DE4041170C1 - Double-walled insulated container - incorporates metal woven band with shield made of aluminium - Google Patents
Double-walled insulated container - incorporates metal woven band with shield made of aluminiumInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen doppelwandigen,
isolierten Behälter für tiefsiedende verflüssigte Gase
mit mindestens einem gekühlten Strahlungsschild im
Isolationsraum, auf dem eine Kühlleitung befestigt ist.
Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik
bezug genommen, wie er beispielweise aus folgenden Ver
öffentlichungen bekannt geworden ist:
- - DE-OS 25 48 289
- - Fachbuch Tieftemperaturtechnik "Verfasser Hansen/ Linde", 2. Auflage 1985, Seite 489
- - gas aktuell (Firmenzeitschrift der Anmelderin) Nr. 36 1989, Seite 17-21 "Flüssigwasserstoff als Kraftstoff in Versuchsfahrzeugen" und
- - Seite 22-29 "Flüssigwasserstoff - eine neue Produktlinie"
- - gas aktuell (Firmenzeitschrift der Anmelderin) Nr. 39 1990, Seite 9-11, "Kryogenes Weltraum- Equipment für CRISTA".
Aus diesen Veröffentlichungen sind doppelwandige Behäl
ter bekannt, bei denen im Isolationsraum (Vakuumraum
mit Mehrschichten-Superisolation), inbesondere zur
Verbesserung der Isolation und damit der Abdampfrate
gekühlte Strahlungsschilde vorgesehen sind. Bei dem
im oben genannten Fachbuch angegebenen Behälter be
steht dabei das Strahlungsschild aus Kupferblech, an
welchem die Kühlleitung (Kupferrohrwindungen) ange
lötet ist.
Bei den in gas aktuell 36 beschriebenen Behältern ist
das Strahlungsschild aus Aluminiumblech, an welchem
die Kühlleitung mit einem Kleber (Al-versetztes Kunst
harz, 80Vol% Al, 20 Vol% Epoxidharz) angeklebt ist,
da es fertigungstechnisch keine Verbindungsmöglichkeit
(Löten, Schweißen) für Cu und Al gibt.
Bei Anwendung dieser bekannt gewordenen Verbindungs
verfahren kann es zu Schwankungen in bezug auf die
Isolation und damit der Abdampfrate von an sich gleich
ausgebildeten Behältern kommen, wodurch eine Qualitäts
streuung auftreten kann, was insbesondere bei einer
Serienfertigung z. B. von Fahrzeug-Tanks für flüssigen
Wasserstoff, ungünstig ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist ein Behälter
zu schaffen, der eine Verbindung zwischen Strahlungs
schild und Kühlleitung aufweist, die sowohl eine mög
lichst kleine Qualitätsstreuung, insbesondere in bezug
auf die Behälterisolation und Abdampfrate bei der Be
hälterfertigung in Serien, gewährleistet als auch die
Abgaskühlung verbessert.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Dabei wird vorteilhaft durch das Metallgewebeband er
reicht,
- - eine wirtschaftliche Verbindungstechnik zwischen gleichen Materialien (Schild und Kühlleitung besteht aus Kupfer) und auch ungleichen Materialien (Alu miniumschild, Kupferkühlleitung), da nur ein geringer Vorbereitungsaufwand erforderlich ist und ferner z. B. das beim Kleben notwendige Aushärten des Klebers entfällt, wodurch die Fertigungszeit verkürzt wird.
- - eine elastische (beim Löten nicht gegebene) Verbin dung, so daß das Wärmeausdehnungs- und Schrumpfungs verhalten der Materialien sowie eine dynamische Be anspruchung der Kontaktstelle zu keiner Qualitäts verschlechterung führt.
- - eine Elastizität der Verbindung, die auch bei kryo genen Temperaturen beibehalten wird, was bei den Klebverbindungen nicht gewährleistet ist.
