speicherbehälter ist insbesondere für maritime Anwendungen geeignet. Der Speicherbehälter kann daher als maritimer Speicherbehälter bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Speicherbehälter an oder auf einem Fahrzeug, insbesondere an oder auf einem Wasserfahrzeug, montiert sein. Demgemäß wird auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Wasserfahrzeug, mit einem derartigen Speicherbehälter vorgeschlagen. Der Speicherbehälter kann auch als Speichertank, als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff-Speichertank bezeichnet werden. Der Speicherbehälter kann auch als dreiwandiger Speicherbehälter bezeichnet werden. Der Speicherbehälter ist vorzugsweise zum Aufnehmen von flüssigem Wasserstoff geeignet. Der Speicherbehälter kann jedoch auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind beispielsweise flüssiges Helium, flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff.
-
In dem Speicherbehälter bildet sich nach oder bei dem Einfüllen des Wasserstoffs eine Gaszone mit gasförmigem Wasserstoff sowie eine darunterliegende Flüssigkeitszone mit flüssigem Wasserstoff. Zwischen der Gaszone und der Flüssigkeitszone ist eine Phasengrenze vorgesehen. Der Wasserstoff weist also nach dem Einfüllen in den Speicherbehälter zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Der Wasserstoff kann von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase und umgekehrt übergehen.
-
Der erste Behälter kann auch als Innenbehälter oder Innentank, der zweite Behälter kann auch als Zwischenbehälter oder Zwischentank und der dritte Behälter kann auch als Außenbehälter oder Außentank bezeichnet werden. Der erste Behälter, der zweite Behälter und der dritte Behälter weisen insbesondere jeweils einen rohrförmigen oder zylinderförmigen Basisabschnitt auf, der endseitig beidseits von je einem Deckelabschnitt verschlossen ist.
-
Der erste Spalt umhüllt oder umschließt den ersten Behälter insbesondere vollständig. Das heißt, der erste Spalt ist somit sowohl zwischen den Basisabschnitten des ersten Behälters und des zweiten Behälters als auch zwischen den Deckelabschnitten des ersten Behälters und des zweiten Behälters vorgesehen. Der erste Spalt läuft somit vollständig um den ersten Behälter herum. Der zweite Spalt umhüllt oder umschließt den zweiten Behälter vollständig. Das heißt, der zweite Spalt ist somit sowohl zwischen den Basisabschnitten des zweiten Behälters und des dritten Behälters als auch zwischen den Deckelabschnitten des zweiten Behälters und des dritten Behälters vorgesehen.
-
Dass das erste Isolationselement in dem ersten Spalt „aufgenommen“ ist, bedeutet vorliegend, dass das erste Isolationselement in dem ersten Spalt angeordnet ist. Das heißt, das erste Isolationselement ist vollständig von dem zweiten Behälter umschlossen. Ferner umschließt das erste Isolationselement den ersten Behälter vollständig. Das erste Isolationselement nimmt den ersten Behälter somit in sich auf oder umhüllt diesen. Das erste Isolationselement dient insbesondere der Wärmedämmung des ersten Behälters. Daher kann das erste Isolationselement auch als erstes Wärmedämmelement bezeichnet werden. Die Begriffe „Isolationselement“ und „Wärmedämmelement“ können daher gegeneinander ausgetauscht werden.
-
Darunter, dass der erste Spalt und der zweite Spalt jeweils mit einem Vakuum „beaufschlagt“ sind, bedeutet vorliegend, dass in dem ersten Spalt und in dem zweiten Spalt jeweils ein Unterdruck herrscht. Unter einem „Vakuum“ ist vorliegend insbesondere ein Druck von weniger als 300 mbar, bevorzugt von weniger als 10-3 mbar, weiter bevorzugt von weniger als 10-7 mbar, zu verstehen. Der Druck kann jedoch auch geringer sein. Das Vakuum kann ein Grobvakuum oder ein Feinvakuum sein. Das in den Spalten herschende Vakuum kann unterschiedlich groß oder identisch sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Behälter, der zweite Behälter und der dritte Behälter rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Symmetrieachse aufgebaut.
