DE102008019594A1 - Heat-insulated container for condensed gases - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Behälter für kondensierte Gase für ein mit kryogen gespeichertem Kraftstoff betreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kryotank und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorik und einer Mess- und Steuereinrichtung für einen solchen Behälter. Die Erfindung sieht vor, dass ein wärmeisolierter Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere wärmeisolierter Kryotank für kondensierte Gase, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme eines kondensierten Gases, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei der Innenbehälter aufgebaut ist aus einer dichten Innenschicht, insbesondere aus Metall, außen umgeben von mindestens einer Verstärkungsschicht aus Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Innenbehälter mit mindestens einem Sensor versehen ist, dessen Messwert als Eingangsgröße einer Mess- und Steuereinrichtung zugeführt wird, die in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße der Mess- und Steuereinrichtung oder in Abhängigkeit mindestens eines in der Steuereinrichtung gespeicherten Grenzwerts mindestens eine Ausgangsgröße zur Überwachung und/oder Gewährleistung der Betriebssicherheit des Behälters und/oder zur Gewährleistung der Versorgung des Antriebsaggregats mit Betriebsmittel erzeugt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Monitoring des Betriebszustandes, der Betriebssicherheit ...The invention relates to a thermally insulated container for condensed gases for a kyrogen stored fuel operable motor vehicle, in particular a cryotank and a method for operating a sensor and a measuring and control device for such a container. The invention provides that a heat-insulated container for use as storage for a resource of a drive assembly of a motor vehicle, in particular thermally insulated cryogenic tank for condensed gases, consisting of at least one inner container for receiving a condensed gas, which is thermally insulated in at least one outer container, wherein the Inner container is constructed of a dense inner layer, in particular of metal, outside surrounded by at least one reinforcing layer of fiber material, characterized in that the inner container is provided with at least one sensor, the measured value is fed as input to a measuring and control device, in dependence of at least one further input variable of the measuring and control device or in dependence on at least one limit value stored in the control device, at least one output variable for monitoring and / or guaranteeing the bet riebssicherheit the container and / or to ensure the supply of the drive unit generated with resources. The invention also relates to a method for monitoring the operating state, operational safety ...

Description

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Behälter für kondensierte Gase für ein mit kryogen gespeichertem Kraftstoff betreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kryotank und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorik und einer Mess- und Steuereinrichtung für einen solchen Behälter nach dem Oberbegriff des ersten und dem Oberbegriff des elften Anspruchs.The The invention relates to a thermally insulated container for condensed gases for a cryogenically stored Fuel operable motor vehicle, in particular a cryogenic tank and a method for operating a sensor and a measuring and Control device for such a container after the generic term of the first and the preamble of the eleventh claim.

Es ist bereits bekannt, Kraftfahrzeuge zum Beispiel mit Wasserstoff oder Erdgas anzutreiben und diesen Treibstoff als kryogenes oder kryogenes kondensiertes Gas in einem Behälter im Kraftfahrzeug zu speichern. Zur Speicherung von zum Beispiel kryogenem Wasserstoff oder ähnlicher Medien bei überkritischem Druck sind spezielle druckfeste Behälter notwendig, die aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation besitzen sollten. Dabei ist bekannt, zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung, doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden.It is already known, motor vehicles for example with hydrogen or propel natural gas and this fuel as cryogenic or cryogenic condensed gas in a container in the motor vehicle save. For storing, for example, cryogenic hydrogen or similar media at supercritical pressure special pressure-resistant containers are necessary due to the deep storage temperatures should have a very good insulation. It is known to avoid heat input from environment, double-walled, vacuum-insulated containers too use.