- - eine Kompensation von Oberflächenunebenheiten zwischen Strahlungsschild und Kühlleitung
- - eine Vergrößerung der Kontaktfläche (Flächenberührung), wodurch die Wärmeübertragung wesentlich verbessert wird
- - eine durchschnittlich 2000-fach verbesserte Wärme leitfähigkeit von Cu im Gegensatz zum Kunstharz, die den schnellen Abtransport der eingefallenen Wärme ge währleistet, wodurch eine Verbesserung der Abdampf rate erreicht wird
- - eine Verbindung ohne Wärmeentwicklung und damit keine Beschädigung der hochtemperaturunbeständigen Super isolation.
Das Metallgewebeband ist vorteilhaft ein Kupfer- vor
zugsweise E-Cu-Gewebeband, das besonders wirtschaft
lich ist, ferner die Kontaktfläche zwischen Strahlungs
schild und Kühlleitung vergrößert und darüber hinaus
den Anforderungen der Thermodynamik (gute Wärmeleit
fähigkeit (λ) im Bereich 20 K ... 273 K), der Mechanik
(Elastizität bei dynamischem Verhalten der Basismate
rialien Al-Schild und Cu-Rohr) und der Wirtschaftlich
keit entspricht.
Das Kupfergewebeband ist besonders vorteilhaft bei
ungleichen Materialien einsetzbar, besonders in dem
Fall, wenn das Strahlungsschild aus Aluminium und die
Kühlleitung aus Kupfer besteht. Dabei erfolgt bevor
zugt die Verbindung Strahlungsschild, Gewebeband, Kühl
leitung über Schellen, die mit einer Verbindungstech
nik ohne Wäremeentwicklung, z. B. Schrauben, Vernieten,
mit dem Strahlungsschild verbunden sind.
Mit den Schellen und der dazugehörigen Verbindung wird
bevorzugt ein Druck auf das Kontaktmaterial ausgeübt
und so vorteilhaft eine Kompensation von Oberflächen
unebenheiten durch Zusammenpressen des Gewebebandes
erreicht.
Hinzu kommt, daß durch die "wärmelose Verbindung"
keine Beschädigung der nicht hochtemperaturbeständigen
Superisolation in der Umgebung der Kontaktstelle er
folgt, was in bezug auf die Qualität der Isolation
ebenfalls günstig ist.
Nach der Erfindung sind die Schellen bevorzugt mit dem
Strahlungsschild vernietet, da diese Nietverbindung
besonders schnell und einfach und damit wirtschaftlich
hergestellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Dabei veranschaulicht
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kfz-
Tanks für Flüssigwasserstoff mit Steuer-
und Regeleinrichtungen,
Fig. 2a+b, Fig. 3 Darstellungen der Verbindung Strah
lungsschild Kühlrohr nach der Er
findung.
In Fig. 1 ist ein Kfz-Tank für Flüssigwasserstoff mit
10 bezeichnet, und als doppelwandiger, isolierter Be
hälter ausgebildet.
Der Tank 10 besteht aus einem Innenbehälter 11 mit
einem Fassungsvermögen von z. B. 93 Litern bei 0,5 MPa
maximalem Betriebsdruck, der in einem Abstand von 40 mm
vom Außenbehältermantel 12 umgeben ist. Um den Wärme
transport zwischen der umgebungswarmen Außenhülle und
der -253°C kalten Oberfläche des Innenbehälters auf
grund von Konvektion, Leitung und Strahlung auf weniger
als 10-4 (Wm-1K-1) zu reduzieren, ist der Zwischenraum
13 evakuiert. Im Vakuumraum 13 befindet sich eine Mehr
schichten-Superisolation (10 µm Aluminium Folien; 70 µm
Glasfaser-Papier). Das im Innenbehälter 11 verdampfende
Gas wird zunächst den Kühlleitungen 14, 15 zugeführt,
wodurch zwei Strahlungsschilder 16, 17, die um den
Innenbehälter 11 angeordnet sind, gekühlt werden. Die
Strahlungsschilder 16, 17 sind aus Aluminium gefertigt
und die Kühlleitungen 14, 15 aus Kupfer, wobei die
Kühlleitungen 14, 15 als Kühlschlangen um die Strah
lungsschilder 16, 17 geführt sind.
