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Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für kondensierte
Gase, insbesondere einen Kryotank für ein Kraftfahrzeug, bestehend
aus einem Innenbehälter
sowie einem diesen unter Bildung eines evakuierten Zwischenraumes
umgebenden Außenbehälter, mit
einer Aufhängungsanordnung
für den
Innenbehälter,
die durch ein in diesen eingeformtes Rohr gebildet ist, innerhalb
dessen im wesentlich koaxial ein an der Innenwand des Außenbehälters gelagertes Tragrohr
verläuft,
wobei der Innenbehälter
mit seinem eingeformten Rohr letztlich am Tragrohr abgestützt ist.
Zum technischen Umfeld wird auf die
DE 198 16 651 C2 verwiesen.
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Druckbehälter für kondensierte Gase und insbesondere
Kryotanks für
Kraftfahrzeuge, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff
tiefkalt und somit im im wesentlichen flüssigen Aggregatzustand gespeichert
wird bzw. werden, bedürfen
einer extrem guten Isolation, um einen unerwünschten Wärmeeinfall in das kryogen gespeicherte
Medium so weit als möglich
zu verhindern. Zur Sicherstellung einer solchen Isolationswirkung
bestehen diese Druckbehälter
aus einem Außenbehälter und
einem innerhalb dessen angeordneten Innenbehälter, der das kryogen gespeicherte
Medium aufnimmt, wobei zwischen diesen beiden Behältern eine hochwirksame
Isolationshülle
vorgesehen ist, die durch ein unter den jeweiligen Umständen realisierbares
Vakuum gebildet ist.
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Infolge des innerhalb des Innenbehälters herrschenden Überdruckes
können
an diesem teilweise relativ starke Verformungen auftreten, die bei strukturangepassten
Behältern
durch Rippen, Sicken o.ä.
kompensiert werden. In vergleichbarer Weise kann am Außenbehälter der
Umgebungsdruck aufgrund des Isolationsvakuums ebenfalls zu Verformungen
führen.
Aufgrund erforderlicher Versteifungen kann sich somit eine erhöhte Masse
der Behälter ergeben,
was grundsätzlich
ebenso unerwünscht
ist wie der benötigte
größere Bauraum,
wobei dann bei vorgegebenen Einbauverhältnissen, wie dies in Kraftfahrzeugen üblich ist,
nur ein entsprechend reduziertes Kraftstoffvolumen gespeichert werden kann.
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Weiterhin ist es erforderlich, den
Innenbehälter
geeignet innerhalb des Außenbehälters aufzuhängen, d.h.
erstgenannten auf geeignete Weise an der Innenwand des zweitgenannten
abzustützen, wobei
gleichzeitig die durch das Vakuum gebildete Isolationsschicht möglichst
wenig gestört
werden soll. Trotz dieser mechanischen Aufhängung des Innenbehälters im
Außenbehälter soll
der Wärmeübergang
zwischen dem Außenbehälter und
dem Innenbehälter
so gering als möglich
gehalten werden.
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Gute Schritte in diese Richtung geht
die eingangs genannte
DE
198 16 651 C2 , indem in den Innenbehälter ein diesen durchquerendes,
an den Enden offenes Rohr eingeformt ist, das über ein oder mehrere Stützelemente)
oder dgl. über
einen kraftschlüssigen
Schrumpfsitz auf einem sog. Tragrohr abgestützt ist, das an einander gegenüberliegenden Innenwänden des
Außenbehälters gelagert
ist. Das bekannte Tragrohr besteht aus wärmeisolierendem Faserverbundwerkstoff
und hält
den unerwünschten Wärmeeintrag
somit relativ gering.
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Es sind jedoch insbesondere hinsichtlich
der Isolation zwischen den beiden Behältern im Bereich der Aufhängungsanordnung
weitere Verbesserungen an einem Druckbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 möglich,
die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt
hat.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch
gekennzeichnet, dass auf dem Tragrohr über zumindest ein Stützelement
ein das Tragrohr zumindest im Bereich des Innenbehälters umgebendes
Zwischenrohr abgestützt
ist, auf dessen Außenwand über zumindest
ein Stützelement
das in den Innenbehälter
eingeformte Rohr abgestützt
ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß kann die Isolationswirkung
im Bereich der Aufhängung
des Innenbehälters im
Außenbehälter weiter
gesteigert werden, wenn zumindest ein weiteres Zwischenrohr zwischen
dem (bekannten) in den Innenbehälter
eingeformten Rohr und dem am Außenbehälter befestigten
Tragrohr vorgesehen ist. Diese Rohre sind dann bevorzugt im wesentlichen
koaxial zueinander angeordnet, um über ihrer jeweiligen Rohrwand
betrachtet vom anderen Rohr an allen Stellen in Radialrichtung möglichst
weit und somit möglichst
gleich weit voneinander beabstandet zu sein, wobei mit zwei im wesentlichen
koaxial angeordneten Zwischenrohren die Isolationswirkung noch weiter
gesteigert werden kann.
