DE102022207627A1 - Cryogenic tank device - Google Patents

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Abstract

Eine Kryotankvorrichtung, umfassend einen zylinderförmigen Innenbehälter (1) zur Aufnahme eines kryogenen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, und ein den Innenbehälter (1) umgebendes zylinderförmiges Au-ßengehäuse (2), wobei zwischen Innenbehälter (1) und Außengehäuse (2) ein isolierender Vakuumraum (3) eingerichtet ist, wobei zumindest zwei Plattenwärmetauscher (4), zur Erwärmung des im Innenbehälter (1) aufgenommenen Mediums, stirnseitig außerhalb des Innenbehälters (1) angeordnet sind, nämlich im Vakuumraum (3) und/oder außerhalb des Außengehäuses (2).A cryogenic tank device, comprising a cylindrical inner container (1) for holding a cryogenic medium, in particular hydrogen, and a cylindrical outer housing (2) surrounding the inner container (1), with an insulating vacuum space between the inner container (1) and the outer housing (2). (3) is set up, wherein at least two plate heat exchangers (4), for heating the medium contained in the inner container (1), are arranged on the front side outside the inner container (1), namely in the vacuum space (3) and / or outside the outer housing (2) .

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kryotankvorrichtung, umfassend einen Innenbehälter zur Aufnahme eines kryogenen Mediums, insbesondere von Wasserstoff.The present invention relates to a cryogenic tank device, comprising an inner container for holding a cryogenic medium, in particular hydrogen.

Stand der TechnikState of the art

Kryotankvorrichtung, die einen zylinderförmigen Innenbehälter zur Aufnahme von Wasserstoff umfassen, sind bekannt und werden insbesondere als mobile Kryotanksysteme, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Ein solcher im Wesentlichen zylinderförmiger Kryotank umfasst üblicherweise einen zylinderförmigen Innenbehälter und ein zylinderförmiges Au-ßengehäuse, wobei zwischen Innenbehälter und Außengehäuse ein isolierender Vakuumraum eingerichtet ist, in dem ein Vakuum bestehen kann oder sich beispielsweise ein Inertgas befinden kann, um eine gute thermische Isolation zu erreichen.Cryogenic tank devices, which include a cylindrical inner container for holding hydrogen, are known and are used in particular as mobile cryogenic tank systems, for example in motor vehicles. Such a substantially cylindrical cryotank usually comprises a cylindrical inner container and a cylindrical outer housing, an insulating vacuum space being set up between the inner container and the outer housing, in which a vacuum can exist or, for example, an inert gas can be located in order to achieve good thermal insulation .

Das Medium in einer solchen Kryotankvorrichtung kann durch einen Wärmetauscher aufgewärmt werden, beispielsweise um auch nach einer Betankung oder nach einer Entnahme von Medium aus dem Tank, den Druck im Tank auf einem gewünschten Niveau zu halten. Dazu kann ein Wärmetauscher im Inneren des Innenbehälters einer Kryotankvorrichtung angeordnet sein oder auch außerhalb des Innenbehälters.The medium in such a cryogenic tank device can be warmed up by a heat exchanger, for example in order to keep the pressure in the tank at a desired level even after refueling or after medium has been removed from the tank. For this purpose, a heat exchanger can be arranged inside the inner container of a cryogenic tank device or outside the inner container.