Der einwandfreie Betrieb des Tanks 10 im Fahrzeug er
fordert zusätzliche Steuer- und Regel-Einrichtungen.
In den Tank selbst führen insgesamt drei Leitungen.
Zwei (18, 19) werden für die Befüllung bzw. Entnahme
und die Versorgung des Motors benötigt. Die dritte
Leitung (nicht dargestellt) dient als Durchführung für
die elektrischen Anschlüsse einer im Innenbehälter 11
angeordneten, kapazitiven Füllstandssonde 20 und einer
elektrischen Zusatzheizung 21. Diese Zusatzheizung 21
sorgt unter bestimmten Entnahme-Bedingungen dafür, daß
der Behälterdruck nicht zu weit abfällt.
Um den gesamten Wärmeeinfall in den Behälter so gering
wie möglich zu halten, sind alle für die Betankung und
Motorversorgung erforderlichen Ventile außerhalb des
Tanks in einer separaten Steuereinheit 22 untergebracht.
Diese für sich vakuumisolierte Ventilkombination ent
hält die Anschlüsse für die Betankung und ist mit dem
Fahrzeugtank 10 bzw. der zum Motor führenden Kraft
stoffleitung 23 über lösbare, vakuumisolierte Leitungen
verbunden. Die Kombination und Schaltung der Ventile
(4 Magnet- und 3 Rückschlagventile) sind in einer sehr
kompakten, gewichts- und platzsparenden Anordnung zu
sammengefaßt. Die Ansteuerung der Ventile erfolgt in
allen Betriebszuständen über eine frei programmierbare
elektronische Steuerung. So kann z. B. - abhängig vom
aktuellen Tankdruck - der Motor wahlweise mit Flüssig
keit oder Kaltgas versorgt werden. Auf diese Weise
läßt sich die Speicherökonomie verbessern; Wenn man
den Tankdruck durch Entnahme aus der Gasphase herunter
gefahren hat, bevor das Fahrzeug abgestellt wird, kann
der restliche Tankinhalt anschließend über längere
Zeit ohne Verdampfungsverluste gespeichert werden.
Die Verbindung zwischen dem Aluminium-Strahlungsschild
16 (bzw. 17) und der Kühlleitung 14 (bzw. 15) ist in
Fig. 2a und b dargestellt. Dabei ist zwischen dem
Schild 16, das aus einem Aluminiumblech mit einer
Stärke von 2 mm gefertigt ist und der Kupferkühllei
tung 14 (Abmessung 16×1 mm) ein Kupfergewebeband 24
als Kontaktmaterial angeordnet.
Bevorzugt wird ein E-Cu-Gewebeband hochflexibel in
Anlehnung an DIN 46 444 (flachgewalzte Schläuche)
Werkstoff: E-Cu-blank verwendet, welches beim Ausfüh
rungsbeispiel folgende Kenndaten aufweist:
Querschnitt: 6 mm2, Leiteraufbau: 24×66×0,07 mm,
Breite:10 mm, Stärke 1,3 mm, Gewicht: 6 Kg/%m.
Die Kühlleitung 14 und das Kontaktmaterial (Kupfer
gewebeband) 24 werden über Schellen 25 aus Kupfer
gegen das Strahlungsschild 16 gepreßt, wobei das
Kupfergewebeband zusammengepreßt wird. Die Schellen 25
sind bevorzugt im gleichen Abstand von ca. 50 mm
vorgesehen und mit Nieten 26 an dem Schild befestigt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Schellen
25 über Schraubverbindungen zu befestigen.
Untersuchungen haben ergeben, daß unter Berücksichtigung
der thermodynamischen, mechanischen und wirtschaftlichen
Aspekte das Cu-Gewebeband ein besonders vorteilhaftes
Kontaktmaterial ist.
