EP4652397A1 - Speicherbehälter und verfahren - Google Patents

Speicherbehälter und verfahren

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Publication number
EP4652397A1
EP4652397A1 EP24700170.4A EP24700170A EP4652397A1 EP 4652397 A1 EP4652397 A1 EP 4652397A1 EP 24700170 A EP24700170 A EP 24700170A EP 4652397 A1 EP4652397 A1 EP 4652397A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulation
layers
storage container
section
support frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700170.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hofmeister
Heinz Posselt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP4652397A1 publication Critical patent/EP4652397A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles

Definitions

  • the invention relates to a storage container for storing a cryogen and a method for producing a bottom insulation for such a storage container.
  • the applicant is aware of in-house double-walled storage containers for liquid hydrogen, which have an outer container and an inner container arranged within the outer container for holding the liquid hydrogen.
  • a gap provided between the inner container and the outer container is subjected to a vacuum.
  • a multi-layer insulation layer can be arranged in the gap, which envelops the inner container.
  • the inner container is cylindrical, with the insulation layer on the bottom sections being made up of individual layers of metallic foil and non-metallic intermediate layers.
  • US 3 540 615 A relates to a multilayer insulation for cryogenic containers and forms the preamble of claim 1.
  • an object of the present invention is to provide an improved storage container.
  • the storage container comprises an inner container for accommodating the cryogen, an outer container in which the inner container is accommodated, and an insulation layer which envelops the inner container, wherein the inner container has a tubular base section and two bottom sections which close the base section at the front, wherein the insulation layer has bottom insulations attached to the bottom sections, and wherein each bottom insulation is composed of a plurality of ring-segment-shaped insulation elements.
  • the storage container is particularly suitable for transporting the cryogen. Therefore, the storage container can also be referred to as a transport container.
  • the storage container is at least double-walled and can therefore also be referred to as a double-walled storage container.
  • the cryogen can be liquid hydrogen.
  • the term "cryogen” can therefore be exchanged for the term "hydrogen” and vice versa.
  • the cryogen can also be liquid helium, liquid nitrogen, liquid oxygen, argon, neon or the like.
  • the storage container is preferably suitable for holding liquid hydrogen, it can also be referred to as a hydrogen storage container or a hydrogen storage tank.
  • the storage container can be part of a vehicle, in particular a watercraft. In this case, the storage container is suitable for mobile applications. However, the storage container can also be used stationary, for example in building technology.
  • the storage container is preferably constructed rotationally symmetrically to a symmetry or central axis. Accordingly, the inner container and the outer container are also constructed rotationally symmetrically to the central axis.
  • the storage container is preferably arranged such that the central axis runs perpendicular to a direction of gravity. This means that the storage container is arranged horizontally. However, the storage container can also be arranged vertically. In this case, the central axis is oriented parallel to the direction of gravity.
  • the inner container and the outer container are preferably both cylindrical.
  • the outer container like the inner container, preferably has a tubular or cylindrical base section that is rotationally symmetrical to the central axis. Both the base section of the inner container and the base section of the outer container are preferably closed at the end with two outwardly curved base sections. However, this is not absolutely necessary.
  • the base sections can also be designed differently.
  • the inner container is in particular arranged completely within the outer container, so that the outer container completely or partially envelops or covers the inner container.
  • the inner container can also be referred to as an inner tank.
  • the outer container can also be referred to as an outer tank.
  • the bottom sections of the inner container are preferably welded to the base section of the inner container.
  • a corresponding bottom weld seam is provided.
  • a bottom insulation as mentioned above is attached to each of the bottom sections. This means in particular that Preferably two bottom insulations are provided, which are part of the insulation layer surrounding the inner container.
  • a "ring segment” is understood here to mean a section of a ring.
  • the floor insulation is preferably ring-shaped.
  • the floor insulation preferably has a central opening through which a central nozzle attached to the respective floor section can be passed. Each floor section can be assigned such a central nozzle.
  • the inner container is suspended from the outer container with the help of the central nozzle.
  • the insulation elements are in particular prefabricated.
  • the insulation elements have a (commercially available) multilayer insulation (MLI).
  • MMI multilayer insulation
  • the insulation elements are block-shaped.
  • the insulation elements are arranged next to one another to form the floor insulation.
  • the insulation elements are in particular wedge-shaped or pie-shaped.
  • the floor insulation has a plurality of insulation layers arranged one above the other, each of which is composed of a plurality of insulation elements, wherein the insulation elements of the different insulation layers are arranged circumferentially offset from one another.
  • the number of insulation layers is arbitrary. For example, two, three, four, five or more than five such insulation layers can be provided, which are arranged one above the other. However, at least two insulation layers are provided. Because the insulation elements of the different insulation layers are arranged offset from one another around the circumference, abutting edges of the insulation elements of an insulation layer are oriented in such a way that they are covered by insulation elements of an insulation layer above or below it. In particular, each insulation element has two abutting edges that are arranged at an angle to one another. When forming the floor insulation, the insulation elements are arranged in such a way that abutting edges of adjacent insulation elements face one another.
  • the floor insulation has a supporting frame that supports the insulation layers. This makes it possible to form a (self-supporting) assembly consisting of a supporting frame and insulation elements applied to it, which can be pre-assembled and then applied to a respective floor section.
  • the supporting structure is curved in particular like the respective floor section.
  • the supporting structure can be strut-shaped or lattice-shaped.
  • the supporting structure is made of expanded metal.
  • the supporting structure is firmly connected to the respective floor section.
  • the supporting structure can be welded to the respective floor section.
  • the floor insulation has a holding plate, wherein the insulation layers are arranged between the supporting structure and the holding plate.
  • the retaining plate can be an aluminum sheet, for example.
  • To form the floor insulation several layers of insulation are first placed on the supporting frame and then covered with the retaining plate. This results in a sandwich-like structure of the floor insulation, with the layers of insulation placed between the supporting frame and the retaining plate.
  • the supporting frame, the insulation layers and the retaining plate are sewn together.
  • stainless steel wire can be used as the suture material.
  • several ring-shaped sutures can be provided.
  • the sutures can run radially and/or circumferentially as desired.
  • the sutures can also be zigzag-shaped.
  • the floor insulation has a ring connected to the support structure which runs around the base section.
  • the ring is guided in particular over the respective floor weld seam, which connects the respective floor section to the base section.
  • the ring can, for example, be connected directly to the supporting structure. However, the ring can also be connected to the supporting structure using strip-shaped or sheet-shaped connectors.
  • the ring is connected to the base portion by means of strip-shaped connectors.
  • the connectors can also be used to connect the ring to the supporting structure.
  • the connectors are strip-shaped or band-shaped.
  • the connectors are welded to the base section.
  • appropriate pads or welding points can be provided on the base section.
  • the insulation elements are folded over an edge of the supporting frame, so that the insulation layers each have a first section arranged on the supporting frame and a second section folded over the edge.
  • the first sections of the insulation layers are arranged one above the other.
  • the first sections are arranged between the support frame and the aforementioned retaining plate.
  • the second sections are ring-shaped or tubular.
  • the second sections can cover the aforementioned ring.
  • the second section of the second insulation layer is preferably shorter in the axial direction of the storage container than the second section of the first insulation layer.
  • the second section of the first insulation layer does not completely cover the second section of the second insulation layer, so that an area of the first insulation layer remains uncovered by the second insulation layer.
  • the second sections of different insulation layers are therefore preferably cut in such a way that a stepped geometry results in the second sections.
  • a respective nth insulation layer therefore preferably has a shorter second section than the respective (n-1)th insulation layer located underneath it.
  • the second section is fixed by means of an annular retaining plate.
  • Such a retaining plate can be assigned to each second section.
  • the ring-shaped retaining plates are attached to the insulation layers.
  • the retaining plates are aluminum sheets.
  • the insulation elements have a plurality of alternately arranged layers of metallic foil and non-metallic material layer.
  • the metallic foil can be a metal foil or a metal-coated foil.
  • the insulation elements have a plurality of alternately arranged layers of aluminum foil and glass paper and/or glass silk.
  • each insulation element comprises ten to fifteen alternating layers of aluminum foil and glass paper and/or glass silk.
  • the layers or layers of perforated and/or embossed aluminum foil act as a reflector and the glass paper and/or glass silk act as a spacer between adjacent aluminum foils.
  • mutually facing abutting edges of the insulation elements are wrapped with a non-metallic material layer, preferably with glass paper and/or glass silk.
  • the insulation elements are placed in particular in such a way that there is no gap or a gap of only a few millimeters between the abutting edges of adjacent insulation elements.
  • the insulation layer has a plurality of alternately arranged layers of metallic foil and non-metallic material layer (multilayer insulation), in particular a plurality of alternately arranged layers of perforated and/or embossed aluminum foil and glass paper and/or glass silk wound on the base portion.
  • a metallic foil may be a metal foil or a metal-coated foil.
  • the bottom insulation is attached to the bottom sections of the inner container.
  • the layers of, for example, aluminium foil and glass paper and/or glass silk are then wound onto the base section.
  • the previously mentioned step geometry on the second sections of the insulation layers can be covered by the layers of aluminium foil and glass paper and/or glass silk wound onto the base section.
  • a method for producing a bottom insulation for a storage container for storing a cryogen comprises the following steps: a) providing a support structure, and b) arranging a plurality of ring-segment-shaped insulation elements next to one another on the support structure in order to form the bottom insulation.
  • the support structure is placed on a base mold.
  • the base mold has a curved geometry that corresponds to the geometry of the base sections of the inner container.
  • the base mold can also be referred to as a dummy base.
  • the base insulation is prefabricated on the base mold. As soon as all components of the base insulation have been assembled, it is lifted off the base mold and attached to the storage container. Then, as previously mentioned, a large number of alternating layers of aluminum foil and glass paper and/or glass silk are wound onto the base section.
  • a plurality of insulation layers arranged one above the other are formed, each of which is composed of a plurality of insulation elements, wherein the insulation elements of the different insulation layers are arranged circumferentially offset from one another.
  • the number of insulation layers arranged one above the other is arbitrary.
  • the insulation elements are arranged in such a way that the abutting edges of the insulation elements of two insulation layers arranged directly on top of each other are arranged in such a way that the abutting edges do not overlap each other.
  • step b) the insulation elements are folded over an edge of the support frame, so that the insulation layers each have a first section arranged on the support frame and a second section folded over the edge.
  • the second section After the second section has been folded over, it is cut to size so that it has a tubular or hollow-cylindrical geometry.
