DE102021120355A1

DE102021120355A1 - Kryotank

Info

Publication number: DE102021120355A1
Application number: DE102021120355.4A
Authority: DE
Inventors: Manuel Schmalz; Lukas Dengler
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft einen Kryotank zur Speicherung eines Gases in der flüssigen Phase wie beispielsweise Flüssigerdgas (LNG) oder Flüssigwasserstoff (LH2), mit einem Außenbehälter und einem innerhalb des Außenbehälters angeordneten Innenbehälter, der gegenüber dem Außenbehälter thermisch isoliert ist. Der Innenbehälter ist an dem Außenbehälter mittels zumindest einer Innenbehälterabstützung gelagert, die eine erste Komponente in Form einer mit dem Innenbehälter verbundenen Steckhülse und eine zweite Komponente in Form eines mit dem Außenbehälter verbundenen Führungsstifts aufweist, der von der Steckhülse aufgenommen ist. Die erste Komponente ist aus einem metallischen ersten Werkstoff oder einem faserverstärkten zweiten Werkstoff gefertigt, wohingegen die zweite Komponente aus dem anderen der beiden Werkstoffe gefertigt ist. Zur Modifikation der Passart zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift ist eine Heizeinrichtung mit derjenigen der beiden Komponenten, die aus dem metallischen ersten Werkstoff gefertigt ist, zur Erwärmung derselben thermisch gekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kryotank zur Speicherung eines Gases in der flüssigen Phase wie beispielsweise Flüssigerdgas (LNG) oder Flüssigwasserstoff (LH₂).
Derartige Kryo- bzw. Tieftemperaturtanks weisen üblicherweise einen Außenbehälter und einen innerhalb des Außenbehälters angeordneten Innenbehälter auf. Der Innenbehälter nimmt dabei das zu speichernde Gas bei extrem niedrigen Temperaturen wie beispielsweise etwa -253 °C im Falle von Wasserstoff oder etwa -160 °C im Falle von Flüssigerdgas auf, wohingegen der Außenbehälter sich bei Raumtemperatur befindet. Dementsprechend ist der Innenbehälter gegenüber dem Außenbehälter extrem gut thermisch isoliert, um den Wärmeeintrag in den Innenbehälter möglichst klein zu halten. Hierzu kann der Innentank mit einer Vielzahl von Metallfolien mit Zwischenlagen aus Glaswolle umgeben sein, wobei der verbleibende Raum zwischen Innen- und Außenbehälter zur Unterdrückung von Wärmekonvektion evakuiert ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann der Innenbehälter gegenüber dem Außenbehälter mittels einer auch als „Multilayer Insulation“ (MLI) bekannten Superisolation isoliert sein, die wenige bis mehrere Dutzend Lagen metallbedampfter Kunststofffolien umfasst, die durch eine geeignete Perforation oder Gaze (Spacer) auf Abstand gehalten werden, um so den Wärmetransport durch Wärmestrahlung zu unterdrücken. Zur Lagerung des Innenbehälters in dem Außenbehälter ist der Innenbehälter über mechanisch stabile und gleichzeitig thermisch isolierende Fixierungen mit dem Außenbehälter verbunden. Diese Fixierungen, mittels derer der Innenbehälter an dem Außenbehälter gelagert ist, werden hier auch als Innenbehälterabstützung bezeichnet.
Über diese Fixierungen bzw. Innenbehälterabstützungen kann dabei jedoch nicht nur Wärme auf den Innenbehälter übertragen werden; vielmehr werden über die in Rede stehenden Innenbehälterabstützungen auch mechanische bzw. dynamische Beanspruchungen auf den Innenbehälter übertragen, wie dies beispielsweise bei Fahrzeuganwendungen der Fall sein kann, bei denen über die Innenbehälterabstützungen aus dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs herrührende Stoß- und/oder Beschleunigungsbeanspruchungen auf den Innenbehälter übertragen werden. Auch kann aus dem Innendruck des Innenbehälters eine axiale Längung und/oder eine radiale Ausdehnung des Innenbehälters resultieren, die über die Innenbehälterabstützungen auf den Außenbehälter übertragen werden, was Zwängungen bzw. Zwangsspannungen des Innenbehälters zur Folge haben kann. Dementsprechend muss der Innenbehälter bei Fahrzeuganwendungen für derartige mechanische bzw. dynamische Beanspruchungen ausgelegt werden, was im Zweifelsfall jedoch zu einer Überdimensionierung des Innenbehälters führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Realisierung anzugeben, mittels derer die Übertragung mechanischer bzw. dynamischer Beanspruchungen auf den Innenbehälter eines Kryotanks zur Vermeidung einer etwaigen Überdimensionierung desselben beeinflusst werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Kryotank mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Kryo- bzw. Tieftemperaturtank weist einen Außenbehälter und einen innerhalb des Außenbehälters angeordneten Innenbehälter auf, der gegenüber dem Außenbehälter thermisch isoliert und an diesem mittels zumindest einer Innenbehälterabstützung gelagert ist. Vorzugsweise sind dabei der Innenbehälter und der Außenbehälter bezüglich einer Rotationsachse rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, wobei zumindest eine Innenbehälterabstützung den Innenbehälter und den Außenbehälter entlang der Rotationsymmetriesachse miteinander verbindet.