Aufgrund des überdurchschnittlich guten Wärmeleitver
mögens im Tieftemperaturbereich wird eine wesentlich
verbessserte Wärmeabgabe an das nach außen strömende
Gas erreicht. Die Kontaktfläche wird dadurch zur
"Wärmesenke", der Temperaturgradient steigt und
begünstigt den Wärmestrom entlang des Kühlschildes zur
Kontaktstelle, von wo aus die Wärme nach außen trans
portiert wird. Der Effekt der Abgaskühlung wird ver
stärkt. Der gute Kontakt bleibt auch bei tiefen Tempe
raturen mit Sicherheit erhalten. Wärmeausdehnungen und
Schrumpfungen werden kompensiert. Die geringen Material-
und Fertigungskosten bewirken ferner eine Gesamtkosten
einsparung gegenüber den bisherigen Verbindungen, was
insbesondere bei einer Serienfertigung von Bedeutung
ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verbindung ist
selbstverständlich auch bei anderen Tieftemperaturvor
richtungen, Geräten etc. einsetzbar, bei denen äqui
valente Probleme wie bei den beschriebenen Behältern
auftreten, wie es z. B. bei Kryostaten der Fall ist.
So besteht eine weitere Anwendungsmöglichkeit (s. Fig. 3)
bei der Kontaktierung der Al-Strahlungsschilde 30
am Behälterhalsrohr 31. Dabei werden die Al-Schilde 30
mittig (Bund 32) aufgebogen, der "Teller" geschlitzt,
um das Halsrohr 31 gelegt und mit einer Schelle 34 be
festigt. Durch Zwischenlegen des Cu-Bandes 33 wird
nach bekannten Materialeigenschaften (Wärmefähigkeit,
Elastizität) der Wärmeübergang wesentlich verbessert.
Ein weiterer möglicher Anwendungsfall ist der Ersatz
der bisherigen Kontaktierung bei Behältern mit einge
lötetem Druckzusatz. Dabei werden die zum Druckaufbau
nötigen Kupferleitungen nicht wie bisher an den Innen
wandungen der Außenbehälter aus CrNi-Stahl gelötet,
sondern z. B. über Schellen mit zwischen Außenbehälter
und Kupferleitungen angeordnetem Cu-Gewebeband be
festigt.
Es werden dadurch folgende Vorteile erreicht:
- - Einsparung des gesamten Weichlotes (bis 3 kg)
- - Entfall der Warmbehandlung
- - Reinigungsarbeiten vor bzw. nach dem Löten entfallen
- - Bessere Wärmeleiteigenschaften
- - Kleinerer Fertigungsaufwand (Zeiteinsparung)
- - Besserer Arbeitsschutz (keine Flußmitteldämpfe).
Claims (5)
1. Doppelwandiger, isolierter Behälter für tiefsiedende
verflüssigte Gase, mit mindestens einem gekühlten
Strahlungsschild im Isolationsraum, auf dem eine
Kühlleitung befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Strahlungsschild (16 bzw. 17 bzw.
30) und der Kühlleitung (14 bzw. 15 bzw. 31) ein
Metallgewebeband (24 bzw. 33) als Kontaktmaterial
angeordnet ist.
2. Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallgewebeband (24 bzw. 33) ein Kupfer-,
vorzugsweise E-Cu-Gewebeband ist.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahlungsschild (16 bzw. 17 bzw. 30) aus
Aluminium und die Kühlleitung (14 bzw. 15 bzw. 31)
aus Kupfer besteht.
4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlleitung (14 bzw. 15 bzw. 30) und das
Kontaktmaterial (24 bzw. 33) mittels Schellen (26
bzw. 34) an dem Strahlungsschild (16 bzw. 17 bzw.
30) befestigt sind.
5. Behälter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schellen (24) mit dem Strahlungsschild (16
bzw. 17) vernietet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904041170 DE4041170C1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Double-walled insulated container - incorporates metal woven band with shield made of aluminium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904041170 DE4041170C1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Double-walled insulated container - incorporates metal woven band with shield made of aluminium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4041170C1 true DE4041170C1 (en) | 1991-11-28 |
Family
ID=6421024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904041170 Expired - Lifetime DE4041170C1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Double-walled insulated container - incorporates metal woven band with shield made of aluminium |
Country Status (1)
Country | Link |
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