-
Der Speicherbehälter kann derart angeordnet sein, dass die Symmetrieachse senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung orientiert ist. In diesem Fall ist der Speicherbehälter liegend oder horizontal angeordnet. Der Speicherbehälter kann jedoch auch derart angeordnet sein, dass die Symmetrieachse parallel zu der Schwerkraftrichtung angeordnet ist. In diesem Fall ist der Speicherbehälter stehend oder vertikal angeordnet.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der dritte Behälter zylinderförmig.
-
Insbesondere ist der dritte Behälter kreiszylinderförmig. Unter einem „Zylinder“ ist vorliegend eine rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse aufgebaute Geometrie zu verstehen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der dritte Behälter einen zylinderförmigen Basisabschnitt und zwei den Basisabschnitt endseitig verschließende Deckelabschnitte auf, wobei die Deckelabschnitte bezüglich des Basisabschnitts nach außen gewölbt sind.
-
Der Basisabschnitt ist rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse aufgebaut. Der Basisabschnitt weist eine zylinderförmige oder rohrförmige Geometrie auf. Endseitig an dem Basisabschnitt sind ein erster Deckelabschnitt und ein zweiter Deckelabschnitt vorgesehen. Die Deckelabschnitte sind gegensätzlich gekrümmt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Isolationselement mehrlagig und weist abwechselnd angeordnete Lagen von Aluminiumfolie und Glaspapier auf.
-
Das Glaspapier kann perforiert und/oder gelocht sein. Hierdurch kann das in dem ersten Spalt angeordnete erste Isolationselement mit dem Vakuum beaufschlagt werden. Unter einer „Aluminiumfolie“ kann vorliegend sowohl eine durchgehend aus Aluminium gefertige Folie als auch eine mit Aluminium bedampfte Kunststofffolie zu verstehen sein. Anstelle einer Aluminiumfolie kann jedoch auch eine Goldfolie oder goldbedampfte Kunststofffolie verwendet werden. Das erste Isolationselement ist insbesondere eine sogenannte Multilayer Insulation (MLI).
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform füllt das erste Isolationselement den ersten Spalt vollständig aus.
-
Das heißt, das erste Isolationselement kontaktiert sowohl den ersten Behälter als auch den zweiten Behälter. Alternativ kann das erste Isolationselement den ersten Spalt auch nur unvollständig ausfüllen. In diesem Fall kann zwischen dem ersten Isolationselement und dem zweiten Behälter ein umlaufender Spalt vorgesehen sein. Das erste Isolationselement liegt an dem ersten Behälter an.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Behälter und der zweite Behälter aus Edelstahl gefertigt, wobei der dritte Behälter aus Stahl gefertigt ist.
-
Der dritte Behälter kann ebenfalls aus Edelstahl gefertigt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der dritte Behälter kann beispielsweise auch aus Kohlenstoffstahl oder C-Stahl gefertigt sein. Dies reduziert die Kosten zum Herstellen des Speicherbehälters.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem zweiten Spalt ein zweites Isolationselement angeordnet.
-
Insbesondere umschließt das zweite Isolationselement den zweiten Behälter vollständig. Das zweite Isolationselement nimmt den zweiten Behälter somit in sich auf oder umhüllt diesen. Das zweite Isolationselement verhindert oder reduziert einen Wärmeeintrag in den zweiten Behälter. Das zweite Isolationselement dient der Wärmedämmung des zweiten Behälters. Daher kann das zweite Isolationselement auch als zweites Wärmedämmelement bezeichnet werden. Das zweite Isolationselement ist optional. Das heißt, der zweite Spalt kann auch leer sein. Der zweite Spalt ist jedoch in jedem Fall mit dem Vakuum beaufschlagt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform füllt das zweite Isolationselement den zweiten Spalt vollständig aus.
-
Alternativ kann das zweite Isolationselement den zweiten Spalt auch nur unvollständig ausfüllen. In diesem Fall kann zwischen dem zweiten Isolationselement und dem dritten Behälter ein Spalt oder Zwischenraum vorgesehen sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stützt sich der zweite Behälter auf dem zweiten Isolationselement ab.