Die Innenbehälterabstützung weist dabei eine erste Komponente in Form einer mit dem Innenbehälter verbundenen, vorzugsweise hohlzylindrischen Steckhülse und eine zweite Komponente in Form eines mit dem Außenbehälter verbundenen, vorzugsweise zylindrischen Führungsstifts auf, der von der Steckhülse aufgenommen ist. Aufgrund der zylindrischen bzw. hohlzylindrischen Ausgestaltung der beiden Komponenten kann sich der Innenbehälter gegenüber dem Außenbehälter unter bestimmten Umständen drehen, so dass auf den Innenbehälter über die Innenbehälterabstützung keine Drehmomente übertragen werden können, die ansonsten eine entsprechende Dimensionierung des Innenbehälters erforderlich machen könnten. Gleichermaßen kann sich der Innenbehälter aufgrund der Tatsache, dass die Steckhülse den Führungsstift unter bestimmten Umständen spielbehaftet aufnimmt, gegenüber dem Außenbehälter translatorisch bewegen, und zwar sowohl in Längsrichtung des Führungsstifts als auch quer dazu, so dass über die Innenbehälterabstützung keine Kräfte auf den Innenbehälter übertragen werden können, die ansonsten eine entsprechende Dimensionierung des Innenbehälters erforderlich machen könnten.
Bei dem erfindungsgemäßen Kryotank ist es weiterhin vorgesehen, dass die erste Komponente aus einem ersten metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl und vorzugsweise aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4404, 1.4571 oder 1.4301, oder einem faserverstärkten zweiten Werkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff, gefertigt ist. Demgegenüber ist die zweite Komponente aus dem anderen der beiden Werkstoffe gefertigt. Ist also die erste Komponente aus dem ersten Werkstoff und insbesondere einem der angegebenen Stähle gefertigt, so ist die zweite Komponente aus dem zweiten Werkstoff und insbesondere aus einem der angegebenen Faserverbundwerkstoffe gefertigt. Ist hingegen die erste Komponente aus dem zweiten Werkstoff und insbesondere aus einem der angegebenen Faserverbundwerkstoffe gefertigt, so ist die zweite Komponente aus dem ersten Werkstoff und insbesondere aus einem der angegebenen Edelstähle gefertigt.
Aufgrund der Tatsache, dass eine der beiden Komponenten der Innenbehälterabstützung aus einem der in Rede stehenden Faserverbundwerkstoffe wie beispielsweise aus kohlenstoff- oder glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt ist, kann aufgrund des im Vergleich dem metallischen ersten Werkstoff geringeren Wärmeübertragungskoeffizienten des faserverstärkten zweiten Werkstoffs die Wärmeübertragung auf den Innenbehälter reduziert werden.