Üblicherweise wird ein Rohrwärmetauscher zur Erwärmung des Mediums in einem Kryotank verwendet. Ein solcher Rohrwärmetauscher wird üblicherweise in Längsrichtung des Kryotanks oder normal zur Längsrichtung angeordnet. Solche Rohrwärmetauscher benötigen relativ viel Bauraum, so dass das zur Verfügung stehende Innentankvolumen reduziert wird und, zumindest bei außerhalb des Innenbehälters verbautem Wärmetauscher, die gesamte Länge oder Breite des Innentanks erheblich reduziert wird.A tubular heat exchanger is usually used to heat the medium in a cryogenic tank. Such a tubular heat exchanger is usually arranged in the longitudinal direction of the cryogenic tank or normal to the longitudinal direction. Such tubular heat exchangers require a relatively large amount of installation space, so that the available inner tank volume is reduced and, at least when the heat exchanger is installed outside the inner container, the entire length or width of the inner tank is significantly reduced.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kryotankvorrichtung der genannten Art in dieser Hinsicht zu verbessern und insbesondere eine Kryotankvorrichtung anzugeben, die trotz der Möglichkeit einer ausreichenden Erwärmung des Mediums im Tank, ein großes Innentankvolumen ermöglicht.It is an object of the invention to improve a cryogenic tank device of the type mentioned in this respect and in particular to provide a cryogenic tank device which, despite the possibility of sufficient heating of the medium in the tank, enables a large internal tank volume.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kryotankvorrichtung, umfassend einen zylinderförmigen Innenbehälter zur Aufnahme eines kryogenen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, und ein den Innenbehälter umgebendes zylinderförmiges Außengehäuse, wobei zwischen Innenbehälter und Außengehäuse ein isolierender Vakuumraum eingerichtet ist, wobei zumindest zwei Plattenwärmetauscher zur Erwärmung des im Innenbehälter aufgenommenen Mediums stirnseitig außerhalb des Innenbehälters angeordnet sind, nämlich im Vakuumraum und/oder außerhalb des Außengehäuses.The problem is solved by a cryogenic tank device, comprising a cylindrical inner container for holding a cryogenic medium, in particular hydrogen, and a cylindrical outer housing surrounding the inner container, an insulating vacuum space being set up between the inner container and the outer housing, with at least two plate heat exchangers for heating the inside Medium contained in the inner container is arranged on the front side outside the inner container, namely in the vacuum space and / or outside the outer housing.

Erfindungsgemäß wird somit eine im Wesentlichen zylinderförmige Kryotankvorrichtung mit zumindest zwei stirnseitig des Zylinders angeordneten Wärmetauschern verwendet. Beide Wärmetauscher sind Plattenwärmetauscher und somit im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Durch den Einsatz von zwei Plattenwärmetauschern zur Erwärmung des Mediums anstelle eines einzigen großen, üblicherweise rohr- oder stabförmigen Wärmetauschers, kann die Erwärmung des Mediums effizienter erfolgen und ist daher ein erheblich kleineres Gesamtvolumen für die beiden Plattenwärmetauscher erforderlich, als für einen einzigen großen Wärmetauscher, insbesondere Rohrwärmetauscher, mit gleicher Leistung erforderlich wäre. Es reicht daher ein geringerer Bauraum für die beiden Plattenwärmetauscher und der Innentank kann, bei außerhalb des Innentanks angeordneten zumindest zwei Plattenwärmetauschern, größer ausgebildet werden als üblich, insbesondere bei der stirnseitigen Anordnung der Plattenwärmetauscher länger ausgebildet sein trotz selbem zur Verfügung stehenden Gesamtbauraum, und somit mehr Innentankvolumen zur Verfügung stellen.According to the invention, a substantially cylindrical cryogenic tank device is used with at least two heat exchangers arranged on the front side of the cylinder. Both heat exchangers are plate heat exchangers and are therefore essentially cuboid-shaped. By using two plate heat exchangers to heat the medium instead of a single large, usually tubular or rod-shaped heat exchanger, the medium can be heated more efficiently and a significantly smaller total volume is therefore required for the two plate heat exchangers than for a single large heat exchanger, in particular Tubular heat exchanger, with the same performance would be required. A smaller installation space is therefore sufficient for the two plate heat exchangers and the inner tank can, with at least two plate heat exchangers arranged outside the inner tank, be made larger than usual, in particular when the plate heat exchangers are arranged on the front side, it can be made longer despite the same overall installation space available, and therefore more Provide internal tank volume.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Vorzugsweise sind die zumindest zwei Plattenwärmetauscher stirnseitig im Vakuumraum angeordnet. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die zumindest zwei Plattenwärmetauscher stirnseitig außerhalb des Außengehäuses angeordnet. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist zumindest einer der Plattenwärmetauscher stirnseitig im Vakuumraum angeordnet und zumindest einer der Plattenwärmetauscher stirnseitig außerhalb des Außengehäuses angeordnet.Preferably, the at least two plate heat exchangers are arranged at the front in the vacuum space. According to another embodiment, the at least two plate heat exchangers are arranged on the front side outside the outer housing. According to another embodiment, at least one of the plate heat exchangers is arranged on the front side in the vacuum space and at least one of the plate heat exchangers is arranged on the front side outside the outer housing.

