DE102004011653A1 - Pressure vessel with heat insulation for liquid hydrogen to drive road vehicle has inner vessel surrounded by vacuum gap and inner shell of heat insulation layer and has space for escaping vapor - Google Patents

Pressure vessel with heat insulation for liquid hydrogen to drive road vehicle has inner vessel surrounded by vacuum gap and inner shell of heat insulation layer and has space for escaping vapor Download PDF

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Abstract

The liquefied gas (4) is contained in an inner shell (1) surrounded by an inner vacuum space (5a). There is a narrow space (3a) between the outer shell of the inner vacuum space (6) and an inner shell (7) of an outer vacuum space (5b). Vaporized gas escaping from the tank passes through a pipe (3a) into an opening in the top of the narrow space (8). The vapor travels through the narrow space to an outlet (9) at the bottom. The vapor flows through this outlet via an exit pipe (3b) to a release valve (10) and a relief valve (11). The release valve is accommodated in a tubular side arm extending from the outer shell (2) of the outer vacuum space.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere einen Kryotank, zur Speicherung von kondensierten Gasen nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The The invention relates to a pressure vessel, in particular a cryotank, for the storage of condensed gases according to the preamble of first claim.

Druckbehälter zur Speicherung von kondensierten Gasen benötigen aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation. Zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung ist bereits bekannt, dass die Befestigungen vorzugsweise aus schlecht wärmeleitenden Stoffen bestehen. Des weiteren ist ebenfalls bekannt, zur Speicherung von kondensierten Gasen doppelwandige vakuumisolierte Behälter zu verwenden. Zur weiteren Verbesserung der Isolationseigenschaften sind in den evakuierten Zwischenraum zusätzlich Isolationsfolien oder Mikrohohlglaskugeln eingebracht.Pressure vessel for Storage of condensed gases may require due to low storage temperatures a very good isolation. To avoid heat input from the environment It is already known that the fasteners preferably made bad thermally conductive Consist of substances. Furthermore, it is also known to store condensed gases to double-walled vacuum insulated containers use. To further improve the insulation properties are in the evacuated space in addition insulation films or Micro hollow glass balls introduced.

In diese Vielschichtisolationen können zusätzlich noch zwischen Innen- und Außenbehälter Strahlungsschilde eingebracht sein, die über daran befestigte Kühlleitungen gekühlt werden.In these multi-layer isolations can additionally still between inner and outer container radiation shields be brought in over attached cooling lines chilled become.

Aus der DE 40 41 170 C1 ist bereits bekannt, bei mehrwandigen Druckbehältern mit Vakuumisolation, in deren Isolationsraum, über mittels Kühlleitungen gekühlter Strahlungsschilder, das Abdampfverhalten zu verbessern. Die Kühlleitungen aus Kupfer sind an den, den Innenbehälter konzentrisch umgebenden Strahlungsschildern aus Aluminium, mittels vernieteter Schellen angebracht.From the DE 40 41 170 C1 It is already known to improve the Abdampfverhalten in multi-walled pressure vessels with vacuum insulation, in the insulation space, cooled by means of cooling lines radiation shields. The cooling pipes made of copper are attached to the, the inner container concentric surrounding radiation shields made of aluminum, using riveted clamps.

Die so aufgebauten Kühlschilder haben den Nachteil, dass sie gasdurchlässig sind. Bei Verlust des Isolationsvakuums, zum Beispiel durch Leitungsbruch im Tank, tritt aufgrund des unvermeidlichen Wärmeeintrags aus der Umgebung ein Abdampfen von Speichergas auf. Daher werden derartig ausgerüstete Fahrzeuge unter Umständen nur eingeschränkt für das Parken in Tiefgaragen zugelassen.The so constructed cooling plates have the disadvantage that they are permeable to gas. In case of loss of Isolation vacuum, for example, by line break in the tank occurs due to the inevitable heat input from the environment an evaporation of stored gas. Therefore, be so equipped Vehicles under circumstances only limited for the Parking in underground garages allowed.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Druckbehälter für kondensierte Gase zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der aufgrund von Kühlschildern im Isolationsvakuum einen möglichst geringen Wärmeeintrag zulässt und dessen Isolationsschicht bei Auftreten eines Lecks redundante Isolationseigenschaften besitzt.Therefore It is an object of the invention to provide a pressure vessel for condensed gases for use as storage for a resource of a drive unit of a motor vehicle to provide due to cooling shields in insulation vacuum a preferably low heat input allows and its insulation layer redundant when a leak occurs Has isolation properties.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.The The object is achieved with the features of claim 1. preferred Embodiments of Invention describe the dependent Claims.