  • the second sections of insulation layers arranged one above the other are preferably cut to size so that they form several steps, thus resulting in a step-like geometry as mentioned above on the second sections.
  • the second sections can be wrapped in a non-metallic material layer, for example in glass paper and/or glass silk.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a storage container
  • Fig. 2 shows the detailed view II according to Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of an embodiment of a bottom insulation for the storage tank according to Fig. 1;
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of the floor insulation according to the section line IV-IV of Fig. 3;
  • Fig. 5 shows a schematic plan view of an embodiment of an insulation element for the floor insulation according to Fig. 3;
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of the insulation element according to the section line VI-VI of Fig. 5;
  • Fig. 7 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing the floor insulation according to Fig. 3;
  • Fig. 8 shows a schematic view of the bottom insulation of Figs. 3 and 4 applied to a bottom section of the inner container
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a storage container 1.
  • Fig. 2 shows the detailed view II according to Fig. 1.
  • the storage container 1 can also be referred to as a storage tank.
  • cryogenic fluids or liquids, or cryogens for short in addition to the previously mentioned hydrogen H2
  • the storage container 1 can be a transport container.
  • liquid hydrogen H2 can be transported with the storage container 1.
  • the storage container 1 can be part of a vehicle, in particular a watercraft. In this case, the storage container 1 is suitable for mobile applications. However, the storage container 1 can also be used stationary, for example in building technology.
  • the storage container 1 is preferably constructed rotationally symmetrically to a symmetry or central axis 2.
  • the central axis 2 is oriented perpendicular to a direction of gravity g.
  • the storage container 1 comprises a first container or inner container 3, which is also constructed rotationally symmetrically to the central axis 2.
  • the inner container 3 comprises a tubular or cylindrical base section 4, which is also constructed rotationally symmetrically to the central axis 2.
  • the base section 4 can have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the base section 4 is closed on both sides at the front with the aid of a cover section or base section 5, 6.
  • the base sections 5, 6 are curved.
  • a first base section 5 and a second base section 6 are curved in opposite directions, so that the base sections 5, 6 are curved outwards with respect to the base section 4.
  • the inner container 3 is fluid-tight, in particular gas-tight.
  • the inner container 3 can be made of stainless steel.
  • the liquid hydrogen H2 is contained in the inner container 3. As long as the hydrogen H2 is in the two-phase region, a gas zone 7 with vaporized hydrogen, H2, and a liquid zone 8 with liquid hydrogen H2 can be provided in the inner container 3. After being filled into the inner container 3, the hydrogen H2 therefore has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous. This means that there is a phase boundary 9 in the inner container 3 between the liquid hydrogen H2 and the gaseous hydrogen H2.
  • the inner container 3 is arranged completely within a second container or outer container 10.
  • the storage container 1 is thus double-walled.
  • the outer container 10 is also constructed rotationally symmetrically to the central axis 2.
  • the outer container 10, like the inner container 3, comprises a tubular or cylindrical base section 11 which is constructed rotationally symmetrically to the central axis 2.
  • the base section 11 can have a circular or almost circular geometry in cross section.
  • the base section 11 is closed at the front by a cover section or bottom section 12, 13.
  • a first bottom section 12 and a second bottom section 13 are provided.
  • the bottom sections 12, 13 are curved in opposite directions, so that the bottom sections 12, 13 are curved outwards with respect to the base section 11.
  • the outer container 10 is fluid-tight, in particular gas-tight.
  • the outer container 10 can also be made of stainless steel.
  • a gap 14 is provided that completely surrounds or envelops the inner container 3.
  • the gap 14 is subjected to a vacuum.
  • a vacuum is to be understood in particular as a pressure of less than 300 mbar, preferably less than 10 -3 mbar, more preferably less than 10 -5 mbar.
  • the storage container 1 is thus vacuum-insulated or vacuum-insulated.
  • the fact that the gap 14 completely "envelops” or “envelops" the inner container 3 means in the present case that the gap 14 runs completely around the base section 4 on the one hand and is also provided between the two first base sections 5, 12 and between the two second base sections 6, 13.
  • a thermal insulation layer 15 (Fig.
  • the insulation layer 15 encloses both the base section 4 and the bottom sections 5, 6 of the inner container 3.
  • the insulation layer 15 serves for thermal insulation.
  • the insulation layer 15 is multi-layered. This means that the insulation layer 15 comprises a large number of layers or plies.
  • the insulation layer 15 can therefore also be referred to as a multi-layer insulation layer or a multi-layer thermal insulation layer.
  • the insulation layer 15 is a so-called multilayer insulation (MLI).
  • the insulation layer 15 comprises several alternating layers or plies of metallic foil (metal foil or metal-coated foil) and non-metallic material layer, for example perforated and/or embossed aluminum foil 16 as a reflector and glass paper and/or glass silk 17 as a spacer between adjacent aluminum foils 16.
  • metallic foil metal foil or metal-coated foil
  • non-metallic material layer for example perforated and/or embossed aluminum foil 16 as a reflector and glass paper and/or glass silk 17 as a spacer between adjacent aluminum foils 16.
  • the glass paper and/or the glass silk 17 acts as a spacer between two adjacent aluminum foils 16, whereby the insulation layer 15 can be subjected to the vacuum prevailing in the gap 14.
  • the insulation layer 15 only partially fills the gap 14.
  • the insulation layer 15 can also completely fill the gap 14.
  • the insulation layer 15 is located on the outside of the inner container 3.
  • a gap 18 that completely envelops or envelops the insulation layer 15 can be provided between the insulation layer 15 and the outer container 10.
  • the gap 18 is in particular part of the gap 14.
  • the gap 18 can, for example, have a gap width of 100 mm.
  • the gap 18 can be partially or completely filled with rock wool, glass wool or another suitable insulating material attached to the inside of the outer container 10.
  • the layers of, for example, aluminum foil 16 and the layers of, for example, glass paper and/or glass silk 17 are alternately applied to the inner container 3, in particular to the base section 4 of the inner container 3.
  • the production of the insulation layer 15 in the area of the base sections 5, 6 is explained below.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of an embodiment of a floor insulation 19 that can be attached to the floor sections 5, 6.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of the floor insulation 19 according to the section line IV-IV of Fig. 3.
  • the floor insulation 19 is part of the insulation layer 15.
  • the floor insulation 19 is assigned a symmetry or central axis 20, to which the floor insulation 19 can be constructed rotationally symmetrically.
  • the floor insulation 19 is assigned an axial direction A, which can coincide with the central axis 20 or be arranged parallel to it.
  • a radial direction R of the floor insulation 19 is oriented perpendicular to the central axis 20 and away from it.
  • a circumferential direction U is oriented around the central axis 20.
  • the circumferential direction U can be oriented counterclockwise.
  • the circumferential direction U can also be oriented clockwise.
  • a base mold 21 is provided for producing the base insulation 19.
  • the base mold 21 has a curved front side 22 which is oriented upwards in the orientation of Fig. 4.
  • the front side 22 corresponds in terms of its geometry or shape to a geometry or shape of the first base section 5.
  • the base mold 21 can also be referred to as a dummy base.
  • the front side 22 can be curved in the shape of a spherical cap.
  • a "spherical cap" is to be understood as a section of a sphere or a section of a sphere.
  • a support frame 23 is placed on the front side 22 of the floor form 21.
  • the support frame 23 has a curved geometry or shape like the front side 22 or like the first floor section 5.
  • the support frame 23 can be designed in the form of a grid or struts.
  • the support frame 23 is made of expanded metal.
  • the support frame 23 has a central opening 24.
  • a central nozzle (not shown) can be passed through the central opening 24, with the help of which the Inner container 3 can be suspended from the outer container 10.
  • the opening 24 can be constructed rotationally symmetrically to the central axis 20.
  • the support frame 23 is connected, for example welded, to a ring 25 running around the central axis 20.
  • the ring 25 can be guided over a bottom weld seam provided between the first bottom section 5 and the base section 4 in order to connect the support frame 23 together with the ring 25 to the inner container 3.
  • the ring 25 is placed below the support frame 23.
  • the ring 25 can be made from a perforated sheet, for example.
  • a plurality of connectors 26, 27 are attached to the ring 25, of which only two are provided with a reference number in Fig. 4.
  • the number of connectors 26, 27 is arbitrary.
  • the connectors 26, 27 are preferably arranged evenly spaced from one another around the central axis 20.
  • the connectors 26, 27 can be welded to the base section 4. Suitable connection points or welding points can be provided on the base section 4 for this purpose.
  • the connectors 26, 27 can be band-shaped or strip-shaped. For example, sheet metal strips can be used as connectors 26, 27.
  • the connectors 26, 27 can also serve to connect the support frame 23 to the ring 25. This means in particular that a gap (not shown in Fig. 3) can be provided between the support frame 23 and the ring 25, which is bridged or spanned along the axial direction A by the connectors 26, 27. The support frame 23 therefore does not have to be connected directly to the ring 25.
  • a plurality of insulation elements or insulation elements 30, 31 are placed on the support frame 23 in several insulation layers or insulation layers 28, 29, of which only two per insulation layer 28, 29 are provided with a reference number in Fig. 3.
  • a first insulation layer 28 lies on the support frame 23.
  • a second insulation layer 29 lies on the first insulation layer 28, so that the first insulation layer 28 is arranged between the support frame 23 and the second insulation layer 29.
  • the number of insulation layers 28, 29 is arbitrary. For example, three, four, five or more than five insulation layers 28, 29 can be provided. However, at least two insulation layers 28, 29 are provided.
  • Fig. 5 shows a schematic plan view of an embodiment of an insulating element 30 as mentioned above.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of the insulating element 30 according to the section line VI-VI of Fig. 5. In the following, reference is made simultaneously to Figs. 5 and 6.
  • the insulation element 30 is ring-segment-shaped or cake-shaped and comprises a curved inner edge 32, an outer edge 33 and two side edges or abutting edges 34, 35.
  • the abutting edges 34, 35 can also be referred to as cut edges.
  • the insulation elements 30, 31 are wedge-shaped or ring-segment-shaped.
  • a "ring segment” is understood here to mean a section of a ring. Arranged next to one another, several insulation elements 30, 31 accordingly form a ring, in particular in the form of the respective insulation layer 28, 29.
  • the abutting edges 34, 35 are oriented at an angle to one another.
  • the inner edge 32 forms a cylinder section.
  • the inner edge 32 faces the central axis 20.
  • the outer edge 33 faces away from the central axis 20.
  • the insulation element 30 can also be referred to as an insulation package or pie piece package.
  • the insulation element 30 can also be referred to as an MLI element or MLI package.