Vorzugsweise steht zumindest einer der beiden Plattenwärmetauscher, bevorzugt beide Plattenwärmetauscher, in zumindest einer Achse des jeweiligen Plattenwärmetauschers, bevorzugt in zumindest zwei Achsen, besonders bevorzugt in allen drei Achsen des Plattenwärmetauschers, schief auf die Längsmittelachse des Innenbehälters, ist diese jeweilige Achse also weder parallel noch normal auf die Längsmittelachse des Innenbehälters ausgerichtet. Durch eine derartige schiefe Ausrichtung der Plattenwärmetauscher ist eine besonders platzsparende Unterbringung der Wärmetauscher möglich. Beispielsweise können so Rohre in der Nähe der Plattenwärmetauscher einfacher und platzsparender positioniert werden.Preferably, at least one of the two plate heat exchangers, preferably both plate heat exchangers, is inclined to the longitudinal central axis of the inner container in at least one axis of the respective plate heat exchanger, preferably in at least two axes, particularly preferably in all three axes of the plate heat exchanger, so this respective axis is neither parallel nor normally aligned with the longitudinal center axis of the inner container. Through such a crooked alignment By installing the plate heat exchangers, the heat exchangers can be accommodated in a particularly space-saving manner. For example, pipes near the plate heat exchangers can be positioned more easily and in a space-saving manner.

Bevorzugt weisen die beiden Plattenwärmetauscher ein unterschiedliches Volumen auf. Beispielsweise kann ein größerer Plattenwärmetauscher im Vakuumraum angeordnet werden und ein kleinerer Plattenwärmetauscher außerhalb des Außengehäuses oder umgekehrt oder beide Plattenwärmetauscher unterschiedlichen Volumens können an der selben Stirnseite oder an unterschiedlichen Stirnseiten außerhalb des Innenbehälters, im Vakuumraum oder außerhalb des Außengehäuses, angeordnet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform können beide Plattenwärmetauscher das selbe Volumen und dabei unterschiedliche Abmessungen oder die selben Abmessungen aufweisen.The two plate heat exchangers preferably have a different volume. For example, a larger plate heat exchanger can be arranged in the vacuum space and a smaller plate heat exchanger outside the outer housing or vice versa, or both plate heat exchangers of different volumes can be arranged on the same end face or on different end faces outside the inner container, in the vacuum space or outside the outer housing. According to another embodiment, both plate heat exchangers can have the same volume and different dimensions or the same dimensions.

Generell können die beiden Plattenwärmetauscher an der selben Stirnseite oder an unterschiedlichen Stirnseiten, also an den gegenüberliegenden Stirnseiten, außerhalb des Innenbehälters, im Vakuumraum oder außerhalb des Außengehäuses, angeordnet sein.In general, the two plate heat exchangers can be arranged on the same end face or on different end faces, i.e. on the opposite end faces, outside the inner container, in the vacuum space or outside the outer housing.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 ist eine schematische dreidimensionale geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Kryotankvorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist eine schematische dreidimensionale geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Kryotankvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
The invention is described below by way of example with reference to the drawings.
  • 1 is a schematic three-dimensional sectional representation of a cryogenic tank device according to the invention in a first embodiment.
  • 2 is a schematic three-dimensional sectional representation of a cryogenic tank device according to the invention in a second embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Kryotankvorrichtung dargestellt. Die Kryotankvorrichtung ist dabei entlang der Längsmittelachse geschnitten dargestellt.In the 1 A cryogenic tank device according to the invention is shown. The cryogenic tank device is shown cut along the longitudinal central axis.