Darüber hinaus lässt sich erfindungsgemäß aufgrund der Tatsache, dass die beiden Komponenten der Innenbehälterabstützung aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, die Übertragung mechanischer bzw. dynamischer Beanspruchungen über die Innenbehälterabstützung auf den Innenbehälter gezielt beeinflussen. Hierzu macht sich die vorliegende Erfindung die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe zunutze, indem durch gezielten Wärmeeintrag in die Innenbehälterabstützung eine temperaturbedingte Verformung der beiden Komponenten der Innenbehälterabstützung herbeigeführt wird. Insbesondere verformen sich dabei die beiden Komponenten der Innenbehälterabstützung aufgrund deren unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlich stark, so dass je nach Bedarf Dreh- und/oder translatorische Freiheitsgrade zwischen den beiden Komponenten freigegeben oder gesperrt werden können. Liegt also beispielsweise im tiefkalten Zustand zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift ein Pressverband vor, der keinerlei Dreh- oder Schiebefreiheitsgrad aufweist, so kann durch geringfügigen Temperatureintrag in die Innenbehälterabstützung die Passart von einem Pressverband hin zu einer Spielpassung verändert werden, die keinerlei Kraft- oder Drehmomentübertragung über die Innenbehälterabstützung ermöglicht. Dementsprechend ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Modifikation der Passart zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift eine Heizeinrichtung mit derjenigen der beiden Komponenten, die aus dem metallischen ersten Werkstoff gefertigt ist, zur Erwärmung derselben thermisch gekoppelt ist.
Ist also beispielsweise die Steckhülse aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, wohingegen der Führungsstift aus Stahl gefertigt ist, so können diese beiden Komponenten bei Raumtemperatur zunächst so konfektioniert werden, dass die Steckhülse den Führungsstift bei Raumtemperatur spielbehaftet aufnimmt. Im tiefkalten Zustand hingegen, bzw. bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, ziehen sich hingegen die Steckhülse und der Führungsstift aufgrund der unterschiedlich großen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien unterschiedlich stark zusammen, so dass im Gegensatz zum Ausgangszustand bei Raumtemperatur keine Spielpassung, sondern ein Pressverband zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift vorliegt.
Ist es nun beispielsweise bei einer Fahrzeuganwendung erwünscht, während des Fahrbetriebs dafür zu sorgen, dass über die Innenbehälterabstützung keine dynamischen bzw. mechanischen Beanspruchungen auf den Innenbehälter übertragen werden können, so kann hierzu mittels der Heizeinrichtung der im tiefkalten Zustand vorliegende Pressverband zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift gelöst werden, indem mittels der Heizeinrichtung die beiden Komponenten erwärmt werden. Aufgrund der Tatsache, dass bei dem zuvor angeführten Beispiel der Führungsstift aus einem metallischen Werkstoff und die Hülse aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt sind, dehnt sich dann nämlich die Hülse bei entsprechend gewähltem Verbundwerkstoff stärker aus als der metallische Führungsstift, was zur Folge hat, dass zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift nunmehr eine Spielpassung vorliegt, die eine unerwünschte Übertragung mechanischer bzw. dynamischer Beanspruchungen über die Innenbehälterabstützung hinweg verhindert.
Im Folgenden wird nun auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eingegangen. Weitere Ausführungsformen können sich des Weiteren auch aus den abhängigen Ansprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Figuren selbst ergeben.
So kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der faserverstärkte zweite Werkstoff quer zur Faserlängsrichtung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der zumindest 1,5-mal so groß ist, vorzugsweise zumindest 1,66 bis 2,1 -mal so groß, wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs. Zwar kann es unter Umständen auch ausreichend sein, wenn sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs weniger stark von dem Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs unterscheidet; erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs quer zur Faserrichtung zumindest 1,5-mal so groß und vorzugsweise 1,66 bis 2,1-mal so groß sein sollte wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs, um die Passart zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift mit möglichst geringem Energieeintrag modifizieren zu können. Andernfalls müsste nämlich verhältnismäßig viel Wärmeenergie zur Änderung der Passart in die Innenbehälterabstützung eingeleitet werden, was jedoch einen unerwünscht hohen Wärmeeintrag in den Innenbehälter des Kryotanks zur Folge hätte. Dementsprechend sollten sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe um zumindest den Faktor 1,5 voneinander unterscheiden, da hierdurch erreicht werden kann, dass bereits eine relativ geringe Erwärmung der Innenbehälterabstützung ausreichend ist, um die Passart zwischen den beiden Komponenten zu modifizieren.
Bereits zuvor wurde das Beispiel erläutert, bei dem die Steckhülse aus dem zweiten Werkstoff bzw. aus einem Faserverbundwerkstoff und der Führungsstift aus dem metallischen ersten Werkstoff gefertigt ist, wobei dargelegt wurde, dass bei einer Temperatur, bei der ein in den Kryotank gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift ein Pressverband besteht. Ist hierbei nun der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs quer zur Faserrichtung zumindest 1,5-mal so groß wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs, so kann mit verhältnismäßig geringem Energieeintrag unter Verwendung der Heizeinrichtung der Pressverband zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift in eine Spielpassung überführt werden.