Diese Drucktanks bestehen vorzugsweise aus zwei Hüllen, wobei die innere Hülle, im Folgenden als Innenbehälter bezeichnet, die Drucklasten aufnimmt und die äußere Hülle, im Folgenden als Außenbehälter bezeichnet, die Ausbildung der Vakuumisolierung sicherstellt. Im Fahrzeugbau werden diese Kryotanks vorzugsweise zur Lagerung von Treibstoffen, wie Wasserstoff, bei kryogenen Temperaturen und Drücken oberhalb des kritischen Drucks des Treibstoffs verwendet, um gegenüber dem flüssigen, unterkritischen Aggregatzustand bzw. dem gasförmigem Aggregatzustand bei hohem Druck und Umgebungstemperatur des betreffenden Speichermediums die Speicherkapazität zu erhöhen. Der Druck kann darüber hinaus dazu verwendet werden, ein entsprechendes Antriebsaggregat mit verdichtetem warmem oder kaltem Wasserstoff zu versorgen, um dessen Effizienz im Vergleich zur Versorgung mit Niederdruck Wasserstoff zu verbessern. Zur Regelung des Kryotankdrucks kann in den Innenbehälter ein Kryotankwärmetauscher eingebaut sein, der aus einer Zweigleitung des Entnahmestrangs zwischen Innentank und Antriebsaggregat für die Rückführung von bereits angewärmtem Speichermedium besteht. Insbesondere soll dieser Wärmetauscher ein Absinken des Kryotankdruckes unter den minimalen Betriebsdruck, der durch die Art des Antriebsaggregats definiert ist, verhindern.These Pressure tanks are preferably made of two shells, wherein the inner shell, hereinafter referred to as inner container denoting the pressure loads and the outer Case, hereinafter referred to as outer container referred to, the formation of the vacuum insulation ensures. in the Vehicle construction, these cryogenic tanks are preferably for storage of Fuels, such as hydrogen, at cryogenic temperatures and pressures above the critical pressure of the fuel used to oppose the liquid, subcritical state of matter or the gaseous state at high pressure and ambient temperature the storage medium concerned, the storage capacity to increase. In addition, the pressure can do so be used, a corresponding drive unit with compacted warm or to supply cold hydrogen in comparison to its efficiency to improve the supply of low pressure hydrogen. For regulation the Kryotankdrucks can in the inner container a Kryotankwärmetauscher be installed, consisting of a branch line of the sampling line between the inner tank and drive unit for the return of already warmed up storage medium exists. Especially this heat exchanger should decrease the Kryotankdruckes below the minimum operating pressure defined by the type of drive unit is, prevent.

Durch die Speicherung von tiefkaltem, verflüssigtem Wasserstoff, als kondensiertes Gas kann infolge der hohen Energiedichte eine für Fahrzeuge vorteilhafte hohe Reichweite erzielt werden (gegenüber einer Speicherung von warmem, komprimiertem Wasserstoff-Gas). Die Energiedichte des siedenden Wasserstoffs wird dabei durch Lagerung bei einer Temperatur wenig über der Siedetemperatur bei Umgebungsdruck, ca. 20 K, maximal. In den heute technisch umgesetzten Vorratsbehältern liegt der Wasserstoff typischerweise bei Temperaturen von ca. 21 K bis ca. 27 K und den damit korrespondierenden Siededrücken von ca. 2 bar (abs.) bis ca. 5 bar (abs.) vor.By the storage of cryogenic, liquefied hydrogen, As condensed gas can due to the high energy density a For vehicles advantageous high range can be achieved (versus storage of warm, compressed hydrogen gas). The energy density of the boiling hydrogen is thereby stored at a temperature slightly above the boiling point at Ambient pressure, approx. 20 K, maximum. In today technically implemented Storage tanks, the hydrogen is typically included Temperatures from approx. 21 K to approx. 27 K and the corresponding boiling pressures from about 2 bar (abs.) to about 5 bar (abs.) ago.

Die DE 10 2005 005 941 A1 beschreibt ein solches Kraftfahrzeug mit einem Kryotank und einer Entnahmeeinrichtung für den kryogen gespeicherten Kraftstoff, die über eine zur Erhöhung der Sicherheit mit Druckluft spülbare Nebensystemkapsel mit einem Wasserstoffsensor verfügt.The DE 10 2005 005 941 A1 describes such a motor vehicle with a cryotank and a removal device for the cryogenically stored fuel, which has a to increase the security with compressed air flushable auxiliary system capsule with a hydrogen sensor.