-
Das heißt, der zweite Behälter ist mit dem zweiten Isolationselement in Kontakt. Das zweite Isolationselement kann - muss jedoch nicht - eine Gewichtskraft des gefüllten ersten Behälters, des ersten Isolationselements sowie des zweiten Behälters zumindest teilweise aufnehmen. Der Anteil der aufgenommenen Gewichtskraft ist dabei bevorzugt jedoch so gering, dass das erste Isolationselement nicht oder zumindest nur unwesentlich zusammengedrückt wird. Hierdurch werden die Isoliereigenschaften oder Dämmeigenschaften des ersten Isolationselements nicht negativ beeinflusst. Insbesondere kann das zweite Isolationselement dadurch, dass sich der zweite Behälter auf diesem abstützt, Bewegungen oder Schwingungen des zweiten Behälters dämpfen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Isolationselement als Schüttgut in den zweiten Spalt eingebracht.
-
Dies ermöglicht ein einfaches Einbringen des zweiten Isolationselements in den zweiten Spalt. Das zweite Isolationselement umfasst bevorzugt eine Vielzahl an Granulatkörnern, die in ihrer Gemeinsamkeit das zweite Isolationselement bilden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Isolationselement Perlit auf.
-
Insbesondere ist das zweite Isolationselement aus einer Vielzahl an Perlitkörnern oder Perlitgranulat gebildet. Alternativ kann das zweite Isolationselement auch Glaswolle, Steinwolle oder ein anderes geeignetes Wärmedämmmaterial umfassen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Isolationselement eine den zweiten Behälter einhüllende Folie, insbesondere eine Kupferfolie.
-
In diesem Fall füllt das zweite Isolationselement den zweiten Spalt nicht vollständig aus. Die Folie ist insbesondere hochglänzend. Die Folie ist geeignet, Wärmestrahlung zu reflektieren. Das zweite Isolationselement bewirkt, dass aufgrund seiner reflektierenden Eigenschaften ein Wärmeeintrag in den zweiten Behälter verhindert oder zumindest reduziert wird. Das zweite Isolationselement ist insbesondere spaltfrei auf dem zweiten Behälter aufgebracht.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Speicherbehälter ferner eine erste Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Vakuums in dem ersten Spalt.
-
Die Überwachungseinrichtung kann beispielsweise ein Drucksensor sein oder einen Drucksensor aufweisen, der in dem ersten Spalt angeordnet ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Speicherbehälter ferner eine zweite Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Vakuums in dem zweiten Spalt.
-
Auch die zweite Überwachungseinrichtung kann einen Drucksensor aufweisen oder als ein solcher ausgebildet sein. Die Überwachungseinrichtungen können beispielsweise auch als Manometer ausgebildet sein. Es kann auch eine gemeinsame Überwachungseinrichtung, beispielsweise mit zwei Sensoren, für den ersten Spalt und den zweiten Spalt vorgesehen sein.
-
„Ein“ ist vorliegend nicht zwangsweise als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine genaue Beschränkung auf genau die entsprechende Anzahl von Elementen verwirklicht sein muss. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich.
-
Weitere mögliche Implementierungen des Speicherbehälters umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Speicherbehälters hinzufügen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Speicherbehälters sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Speicherbehälters. Im Weiteren wird der Speicherbehälter anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs;
- 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Speicherbehälters für das Fahrzeug gemäß 1;
- 3 zeigt die Detailansicht III gemäß der 2; und
- 4 zeigt erneut die Detailansicht III gemäß der 2 mit einer Weiterbildung des Speicherbehälters gemäß der 2.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
-
Die 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 kann beispielsweise ein maritimes Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff, sein. Das Fahrzeug 1 kann als maritimes Fahrzeug bezeichnet werden. Insbesondere kann das Fahrzeug 1 eine maritime Personenfähre sein. Alternativ kann das Fahrzeug 1 auch ein Landfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 1 ein Wasserfahrzeug ist.