Demgegenüber kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Steckhülse aus dem ersten Werkstoff und der Führungsstift aus dem zweiten Werkstoff gefertigt ist, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in den Kryotank gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift eine Spielpassung vorliegt. Ist hierbei nun wiederum der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs quer zur Faserrichtung zumindest 1,5-mal so groß wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs, so kann die Spielpassung in einen Pressverband überführt werden, indem mittels der Heizeinrichtung die Innenbehälterabstützung um einen geringen Betrag erwärmt wird. So dehnt sich nämlich durch den Wärmeenergieeintrag der aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigte Führungsstift aufgrund der Tatsache, dass sein Wärmeausdehnungskoeffizient zumindest 1,5-mal so groß ist wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der aus dem ersten Werkstoff gefertigten Steckhülse, stärker aus als die Steckhülse. Es kommt somit zu einer radialen Flächenpressung zwischen Führungsstift und der Steckhülse, wodurch nicht nur eine Relativdrehung zwischen Steckhülse und Führungsstift, sondern auch sämtliche Verschiebefreiheitsgrade zwischen diesen beiden Komponenten gesperrt werden können.
Zwar ist der Wärmeausdehnungskoeffizient üblicherweise eine positive Größe, was bedeutet, dass eine Erwärmung des jeweiligen Werkstoffs eine Ausdehnung desselben zur Folge hat. Manche Werkstoffe, wie beispielsweise bestimmte kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe können jedoch auch einen negativen oder zumindest einen Wärmeausdehnungskoeffizienten quer zur Faserrichtung aufweisen, der geringer ist als der des ersten Werkstoffs.
Unter diesen Voraussetzungen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Steckhülse aus dem ersten Werkstoff und der Führungsstift aus dem zweiten Werkstoff gefertigt sein, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift ein Pressverband vorliegt. Wird in diesem Falle im tiefkalten Zustand die Innenbehälterabstützung mittels der Heizeinrichtung geringfügig erwärmt, so dehnt sich die Steckhülse stärker aus als der Führungsstift oder der Führungsstift zieht sich im Falle eines negativen Wärmeausdehnungskoeffizient sogar zusammen, was zur Folge hat, dass der Pressverband zwischen dem Führungsstift und der Steckhülse gelöst wird, so dass zwischen diesen beiden Komponenten dann eine Spielpassung vorliegt.
Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs quer zur Faserrichtung geringer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs oder sogar negativ, so kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Steckhülse aus dem zweiten Werkstoff und der Führungsstift aus dem ersten Werkstoff gefertigt sein, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift eine Spielpassung vorliegt. In diesem Fall kann die Spielpassung zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift in einen Pressverband überführt werden, in dem mittels der Heizeinrichtung die Innenbehälterabstützung geringfügig erwärmt wird. In diesem Falle dehnt sich nämlich der Führungsstift stärker aus als die Steckhülse, sofern sich diese im Falle eines negative Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht sogar zusammenzieht. Es kommt somit wiederum zu einer radialen Flächenpressung zwischen dem Führungsstift und der Steckhülse, wodurch zumindest einer der im Zustand der Spielpassung vorhandene Freiheitsgrad zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift gesperrt wird.
Erfindungsgemäß lassen sich somit gezielt Dreh- und/oder Schiebefreiheitsgrade der Innenbehälterabstützung sperren und entsperren, wodurch beispielsweise während des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs auf den Innenbehälter über die Innenbehälterabstützung einwirkende Kräfte dynamisch verändert werden können.