Nach der Erfindung besteht ein Druckbehälter für kondensierte Gase, insbesondere ein Kryotank, zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme eines kondensierten Gases, der wärmeisoliert in einem Außenbehälter gehalten wird. Dabei ist zwischen Innenbehälter und Außenbehälter mindestens ein gekühltes, gasdichtes Strahlungsschild eingebracht, das den Innenbehälter vollständig umgibt. To The invention consists of a pressure vessel for condensed gases, in particular a cryotank, for use as storage for a resource of a Drive assembly of a motor vehicle, at least from an inner container for Receiving a condensed gas, the heat-insulated held in an outer container becomes. In this case, between the inner container and outer container at least one cooled, gas-tight Radiation shield introduced, which completely surrounds the inner container.

Durch das gasdichte Kühlschild, entsteht vorteilhafterweise ein inneres und ein äußeres Isolationsvakuum, voneinander vollständig getrennt. Bei Auftreten eines Lecks an irgendeiner Stelle des Speichersystems, fällt so immer nur ein Isolationsvakuum aus. Dieser Ausfall ist dann einfach an der gesteigerten Abdampfrate zu erkennen, was auch überwacht werden kann.By the gas-tight cooling shield, Advantageously, an inner and an outer isolation vacuum arises from each other Completely separated. If a leak occurs at any point in the storage system, falls like that always only one insulation vacuum. This failure is then easy to recognize the increased evaporation rate, which is also monitored can.

Die Abdampfrate kann aber so gering gehalten werden, dass eine Nutzungseinschränkung für ein solches Kraftfahrzeug nicht zu erwarten ist.The But evaporation rate can be kept so low that a usage restriction for such Motor vehicle is not expected.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens eine Leitung zur Entnahme von Betriebsmittel so aus dem Innenbehälter zum Antriebsaggregat geführt, dass das Strahlungsschild im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter durch das Betriebsmittel bei dessen Entnahme gekühlt wird.at a preferred embodiment The invention is at least one conduit for the removal of resources so from the inner container led to the drive unit, that the radiation shield in the space between the inner and outer container through the equipment is cooled when it is removed.

Vorteilhafterweise kann so sehr einfach ein Wärmeentzug mittels des kalten, im Betrieb dem Innenbehälter entnommenen Gases erfolgen, indem dieses das Strahlungsschild kühlt.advantageously, It's so easy to get rid of heat by means of the cold gas taken from the inner container during operation, by cooling the radiation shield.

Dabei kann das Strahlungsschild vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass es mindestens einen Hohlraum aufweist, durch den das Betriebsmittel bei dessen Entnahme geführt wird. Wenn der Hohlraum, durch den das Betriebsmittel bei dessen Entnahme geführt wird, von einem inneren Strahlungsschild und einem dieses umgebenden äußeren Strahlungsschild gebildet wird, somit das Betriebsmittel zwischen den beiden Strahlungsschilden den Innenbehälter vollflächig umgibt, ist der Schutz des Innenbehälters gegen Wärmeeintrag aus der Umgebung besonders effektiv. Durch ein solches Kühlschild wird bei abgestelltem Fahrzeug ein Wärmeeintrag in den Druckbehälter relativ lange verzögert, bei gleichzeitiger Redundanz bezüglich Materialbruch.there the radiation shield can be advantageously designed so that it has at least one cavity through which the resource at its removal led becomes. If the cavity through which the equipment at its Removal led from an inner radiation shield and an outer radiation shield surrounding it is formed, thus the resources between the two radiation shields the inner container entire area surrounds, is the protection of the inner container against heat input from the environment particularly effective. Through such a cooling shield When the vehicle is turned off, a heat input into the pressure vessel becomes relative long delayed, with simultaneous redundancy regarding Material failure.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem Querschnitt ein Beispiel für einen Aufbau eines Druckbehälters gemäss der Erfindung.in the The following is the invention with reference to a preferred embodiment further explained. The single figure shows in a cross section an example of a Structure of a pressure vessel according to the invention.

Ein Innenbehälter 1 ist über nicht dargestellte Mittel in einem Außenbehälter 2 gehalten. Eine Entnahmeleitung 3a, 3b für ein Betriebsmittel, zum Beispiel Wasserstoff 4, des nicht gezeichneten Antriebsaggregats, ist vom Innenbehälter 1 her kommend, zum Antriebsaggregat hin verlaufend, zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Außenbehälter 2 durch einen mit einer Vielschichtisolation versehenen evakuierten Zwischenraum geführt. Dabei führt die Entnahmeleitung 3a vom Innenbehälter 1 durch eine innere Vakuumisolationsschicht 5a über eine Öffnung 8 in einen die Vakuumisolationsschicht 5a vollständig gasdicht umgebenden Hohlraum, den Gasentnahmeraum 3c, gebildet aus Strahlungsschilden, einer Kühlschildinnenschale 6 und einer diese umgebenden Kühlschildaußenschale 7. Von einer Öffnung 9 in der Kühlschildaußenschale 7 führt die Entnahmeleitung 3b dann weiter, durch eine äußere Vakuumisolationsschicht 5b und den Außenbehälter 2 hindurch, zum Antriebsaggregat. Im Bereich des Außenbehälters 2 sind in die Entnahmeleitung 3b ein Stellventil 10 und ein Abblasüberdruckventil 11 eingebracht. Zur Erzeugung des Vakuums besitzen Kühlschildinnenschale 6, Kühlschildaußenschale 7 und Außenbehälter 2 jeweils einen Vakuumstopfen 12.An inner container 1 is not shown means in an outer container 2 held. A sampling line 3a . 3b for a resource, for example hydrogen 4 , not shown drive unit, is from the inner container 1 Coming, running towards the drive unit, between the inner container 1 and the outer container 2 passed through an evacuated space provided with a multilayer insulation. The sampling line leads 3a from the inner container 1 through an inner vacuum insulation layer 5a over an opening 8th in a vacuum insulation layer 5a completely gas-tight surrounding cavity, the gas extraction space 3c formed by radiation shields, a cooling shield inner shell 6 and a surrounding cooling shield outer shell surrounding it 7 , From an opening 9 in the cooling plate outer shell 7 leads the withdrawal line 3b then further, through an outer vacuum insulation layer 5b and the outer container 2 through, to the drive unit. In the area of the outer container 2 are in the sampling line 3b a control valve 10 and a blow off pressure relief valve 11 brought in. To generate the vacuum have Kühlschildinnenschale 6 , Cooling shield outer shell 7 and outer container 2 one vacuum stopper each 12 ,