Gerade bei der Lagerung von Treibstoffen unter hohem Druck, zum Beispiel bis zu 350 bar, kommt der Betriebssicherheit des Kryotanks eine hohe Bedeutung zu. Dies ist insbesondere der Fall, wenn, wie im Fahrzeugbau, der Kryotank in unmittelbarer Nähe von Personen betrieben wird. Schäden des Kryotanks, die ein unzulässiges Maß überschreiten, müssen frühzeitig erkannt werden. Schäden in der Struktur des Kryotanks können bereits bei der Fertigung des Kryotanks auftreten, während des Betriebs durch Ermüdungserscheinungen oder durch Sonderlastfälle hervorgerufen werden. Eine visuelle Inspektion der druckbelasteten, inneren Faserverbundstruktur ist aufgrund der schlechten Zugänglichkeit nur bedingt möglich.Just in the storage of fuels under high pressure, for example up to 350 bar, the reliability of the cryogenic tank comes high Meaning too. This is especially the case if, as in vehicle construction, the cryotank is operated in the immediate vicinity of persons becomes. Damage to the cryogenic tank, which is an inadmissible Measurements must be made early be recognized. Damage in the structure of the cryotank can already occur during the manufacture of the cryogenic tank while operation due to fatigue or special load cases be caused. A visual inspection of the pressure-loaded, inner fiber composite structure is due to poor accessibility only conditionally possible.

Sensoren zur Erkennung von sicherheitsrelevanten Veränderungen bei technischen Anlagen sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. So beschreibt die DE 695 13 281 T2 einen eingeschlossenen optischen Sensor zur Messung von Spannung und Temperatur mit einem einzigen Diffraktionsgitter. Es ist bekannt, solche optischen Fasersensoren in Verbundmaterialien oder -strukturen einzubetten, um dadurch die Möglichkeit der Spannungs- und/oder Temperaturmessung der Struktur zu erhalten.Sensors for detecting safety-relevant changes in technical systems are also known from the prior art. That's how it describes DE 695 13 281 T2 an enclosed optical sensor for measuring voltage and temperature with a single diffraction grating. It is known to embed such fiber optic sensors in composite materials or structures to thereby provide the ability to measure the voltage and / or temperature of the structure.

Die bisher bekannte Überwachung von Wasserstoff führenden Komponenten von Kryotanks durch entsprechende Sensoren, um rechtzeitig für eine Belüftung sorgen zu können, hat den Nachteil, dass Undichtigkeiten im Kryogenspeicherbereich erst beim Austritt von Wasserstoff detektiert werden, um dann entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Außerdem kann ein solches Sicherheitssystem nicht für weitere Aufgaben im Rahmen der Kraftstoffversorgung mit einem kryogen gespeicherten Medium verwendet werden.The previously known monitoring of hydrogen leading Components of cryotanks through appropriate sensors to timely to provide ventilation, has the disadvantage that leaks in the cryogenic storage area only be detected at the outlet of hydrogen, then to corresponding To take action. Besides, such a Security system is not part of any other tasks used the fuel supply with a cryogenically stored medium become.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für diese genannten Nachteile Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.task The present invention is for these mentioned Disadvantages to show remedies. Advantageous and further developments are content of the subclaims.

Die Erfindung sieht vor, dass ein wärmeisolierter Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere wärmeisolierter Kryotank für kryogene Gase, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme eines kryogenen Gases, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter gehalten wird, wobei der Innenbehälter aufgebaut ist aus einer dichten Innenschicht, insbesondere aus Metall, außen umgeben von mindestens einer Verstärkungsschicht aus Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Innenbehälter mit mindestens einem Sensor versehen ist, dessen Messwert als Eingangsgröße einer Mess- und Steuereinrichtung zugeführt wird, die in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße der Mess- und Steuereinrichtung oder in Abhängigkeit mindestens eines in der Steuereinrichtung gespeicherten Grenzwerts mindestens eine Ausgangsgröße zur Überwachung und/oder Gewährleistung der Betriebssicherheit des Behälters und/oder zur Gewährleistung der Versorgung des Antriebsaggregats mit Betriebsmittel erzeugt.The Invention provides that a heat-insulated container for use as storage for a resource of Drive unit of a motor vehicle, in particular heat-insulated Cryogenic tank for cryogenic gases, consisting of at least one Inner container for receiving a cryogenic gas, the heat-insulated is held in at least one outer container, wherein the inner container is constructed of a dense Inner layer, in particular of metal, surrounded on the outside by at least one reinforcing layer of fiber material, characterized in that the inner container with at least a sensor is provided whose measured value as an input variable a measuring and control device is supplied, the in Dependence on at least one further input variable the measuring and control device or in dependence at least a limit stored in the control device at least an output for monitoring and / or Ensuring the operational safety of the container and / or to ensure the supply of the drive unit generated with resources.