Um daher möglichst spontan bzw. just in time auf sich verändernde fahrdynamische Vorgänge reagieren zu können, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass es sich bei der Heizeinrichtung um einen induktiven Heizer handelt, der gegenüber der Komponente, mit der er thermisch gekoppelt ist, durch ein Dielektrikum elektrisch isoliert ist und dieselbe umgibt. Da ein induktiver Heizer im Vergleich zu einer Widerstandsheizung weniger träge reagiert, kann somit mittels eines induktiven Heizers schnell auf sich ändernde fahrdynamische Umstände reagiert werden, um so die auf den Innenbehälter übertragenen Kräfte verzögerungsfrei an die jeweilige Fahrsituation anpassen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zur Ansteuerung der Heizeinrichtung eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die mit der Heizeinrichtung in Signalverbindung steht, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Heizeinrichtung in Abhängigkeit von fahrdynamischen Größen eines Fahrzeugs anzusteuern, in dem der Kryotank eingebaut ist. Zwar wäre es ebenfalls denkbar, die Heizeinrichtung manuell anzusteuern, um beispielsweise bei unebenem Fahrbelag mittels der Heizeinrichtung eine Spielpassung zwischen der Steckhülse und dem Führungsstift zu erzeugen, so dass über die Innenbehälterabstützung keine unerwünschten dynamischen Beanspruchungen, die aus dem unebenen Straßenbelag herrühren, auf den Innenbehälter übertragen werden. Steht jedoch die Heizeinrichtung mit der in Rede stehenden Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Heizeinrichtung in Signalverbindung, so kann von einer manuellen Ansteuerung der Heizeinrichtung abgesehen werden, da die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung automatisch in Abhängigkeit der fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs ansteuert. Hierzu kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Erfassung der fahrdynamischen Größen mit zumindest einem Beschleunigungssensor in Signalverbindung steht, bei dem es sich beispielweise insbesondere um einen Längsbeschleunigungssensor, einen Querbeschleunigungssensor einen Giersensor, einem Nicksensor und/oder einen Rollsensor handeln kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug und insbesondere ein Lastkraftwagen vorgesehen, das bzw. der mit einem entsprechend den voranstehenden Erläuterungen ausgeführten Kryotank ausgerüstet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die 1 erläutert, die einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kryotanks im Bereich einer Innenbehälterabstützung in schematischer Darstellung zeigt.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kryotanks 10 in Form eines Längsschnitts im Bereich des Tankbodens. Der Kryotank 10 weist einen Innenbehälter 12 auf, welcher zur Speicherung von beispielsweise Flüssigerdgas oder Flüssigwasserstoff dient und beispielsweise aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4404, 1.4571 oder 1.4301 gefertigt ist. Der Innenbehälter 12 ist seinerseits in einem Außenbehälter 14 angeordnet, gegenüber dem der Innenbehälter 12 thermisch isoliert ist, wozu er mit einer Vielzahl von den nicht dargestellten Metallfolien mit Zwischenlagen aus Glasfolie umgeben sein kann. Außerdem kann der verbleibende Raum zwischen dem Innenbehälter 12 und dem Außenbehälter 14 evakuiert sein, um so einen etwaigen Wärmeeintrag durch Konvektion zu verhindern.
Wie der Darstellung der 1 entnommen werden kann, sind der Innenbehälter 12 und der Außenbehälter 14 bezüglich der Längsmittelachse L des Kryotanks 10 rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, so dass die Längsmittelachse L gleichermaßen die Rotationssymmetrieachse des Kryotanks 10 bildet.
Der Innenbehälter 12 ist innerhalb des Außenbehälters 14 abgestützt, und zwar unter anderem mittels einer Innenbehälterabstützung 16, die den Innenbehälter 12 und den Außenbehälter 14 entlang der Längsmittelachse L miteinander verbindet. Die Innenbehälterabstützung 16 weist dabei eine erste Komponente in Form einer mit dem Innenbehälter 12 verbundenen hohlzylindrischen Steckhülse 18 und eine zweite Komponente in Form eines mit dem Außenbehälter 14 verbundenen zylindrischen Führungsstifts 20 auf, wobei der Führungsstift 20 von der Steckhülse 18 aufgenommen wird. Die Steckhülse 18 wird ihrerseits von einem sich in den Innenbehälter 12 hineinerstreckenden Köcher 23 aufgenommen, der durch eine hohlzylindrische Köcherwand 22 und einem damit verbundenen Köcherboden 24 gebildet wird, wobei die Köcherwand 22 mit der Tankwand 13 des Innenbehälters 12 verschweißt ist.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind sowohl der Innenbehälter 12 bzw. dessen Tankwand 13, die Köcherwand 22, der Köcherboden 24 und die Steckhülse 18 aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4404, 1.4571 oder 1.4301 gefertigt, wohingegen der Führungsstift 20 aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt ist. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von GFK quer zur Faserlängsrichtung etwa 1,66-mal so groß ist wie der von den genannten Edelstählen und der Wärmeausdehnungskoeffizient von CFK quer zur Faserrichtung etwa doppelt so groß ist wie der von den genannten Edelstählen, dehnt sich der Führungsstift 20 unter Wärmeeinwirkung deutlich stärker aus als die Steckhülse 18.