  • the insulation element 30 is made up of a plurality of alternating layers of reflector layer and spacer layer, generally metallic foil (metal foil or metal-coated foil) and non-metallic material layer, for example aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17. For example, ten to fifteen layers are provided.
  • the abutting edges 34, 35 are wrapped with glass paper and/or glass silk 17.
  • glass paper and/or glass silk 17 other materials can also be used to wrap the abutting edges 34, 35. For example, any fabric, scrim, fleece or the like can be used. Now returning to Fig.
  • the insulation elements 30, 31 are placed next to one another on the support frame 23 to form the first insulation layer 28, viewed along the circumferential direction U.
  • the glass paper and/or glass silk 17 folded over the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 also prevents the aluminum foils 16 of adjacent insulation elements 30, 31 from coming into contact with one another.
  • the insulation elements 30, 31 When they are placed on the support frame 23, the insulation elements 30, 31 are folded down around an edge 36 of the support frame 23, so that the first insulation layer 28 has a first section 37, which rests on the top of the support frame 23, and a second section 38, which rests laterally on the support frame 23 and/or on the ring 25.
  • the second section 38 is tubular or cylindrical.
  • the second section 38 can cover the ring 25 completely or partially.
  • the first insulation layer 28, like the support frame 23 has an opening 39 through which the previously mentioned central connector can be passed.
  • the inner edges 32 of all insulation elements 30, 31 of the first insulation layer 28 form the opening 39.
  • the second section 38 of the first insulation layer 28, which overhangs the side of the support frame 23, is fixed using an annular retaining plate 40.
  • the retaining plate 40 runs completely around the central axis 20 and at least partially covers the second section 38.
  • the retaining plate 40 is optional, however.
  • the second insulation layer 29 is then produced.
  • a large number of insulation elements 30, 31 are placed on the first insulation layer 28.
  • the insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29 are placed such that the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 of the first insulation layer 28, viewed along the circumferential direction U, are offset from the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29, so that no continuous abutment is created in the floor insulation 19.
  • the abutting edges 34, 35 of the two insulation layers 28, 29, viewed along the axial direction A are not placed one above the other.
  • the insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29 are preferably placed such that their abutting edges 34, 35 are located in the middle between the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 of the first insulation layer 28.
  • the insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29 are arranged such that their abutting edges 34, 35 are placed in the middle between the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 of the first insulation layer 28.
  • the insulation elements 30, 31 are placed horizontally on the support frame 23, which in turn lies on the base form 21, which has suitable recesses.
  • the insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29 are folded downwards at the side so that the second insulation layer 29 also has a first section 41 that rests on the first section 37 of the first insulation layer 28 and a second section 42 that rests on the second section 38 of the first insulation layer 28.
  • the second section 42 of the second insulation layer 29 does not completely cover the second section 38 of the first insulation layer 28, so that a stepped geometry results.
  • the second insulation layer 29, like the support frame 23, has an opening 43 through which the previously mentioned central support can be passed.
  • the inner edges 32 of all insulation elements 30, 31 of the second insulation layer 29 form the opening 43.
  • the second section 42 of the second insulation layer 29, which overhangs laterally over the first insulation layer 28, is fixed using an annular retaining plate 44.
  • the retaining plate 44 runs completely around the central axis 20 and at least partially covers the second section 42.
  • the retaining plate 44 is optional, however.
  • the second sections 38, 42 can be cut to size.
  • the second sections 38, 42 can in particular be cut to size and wrapped with glass paper and/or glass silk 17.
  • a centrally vertical ring 25 which is preferably made of a thin sheet and/or a perforated sheet, as described above.
  • the insulation elements 30, 31 of the insulation layers 28, 29 are cut so that the second sections 38, 42 form one or preferably two steps.
  • the resulting cut edges are again wrapped with glass paper and/or glass silk 17.
  • a third to nth insulation layer can be produced.
  • the number of insulation layers 28, 29 is arbitrary. In particular, however, at least two insulation layers 28, 29 are provided.
  • a retaining plate 45 for example an aluminum sheet, is placed on an uppermost insulation layer, in this case the second insulation layer 29.
  • the retaining plate 45 has a central opening 46 through which the previously mentioned central support can be passed.
  • the openings 24, 39, 43, 46 together form an opening 47 that breaks through the center of the floor insulation 19.
  • the retaining plate 45, the insulation layers 28, 29 and the supporting structure 23 are fixed to one another using several seams 48, 49, in other words they are connected to one another, in particular sewn together.
  • a stainless steel wire can be used as the material for the seams 48, 49.
  • the seams 48, 49 can have any geometry. As shown in Fig. 3, the seams 48, 49 can have a circular geometry, for example. However, the seams 48, 49 can run anywhere along the radial direction R and/or the circumferential direction U.
  • the seams 48, 49 can also be designed in a zigzag shape, for example.
  • the floor insulation 19 is now finished and represents a self-supporting assembly that can be lifted off the floor form 21.
  • a traverse can fix two high-strength wires that are connected to the support frame 23 in a tensile manner through the insulation layers 28, 29 with the help of a stop.
  • the wires are removed through the openings 24, 39, 43, 46 or through the opening 47, so that the MLI properties of the insulation layers 28, 29 are only slightly disturbed. As shown in Fig.
  • the ring 25 is guided over a respective bottom weld seam 51 provided between the bottom sections 5, 6 and the base section 4.
  • the connectors 26, 27 attached to the ring 25 are then connected, in particular welded, to the base section 4.
  • Alternating layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17 are then wound onto the base section 4, wherein the stepped second sections 38, 42 of the insulation layers 28, 29 can also be wound in.
  • the bottom insulation 19 then forms, together with the layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17 wound onto the base section 4, the insulation layer 15 that completely envelops the inner container 3.
  • the insulation of the floor sections 5, 6 is thus carried out using the cake-shaped insulation elements 30, 31 made of typically ten to fifteen layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17, with their abutting edges 34, 35 being surrounded by glass paper and/or glass silk 17.
  • the shape of the insulation elements 30, 31 is selected such that, on the one hand, they protrude beyond the floor section 5, 6 in the radial direction R and, on the other hand, are mounted with a butt joint to one another with no gap or with a gap in the millimeter range in order to form the first insulation layer 28.
  • a circumference of the ring 25 is matched to an actual circumference of the inner container 3, so that during assembly the ring 25 can be pulled over the bottom weld seam provided between the respective bottom section 5, 6 and the base section 4.
  • the support frame 23 is mechanically connected to the ring 25 in a tensile manner, for example via protruding sheet metal strips, for example in the form of the connectors 26, 27. These sheet metal strips are welded to suitable pads 50 of the inner container 3, so that the support frame 23 and the ring 25 are mechanically fixed to the inner container 3.
  • the support frame 23 is also welded in the area of the central support onto suitable pads (not shown in Fig. 8) which are provided on the respective base section 5, 6.
  • suitable pads not shown in Fig. 8
  • the parallelism of the cutting edges of the second sections 38, 42 with a circumference of the base section 4 is ensured by means of a circumferential marking on the base section 4.
  • a width of a gap at the second sections 38, 42 viewed along the axial direction A is again between zero and a few millimeters.
  • the working time for providing the bottom sections of the inner container 3 with a bottom insulation is significantly reduced by the pre-assembled bottom insulation compared to a procedure in which the layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17 are laid individually on the inner container.
  • the winding of the base section 4 can be carried out with a reduced crew in at least half the time.
  • the number of layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17 in the area of the floor sections 5, 6 no longer necessarily has to match the number of layers of aluminum foil 16 and glass paper and/or glass silk 17 in the area of the base section 4, so that the number of layers can be optimized independently of one another.
  • Fig. 7 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing the floor insulation 19.
  • the method comprises a step S1 of providing the support frame 23.
  • the provision can comprise producing the support frame 23.
  • a step S2 a plurality of the ring-segment-shaped insulation elements 30, 31 are arranged next to one another on the support frame 23 in order to form the floor insulation 19 or a plurality of insulation layers 28, 29.
  • a plurality of insulation layers 28, 29 arranged one above the other are formed, each of which is composed of a plurality of insulation elements 30, 31.
  • the insulation elements 30, 31 of the different insulation layers 28, 29 are arranged offset from one another around the circumference.
  • the abutting edges 34, 35 of the insulation elements 30, 31 of insulation layers 28, 29 lying one above the other are thus placed offset from one another when viewed along the circumferential direction U.
  • step S2 the insulation elements 30, 31 are folded over the edge 36 of the support frame 23, so that the insulation layers 28, 29 each have the first section 37, 41 arranged on the support frame 23 and the second section 38, 42 folded over the edge 36.
  • the second sections 38, 42 can be cut in a suitable manner so that a stepped geometry results on the second sections 38, 42.

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Abstract

Ein Speicherbehälter (1) zum Speichern eines Kryogens (H2), mit einem Innenbehälter (3) zum Aufnehmen des Kryogens (H2), einem Außenbehälter (10), in welchem der Innenbehälter (3) aufgenommen ist, und einer Isolationsschicht (15), die den Innenbehälter (3) umhüllt, wobei der Innenbehälter (3) einen rohrförmigen Basisabschnitt (4) und zwei den Basisabschnitt (4) stirnseitig verschließende Bodenabschnitte (5, 6) aufweist, wobei die Isolationsschicht (15) an den Bodenabschnitten (5, 6) angebrachte Bodenisolationen (19) aufweist, und wobei jede Bodenisolation (19) aus einer Vielzahl ringsegmentförmiger Isolationselemente (30, 31) zusammengesetzt ist.

Description

Beschreibung
Speicherbehälter und Verfahren
Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter zum Speichern eines Kryogens und ein Verfahren zum Herstellen einer Bodenisolation für einen derartigen Speicherbehälter.
Der Anmelderin sind betriebsintern doppelwandige Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff bekannt, welche einen Außenbehälter und einen innerhalb des Außenbehälters angeordneten Innenbehälter zum Aufnehmen des flüssigen Wasserstoffs aufweisen. Ein zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorgesehener Spalt ist mit einem Vakuum beaufschlagt. In dem Spalt kann eine mehrlagige Isolationsschicht angeordnet sein, die den Innenbehälter einhüllt. Der Innenbehälter ist dabei zylinderförmig, wobei die Isolationsschicht an den Bodenabschnitten aus einzelnen Lagen von metallischer Folie und nicht-metallischen Zwischenschichten aufgebaut ist.
