DE10321016A1 - Druckbehälter mit geringem Wärmeeintrag - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für kondensierte Gase, insbesondere einen Kryotank, bestehend aus einem Innenbehälter, der in einem Außenbehälter über eine Lagereinrichtung gehalten wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung eine Einrichtung zum Lösen oder Fixieren des Innenbehälters im Außenbehälter umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere einen Kryotank, zur Speicherung von kondensierten Gasen nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
• Aus der EP 1 179 702 A1 ist bereits bekannt, mehrwandige Druckbehälter zusammenzusetzen und diese fest ineinander mittels Befestigungen zu fixieren.
• Es ist auch bekannt, dass diese Befestigungen vorzugsweise aus schlecht wärmeleitenden Stoffen bestehen. Des weiteren ist ebenfalls bekannt, zur Speicherung von kondensierten Gasen doppelwandige vakuumisolierte Behälter zu verwenden.
• Solche Druckbehälter nach dem Stand der Technik sind sehr stabil gebaut. Dadurch fällt das zu fassende Treibstoffvolumen kleiner aus und es kommt zu einem erheblichen Mehrgewicht des Tanks. Ausserdem kommt es durch Wärmeleitung zu einem erheblichen Wärmeeintrag in den Tank.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Behälterkonzept bereitzustellen, dessen Aufbau möglichst wenig Gewicht besitzt, möglichst viel Treibstoff fassen kann und möglichst geringen Wärmeeintrag zulässt.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
• Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von kondensierten Gasen, insbesondere einen Kryotank, der aus einem Innen- und einem Aussenbehälter besteht. Der Innenbehälter wird über eine Lagereinrichtung im Aussenbehälter gehalten. Dabei zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Lagereinrichtung mindestens eine Einrichtung zum Lösen oder Fixieren des Innenbehälters im Außenbehälter umfasst.
• Die Erfindung ist vorzugsweise für den Einbau in Kraftfahrzeuge vorgesehen. Falls sie dort zum Beispiel bei einem Kryotank für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats zum Einsatz kommt, wird die Einrichtung zum Lösen oder Fixieren des Innenbehälters so gesteuert, dass dieser sich im Ruhezustand des Kraftfahrzeugs entkoppelt. Er liegt quasi locker in seiner Position und es werden nur die statischen Lasten aufgenommen. Durch diese Art der Lagerung wird erreicht, dass die Berührungsfläche zwischen Aussen- und Innenbehälter auf ein Minimum, Idealerweise auf eine Punkt/Linienberührung, beschränkt wird.
• Das hat den Vorteil, dass die Festkörperwärmeleitung in den Innenbehälter minimiert. ist. Das Betriebsmittel kann so länger in seiner flüssigen Form gelagert werden.
• Im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kann ein höherer Wärmeeintrag akzeptiert werden. Deswegen ist es nicht nachteilig, wenn der Innenbehälter mit Hilfe der Einrichtung zum Lösen oder Fixieren mit dem Aussenbehälter fest verbunden wird, was auch schon die im Betrieb auftretenden äußeren Kräfte erfordern.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckbehälter mit einer Einrichtung versehen, die das Lösen oder Fixieren des Innenbehälters im Außenbehälter durch Wärmeeintrag oder Kühlung steuert.
• Im Betriebszustand wird beispielsweise durch eine Entnahmeleitung fliessendes kaltes Gas dazu verwendet, die Verbindungsstelle zwischen Innen- und Außenbehälter durch Kühlung zu fixieren. Durch einen dadurch in der Verbindungsstelle entstehenden Schrumpfsitz werden die im Betrieb im Innenbehälter auftretenden Kräfte vom Aussenbehälter aufgenommen.
• Idealerweise ist die Erfindung in einem sich temporär bewegenden Objekt einzusetzen. Eine Variante ist der Einbau in ein Kraftfahrzeug für einen Betriebsmittelspeicher.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Innenbehälter mit dem Außenbehälter über Profilteile verbunden.
• Ein erstes Profilteil ist am Innenbehälter und ein zweites Profilteil am Außenbehälter befestigt. Das hat den Vorteil, dass der Vakuumraum zwischen Innen- und Außenbehälter relativ groß gestaltet werden kann.
• Mittels einer solchen Ausführung mit Profilteilen ist es vorteilhafterweise möglich, dass mindestens eines der Profilteile eine Beschichtung aus schlecht wärmeleitendem Material, mindestens an den Stellen besitzt, die mit den anderen Profilteilen in Berührung kommen. Damit ist gewährleistet, dass die Wärmeleitung von einem Profilteil auf das andere sehr klein bleibt. Alternativ können die Profilteile auch komplett aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
• Eine weitere Ausführung der Erfindung benutzt das Betriebsmittel des Antriebsaggregats als Kühlmittel zur Steuerung der Einrichtung zum Lösen oder Fixieren. Das hat den Vorteil, dass keine externe Kühlvorrichtung nötig wird.