Diesen Effekt macht sich die vorliegende Erfindung dadurch zunutze, dass zur Modifikation der Passart zwischen der Steckhülse 18 und dem Führungsstift 20 eine induktive Heizeinrichtung 26 mit der Steckhülse 18 zur Erwärmung derselben thermisch gekoppelt ist. Mittels der induktiven Heizeinrichtung 26 kann somit die Steckhülse 18 und über diese der Führungsstift 20 durch Wärmeleitung und/oder Strahlung erwärmt werden. Liegt daher beispielsweise bei einer Temperatur, bei der das in dem Innenbehälter 12 gespeicherte Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse 18 und dem Führungsstift 20 eine Spielpassung vor, so kann durch Bestromung des induktiven Heizers 26 bewirkt werden, dass sich sowohl die Steckhülse 18 als auch der Führungsstift 20 ausdehnen. Da sich hierbei der Führungsstift 20 aufgrund seines größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker in radialer Richtung ausdehnt als die Steckhülse 18, wird zwischen diesen beiden Komponenten 18, 20 in radialer Richtung eine Flächenpressung und dadurch ein Pressverband erzeugt, der den Drehfreiheitsgrad der Innenbehälterabstützung 16 und/oder einen Verschiebefreiheitsgrad der Innenbehälterabstützung 16 sperrt.
Das bzw. die einzelnen Heizelemente 28 des induktiven Heizers 26 umgibt bzw. umgeben einen Abschnitt der Steckhülse 18 im Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter 12 und dem Außenbehälter 14, wobei das bzw. die Heizelemente durch ein Dielektrikum 30 von der Steckhülse 18 elektrisch isoliert ist/sind.
Zur Ansteuerung des induktiven Heizers 26 ist dieser mit einer Steuereinrichtung 32 gekoppelt, welche ihrerseits mit zumindest einem Beschleunigungssensor 34 eines Kraftfahrzeugs, in das der Kryotank 10 eingebaut ist, in Signalverbindung steht. Bei dem Beschleunigungssensor 34 kann es sich beispielsweise um einen Längsbeschleunigungssensor, einen Querbeschleunigungssensor, einen Giersensor, einen Nicksensor und/oder ein enRollsensor des Kraftfahrzeugs handeln. Die Steuereinrichtung 32 kann somit über den zumindest einen Beschleunigungssensor 34 fahrdynamische Größen des Kraftfahrzeugs erfassen und somit den induktiven Heizer 26 in Abhängigkeit der in Rede stehenden fahrdynamischen Größen des Kraftfahrzeugs ansteuern.
Auf diese Art und Weise können durch induktives Beheizen der Steckhülse 18 Freiheitsgrade der Innenbehälterabstützung 16 gezielt ge- und entsperrt werden, um so in der gewünschten Weise die auf den Innenbehälter 12 über die Innenbehälterabstützung 16 übertragenen Kräfte und/oder Momente beeinflussen zu können. Durch die dynamische Ansteuerung des induktiven Heizers 26 können somit die auf den Innenbehälter 12 übertragenen Kräfte und/oder Momente kleingehalten werden, so dass der Innenbehälter 12 in der gewünschten Art und Weise für nur geringere Beanspruchunten ausgelegt bzw. dimensioniert werden muss.