-
Das Fahrzeug 1 umfasst einen Rumpf 2, der schwimmfähig ist. An oder auf dem Rumpf 2 ist eine Brücke 3 vorgesehen. Das Fahrzeug 1 wird vorzugsweise mit Wasserstoff betrieben. Hierzu kann das Fahrzeug 1 eine Brennstoffzelle 4 aufweisen. Unter einer „Brennstoffzelle“ ist vorliegend eine galvanische Zelle zu verstehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs, vorliegend Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, vorliegend Sauerstoff, in elektrische Energie wandelt. Mit Hilfe der erhaltenen elektrischen Energie kann beispielsweise ein nicht gezeigter Elektromotor angetrieben werden, der wiederum eine Schiffsschraube zum Antreiben des Fahrzeugs 1 antreibt.
-
Zum Versorgen der Brennstoffzelle 4 mit Wasserstoff ist ein Speicherbehälter 5 zum Speichern von flüssigem Wasserstoff vorgesehen. Der Speicherbehälter 5 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 6 aufgebaut. Der Speicherbehälter 5 kann beispielsweise innerhalb des Rumpfs 2, insbesondere innerhalb eines Maschinenraums, auf der Brücke 3 oder auf einem als Fundament 7 fungierenden Deck des Rumpfs 2 angeordnet sein. Dabei ist die Symmetrieachse 6 senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung g orientiert. Das heißt, der Speicherbehälter 5 ist liegend oder horizontal positioniert. Somit ist die Symmetrieachse 6 parallel zu dem Fundament 7 platziert. Alternativ kann der Speicherbehälter 5 jedoch auch aufrecht oder vertikal positioniert sein. In diesem Fall ist die Symmetrieachse 6 entlang der Schwerkraftrichtung g orientiert. Ferner ist die Symmetrieachse 6 in diesem Fall auch senkrecht zu dem Fundament 7 platziert.
-
Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Speicherbehälters 5. Die 3 zeigt die Detailansicht III gemäß der 2. Im Folgenden wird auf die 2 und 3 gleichzeitig Bezug genommen.
-
Der Speicherbehälter 5 kann auch als Speichertank bezeichnet werden. Wie zuvor erwähnt, ist der Speicherbehälter 5 zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff H2 (Siedepunkt 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C) geeignet. Daher kann der Speicherbehälter 5 auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff-Speichertank bezeichnet werden. Der Speicherbehälter 5 kann jedoch auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten Wasserstoff H2 flüssiges Helium He (Siedepunkt 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt 1 bara: 77,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff O2 (Siedepunkt 1 bara: 90,18 K = -182,97 °C).
-
Der Speicherbehälter 5 ist rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut. Der Speicherbehälter 5 umfasst einen Innenbehälter oder ersten Behälter 8, der ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut ist. Der erste Behälter 8 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 9, der ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut ist. Der Basisabschnitt 9 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Der Basisabschnitt 9 ist stirnseitig beidseits jeweils mit Hilfe eines Deckelabschnitts 10, 11 verschlossen. Die Deckelabschnitte 10, 11 sind gewölbt. Ein erster Deckelabschnitt 10 und ein zweiter Deckelabschnitt 11 sind gegensinnig gewölbt, so dass die Deckelabschnitte 10, 11 bezüglich des Basisabschnitts 9 nach außen gewölbt sind. Der erste Behälter 8 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht. Der erste Behälter 8 ist aus Edelstahl gefertigt.
-
In dem ersten Behälter 8 ist der flüssige Wasserstoff H2 aufgenommen. In dem ersten Behälter 8 können, solange sich der Wasserstoff H2 im Zweiphasengebiet befindet, eine Gaszone 12 mit verdampftem Wasserstoff H2 und eine Flüssigkeitszone 13 mit flüssigem Wasserstoff H2 vorgesehen sein. Der Wasserstoff H2 weist also nach dem Einfüllen in den ersten Behälter 8 zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das heißt, in dem ersten Behälter 8 befindet sich eine Phasengrenze 14 zwischen dem flüssigen Wasserstoff H2 und dem gasförmigen Wasserstoff H2.