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Eine „Schwachstelle" bezüglich der
Wärmeisolation
zwischen den Behältern
bzw. Rohren (Tragrohr, Zwischenrohr(e), in den Innenbehälter eingeformtes
Rohr) stellen grundsätzlich
die sog. Stützelemente
dar, nachdem diese eine Wärmeleitbrücke bilden.
Um den Wärmeübergang
so weit als möglich zu
behindern, können
dann die Stützelemente
so angeordnet werden, wie dies in Anspruch 3 beschrieben ist, nämlich dass
bezüglich
dreier zueinander im wesentlichen koaxial angeordneter Rohre (Tragrohr, Zwischenrohr(e),
in den Innenbehälter
eingeformtes Rohr) das oder die Stützelemente) zwischen dem ersten
und dem zweiten Rohr in Axialrichtung der Rohre betrachtet möglichst
weit von dem oder den Stützelementen)
zwischen dem zweiten und dem dritten Rohr beabstandet ist/sind.
Dies geht besonders deutlich aus dem an späterer Stelle erläuterten und
in den beigefügten
Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
hervor.
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Ehe hierauf eingegangen wird, sei
noch eine weitere Maßnahme
zur Verbesserung der Isolierung zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter insbesondere
im Bereich von dessen Aufhängung erläutert. Diese
besteht darin, dass zwischen den im wesentlichen koaxial angeordneten
Rohren eine geeignete, insbesondere einen Wärmeeintrag durch Wärmestrahlung
behindernde Isolation vorgesehen ist. Hierbei kann es sich um eine
reflektierende Folie handeln, die bevorzugt auf die Rohrwände aufgebracht
ist, oder um ein anderes geeignetes Isolationsmedium, wobei auch
die Stützelemente
selbst aus einem Material mit einen möglichst geringen Wärmeübergangskoeffizienten
und/oder Wärmeleitkoeffizienten
bestehen sollten.
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Hingewiesen sei noch auf weitere
Vorteile bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen, wonach nämlich das
in den Innenbehälter
eingeformte Rohr diesen vergleichbar einem Zuganker verstärken kann,
so dass der Innenbehälter
aufgrund dieser versteifenden Maßnahme weniger massiv gestaltet
werden muss. In vergleichbarer Weise können über das Tragrohr die von der
Abstützung
betroffenen Wände des
Außenbehälters aneinander
abgestützt
werden. Besonders vorteilhaft ist eine derartige Gestaltung, wenn
die Behälter
und die Rohre zumindest teilweise in einem Kunststoffmaterial, bevorzugt
in einem Faserverbundwerkstoff, ausgeführt sind. Hierdurch ist die
Umsetzung von Leichtbau möglich,
wobei sich dieses Material gleichzeitig durch eine hohe Isolationswirkung
auszeichnet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
weiter erläutert,
wobei die beigefügte 1 einen Schnitt durch den Bereich
der Aufhängung
eines Innenbehälters eines
erfindungsgemäßen Kryotanks
(oder Druckbehälters
für kondensierte
Gase) im zugehörigen
Außenbehälter in
zwei Ausführungsformen
(oberhalb bzw. unterhalb der Achse 5) zeigt. 2 zeigt diese Behälter in
aufgebrochener räumlicher
Darstellung, wobei auch die Aufhängung
nur teilweise dargestellt ist, und dabei der in 1 oberhalb der Achse 5 gezeigten
Ausführungsform
entspricht.
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Mit der Bezugsziffer 1 ist
ein Außenbehälter (bzw.
die Wand eines Außenbehälters 1)
eines Kryotanks bezeichnet, innerhalb dessen sich ein Innenbehälter 2 befindet,
dessen Wand ebenfalls mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet
ist. Der Innenbehälter 2 umschließt einen
Hohlraum 3, der mit kryogenem Kraftstoff bzw. allg. mit
einem kondensierten Gas befällt werden
kann. Um den Wärmeübergang
von der Umgebung bzw. vom Außenbehälter 1 zum
Innenbehälter 2 bzw.
zum darin gespeicherten Kryo-Kraftstoff so gering als möglich zu
halten, ist zwischen diesen beiden Behältern 1, 2 ein
im wesentlichen evakuierter Zwischenraum 4 vorgesehen.