US 3 540 615 A betrifft eine Mehrschicht-Isolation für kryogene Behälter und bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Speicherbehälter zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Speicherbehälter zum Speichern eines Kryogens vorgeschlagen. Der Speicherbehälter umfasst einen Innenbehälter zum Aufnehmen des Kryogens, einen Außenbehälter, in welchem der Innenbehälter aufgenommen ist, und eine Isolationsschicht, die den Innenbehälter umhüllt, wobei der Innenbehälter einen rohrförmigen Basisabschnitt und zwei den Basisabschnitt stirnseitig verschließende Bodenabschnitte aufweist, wobei die Isolationsschicht an den Bodenabschnitten angebrachte Bodenisolationen aufweist, und wobei jede Bodenisolation aus einer Vielzahl ringsegmentförmiger Isolationselemente zusammengesetzt ist.
Der Speicherbehälter ist insbesondere auch zum Transport des Kryogens geeignet. Daher kann der Speicherbehälter auch als Transportbehälter bezeichnet werden. Der Speicherbehälter ist zumindest doppelwandig und kann daher auch als doppelwandiger Speicherbehälter bezeichnet werden. Das Kryogen kann flüssiger Wasserstoff sein. Der Begriff "Kryogen" kann daher vorliegend gegen den Begriff "Wasserstoff" und umgekehrt ausgetauscht werden. Das Kryogen kann jedoch auch flüssiges Helium, flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff, Argon, Neon oder dergleichen sein. Da der Speicherbehälter bevorzugt zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff geeignet ist, kann dieser auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff-Speichertank bezeichnet werden. Der Speicherbehälter kann Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Wasserfahrzeugs, sein. In diesem Fall ist der Speicherbehälter für mobile Anwendungen geeignet. Der Speicherbehälter kann jedoch auch stationär, beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
Der Speicherbehälter ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse aufgebaut. Demgemäß sind auch der Innenbehälter und der Außenbehälter rotationssymmetrisch zu der Mittelachse aufgebaut. Der Speicherbehälter ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Mittelachse senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung verläuft. Das heißt, der Speicherbehälter ist horizontal angeordnet. Der Speicherbehälter kann jedoch auch vertikal angeordnet sein. In diesem Fall ist die Mittelachse parallel zu der Schwerkraftrichtung orientiert.
Der Innenbehälter und der Außenbehälter sind vorzugsweise beide zylinderförmig. Der Außenbehälter weist, wie der Innenbehälter, vorzugsweise einen rohrförmigen oder zylinderförmigen Basisabschnitt auf, der rotationssymmetrisch zu der Mittelachse aufgebaut ist. Sowohl der Basisabschnitt des Innenbehälters als auch der Basisabschnitt des Außenbehälters sind bevorzugt endseitig mit jeweils zwei nach außen gewölbten Bodenabschnitten verschlossen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Bodenabschnitte können auch anders ausgeführt sein. Der Innenbehälter ist insbesondere vollständig innerhalb des Außenbehälters angeordnet, so dass der Außenbehälter den Innenbehälter vollständig oder teilweise umhüllt oder einhüllt. Der Innenbehälter kann auch als Innentank bezeichnet werden. Der Außenbehälter kann auch als Außentank bezeichnet werden.
Die Bodenabschnitte des Innenbehälters sind vorzugsweise mit dem Basisabschnitt des Innenbehälters verschweißt. Hierzu ist jeweils eine entsprechende Bodenschweißnaht vorgesehen. Insbesondere ist an jedem der Bodenabschnitte eine wie zuvor erwähnte Bodenisolation angebracht. Das heißt insbesondere, dass bevorzugt zwei Bodenisolationen vorgesehen sind, welche Teil der den Innenbehälter umhüllenden Isolationsschicht sind.
Unter einem "Ringsegment" ist vorliegend ein Abschnitt eines Rings zu verstehen. Demgemäß ist die Bodenisolation bevorzugt ringförmig. Die Bodenisolation weist vorzugsweise einen mittigen Durchbruch auf, durch den ein an dem jeweiligen Bodenabschnitt angebrachter Zentralstutzen hindurchgeführt sein kann. Jedem Bodenabschnitt kann ein derartiger Zentralstutzen zugeordnet sein. Mit Hilfe der Zentralstutzen ist der Innenbehälter an dem Außenbehälter aufgehängt. Die Isolationselemente sind insbesondere vorgefertigt. Insbesondere weisen die Isolationselemente eine (handelsübliche) Mehrschichtisolierung (Multilayer Insulation = MLI) auf. Beispielsweise sind die Isolationselemente blockförmig. Zum Bilden der Bodenisolation werden die Isolationselemente nebeneinander angeordnet, um die Bodenisolation zu bilden. Die Isolationselemente sind insbesondere keilförmig oder kuchenstückförmig.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Bodenisolation mehrere übereinander angeordnete Isolationslagen auf, die jeweils aus einer Vielzahl von Isolationselementen zusammengesetzt sind, wobei die Isolationselemente der unterschiedlichen Isolationslagen umfänglich zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Anzahl der Isolationslagen ist beliebig. Es können beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder mehr als fünf derartige Isolationslagen vorgesehen sein, die übereinander angeordnet sind. Zumindest sind jedoch zwei Isolationslagen vorgesehen. Dadurch, dass die Isolationselemente der unterschiedlichen Isolationslagen umfänglich zueinander versetzt angeordnet sind, sind Stoßkanten der Isolationselemente einer Isolationslage derart orientiert, dass diese von Isolationselementen einer darüberliegenden oder darunterliegenden Isolationslage abgedeckt werden. Insbesondere weist jedes Isolationselement zwei Stoßkanten auf, die schräg zueinander angeordnet sind. Bei dem Bilden der Bodenisolation werden die Isolationselemente derart angeordnet, dass Stoßkanten benachbarter Isolationselemente einander zugewandt sind. Stoßkanten einer nächsten Isolationslage werden dabei derart angeordnet, dass diese nicht oberhalb von Stoßkanten von Isolationselementen einer darunterliegenden Isolationslage überdeckt werden. "Umfänglich" heißt dabei entlang einer Umfangsrichtung betrachtet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenisolation ein Traggerüst auf, das die Isolationslagen trägt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine (selbsttragende) Baugruppe aus Traggerüst und darauf aufgebrachten Isolationselementen zu bilden, die vormontiert und anschließend auf einen jeweiligen Bodenabschnitt aufgebracht werden kann.
Das Traggerüst ist insbesondere wie der jeweilige Bodenabschnitt gewölbt. Das Traggerüst kann strebenförmig oder gitterförmig sein. Beispielsweise ist das Traggerüst aus Streckmetall gefertigt. Das Traggerüst ist fest mit dem jeweiligen Bodenabschnitt verbunden. Beispielsweise kann das Traggerüst mit dem jeweiligen Bodenabschnitt verschweißt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenisolation ein Halteblech auf, wobei die Isolationslagen zwischen dem Traggerüst und dem Halteblech angeordnet sind.
Das Halteblech kann beispielsweise ein Aluminiumblech sein. Zum Bilden der Bodenisolation werden zunächst mehrere Isolationslagen auf dem Traggerüst abgelegt und anschließend mit dem Halteblech abgedeckt. Es ergibt sich somit ein sandwichartiger Aufbau der Bodenisolation, wobei die Isolationslagen zwischen dem Traggerüst und dem Halteblech platziert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Traggerüst, die Isolationslagen und das Halteblech miteinander vernäht.
Als Nahtmaterial kann beispielsweise ein Edelstahldraht Anwendung finden. Es können beispielsweise mehrere ringförmige Nähte vorgesehen sein. Die Nähte können jedoch beliebig radial und/oder umfänglich verlaufen. Die Nähte können auch zickzackförmig ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenisolation einen mit dem Traggerüst verbundenen Ring auf, der um den Basisabschnitt umläuft. Der Ring wird insbesondere über die jeweilige Bodenschweißnaht geführt, welche den jeweiligen Bodenabschnitt mit dem Basisabschnitt verbindet. Der Ring kann beispielsweise direkt mit dem Traggerüst verbunden sein. Der Ring kann jedoch auch mit Hilfe von streifenförmigen oder blechförmigen Verbindern mit dem Traggerüst verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Ring mit Hilfe von streifenförmigen Verbindern mit dem Basisabschnitt verbunden.
Die Verbinder können auch zum Verbinden des Rings mit dem Traggerüst dienen. Die Verbinder sind streifenförmig oder bandförmig. Beispielsweise sind die Verbinder mit dem Basisabschnitt verschweißt. Hierzu können an dem Basisabschnitt entsprechende Pads oder Schweißpunkte vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Isolationselemente um einen Rand des Traggerüsts umgeschlagen, so dass die Isolationslagen jeweils einen auf dem Traggerüst angeordneten ersten Abschnitt und einen um den Rand umgeschlagenen zweiten Abschnitt aufweisen.
Die ersten Abschnitte der Isolationslagen sind übereinander angeordnet. Insbesondere sind die ersten Abschnitte zwischen dem Traggerüst und dem zuvor erwähnten Halteblech angeordnet. Die zweiten Abschnitte sind ringförmig oder rohrförmig. Beispielsweise können die zweiten Abschnitte den zuvor erwähnten Ring abdecken. Der zweite Abschnitt der zweiten Isolationslage ist in Axialrichtung des Speicherbehälters vorzugsweise kürzer ausgeführt als der zweite Abschnitt der ersten Isolationslage. Hierdurch bedeckt der zweite Abschnitt der ersten Isolationslage den zweiten Abschnitt der zweiten Isolationslage nicht vollständig, sodass ein Bereich der ersten Isolationslage von der zweiten Isolationslage unbedeckt bleibt. Hierdurch ergibt sich eine stufenförmige Geometrie. Die zweiten Abschnitte unterschiedlicher Isolationslagen sind also vorzugsweise derart zugeschnitten, dass sich an den zweiten Abschnitten eine stufenförmige Geometrie ergibt. Eine jeweilige n-te Isolationslage weist also vorzugsweise einen kürzeren zweiten Abschnitt auf als die darunter befindliche jeweilige (n-1 )-te Isolationslage. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Abschnitt mit Hilfe eines ringförmigen Halteblechs fixiert.
Jedem zweiten Abschnitt kann ein derartiges Halteblech zugeordnet sein. Insbesondere werden nach einem Zuschneiden der zweiten Abschnitte die ringförmigen Haltebleche an die Isolationslagen angebracht. Beispielsweise sind die Haltebleche Aluminiumbleche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Isolationselemente eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an metallischer Folie und nicht-metallischer Materialschicht auf. Bei der metallischen Folie kann es sich um eine Metallfolie oder eine mit Metall beschichtete Folie handeln. Vorzugsweise weisen die Isolationselemente eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide auf.