• Eine weitere vorteilhafte Variante ist, das Betriebsmittel mittels Entnahmeleitung vom Innenbehälter, evtl. spiralförmig, über die Einrichtung zum Lösen und Fixieren zum Antriebsaggregat zu führen. Somit ist die Wärmeleitung vom Aussenbehälter über die Entnahmeleitung zum Innenbehälter auf Grund der relativ langen Entnahmeleitung sehr gering. Zudem wird die Entnahmeleitung und die Lagereinrichtung selbst bei jeder Inbetriebnahme gekühlt.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch das zeitweilige Lösen und Fixieren der beiden Behälter. Hierdurch werden Verspannungen durch Temperaturveränderungen ausgeglichen. Aus diesem Grund muss man die beiden Behälter auch nicht so stabil fertigen, wie die permanent fest verbundenen Behälter des Standes der Technik. Damit erreicht man eine vorteilige Gewichtsreduzierung.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. 1 zeigt in einem Längsschnitt ein Beispiel für eine Lagereinrichtung gemäss der Erfindung in gelöstem Zustand und 2 zeigt ein Beispiel für die Lagereinrichtung entsprechend 1 im fixierten Zustand.
• Es werden in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen für die selben Merkmale verwendet. Ein nur ausschnittsweise dargestellter Innenbehälter 1 ist über ein Profilteil 3 in einem Profilteil 4 eines ebenfalls nur ausschnittsweise dargestelltem Aussenbehälters 2 gehalten. Das Profilteil 3 wird in dem Profilteil 4 geführt.
• Eine Entnahmeleitung 6 für ein Betriebsmittel des nicht gezeichneten Antriebsaggregats ist spiralförmig um das äußere Profilteil 4 geführt.
• Die 1 zeigt den gelösten Zustand der Lagereinrichtung, in dem das erste Profilteil 3 im zweiten Profilteil 4 locker gehalten wird. Man sieht, dass der Aussendurchmesser des Halterings 5 kleiner ist, als der Innendurchmesser des zweiten Profilteils 4. Dadurch ergibt sich ein Spalt 7 zwischen Profilteil 4 und Haltering 5.
• Über den Spalt 7 findet keine oder nur sehr geringe Wärmeübertragung statt, insbesondere bei evakuiertem Zwischenraum zwischen Innenbehälter 1 und Aussenbehälter 2.
• Eine Axialverschiebebegrenzung 8 verhindert, dass der Innenbehälter 1 nicht zu weit verrutschen kann. Sie wird so dimensioniert, dass sie starken Belastungen standhalten kann und beim Verrutschen des ersten Profilteils 3 zum Aussenbehälter 2 hin, ein Anschlagen an diesen verhindern soll.
• 2 zeigt den fixierten Zustand der Lagereinrichtung. Das erste Profilteil 3 ist mit dem zweiten Profilteil 4 über den Haltering 5 fest fixiert. Das ist deshalb möglich, weil das zweite Profilteil 4 durch die Entnahmeleitung 6 gekühlt wird und sich somit dessen Umfang verkleinert. Das zweite Profilteil 4 presst sich nun an den Haltering 5 an. Aus der Zeichnung herausgezogen ist dies nochmals vergrössert dargestellt unter Bezugsziffer 10.
• Für eine solche Lagerung des Innenbehälters 1 im Aussenbehälter 2 ist es sinnvoller Weise nötig, mindestens eine solche Lagereinrichtung zwischen Innenbehälter 1 und Aussenbehälter 2 vorzusehen. Beim Verrutschen der Behälter 1, 2 zueinander, im nicht fixierten Zustand der Lagereinrichtung, verhindert dann die Axialverschiebebegrenzung 8 ein Anschlagen eines der Profilteile 3, 4 an einen Behälter 1, 2. Soll das System im nicht fixierten Zustand ohne Lastaufnahme durch die Axialverschiebebegrenzung 8 statisch bestimmt gelagert sein, sind drei Lagereinrichtungen erforderlich.

Claims (10)

1. Druckbehälter für kondensierte Gase, insbesondere Kryotank, bestehend aus einem Innenbehälter (1), der in einem Außenbehälter (2) über eine Lagereinrichtung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung eine Einrichtung zum Lösen oder Fixieren des Innenbehälters (1) im Außenbehälter (2) umfasst.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Lösen oder Fixieren durch Wärmeeintrag oder Kühlung gesteuert wird.
3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in ein Kraftfahrzeug als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eingebaut ist.
4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Profilteil (3) am Innenbehälter (1) und mindestens ein zweites Profilteil (4) am Außenbehälter (2) befestigt ist und das erste Profilteil (3) vom zweiten Profilteil (4) gehalten wird.
5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Profilteile (3, 4) eine Beschichtung (9) aus schlecht wärmeleitendem Material mindestens an den Stellen besitzt, die mit den anderen Profilteilen (3, 4) in Berührung kommen.
6. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Profilteile (3, 4) aus schlecht wärmeleitendem Material besteht.
7. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Lösen oder Fixieren im wesentlichen so gesteuert wird, dass bei Betrieb des Antriebsaggregats der Innenbehälter (1) im Außenbehälter (2) fixiert ist.
8. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Lösen oder Fixieren im wesentlichen so gesteuert wird, dass der Innenbehälter (1) im Außenbehälter (2) bei nicht in Betrieb befindlichem Antriebsaggregat gelöst gehalten wird.
9. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel zur Steuerung der Einrichtung zum Lösen oder Fixieren das Betriebsmittel des Antriebsaggregats verwendet wird.
10. Druckbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsmittel durch eine Entnahmeleitung (6) vom Innenbehälter (1), über die Einrichtung zum Lösen oder Fixieren, zum Antriebsaggregat geführt wird.