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Wie insbesondere aus 1 hervorgeht, ist in den Innenbehälter 2 ein
Rohr 2a eingeformt, das den Hohlraum 3 bzw. Innenraum
des Innenbehälters 3 durchdringt.
Dieses an seinen Enden offene Rohr 2a bzw. dessen Wand 2a ist
direkt aus der Wand 2 des Innenbehälters herausgeformt bzw. an
diese angeformt. Vorteilhafterweise kann dieses eingeformte Rohr 2a einen
den Innenbehälter 2 verstärkenden Zuganker
bilden, wobei die Längs-Achse
dieses Rohres 2a die Bezugsziffer 5 trägt.
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Im wesentlichen koaxial zu diesem
Rohr 2a und somit die gleiche Längs-Achse 5 besitzend ist zwischen
den einander gegenüberliegenden
Wänden 1 des
Außenbehälters 1 ein
sog. Tragrohr 6 eingespannt, welches einerseits diesen
Außenbehälter 1 verstärkt, insbesondere
jedoch der Lagerung bzw. Abstützung
des Innenbehälters 2 dient,
und zwar indem sich dieser mit seinem Rohr 2a letztlich
auf dem Tragrohr 6 abstützt.
Um jedoch den Wärmeübergang zwischen
dem Außenbehälter 1 und
dem Innenbehälter 2 so
gering als möglich
zu halten, ist das in den Innenbehälter 2 eingearbeitete
Rohr 2a nicht direkt auf dem Tragrohr 6 abgestützt, sondern
es ist ein Zwischenrohr 7a (in der oberhalb der Achse 5 dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung) bzw. es sind zwei zueinander konzentrische Zwischenrohre 7a, 7b (in
der unterhalb der Achse 5 dargestellten Ausführungsform)
zwischen dem Tragrohr 6 und dem Rohr 2a konzentrisch
zu diesen vorgesehen.
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Über
eine jeweils möglichst
geringe Zahl von Stützelementen 8 (für die einzelnen
Stützelemente ist
die Bezugsziffer 8 mit den Buchstaben a, b, c, d ergänzt) ist
ein jeweils „äußeres" Rohr auf dem von
diesem quasi umhüllten „inneren" Rohr abgestützt. Zunächst auf
die in 1 oberhalb der
Achse 5 dargestellte Ausführungsform Bezug nehmend sind
an den beiden Enden des in den Innenbehälter 2 eingeformten
Rohres 2a geeignete, im wesentlichen ringförmige Stützelemente 8a, 8b vorgesehen,
die mit ihrem Außen-Umfang am Rohr 2a bzw.
am Innenbehälter 2 befestigt
sind bzw. sich an diesem abstützen,
und die sich mit ihrem Innen-Umfang auf der Außenwand des Zwischenrohres 7a abstützen, und
zwar jeweils an den Enden dieses Zwischenrohres 7a bzw.
in dessen beiden Endabschnitten. Über ein über der Länge dieses Zwischenrohres 7a bzw.
der Länge
des Tragrohres 6 betrachtet mittig bzw. zentral vorgesehenes Stützelement 8c ist
das Zwischenrohr 7a auf dem Tragrohr 6 abgestützt, wobei
auch dieses Stützelement 8c ringförmig ausgebildet
ist und mit seinem Außen-Umfang
an der Innenwand des Zwischenrohres 7a anliegt und mit
seinem Innen-Umfang
auf der Außenwand
des Tragrohres 6 aufliegt bzw. sich hierauf abstützt. Dieses
zentral angeordnete Stützelement 8c ist
somit sowohl vom Stützelement 8a als auch
vom Stützelement 8b und
von den Wänden 1 des
Außenbehälters 1 so
weit als möglich
entfernt, so dass eine Wärmeleitung
vom Außenbehälter 1 über das
Tragrohr 6 und weiter über
das Stützelement 8c zum
Zwischenrohr 7a und von diesem über die Stützelemente 8a und
8b zum Innenbehälter 2 so
gut als möglich
behindert wird.