Beispielsweise weist jedes Isolationselement zehn bis fünfzehn abwechselnd angeordnete Lagen an Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide auf. Die Schichten oder Lagen aus perforierter und/oder geprägter Aluminiumfolie fungieren als Reflektor und das Glaspapier und/oder die Glasseide als Abstandshalter zwischen benachbarten Aluminiumfolien.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind einander zugewandte Stoßkanten der Isolationselemente mit einer nicht-metallischen Materialschicht, vorzugsweise mit Glaspapier und/oder Glasseide, eingeschlagen.
Hierdurch wird verhindert, dass sich Aluminiumfolien benachbart angeordneter Isolationselemente kontaktieren. Hierdurch wird ein Wärmeübergang zwischen benachbarten Isolationselementen verhindert. Die Isolationselemente werden insbesondere derart platziert, dass zwischen den Stoßkanten benachbarter Isolationselemente kein Spalt oder ein Spalt im Bereich von nur wenigen Millimetern vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Isolationsschicht eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an metallischer Folie und nicht-metallischer Materialschicht (Mulitlayer Insulation), insbesondere eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an perforierter und/oder geprägter Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide auf, die auf den Basisabschnitt aufgewickelt sind. Eine metallische Folie kann eine Metallfolie oder eine mit Metall beschichtete Folie sein.
Vor dem Aufwickeln der abwechselnd angeordneten Lagen an metallischer Folie und nicht-metallischer Zwischenschichten, beispielsweise Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide, auf dem Basisabschnitt werden die Bodenisolationen an den Bodenabschnitten des Innenbehälters angebracht. Anschließend werden die Lagen an beispielsweise Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide auf den Basisabschnitt aufgewickelt. Hierbei kann die zuvor erwähnte Stufengeometrie an den zweiten Abschnitten der Isolationslagen von den auf den Basisabschnitt aufgewickelten Lagen an Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide abgedeckt werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Bodenisolation für einen Speicherbehälter zum Speichern eines Kryogens vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Traggerüsts, und b) nebeneinander Anordnen einer Vielzahl von ringsegmentförmigen Isolationselementen auf dem Traggerüst, um die Bodenisolation zu bilden.
Wie zuvor erwähnt, wird bei dem nebeneinander Anordnen der Isolationselemente zwischen Stoßkanten benachbarter Isolationselement kein Spalt oder ein Spalt von nur wenigen Millimetern freigelassen. Vor dem Schritt a) wird das Traggerüst insbesondere auf einer Bodenform platziert. Die Bodenform weist eine gewölbte Geometrie auf, welche einer Geometrie der Bodenabschnitte des Innenbehälters entspricht. Die Bodenform kann auch als Dummy-Boden bezeichnet werden. Auf der Bodenform wird die Bodenisolation vorgefertigt. Sobald sämtliche Bauteile der Bodenisolation montiert sind, wird diese von der Bodenform abgehoben und an dem Speicherbehälter angebracht. Anschließend werden, wie zuvor erwähnt, eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an Aluminiumfolie und Glaspapier und/oder Glasseide auf den Basisabschnitt aufgewickelt.
Gemäß einer Ausführungsform werden bei dem Schritt b) mehrere übereinander angeordnete Isolationslagen gebildet, die jeweils aus einer Vielzahl von Isolationselementen zusammengesetzt werden, wobei die Isolationselemente der unterschiedlichen Isolationslagen umfänglich zueinander versetzt angeordnet werden. Wie zuvor erwähnt, ist die Anzahl der übereinander angeordneten Isolationslagen beliebig. Bei dem Aufbauen der Isolationslagen werden die Isolationselemente derart angeordnet, dass Stoßkanten der Isolationselemente zweier direkt aufeinander angeordneter Isolationslagen derart angeordnet sind, dass die Stoßkanten einander nicht überdecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei dem Schritt b) die Isolationselemente um einen Rand des Traggerüsts umgeschlagen, so dass die Isolationslagen jeweils einen auf dem Traggerüst angeordneten ersten Abschnitt und einen um den Rand umgeschlagenen zweiten Abschnitt aufweisen.
Nach dem Umschlagen des zweiten Abschnitts wird dieser jeweils zugeschnitten, so dass dieser eine rohrförmige oder hohlzylinderförmige Geometrie aufweist. Die zweiten Abschnitte übereinander angeordneter Isolationslagen werden vorzugsweise derart zugeschnitten, dass diese eine mehrere Stufen bilden, sich also eine wie zuvor erwähnte stufenförmige Geometrie an den zweiten Abschnitten ergibt. Die zweiten Abschnitte können in eine nicht-metallische Materialschicht, beispielsweise in Glaspapier und/oder Glasseide, eingeschlagen werden.
"Ein" ist vorliegend nicht zwangsweise als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine genaue Beschränkung auf genau die entsprechende Anzahl von Elementen verwirklicht sein muss. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich.
Weitere mögliche Implementierungen des Speicherbehälters und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Speicherbehälters und/oder des Verfahrens hinzufügen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Speicherbehälters und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Speicherbehälters und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Speicherbehälter und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Speicherbehälters;
Fig. 2 zeigt die Detailansicht II gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer Bodenisolation für den Speicherbehälter gemäß Fig. 1 ;
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht der Bodenisolation gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform eines Isolationselements für die Bodenisolation gemäß Fig. 3;
Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht des Isolationselements gemäß der Schnittlinie Vl-Vl der Fig. 5;
Fig. 7 zeigt eine schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der Bodenisolation gemäß Fig. 3; und
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht der auf einen Bodenabschnitt des Innenbehälters aufgebrachten Bodenisolation der Fig. 3 und 4
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Speicherbehälters 1. Die Fig. 2 zeigt die Detailansicht II gemäß der Fig. 1. Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen. Der Speicherbehälter 1 kann auch als Speichertank bezeichnet werden. Der Speicherbehälter 1 ist bevorzugt zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff H2 (Siedepunkt: 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C) geeignet. Daher kann der Speicherbehälter 1 auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff- Speichertank bezeichnet werden. Der Speicherbehälter 1 kann jedoch auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten Wasserstoff H2 flüssiges Helium He (Siedepunkt 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt 1 bara: 77,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff 02 (Siedepunkt: 1 bara: 90,18 K = -182,97° C).
Der Speicherbehälter 1 kann ein Transportbehälter sein. Beispielsweise kann mit dem Speicherbehälter 1 flüssiger Wasserstoff H2 transportiert werden. Der Speicherbehälter 1 kann Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Wasserfahrzeugs, sein. In diesem Fall ist der Speicherbehälter 1 für mobile Anwendungen geeignet. Der Speicherbehälter 1 kann jedoch auch stationär, beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
Der Speicherbehälter 1 ist bevorzugt rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse 2 aufgebaut. Die Mittelachse 2 ist senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung g orientiert. Der Speicherbehälter 1 umfasst einen ersten Behälter oder Innenbehälter 3, der ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 2 aufgebaut ist. Der Innenbehälter 3 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 4, der ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 2 aufgebaut ist. Der Basisabschnitt 4 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen.
Der Basisabschnitt 4 ist stirnseitig beidseits jeweils mit Hilfe eines Deckelabschnitts oder Bodenabschnitts 5, 6 verschlossen. Die Bodenabschnitte 5, 6 sind gewölbt. Ein erster Bodenabschnitt 5 und ein zweiter Bodenabschnitt 6 sind gegensinnig gewölbt, so dass die Bodenabschnitte 5, 6 bezüglich des Basisabschnitts 4 nach außen gewölbt sind. Der Innenbehälter 3 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht. Der Innenbehälter 3 kann aus Edelstahl gefertigt sein. In dem Innenbehälter 3 ist der flüssige Wasserstoff H2 aufgenommen. In dem Innenbehälter 3 können, solange sich der Wasserstoff H2 im Zweiphasengebiet befindet, eine Gaszone 7 mit verdampftem Wasserstoff, H2 und eine Flüssigkeitszone 8 mit flüssigem Wasserstoff H2 vorgesehen sein. Der Wasserstoff H2 weist also nach dem Einfüllen in den Innenbehälter 3 zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das heißt, in dem Innenbehälter 3 befindet sich eine Phasengrenze 9 zwischen dem flüssigen Wasserstoff H2 und dem gasförmigen Wasserstoff H2.
Der Innenbehälter 3 ist vollständig innerhalb eines zweiten Behälters oder Außenbehälters 10 angeordnet. Der Speicherbehälter 1 ist somit doppelwandig. Auch der Außenbehälter 10 ist rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 2 aufgebaut. Der Außenbehälter 10 umfasst, wie der Innenbehälter 3, einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 11 , der rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 2 aufgebaut ist. Der Basisabschnitt 11 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen.
Der Basisabschnitt 11 ist stirnseitig jeweils von einem Deckelabschnitt oder Bodenabschnitt 12, 13 verschlossen. Insbesondere sind ein erster Bodenabschnitt 12 und ein zweiter Bodenabschnitt 13 vorgesehen. Die Bodenabschnitte 12, 13 sind gegensinnig gewölbt, so dass die Bodenabschnitte 12, 13 bezüglich des Basisabschnitts 11 nach außen gewölbt sind. Der Außenbehälter 10 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht. Auch der Außenbehälter 10 kann aus Edelstahl gefertigt sein.
Zwischen dem Innenbehälter 3 und dem Außenbehälter 10 ist ein den Innenbehälter 3 vollständig umhüllender oder einhüllender Spalt 14 vorgesehen. Der Spalt 14 ist mit einem Vakuum beaufschlagt. Unter einem "Vakuum" ist vorliegend insbesondere ein Druck von weniger als 300 mbar, bevorzugt von weniger als 10-3 mbar, weiter bevorzugt von weniger als 10-5 mbar, zu verstehen. Der Speicherbehälter 1 ist somit vakuumisoliert oder vakuumgedämmt. Dass der Spalt 14 den Innenbehälter 3 vollständig "umhüllt" oder "einhüllt" bedeutet vorliegend, dass der Spalt 14 zum einen umfänglich vollständig um den Basisabschnitt 4 umläuft und zum anderen auch zwischen den beiden ersten Bodenabschnitten 5, 12 sowie zwischen den beiden zweiten Bodenabschnitten 6, 13 vorgesehen ist. In dem Spalt 14 ist eine den Innenbehälter 3 vollständig einhüllende oder umschließende Wärmedämmschicht oder Isolationsschicht 15 (Fig. 2) vorgesehen. Das heißt, die Isolationsschicht 15 umschließt sowohl den Basisabschnitt 4 als auch die Bodenabschnitte 5, 6 des Innenbehälters 3. Die Isolationsschicht 15 dient der Wärmedämmung. Die Isolationsschicht 15 ist mehrlagig. Das heißt, die Isolationsschicht 15 umfasst eine Vielzahl an Lagen oder Schichten. Die Isolationsschicht 15 kann daher auch als mehrlagige Isolationsschicht oder als mehrlagige Wärmedämmschicht bezeichnet werden.