-
Der erste Behälter 8 ist vollständig innerhalb eines zweiten Behälters 15 angeordnet. Der zweite Behälter 15 kann auch als Zwischenbehälter bezeichnet werden. Auch der zweite Behälter 15 ist rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut. Der zweite Behälter 15 umfasst, wie der erste Behälter 8, einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 16, der rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut ist. Der Basisabschnitt 16 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Der Basisabschnitt 16 ist stirnseitig jeweils von einem Deckelabschnitt 17, 18 verschlossen. Insbesondere sind ein erster Deckelabschnitt 17 und ein zweiter Deckelabschnitt 18 vorgesehen. Die Deckelabschnitte 17, 18 sind gegensinnig gewölbt, so dass die Deckelabschnitte 17, 18 bezüglich des Basisabschnitts 16 nach außen gewölbt sind. Der zweite Behälter 15 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht. Auch der zweite Behälter 15 ist aus Edelstahl gefertigt.
-
Zwischen dem ersten Behälter 8 und dem zweiten Behälter 15 ist ein den ersten Behälter 8 vollständig umhüllender oder einhüllender erster Spalt 19 vorgesehen. Der erste Spalt 19 ist mit einem Vakuum beaufschlagt. Unter einem „Vakuum“ ist vorliegend insbesondere ein Druck von weniger als 300 mbar, bevorzugt von weniger als 10-3 mbar, weiter bevorzugt von weniger als 10-7 mbar, zu verstehen. Dass der erste Spalt 19 den ersten Behälter 8 vollständig „umhüllt“ oder „einhüllt“ bedeutet vorliegend, dass der erste Spalt 19 zum einen umfänglich vollständig um den Basisabschnitt 9 umläuft und zum anderen auch zwischen den beiden Deckelabschnitten 10, 17 sowie zwischen den beiden Deckelabschnitten 11, 18 vorgesehen ist.
-
In dem ersten Spalt 19 ist ein den ersten Behälter 8 vollständig einhüllendes oder umschließendes erstes Isolationselement 20 (3) vorgesehen. Das heißt, das erste Isolationselement 20 umschließt sowohl den Basisabschnitt 9 als auch die Deckelabschnitte 10, 11 des ersten Behälters 8. Das erste Isolationselement 20 dient der Wärmedämmung. Daher kann das erste Isolationselement 20 auch als erstes Wärmedämmelement bezeichnet werden. Das erste Isolationselement 20 ist mehrlagig. Das heißt, das erste Isolationselement 20 umfasst eine Vielzahl an Lagen oder Schichten. Das erste Isolationselement 20 kann daher auch als mehrlagiges Isolationselement oder als mehrlagiges Wärmedämmelement bezeichnet werden.
-
Insbesondere ist das erste Isolationselement 20 eine sogenannte Multilayer Insulation (MLI). Das erste Isolationselement 20 umfasst mehrere abwechselnd angeordnete Schichten oder Lagen aus perforierter und/oder geprägter Aluminiumfolie 21 als Reflektor und Glaspapier 22 als Abstandshalter zwischen benachbarten Aluminiumfolien 21. Das Glaspapier 22 kann perforiert und/oder gelocht sein. In der 3 sind jeweils nur zwei Lagen Aluminiumfolie 21 und zwei Lagen Glaspapier 22 mit einem Bezugszeichen versehen. Das Glaspapier 22 wirkt als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Aluminiumfolien 21, wodurch sich das erste Isolationselement 20 mit dem in dem ersten Spalt 19 herschenden Vakuum beaufschlagen lässt. Das erste Isolationselement 20 kann den ersten Spalt 19 vollständig ausfüllen. Alternativ kann zwischen dem ersten Isolationselement 20 und dem zweiten Behälter 15 auch ein Zwischenraum (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das erste Isolationselement 20 liegt außenseitig an dem ersten Behälter 8 an.
-
Der zweite Behälter 15 ist innerhalb eines dritten Behälters 23 angeordnet beziehungsweise in diesem aufgenommen. Der dritte Behälter 23 kann auch als Außenbehälter bezeichnet werden. Der dritte Behälter 23 ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Der dritte Behälter 23 kann aus Edelstahl gefertigt sein. Im Unterschied zu den Behältern 8, 15 ist der dritte Behälter 23 jedoch nicht zwingend aus Edelstahl gefertigt.