Bezugszeichenliste

10: Kryotank
12: Innenbehälter
13: Tankwand
14: Außenbehälter
16: Innenbehälterabstützung
18: Steckhülse
20: Führungsstift
22: Köcherwand
23: Köcher
24: Köcherboden
26: induktiver Heizer
28: Heizelement
30: Dielektrikum
32: Steuereinrichtung
34: Beschleunigungssensor
L: Längsmittelachse, Rotationsymmetriesachse

Claims

Kryotank (10) zur Speicherung eines Gases in der flüssigen Phase wie beispielsweise Flüssigerdgas (LNG) oder Flüssigwasserstoff (LH₂), mit einem Außenbehälter (14) und einem innerhalb des Außenbehälters (14) angeordneten Innenbehälter (12), der gegenüber dem Außenbehälter (14) thermisch isoliert ist, wobei der Innenbehälter (12) an dem Außenbehälter (14) mittels zumindest einer Innenbehälterabstützung (16) gelagert ist, die eine erste Komponente in Form einer mit dem Innenbehälter (12) verbundenen Steckhülse (18) und eine zweite Komponente in Form eines mit dem Außenbehälter (14) verbundenen Führungsstifts (20) aufweist, der von der Steckhülse (18) aufgenommen ist, wobei die erste Komponente aus einem metallischen ersten Werkstoff, insbesondere aus Stahl und vorzugsweise aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4404, 1.4571 oder 1.4301, oder einem faserverstärkten zweiten Werkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff, gefertigt ist, wohingegen die zweite Komponente aus dem anderen der beiden Werkstoffe gefertigt ist, und wobei zur Modifikation der Passart zwischen der Steckhülse (18) und dem Führungsstift (20) eine Heizeinrichtung (26) mit derjenigen der beiden Komponenten, die aus dem metallischen ersten Werkstoff gefertigt ist, zur Erwärmung derselben thermisch gekoppelt ist.
Kryotank (10) nach Anspruch 1, wobei der faserverstärkte zweite Werkstoff quer zur Faserlängsrichtung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der zumindest 1,5-mal so groß ist, vorzugsweise zumindest 1,66 bis 2,1-mal so groß, wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs.
Kryotank (10) nach Anspruch 2, wobei die Steckhülse (18) aus dem ersten Werkstoff und der Führungsstift (20) aus dem zweiten Werkstoff gefertigt ist, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank (10) gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse (18) und dem Führungsstift (20) eine Spielpassung vorliegt, oder wobei die Steckhülse (18) aus dem zweiten Werkstoff und der Führungsstift (20) aus dem ersten Werkstoff gefertigt ist, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank (10) gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse (18) und dem Führungsstift (20) ein Pressverband vorliegt.
Kryotank (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Werkstoff einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wohingegen der faserverstärkte zweite Werkstoff quer zur Faserlängsrichtung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der geringer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs oder sogar negativ ist.
Kryotank (10) nach Anspruch 4, wobei die Steckhülse (18) aus dem ersten Werkstoff und der Führungsstift (20) aus dem zweiten Werkstoff gefertigt ist, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank (10) gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse (18) und dem Führungsstift (20) ein Pressverband vorliegt, oder wobei die Steckhülse (18) aus dem zweiten Werkstoff und der Führungsstift (20) aus dem ersten Werkstoff gefertigt ist, wobei bei einer Temperatur, bei der ein in dem Kryotank (10) gespeichertes Gas in der flüssigen Phase vorliegt, zwischen der Steckhülse (18) und dem Führungsstift (20) eine Spielpassung vorliegt.
Kryotank (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Heizeinrichtung (26) um einen induktiven Heizer (26) handelt, der gegenüber der Komponente, mit der er thermisch gekoppelt ist, elektrisch isoliert ist und dieselbe umgibt.
Kryotank (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Steuereirichtung vorgesehen ist, die zur Ansteuerung der Heizeinrichtung (26) mit derselben in Signalverbindung steht, wobei die Steuereinrichtung (32) eingerichtet ist, die Heizeinrichtung (26) in Abhängigkeit von fahrdynamischen Größen eines Kraftfahrzeugs, in dem der Kryotank (10) eingebaut ist, anzusteuern.
Kryotank (10) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (32) zur Erfassung der fahrdynamischen Größen mit zumindest einem Beschleunigungssensor (34), insbesondere einem Längsbeschleunigungssensor, einem Querbeschleunigungssensor, einem Giersensor, einem Nicksensor und/oder einem Rollsensor, in Signalverbindung steht.
Kryotank (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Innenbehälter (12) und der Außenbehälter (14) bezüglich einer Rotationsymmetriesachse (L) rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Innenbehälterabstützung (16) den Innenbehälter (12) und den Außenbehälter (14) entlang der Rotationsymmetriesachse (L) miteinander verbindet.
Kraftfahrzeug und insbesondere Lastkraftwagen mit einem Kryotank (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Speicherung von Flüssigerdgas (LNG) oder Flüssigwasserstoff (LH2).