Insbesondere ist die Isolationsschicht 15 eine sogenannte Multilayer Insulation (MLI). Die Isolationsschicht 15 umfasst mehrere abwechselnd angeordnete Schichten oder Lagen aus metallischer Folie (Metallfolie oder mit Metall beschichteter Folie) und nichtmetallischer Materialschicht, beispielsweise perforierter und/oder geprägter Aluminiumfolie 16 als Reflektor und Glaspapier und/oder Glasseide 17 als Abstandshalter zwischen benachbarten Aluminiumfolien 16. In der Fig. 2 sind jeweils nur zwei Lagen Aluminiumfolie 16 und zwei Lagen Glaspapier und/oder Glasseide 17 mit einem Bezugszeichen versehen. Das Glaspapier und/oder die Glasseide 17 wirkt als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Aluminiumfolien 16, wodurch sich die Isolationsschicht 15 mit dem in dem Spalt 14 herrschenden Vakuum beaufschlagen lässt. Die Isolationsschicht 15 füllt den Spalt 14 nur teilweise aus. Alternativ kann die Isolationsschicht 15 den Spalt 14 auch vollständig ausfüllen. Die Isolationsschicht 15 liegt außenseitig an dem Innenbehälter 3 an.
Für den Fall, dass die Isolationsschicht 15 den Spalt 14 nicht vollständig ausfüllt, kann zwischen der Isolationsschicht 15 und dem Außenbehälter 10 ein die Isolationsschicht 15 vollständig umhüllender oder einhüllender Spalt 18 vorgesehen sein. Der Spalt 18 ist insbesondere Teil des Spalts 14. Der Spalt 18 kann beispielsweise eine Spaltbreite von 100 mm aufweisen. Der Spalt 18 kann teilweise oder vollständig mit innenseitig an dem Außenbehälter 10 befestigter Steinwolle, Glaswolle oder einem anderen geeigneten Dämmmaterial aufgefüllt sein.
Zum Herstellen der Isolationsschicht 15 werden die Lagen an beispielsweise Aluminiumfolie 16 und die Lagen an beispielsweise Glaspapier und/oder Glasseide 17 abwechselnd auf den Innenbehälter 3, insbesondere auf den Basisabschnitt 4 des Innenbehälters 3, aufgewickelt. Das Herstellen des Isolationsschicht 15 im Bereich der Bodenabschnitte 5, 6 wird nachfolgend erläutert.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Ausführungsform einer Bodenisolation 19, die an den Bodenabschnitten 5, 6 angebracht werden kann. Die Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht der Bodenisolation 19 gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3.
Alle nachfolgenden Ausführungen betreffend den ersten Bodenabschnitt 5 sind entsprechend auf den zweiten Bodenabschnitt 6 und umgekehrt anwendbar. Die Bodenisolation 19 ist Teil der Isolationsschicht 15. Der Bodenisolation 19 ist eine Symmetrie- oder Mittelachse 20 zugeordnet, zu der die Bodenisolation 19 rotationssymmetrisch aufgebaut sein kann. Ferner ist der Bodenisolation 19 eine Axialrichtung A zugeordnet, die mit der Mittelachse 20 übereinstimmen kann oder parallel zu dieser angeordnet ist. Eine Radialrichtung R der Bodenisolation 19 ist senkrecht zu der Mittelachse 20 und von dieser weg orientiert. Eine Umfangsrichtung U ist um die Mittelachse 20 herum orientiert. Die Umfangsrichtung U kann entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert sein. Die Umfangsrichtung U kann auch im Uhrzeigersinn orientiert sein.
Zum Herstellen der Bodenisolation 19 ist eine Bodenform 21 vorgesehen. Die Bodenform 21 weist eine gekrümmte Vorderseite 22 auf, die in der Orientierung der Fig. 4 nach oben orientiert ist. Die Vorderseite 22 entspricht von ihrer Geometrie oder Form her einer Geometrie oder Form des ersten Bodenabschnitts 5. Die Bodenform 21 kann auch als Dummy-Boden bezeichnet werden. Die Vorderseite 22 kann kugelkalottenförmig gekrümmt sein. Unter einer "Kugelkalotte" ist vorliegend ein Abschnitt einer Kugel oder ein Kugelabschnitt zu verstehen.
Nachfolgend wird die Herstellung der Bodenisolation 19 erläutert. Auf die Vorderseite 22 der Bodenform 21 wird ein Traggerüst 23 aufgelegt. Das Traggerüst 23 weist wie die Vorderseite 22 beziehungsweise wie der erste Bodenabschnitt 5 eine gekrümmte Geometrie oder Form auf. Das Traggerüst 23 kann gitterförmig oder strebenförmig ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Traggerüst 23 aus Streckmetall gefertigt. Das Traggerüst 23 weist einen mittigen Durchbruch 24 auf. Durch den mittigen Durchbruch 24 kann ein Zentralstutzen (nicht gezeigt) hindurchgeführt werden, mit dessen Hilfe der Innenbehälter 3 an dem Außenbehälter 10 aufgehängt werden kann. Der Durchbruch 24 kann rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 20 aufgebaut sein.
Das Traggerüst 23 ist mit einem um die Mittelachse 20 herumlaufenden Ring 25 verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Ring 25 kann über eine zwischen dem ersten Bodenabschnitt 5 und dem Basisabschnitt 4 vorgesehene Bodenschweißnaht geführt werden, um das Traggerüst 23 mitsamt dem Ring 25 mit dem Innenbehälter 3 zu verbinden. In der Orientierung der Fig. 4 ist der Ring 25 unterhalb des Traggerüsts 23 platziert. Der Ring 25 kann beispielsweise aus einem Lochblech gefertigt sein.
An dem Ring 25 ist eine Vielzahl von Verbindern 26, 27 angebracht, von denen in der Fig. 4 nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Anzahl der Verbinder 26, 27 ist beliebig. Bevorzugt sind die Verbinder 26, 27 gleichmäßig voneinander beabstandet um die Mittelachse 20 herum verteilt angeordnet. Zum Verbinden des Traggerüsts 23 und des Rings 25 mit dem Innenbehälter 3 können die Verbinder 26, 27 mit dem Basisabschnitt 4 verschweißt werden. Hierzu können an dem Basisabschnitt 4 geeignete Anbindungspunkte oder Schweißpunkte vorgesehen sein.
Die Verbinder 26, 27 können bandförmig oder streifenförmig ausgebildet sein. Beispielsweise können Blechstreifen als Verbinder 26, 27 eingesetzt werden. Die Verbinder 26, 27 können auch dazu dienen, das Traggerüst 23 mit dem Ring 25 zu verbinden. Das heißt insbesondere, dass zwischen dem Traggerüst 23 und dem Ring 25 ein in der Fig. 3 nicht gezeigter Spalt vorgesehen sein kann, der entlang der Axialrichtung A von den Verbindern 26, 27 überbrückt oder überspannt wird. Das Traggerüst 23 muss somit nicht direkt mit dem Ring 25 verbunden sein.
Auf das Traggerüst 23 wird in mehreren Dämmlagen oder Isolationslagen 28, 29 eine Vielzahl von Dämmelementen oder Isolationselementen 30, 31 aufgelegt, von denen in der Fig. 3 jeweils nur zwei pro Isolationslage 28, 29 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Dabei liegt eine erste Isolationslage 28 auf dem Traggerüst 23 auf. Eine zweite Isolationslage 29 liegt auf der ersten Isolationslage 28 auf, so dass die erste Isolationslage 28 zwischen dem Traggerüst 23 und der zweiten Isolationslage 29 angeordnet ist. Die Anzahl der Isolationslagen 28, 29 ist beliebig. Es können beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr als fünf Isolationslagen 28, 29 vorgesehen sein. Zumindest sind jedoch zwei Isolationslagen 28, 29 vorgesehen. Die Fig. 5 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform eines wie zuvor erwähnten Isolationselements 30. Die Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht des Isolationselements 30 gemäß der Schnittlinie Vl-Vl der Fig. 5. Nachfolgend wird auf die Fig. 5 und 6 gleichzeitig Bezug genommen.
Sämtliche Isolationselemente 30, 31 sind identisch aufgebaut. Daher gelten sämtliche Ausführungen betreffend das Isolationselement 30 entsprechend für das Isolationselement 31 und umgekehrt. Das Isolationselement 30 ist ringsegmentförmig oder kuchenstückförmig und umfasst eine gekrümmte Innenkante 32, eine Außenkante 33 sowie zwei Seitenkanten oder Stoßkanten 34, 35. Die Stoßkanten 34, 35 können auch als Schnittkanten bezeichnet werden. Die Isolationselemente 30, 31 sind keilförmig oder ringsegmentförmig. Unter einem "Ringsegment" ist vorliegend ein Abschnitt eines Rings zu verstehen. Nebeneinander angeordnet bilden mehrere Isolationselemente 30, 31 demgemäß einen Ring, insbesondere in Form der jeweiligen Isolationslage 28, 29.
Die Stoßkanten 34, 35 sind schräg zueinander orientiert. Die Innenkante 32 bildet einen Zylinderabschnitt. Die Innenkante 32 ist der Mittelachse 20 zugewandt. Die Außenkante 33 ist der Mittelachse 20 abgewandt. Das Isolationselement 30 kann auch als Isolationspaket oder Kuchenstückpaket bezeichnet werden. Insbesondere kann das Isolationselement 30 auch als MLI-Element oder MLI-Paket bezeichnet werden.