-
Der dritte Behälter 23 ist ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut. Der dritte Behälter 23 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 24, der rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 6 aufgebaut ist. Der Basisabschnitt 24 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Stirnseitig ist der Basisabschnitt 24 jeweils von einem Deckelabschnitt 25, 26 verschlossen. Insbesondere sind ein erster Deckelabschnitt 25 und ein zweiter Deckelabschnitt 26 vorgesehen. Die Deckelabschnitte 25, 26 sind gewölbt. Insbesondere sind die Deckelabschnitte 25, 26 gegensinnig gewölbt, so dass die Deckelabschnitte 25, 26 bezüglich des Basisabschnitts 24 nach außen gewölbt sind. Der dritte Behälter 23 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht.
-
Zwischen dem zweiten Behälter 15 und dem dritten Behälter 23 ist ein zweiter Spalt 27 vorgesehen. Der zweite Spalt 27 umhüllt den zweiten Behälter 15 vollständig. Auch der zweite Spalt 27 ist mit einem Vakuum beaufschlagt. In dem zweiten Spalt 27 ist ein zweites Isolationselement 28 (3) angeordnet. Das zweite Isolationselement 28 umschließt den zweiten Behälter 15 vollständig. Das heißt, das zweite Isolationselement 28 ist sowohl an dem Basisabschnitt 16 als auch an den Deckelabschnitten 17, 18 vorgesehen. Das zweite Isolationselement 28 kann den zweiten Spalt 27 vollständig ausfüllen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das zweite Isolationselement 28 dient der Wärmedämmung. Daher kann das zweite Isolationselement 28 auch als zweites Wärmedämmelement bezeichnet werden. Das zweite Isolationselement 28 ist optional. Das heißt, der zweite Spalt 27 kann auch leer sein. In diesem Fall ist der zweite Spalt 27 nur mit dem Vakuum beaufschlagt.
-
Beispielsweise ist das zweite Isolationselement 28 als in den zweiten Spalt 27 eingebrachtes Schüttgut ausgebildet und umfasst eine Vielzahl an Granulatkörnern 29, von denen in der 3 nur drei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Beispielsweise ist das zweite Isolationselement 28 eine Schüttung aus Perlit oder dergleichen. In diesem Fall sind die Granulatkörner 29 Perlitkörner. Alternativ zu Perlit kann jedoch auch Steinwolle, Glaswolle oder jedes andere geeignete Dämmmaterial für das zweite Isoltationselement 28 eingesetzt werden.
-
Der zweite Behälter 15 stützt sich auf dem zweiten Isolationselement 28 ab. Das heißt, der zweite Behälter 15 ist mit dem zweiten Isolationselement 28 in Kontakt. Das zweite Isolationselement 28 kann - muss jedoch nicht - eine Gewichtskraft G des gefüllten ersten Behälters 8, des ersten Isolationselements 20 sowie des zweiten Behälters 15 zumindest teilweise aufnehmen. Der Anteil der aufgenommenen Gewichtskraft G ist dabei bevorzugt jedoch so gering, dass das erste Isolationselement 20 nicht oder zumindest nur unwesentlich zusammengedrückt wird. Hierdurch werden die Isoliereigenschaften oder Dämmeigenschaften des ersten Isolationselements 20 nicht negativ beeinflusst. Insbesondere kann das zweite Isolationselement 28 Bewegungen oder Schwingungen des zweiten Behälters 15 dämpfen.
-
Der Speicherbehälter 5 weist ferner eine erste Überwachungseinrichtung 30 auf, welche geeignet ist, das Vakuum in dem ersten Spalt 19 zu überwachen. Die erste Überwachungseinrichtung 30 kann ein Drucksensor oder ein Manometer sein oder einen Drucksensor oder ein Manometer aufweisen. Dem zweiten Spalt 27 ist eine zweite Überwachungseinrichtung 31 zugeordnet, welche geeignet ist, das Vakuum in dem zweiten Spalt 27 zu überwachen. Die zweite Überwachungseinrichtung 31 kann ebenfalls ein Drucksensor oder ein Manometer sein oder einen Drucksensor oder ein Manometer aufweisen.