Bei nicht in Betrieb befindlichem Antriebsaggregat erfolgt ein Wärmeeintrag über die Wand des Außenbehälters 2. Wird dann das Antriebsaggregat in Betrieb genommen, wird kaltes Gas, zum Beispiel Wasserstoff 4, aus dem Innenbehälter 1 entnommen und durch die innere Entnahmeleitung 3a, den Gasentnahmeraum 3c und die äußere Entnahmeleitung 3b geführt. Mit diesem Gas wird der Zwischenraum zwischen Innen- 1 und Außenbehälter 2 über die Kühlschilder 6, 7 wieder abgekühlt.When the drive unit is not in operation, heat is introduced via the wall of the outer container 2 , If then the drive unit is put into operation, is cold gas, for example hydrogen 4 , from the inner container 1 taken and through the inner sampling line 3a , the gas removal room 3c and the outer sampling line 3b guided. With this gas, the space between interior 1 and outer container 2 over the cooling signs 6 . 7 cooled down again.

Ein solcher Druckbehälter besitzt eine verlängerte Standzeit durch geringeren Wärmeeintrag, beziehungsweise eine längere Druckaufbauzeit bis zum Abblasen. Natürlich wird am günstigsten das vom Antriebsaggregat benötigte Betriebsmittel dann zur Kühlung des Zwischenraums zwischen Innenbehälter 1 und Außenbehälter 2 verwendet, wenn das Antriebsaggregat in Betrieb ist.Such a pressure vessel has a prolonged service life due to lower heat input, or a longer pressure build-up time until it is blown off. Of course, the most costly required by the drive unit resources then to cool the gap between the inner container 1 and outer container 2 used when the drive unit is in operation.

Claims (4)

Druckbehälter für kondensierte Gase, insbesondere Kryotank, zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter (1) zur Aufnahme eines kondensierten Gases, der wärmeisoliert in einem Außenbehälter (2) gehalten wird, mit mindestens einem gekühlten Strahlungsschild zwischen Innenbehälter (1) und Außenbehälter (2), das den Innenbehälter (1) vollständig umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsschild gasdicht ausgebildet ist.Pressure vessel for condensed gases, in particular cryotank, for use as storage for a resource of a drive assembly of a motor vehicle, comprising at least one inner container ( 1 ) for receiving a condensed gas, the heat-insulated in an outer container ( 2 ), with at least one cooled radiation shield between inner containers ( 1 ) and outer container ( 2 ), the inner container ( 1 ) completely surrounds, characterized in that the radiation shield is gas-tight. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitung (3a, 3b) zur Entnahme von Betriebsmittel so aus dem Innenbehälter (1) zum Antriebsaggregat geführt ist, dass das Strahlungsschild im Zwischenraum zwischen Innen- (1) und Außenbehälter (2) durch das Betriebsmittel bei dessen Entnahme gekühlt wird.Pressure vessel according to claim 1, characterized in that at least one line ( 3a . 3b ) for removal of resources so from the inner container ( 1 ) is guided to the drive unit, that the radiation shield in the space between inner ( 1 ) and outer container ( 2 ) is cooled by the resource when it is removed. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsschild mindestens einen Hohlraum aufweist, durch den das Betriebsmittel bei dessen Entnahme geführt wird.pressure vessel according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation shield at least has a cavity through which the resource at its Removal led becomes. Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum, durch den das Betriebsmittel bei dessen Entnahme geführt wird, von einem inneren Strahlungsschild und einem dieses umgebenden äußeren Strahlungsschild gebildet wird.pressure vessel according to claim 3, characterized in that the cavity, through the equipment is guided at its removal, from an internal Radiation shield and this surrounding outer radiation shield is formed.
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