Das Isolationselement 30 ist aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an Reflektorschicht und an Abstandshalteschicht, im Allgemeinen metallischer Folie (Metallfolie oder mit Metall beschichteter Folie) und nicht-metallischer Materialschicht, beispielsweise Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17, aufgebaut. Beispielsweise sind zehn bis fünfzehn Lagen vorgesehen. Die Stoßkanten 34, 35 sind mit Glaspapier und/oder Glasseide 17 eingeschlagen. Dies führt dazu, dass Aluminiumfolien 16 benachbart angeordneter Isolationselemente 30, 31 einander nicht kontaktieren und somit auch keine Wärme zwischen diesen übertragen werden kann. Anstelle von Glaspapier und/oder Glasseide 17 können auch andere Materialien zum Einschlagen der Stoßkanten 34, 35 eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein beliebiges Gewebe, Gelege, Vlies oder dergleichen eingesetzt werden. Nun zurückkehrend zu den Fig. 3 und 4 werden die Isolationselemente 30, 31 zum bilden der ersten Isolationslage 28 entlang der Umfangsrichtung U betrachtet nebeneinander auf dem Traggerüst 23 abgelegt. Zwischen den Stoßkanten 34, 35 benachbarter Isolationselemente 30, 31 bleibt dabei bevorzugt jeweils kein Spalt oder ein Spalt von nur wenigen Millimetern. Wie zuvor erwähnt, verhindert auch das um die Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 umgeschlagene Glaspapier und/oder Glasseide 17, dass sich die Aluminiumfolien 16 benachbarter Isolationselemente 30, 31 kontaktieren können.
Die Isolationselemente 30, 31 werden bei dem Ablegen derselben auf dem Traggerüst 23 um einen Rand 36 des Traggerüsts 23 nach unten umgeschlagen, so dass die erste Isolationslage 28 einen ersten Abschnitt 37, der oberseitig auf dem Traggerüst 23 aufliegt, und einen zweiten Abschnitt 38, der seitlich an dem Traggerüst 23 und/oder an dem Ring 25 anliegt, aufweist. Der zweite Abschnitt 38 ist rohrförmig oder zylinderförmig. Der zweite Abschnitt 38 kann den Ring 25 vollständig oder teilweise abdecken. Mittig weist die erste Isolationslage 28 wie das Traggerüst 23 einen Durchbruch 39 auf, durch den der zuvor erwähnte Zentralstutzen hindurchgeführt werden kann. Die Innenkanten 32 sämtlicher Isolationselemente 30, 31 der ersten Isolationslage 28 bilden den Durchbruch 39.
Nach dem Fertigstellen der ersten Isolationslage 28 wird der seitlich über das Traggerüst 23 überhängende zweite Abschnitt 38 der ersten Isolationslage 28 mit Hilfe eines ringförmigen Halteblechs 40 fixiert. Das Halteblech 40 läuft vollständig um die Mittelachse 20 um und deckt den zweiten Abschnitt 38 zumindest teilweise ab. Das Halteblech 40 ist jedoch optional.
Anschließend wird die zweite Isolationslage 29 hergestellt. Hierzu wird eine Vielzahl an Isolationselementen 30, 31 auf die erste Isolationslage 28 aufgelegt. Dabei werden die Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 derart platziert, dass die Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 der ersten Isolationslage 28 entlang der Umfangsrichtung U betrachtet versetzt zu den Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 angeordnet sind, so dass kein durchgehender Stoß in der Bodenisolation 19 entsteht. Mit anderen Worten sind die Stoßkanten 34, 35 der beiden Isolationslagen 28, 29 entlang der Axialrichtung A betrachtet nicht übereinander platziert. Die Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 werden vorzugsweise so gelegt, dass deren Stoßkanten 34, 35 in der Mitte zwischen den Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 der ersten Isolationslage 28 liegen. Insbesondere werden die Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 also derart angeordnet, dass deren Stoßkanten 34, 35 mittig zwischen den Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 der ersten Isolationslage 28 platziert sind.
Die Isolationselemente 30, 31 werden waagerecht auf dem Traggerüst 23 abgelegt, das seinerseits auf der Bodenform 21 liegt, die passende Aussparungen aufweist.
Die Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 werden seitlich nach unten geklappt, so dass auch die zweite Isolationslage 29 einen ersten Abschnitt 41 , der auf dem ersten Abschnitt 37 der ersten Isolationslage 28 aufliegt, und einen zweiten Abschnitt 42 aufweist, der an dem zweiten Abschnitt 38 der ersten Isolationslage 28 anliegt. Der zweite Abschnitt 42 der zweiten Isolationslage 29 bedeckt den zweiten Abschnitt 38 der ersten Isolationslage 28 nicht vollständig, so dass sich eine stufenförmige Geometrie ergibt.
Mittig weist die zweite Isolationslage 29, wie das Traggerüst 23, einen Durchbruch 43 auf, durch den der zuvor erwähnte Zentralstutzen hindurchgeführt werden kann. Die Innenkanten 32 sämtlicher Isolationselemente 30, 31 der zweiten Isolationslage 29 bilden den Durchbruch 43.
Nach dem Fertigstellen der zweiten Isolationslage 29 wird der seitlich über die erste Isolationslage 28 überhängende zweite Abschnitt 42 der zweiten Isolationslage 29 mit Hilfe eines ringförmigen Halteblechs 44 fixiert. Das Halteblech 44 läuft vollständig um die Mittelachse 20 um und deckt den zweiten Abschnitt 42 zumindest teilweise ab. Das Halteblech 44 ist jedoch optional. Vor dem Anbringen der Haltebleche 40, 44 können die zweiten Abschnitte 38, 42 zugeschnitten werden. Die zweiten Abschnitte 38, 42 können insbesondere zugeschnitten und mit Glaspapier und/oder Glasseide 17 eingeschlagen werden.
Die zweiten Abschnitte 38, 42 der Isolationslagen 28, 29, die bei der Montage auf dem Traggerüst 23 senkrecht nach unten fallen, werden auf dem unterhalb der Bodenform 21 zentrisch senkrecht stehenden Ring 25, der bevorzugt aus einem dünnem Blech und/oder einem Lochblech gefertigt ist, wie vorstehend beschrieben, fixiert. Nach der Fixierung werden die Isolationselemente 30, 31 der Isolationslagen 28, 29 so zugeschnitten, dass die zweiten Abschnitte 38, 42 eine oder bevorzugt zwei Stufen bilden. Dabei entstehende Schnittkanten werden wieder mit Glaspapier und/oder Glasseide 17 eingeschlagen.
Nach der zweiten Isolationslage 29 können noch eine dritte bis n-te Isolationslage gefertigt werden. Die Anzahl der Isolationslagen 28, 29 ist beliebig. Insbesondere sind jedoch zumindest zwei Isolationslagen 28, 29 vorgesehen. Ist das Ablegen der Isolationslagen 28, 29 auf dem Traggerüst 23 beendet, wird auf eine oberste Isolationslage, vorliegend die zweite Isolationslage 29 ein Halteblech 45, beispielsweise ein Aluminiumblech, aufgelegt. Das Halteblech 45 weist einen mittigen Durchbruch 46 auf, durch den der zuvor erwähnte Zentralstutzen hindurchgeführt werden kann. Die Durchbrüche 24, 39, 43, 46 bilden zusammen einen die Bodenisolation 19 mittig durchbrechenden Durchbruch 47.
Das Halteblech 45, die Isolationslagen 28, 29 und das Traggerüst 23 werden mit Hilfe mehrerer Nähte 48, 49 aneinander fixiert, in anderen Worten miteinander verbunden, insbesondere miteinander vernäht. Als Material für die Nähte 48, 49 kann ein Edelstahldraht eingesetzt werden. Die Nähte 48, 49 können eine beliebige Geometrie aufweisen. Wie in der Fig. 3 gezeigt, können die Nähte 48, 49 beispielsweise eine kreisförmige Geometrie aufweisen. Die Nähte 48, 49 können jedoch beliebig entlang der Radialrichtung R und/oder der Umfangsrichtung U verlaufen. Die Nähte 48, 49 können beispielsweise auch zickzackförmig ausgestaltet werden.
Die Bodenisolation 19 ist nun fertig und stellt eine selbsttragende Baugruppe dar, die von der Bodenform 21 abgehoben werden kann. Um die Bodenisolation 19 von der Bodenform 21 abzuheben und beispielsweise an einem Kran zu halten, kann eine Traverse zwei hochfeste Drähte fixieren, die mit Hilfe eines Anschlags durch die Isolationslagen 28, 29 hindurch mit dem Traggerüst 23 zugfest verbunden sind. Nach der Montage der Bodenisolation 19 werden die Drähte durch die Durchbrüche 24, 39, 43, 46 beziehungsweise durch den Durchbruch 47 entfernt, so dass MLI-Eigenschaften der Isolationslagen 28, 29 nur geringfügig gestört werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird zum Montieren jeweils einer Bodenisolation 19 an dem ersten Bodenabschnitt 5 und an dem zweiten Bodenabschnitt 6 der Ring 25 über eine jeweilige zwischen den Bodenabschnitten 5, 6 und dem Basisabschnitt 4 vorgesehene Bodenschweißnaht 51 geführt. Anschließend werden die an dem Ring 25 angebrachten Verbinder 26, 27 mit dem Basisabschnitt 4 verbunden, insbesondere verschweißt. Auf den Basisabschnitt 4 werden dann abwechselnd Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 aufgewickelt, wobei die gestuften zweiten Abschnitte 38, 42 der Isolationslagen 28, 29 mit eingewickelt werden können. Die Bodenisolationen 19 bilden dann zusammen mit den auf den Basisabschnitt 4 aufgewickelten Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 die den Innenbehälter 3 vollständig einhüllende Isolationsschicht 15.
Somit erfolgt die Dämmung oder Isolierung der Bodenabschnitte 5, 6 mit Hilfe der kuchenstückförmigen Isolationselemente 30, 31 aus typischerweise zehn bis fünfzehn Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17, wobei deren Stoßkanten 34. 35 mit Glaspapier und/oder Glasseide 17 umfasst sind. Die Form der Isolationselemente 30, 31 ist so gewählt, dass diese zum einen in der Radialrichtung R über den Bodenabschnitt 5, 6 überstehen und zum anderen mit einem stumpfen Stoß zueinander mit keinem Spalt oder mit einem Spalt im Millimeterbereich montiert werden, um die erste Isolationslage 28 zu bilden.
Ein Umfang des Rings 25 ist auf einen tatsächlichen Umfang des Innenbehälters 3 abgestimmt, so dass bei der Montage der Ring 25 über die Bodenschweißnaht, die zwischen dem jeweiligen Bodenabschnitt 5, 6 und dem Basisabschnitt 4 vorgesehen ist, herübergezogen werden kann. Das Traggerüst 23 ist mit dem Ring 25 beispielsweise über überstehende Blechstreifen, beispielsweise in Form der Verbinder 26, 27, zugfest mechanisch verbunden. Diese Blechstreifen werden mit geeigneten Pads 50 des Innenbehälters 3 verschweißt, so dass das Traggerüst 23 sowie der Ring 25 mechanisch an dem Innenbehälter 3 fixiert sind.