Die Kryotankvorrichtung umfasst einen zylinderförmigen Innenbehälter 1, zur Aufnahme eines kryogenen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, und ein den Innenbehälter 1 umgebendes zylinderförmiges Außengehäuse 2, wobei zwischen Innenbehälter 1 und Außengehäuse 2 ein isolierender Vakuumraum 3 eingerichtet ist.The cryogenic tank device comprises a cylindrical inner container 1, for holding a cryogenic medium, in particular hydrogen, and a cylindrical outer housing 2 surrounding the inner container 1, an insulating vacuum space 3 being set up between the inner container 1 and the outer housing 2.

Zwei Plattenwärmetauscher 4, zur Erwärmung des im Innenbehälter 1 aufgenommenen Mediums, sind stirnseitig außerhalb des Innenbehälters 1 angeordnet, nämlich im Vakuumraum 3.Two plate heat exchangers 4, for heating the medium contained in the inner container 1, are arranged on the front side outside the inner container 1, namely in the vacuum space 3.

Dabei ist einer der Plattenwärmetauscher 4 im Vakuumraum 3 angeordnet und einer der Plattenwärmetauscher 4 außerhalb des Außengehäuses 2 angeordnet.One of the plate heat exchangers 4 is arranged in the vacuum space 3 and one of the plate heat exchangers 4 is arranged outside the outer housing 2.

Beide Plattenwärmetauscher 4 weisen eine Quaderform auf. Beide Plattenwärmetauscher 4 sind in allen ihren drei Achsen schief auf die Längsmittelachse des Innenbehälters 1 ausgerichtet, sind also weder parallel noch normal auf die Längsmittelachse des Innenbehälters 1 angeordnet. Both plate heat exchangers 4 have a cuboid shape. Both plate heat exchangers 4 are aligned obliquely in all three axes to the longitudinal central axis of the inner container 1, so they are neither arranged parallel nor normal to the longitudinal central axis of the inner container 1.

Die beiden Plattenwärmetauscher 4 weisen das selbe Volumen auf und in der dargestellten Ausführung auch die selben Abmessungen in allen drei Dimensionen.The two plate heat exchangers 4 have the same volume and, in the embodiment shown, the same dimensions in all three dimensions.

Die beiden Plattenwärmetauscher 4 sind an der selben Stirnseite außerhalb des Innenbehälters 1 angeordnet.The two plate heat exchangers 4 are arranged on the same end face outside the inner container 1.

In der Ausführungsform einer Kryotankvorrichtung nach 2 sind beide Plattenwärmetauscher 4 im Vakuumraum 3 angeordnet, also innerhalb des Vakuumgehäuses bzw. Außengehäuses 2. Die beiden Plattenwärmetauscher 4 sind an der selben Stirnseite außerhalb des Innenbehälters 1, nämlich im selben stirnseitigen Vakuumraum 3, angeordnet. Die beiden Plattenwärmetauscher 4 weisen unterschiedliche Größe und unterschiedliches Volumen auf. Beide Plattenwärmetauscher 4 weisen eine Quaderform auf. Beide Plattenwärmetauscher 4 sind in allen ihren drei Achsen schief auf die Längsmittelachse des Innenbehälters 1 ausgerichtet.In the embodiment of a cryogenic tank device 2 Both plate heat exchangers 4 are arranged in the vacuum space 3, i.e. inside the vacuum housing or outer housing 2. The two plate heat exchangers 4 are arranged on the same end face outside the inner container 1, namely in the same front vacuum space 3. The two plate heat exchangers 4 have different sizes and different volumes. Both plate heat exchangers 4 have a cuboid shape. Both plate heat exchangers 4 are aligned obliquely to the longitudinal central axis of the inner container 1 in all three axes.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Innenbehälterinner container
22
AußengehäuseOuter casing
33
Vakuumraumvacuum room
44
PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger

Claims (5)

Kryotankvorrichtung, umfassend einen zylinderförmigen Innenbehälter (1) zur Aufnahme eines kryogenen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, und ein den Innenbehälter (1) umgebendes zylinderförmiges Außengehäuse (2), wobei zwischen Innenbehälter (1) und Außengehäuse (2) ein isolierender Vakuumraum (3) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Plattenwärmetauscher (4), zur Erwärmung des im Innenbehälter (1) aufgenommenen Mediums, stirnseitig außerhalb des Innenbehälters (1) angeordnet sind, nämlich im Vakuumraum (3) und/oder außerhalb des Außengehäuses (2).Cryogenic tank device, comprising a cylindrical inner container (1) for holding a cryogenic medium, in particular hydrogen, and a cylindrical outer housing (2) surrounding the inner container (1), with an insulating vacuum space (3) between the inner container (1) and the outer housing (2). is set up, characterized in that at least two plate heat exchangers (4), for heating the medium contained in the inner container (1), are arranged on the front side outside the inner container (1). are, namely in the vacuum space (3) and/or outside the outer housing (2). Kryotankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Plattenwärmetauscher (4) im Vakuumraum (3) angeordnet sind oder dass die zumindest zwei Plattenwärmetauscher (4) außerhalb des Außengehäuses (2) angeordnet sind oder dass zumindest einer der Plattenwärmetauscher (4) im Vakuumraum (3) angeordnet ist und zumindest einer der Plattenwärmetauscher (4) außerhalb des Außengehäuses (2) angeordnet ist.Cryogenic tank device Claim 1 , characterized in that the at least two plate heat exchangers (4) are arranged in the vacuum space (3) or that the at least two plate heat exchangers (4) are arranged outside the outer housing (2) or that at least one of the plate heat exchangers (4) in the vacuum space (3) is arranged and at least one of the plate heat exchangers (4) is arranged outside the outer housing (2). Kryotankvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Plattenwärmetauscher (4), bevorzugt beide Plattenwärmetauscher (4), in zumindest einer Achse, bevorzugt in zumindest zwei Achsen, besonders bevorzugt in allen drei Achsen, schief auf die Längsmittelachse des Innenbehälters (1) steht, also weder parallel noch normal auf die Längsmittelachse des Innenbehälters (1).Cryogenic tank device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two plate heat exchangers (4), preferably both plate heat exchangers (4), is oblique to the longitudinal central axis in at least one axis, preferably in at least two axes, particularly preferably in all three axes of the inner container (1), i.e. neither parallel nor normal to the longitudinal center axis of the inner container (1). Kryotankvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattenwärmetauscher (4) ein unterschiedliches Volumen aufweisen oder gleiches Volumen aufweisen.Cryogenic tank device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the two plate heat exchangers (4) have a different volume or have the same volume. Kryotankvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattenwärmetauscher (4) an der selben Stirnseite oder an unterschiedlichen Stirnseiten außerhalb des Innenbehälters (1) angeordnet sind.Cryogenic tank device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the two plate heat exchangers (4) are arranged on the same end face or on different end faces outside the inner container (1).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19934457A1 (en) 1999-07-27 2001-02-15 Messer Griesheim Gmbh Method for regulating the pressure in a cryogenic tank and device suitable therefor
EP3021032A1 (en) 2014-11-17 2016-05-18 Salzburger Aluminium Aktiengesellschaft Device for holding a cryofluid
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