-
Die 4 zeigt in einem Ausschnitt gemäß der Detailansicht III der 2 eine weitere Ausführungsform des Speicherbehälters 5. Der Speicherbehälter 5 gemäß der 4 unterscheidet sich von dem Speicherbehälter 5 gemäß den 2 und 3 dadurch, dass in dem zweiten Spalt 27 kein zweites Isolationselement 28 in Form von Granulatkörnern 29 angeordnet ist, sondern dass ein zweites Isolationselement 32 in Form einer auf den zweiten Behälter 15 außenseitig aufgebrachten reflektierenden Folie, insbesondere einer Kupferfolie, vorgesehen ist. Das zweite Isolationselement 32 ist spaltfrei auf den zweiten Behälter 15 aufgebracht. Ansonsten ist der mit dem Vakuum beaufschlagte zweite Spalt 27 leer. Mit Hilfe des als Folie ausgebildeten zweiten Isolationselements 32 kann der Wärmeeintrag in den zweiten Behälter 15 minimiert werden.
-
Bei der Verwendung des Speicherbehälters 5 in Kombination einem maritimen Fahrzeug 1 ist es im Falle eines Brands aufgrund des eingeschränkten Bewegungsradius erforderlich, dass das den ersten Behälter 8 umhüllende erste Isolationselement 20 vor einer Beschädigung geschützt wird. Bei einer Beschädigung des ersten Isolationselements 20 könnte es sonst zum Verdampfen und Austreten des Wasserstoffs H2 und somit zu einer Brandbeschleunigung kommen. Diese Problematik wird mit dem zuvor erläuterten Speicherbehälter 5 gelöst.
-
Mit Hilfe des dritten Behälters 23, des mit dem Vakuum beaufschlagten zweiten Spalts 27 beziehungsweise des jeweiligen zweiten Isolationselements 28, 32 ist es möglich, das erste Isolationselement 20 vor einer Hitzeeinwirkung zu schützen. Der brandbedingte Wärmeeintrag in das erste Isolationselement 20 wird deutlich reduziert. Die Zeitspanne, die der Speicherbehälter 5 einem Feuer widersteht, kann dadurch signifikant verlängert werden. Die Verwendung von Perlit für das zweite Isolationselement 28 ermöglicht zum einen eine gute Wärmedämmung und zum anderen kann das zweite Isolationselement 28 zumindest einen Teil der Gewichtskraft G aufnehmen und/oder Bewegungen des zweiten Behälters 15 dämpfen.
-
Im Falle eines Verlusts des Vakuums in dem ersten Spalt 19 wirkt das Vakuum in dem zweiten Spalt 27 als zweite Barriere für einen Wärmeeintrag. Im Falle eines Feuers außerhalb des Speicherbehälters 5 wird weder die Qualität der Wärmedämmung des ersten Behälters 8 negativ beeinträchtigt noch führt der Wärmeeintrag in den ersten Behälter 8 zu einem stärkeren Verdampfen des Wasserstoffs H2. Ferner wird mit Hilfe des als zusätzliche Barriere wirkenden dritten Behälters 23 verhindert, dass sich im Falle einer Leckage des ersten Behälters 8 in den ersten Spalt 19 hinein außenseitig an dem Speicherbehälter 5 kalte Stellen bilden, an denen sich Sauerstoff aus der Umgebungsluft verflüssigen könnte.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Rumpf
- 3
- Brücke
- 4
- Brennstoffzelle
- 5
- Speicherbehälter
- 6
- Symmetrieachse
- 7
- Fundament
- 8
- Behälter
- 9
- Basisabschnitt
- 10
- Deckelabschnitt
- 11
- Deckelabschnitt
- 12
- Gaszone
- 13
- Flüssigkeitszone
- 14
- Phasengrenze
- 15
- Behälter
- 16
- Basisabschnitt
- 17
- Deckelabschnitt
- 18
- Deckelabschnitt
- 19
- Spalt
- 20
- Isolationselement
- 21
- Aluminiumfolie
- 22
- Glaspapier
- 23
- Behälter
- 24
- Basisabschnitt
- 25
- Deckelabschnitt
- 26
- Deckelabschnitt
- 27
- Spalt
- 28
- Isolationselement
- 29
- Granulatkorn
- 30
- Überwachungseinrichtung
- 31
- Überwachungseinrichtung
- 32
- Isolationselement
- g
- Schwerkraftrichtung
- G
- Gewichtskraft
- H2
- Wasserstoff