Das Traggerüst 23 wird zudem im Bereich des Zentralstutzens auf geeignete Pads (in Fig. 8 nicht gezeigt) geschweißt, die an dem jeweiligen Bodenabschnitt 5, 6 vorgesehen sind. Bei der Montage wird mittels einer umlaufenden Markierung auf dem Basisabschnitt 4 die Parallelität von Schnittkanten der zweiten Abschnitte 38, 42 mit einem Umfang des Basisabschnitts 4 sichergestellt. Bei dem Bewickeln des Basisabschnitts 4 mit der Mehrschichtisolation wie beispielsweise Aluminiumfolie 16 und dem Glaspapier und/oder Glasseide 17, wird stumpf an den jeweiligen zweiten Abschnitt 38, 42 der Isolationslagen 28, 29 angeschlossen.
Da zwei äußere Bahnen der Aluminiumfolie 16 und des Glaspapiers und/oder der Glasseide 17 bei einem Beginn des Wickelns zu ihren benachbarten inneren Bahnen einen ausreichen Überstand besitzen, müssen nach einem Erreichen einer gewünschten Wicklungszahl bei dem zweiten Abschnitt 38 der ersten Isolationslage 28 nur die Rollen der beiden äußeren Bahnen verschoben werden um den zweiten Abschnitt 42 der zweiten Isolationslage 29 anzuschließen. Eine Breite eines Spalts an den zweiten Abschnitten 38, 42 entlang der Axialrichtung A betrachtet liegt wieder zwischen Null und wenigen Millimetern.
Die Arbeitszeit für das Versehen der Bodenabschnitte des Innenbehälters 3 mit einer Bodenisolierung reduziert sich durch die vormontierten Bodenisolation signifikant im Vergleich zu einer Vorgehensweise, bei der die Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 einzeln auf dem Innenbehälter abgelegt werden.
Ebenso kann die Wicklung des Basisabschnitts 4 mit reduzierter Mannschaft in mindestens der halben Zeit erfolgen. Die Zahl der Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 im Bereich der Bodenabschnitte 5, 6 muss nicht mehr unbedingt mit der Zahl der Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 im Bereich des Basisabschnitts 4 übereinstimmen, so dass die Lagenzahl unabhängig voneinander optimiert werden kann.
Die Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der Bodenisolation 19.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 des Bereitstellens des Traggerüst 23. Das Bereitstellen kann ein Herstellen des Traggerüsts 23 umfassen. In einem Schritt S2 wird eine Vielzahl der ringsegmentförmigen Isolationselemente 30, 31 auf dem Traggerüst 23 nebeneinander angeordnet, um die Bodenisolation 19 beziehungsweise mehrere Isolationslagen 28, 29 zu bilden. Insbesondere werden bei dem Schritt S2 mehrere übereinander angeordnete Isolationslagen 28, 29 gebildet, die jeweils aus einer Vielzahl von Isolationselementen 30, 31 zusammengesetzt werden. Bei dem Schritt S2 werden die Isolationselemente 30, 31 der unterschiedlichen Isolationslagen 28, 29 umfänglich zueinander versetzt angeordnet. Die Stoßkanten 34, 35 der Isolationselemente 30, 31 übereinanderliegender Isolationslagen 28, 29 sind somit entlang der Umfangsrichtung U betrachtet zueinander versetzt platziert.
Bei dem Schritt S2 werden die Isolationselemente 30, 31 um den Rand 36 des Traggerüsts 23 umgeschlagen, so dass die Isolationslagen 28, 29 jeweils den auf dem Traggerüst 23 angeordneten ersten Abschnitt 37, 41 und den um den Rand 36 umgeschlagenen zweiten Abschnitt 38, 42 aufweisen. Die zweiten Abschnitte 38, 42 können in geeigneter Art und Weise zugeschnitten werden, so dass sich an den zweiten Abschnitten 38, 42 eine stufenförmige Geometrie ergibt. Nach dem Fertigstellen der Bodenisolation 19 wird diese an den jeweiligen Bodenabschnitt 5, 6 angebracht und der Basisabschnitt 4 wird mit abwechselnd angeordneten Lagen an Aluminiumfolie 16 und Glaspapier und/oder Glasseide 17 bewickelt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Verwendete Bezuqszeichen
1 Speicherbehälter
2 Mittelachse
3 Innenbehälter
4 Basisabschnitt
5 Bodenabschnitt
6 Bodenabschnitt
7 Gaszone
8 Flüssigkeitszone
9 Phasengrenze
10 Außenbehälter
11 Basisabschnitt
12 Bodenabschnitt
13 Bodenabschnitt
14 Spalt
15 Isolationsschicht
16 Aluminiumfolie
17 Glaspapier und/oder Glasseide
18 Spalt
19 Bodenisolation
20 Mittelachse
21 Bodenform
22 Vorderseite
23 Traggerüst
24 Durchbruch
25 Ring
26 Verbinder
27 Verbinder
28 Isolationslage
29 Isolationslage
30 Isolationselement
31 Isolationselement
32 Innenkante
33 Außenkante 34 Stoßkante
35 Stoßkante
36 Rand
37 Abschnitt
38 Abschnitt
39 Durchbruch
40 Halteblech
41 Abschnitt
42 Abschnitt
43 Durchbruch
44 Halteblech
45 Halteblech
46 Durchbruch
47 Durchbruch
48 Naht
49 Naht
50 Pad
51 Bodenschweißnaht
A Axial richtung g Schwerkraftrichtung
H2 Kryogen/Wasserstoff
R Radialrichtung
S1 Schritt
S2 Schritt
U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Speicherbehälter (1) zum Speichern eines Kryogens (H2), mit einem Innenbehälter (3) zum Aufnehmen des Kryogens (H2), einem Außenbehälter (10), in welchem der Innenbehälter (3) aufgenommen ist, und einer Isolationsschicht (15), die den Innenbehälter (3) umhüllt, wobei der Innenbehälter (3) einen rohrförmigen Basisabschnitt (4) und zwei den Basisabschnitt (4) stirnseitig verschließende Bodenabschnitte (5, 6) aufweist, wobei die Isolationsschicht (15) an den Bodenabschnitten (5, 6) angebrachte Bodenisolationen (19) aufweist, wobei jede Bodenisolation (19) aus einer Vielzahl ringsegmentförmiger Isolationselemente (30, 31 ) zusammengesetzt ist, wobei die Bodenisolation (19) mehrere übereinander angeordnete Isolationslagen (28, 29) aufweist, die jeweils aus einer Vielzahl von Isolationselementen (30, 31 ) zusammengesetzt sind, und wobei die Isolationselemente (30, 31) der unterschiedlichen Isolationslagen (28, 29) umfänglich zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenisolation (19) ein Traggerüst (23) aufweist, das die Isolationslagen (28, 29) trägt.
2. Speicherbehälter nach Anspruch 1 , wobei die Bodenisolation (19) ein Halteblech (45) aufweist, und wobei die Isolationslagen (28, 29) zwischen dem Traggerüst (23) und dem Halteblech (45) angeordnet sind.
3. Speicherbehälter nach Anspruch 2, wobei das Traggerüst (23), die Isolationslagen (28, 29) und das Halteblech (45) miteinander vernäht sind.
4. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Bodenisolation (19) einen mit dem Traggerüst (23) verbundenen Ring (25) aufweist, der um den Basisabschnitt (4) umläuft.
5. Speicherbehälter nach Anspruch 4, wobei der Ring (25) mit Hilfe von streifenförmigen Verbindern (26, 27) mit dem Basisabschnitt (4) verbunden ist.
6. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Isolationselemente (30, 31 ) um einen Rand (36) des Traggerüsts (23) umgeschlagen sind, so dass die Isolationslagen (28, 29) jeweils einen auf dem Traggerüst (23) angeordneten ersten Abschnitt (37, 41 ) und einen um den Rand (36) umgeschlagenen zweiten Abschnitt (38, 42) aufweisen.
7. Speicherbehälter nach Anspruch 6, wobei der zweite Abschnitt (42) der zweiten Isolationslage (29) in Axialrichtung (A) des Speicherbehälters kürzer ist als der zweite Abschnitt (38) der ersten Isolationslage (28).
8. Speicherbehälter nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zweite Abschnitt (38, 42) mit Hilfe eines ringförmigen Halteblechs (40, 44) fixiert ist.
9. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Isolationselemente (30, 31 ) eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an metallischer Folie (16) und nicht-metallischer Materialschicht (17), insbesondere eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen perforierter und/oder geprägter Aluminiumfolie
(16) und Glaspapier und/oder Glasseide (17), aufweisen.
10. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei einander zugewandte Stoßkanten (34, 35) der Isolationselemente (30, 31 ) mit einer nicht-metallischen Materialschicht, insbesondere mit Glaspapier und/oder Glasseide (17) eingeschlagen sind.
1 1 . Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei die Isolationsschicht (15) eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an metallischer Folie (16) und nicht-metallischer Materialschicht (17), insbesondere eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Lagen an Aluminiumfolie (16) und Glaspapier und/oder Glasseide
(17), aufweist, die auf den Basisabschnitt (4) aufgewickelt sind.
12. Verfahren zum Herstellen einer Bodenisolation (19) für einen Speicherbehälter (1 ) zum Speichern eines Kryogens (H2), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen (S1 ) eines Traggerüsts (23), und b) nebeneinander und übereinander Anordnen (S2) einer Vielzahl von ringsegmentförmigen Isolationselementen (30, 31 ) auf dem Traggerüst (23), wobei mehrere Isolationslagen (28, 29) gebildet werden, die jeweils aus einer Vielzahl von Isolationselementen (30, 31 ) zusammengesetzt sind, und wobei die Isolationselemente (30, 31) der unterschiedlichen Isolationslagen (28, 29) umfänglich zueinander versetzt angeordnet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei vor Schritt b) das Tragegerüst auf einer Bodenform (21 ) platziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei bei dem Schritt b) die Isolationselemente (30, 31) um einen Rand (36) des Traggerüsts (23) umgeschlagen werden, so dass die Isolationslagen (28, 29) jeweils einen auf dem Traggerüst (23) angeordneten ersten Abschnitt (37, 41 ) und einen um den Rand (36) umgeschlagenen zweiten Abschnitt (38, 42) aufweisen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweiten Abschnitte (38, 42) übereinander angeordneter Isolationslagen (28, 29) so zugeschnitten werden, dass diese eine Stufe oder mehrere Stufen bilden.
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