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Im weiteren auf die in 1 unterhalb der Achse 5 dargestellte
Ausführungsform
Bezug nehmend ist im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden
Enden des in den Innenbehälter 2 eingeformten
Rohres 2a ein geeignetes, im wesentlichen ringförmiges Stützelement 8d vorgesehen,
das mit seinem Außen-Umfang
am Rohr 2a bzw. am Innenbehälter 2 befestigt ist
bzw. sich an diesem abstützt, und
das mit seinem Innen-Umfang auf der Außenwand eines „zweiten" Zwischenrohres 7b anliegt. Diese
zweite Zwischenrohr 7b hüllt das erste Zwischenrohr
7a rundum beabstandet ein. Zwischen den beiden Endabschnitten der
im wesentlichen gleich langen Zwischenrohre 7a, 7b sind
geeignete, im wesentlichen ringförmige
Stützelemente 8a, 8b vorgesehen,
die mit ihrem Außen-Umfang
am Zwischenrohr 7b befestigt sind bzw. sich an diesem abstützen, und
die sich mit ihrem Innen-Umfang
auf der Außenwand
des Zwischenrohres 7a abstützen. Über ein über der Länge dieses Zwischenrohres 7a bzw.
der Länge
des Tragrohres 6 betrachtet mittig bzw. zentral vorgesehenes
Stützelement 8c ist
das Zwischenrohr 7a auf dem Tragrohr 6 abgestützt, wobei
auch dieses Stützelement 8c ringförmig ausgebildet
ist und mit seinem Außen-Umfang
an der Innenwand des Zwischenrohres 7a anliegt und mit
seinem Innen-Umfang
auf der Außenwand
des Tragrohres 6 aufliegt bzw. sich hierauf abstützt. Dieses
zentral angeordnete Stützelement 8c ist
ebenso wie das zentral .angeordnete Stützelement 8d somit
sowohl vom Stützelement 8a als
auch vom Stützelement 8b und
von den Wänden 1 des
Außenbehälters 1 so
weit als möglich entfernt,
so dass eine Wärmeleitung
vom Außenbehälter 1 über das
Tragrohr 6 und weiter über
das Stützelement 8c zum
ersten Zwischenrohr 7a und von diesem über die Stützelemente 8a und 8b zum
zweiten Zwischenrohr 7b und von diesem über das Stützelement 8d zum Innenbehälter 2 so
gut als möglich behindert
wird.
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Figürlich nicht dargestellt sind
die weiteren, vor der Beschreibung des Ausführungsbeispieles sowie in Unteransprüchen wiedergegebenen
Merkmale, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine
Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom
gezeigten Ausführungsbeispiel
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Stets ist es jedoch möglich, wie
angegeben den Innenbehälter 2 so
mit dem Außenbehälter 1 zu
verbinden, das beide Behälter 1, 2, mit
dieser Aufhängungsanordnung
versteift werden und der Wärmeeintrag
minimal bleibt. Das sog. „Versteifungs-Rohr" 2a des
Innenbehälters 2 wirkt
wie ein „Zuganker", so dass die Verformungen
des unter Innendruck stehenden Behälters 2 minimal bleiben. Koaxial
zu diesem Versteifungs-Rohr 2a befindet sich
mindestens ein weiteres Profil in Form des oder der sog. Zwischenrohres) 7a, 7b aus
einem schlecht wärmeleitenden
Material (bspw. Kunststoff), wobei das innere Zwischenrohr 7a nur
punktuell zur besseren Isolation am Innenbehälter 2 befestigt ist.
In diesem sog. Isolationsprofil kann sich noch ein weiteres koaxiales
Profil in Form des zweiten Zwischenrohres 7b befinden,
worauf dann das sog. Tragrohr 6 – ebenfalls als Isolationsprofil
ausgebildet bzw. als solches wirkend – folgt, das den Innenbehälter 2 am
Außenbehälter 1 abstützt und
diesen zusätzlich
verstärkt.
Die einzelnen Rohrlängen
sollten aufgrund der besseren Isolationswirkung möglicht lang
ausgeführt sein.
Zwischen den einzelnen Profilen oder Rohren kann eine reflektierende
Folie oder ein ähnliches
Isolationsmedium angebracht sein, um den Wärmeeintrag infolge von Wärmestrahlung
zu minimieren. Durch die Versteifung der Behälter 1, 2 können die
jeweiligen Wandstärken
auf ein Minimum reduziert werden. Das hat den Vorteil, dass neben
dem geringeren Gewicht mehr Volumen für den im Innenbehälter gespeicherten
Kraftstoff bzw. das gespeicherte kondensierte Gas zur Verfügung steht.