Das hat den Vorteil, dass eine im Kryotank integrierte Sensorik so angeordnet ist und über eine Mess- und Steuereinrichtung so betrieben wird, dass Schäden am Kryotank frühzeitig detektiert werden können, um das Langzeitverhalten abzusichern. Außerdem können durch die in die Kryotankstruktur integrierbare Sensorik folgende Funktionen am Kryotank ausgeführt werden: Gewährleistung der Betriebssicherheit, Messung der Ermüdung der Kryotankstruktur durch thermische und mechanische Wechselbelastungen, Ermittlung betriebsrelevanter Größen, Kontrolle der Fertigungsqualität und Aufheizen der Kryotankstruktur in betriebsrelevanten Situationen.The has the advantage that a built-in cryotank sensor arranged so is and so operated by a measuring and control device is that damage to the cryogenic tank detected early can be used to ensure long-term behavior. Furthermore can be integrated by the in the cryo-tank structure Sensor technology following functions are performed on Kryotank: Ensuring operational safety, measuring fatigue the cryogenic tank structure due to thermal and mechanical alternating loads, Determination of operational variables, control the manufacturing quality and heating of the cryogenic tank structure in operational situations.

Die Erfindung betrifft vorteilhafterweise auch ein Verfahren zum Monitoring des Betriebszustandes, der Betriebssicherheit sowie der Fertigungsqualität eines Kryotanks, in dem kryogener Wasserstoff oder ein ähnliches Medium zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter Drücken, die oberhalb des kritischen Drucks des betreffenden Mediums liegen, gespeichert werden kann.The The invention also advantageously relates to a method for monitoring the operating condition, the operational safety as well as the production quality a cryogenic tank containing cryogenic hydrogen or the like Medium for supplying a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle, under pressure, which are above the critical pressure of the medium in question, can be stored.

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Sensorik und einer Mess- und Steuereinrichtung eines wärmeisolierten Behälters zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines wärmeisolierten Kryotanks für kryogene Gase, ist dadurch gekennzeichnet, dass durch dieses Verfahren in einem ersten Schritt die Fertigungsqualität des wärmeisolierten Behälters kontrolliert und die Sensorik kalibriert wird und dass durch dieses in einem zweiten Schritt die Betriebssi cherheit des wärmeisolierten Behälters überwacht wird, indem betriebsrelevante Größen durch die Mess- und Steuereinheit ermittelt und überwacht werden, insbesondere die Ermüdung der Kryotankstruktur durch mechanische und thermische Wechselbelastungen und gleichzeitig die Versorgung des Antriebsaggregats mit Betriebsmittel sichergestellt wird, insbesondere durch eine Erwärmung der Kryotankstruktur in betriebsrelevanten Situationen durch die Sensorik.One Such method for operating a sensor and a measuring and Control device of a thermally insulated container for use as storage for a resource of Drive unit of a motor vehicle, in particular a thermally insulated Cryogenic tanks for cryogenic gases, characterized that by this method in a first step, the manufacturing quality the heat insulated container controlled and the sensor is calibrated and that through this in a second Step monitored the Betriebssi safety of the thermally insulated container is determined by the company-relevant variables by the Measuring and control unit are determined and monitored, in particular the fatigue of the cryogenic tank structure by mechanical and thermal cycling and at the same time the supply of the Drive unit is ensured with resources, in particular by heating the Kryotankstruktur in operationally relevant Situations through the sensors.

Die Mess- und Steuereinrichtung ist einerseits mit der integrierten Sensorik und andererseits mit den Sicherheitseinrichtungen des Kryotanks und dem Motorsteuergerät des Fahrzeugs verbunden.The Measuring and control device is on the one hand with the integrated Sensors and on the other hand with the safety devices of the cryotank and the engine control unit of the vehicle.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Außenseite des aus Metall, insbesondere aus einem metallischen Liner, bestehenden Innenbehälters zur Aufnahme von Innendrucklast mit mindestens zwei Verstärkungsschichten Faserverbundwerkstoff umwickelt ist, wovon mindestens eine Schicht aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere aus Glasfasern, besteht und diese Schicht mindestens die Sensoren enthält, die elektrisch isoliert verbaut werden müssen, insbesondere eine elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur, vorzugsweise aus elektrisch kontaktierten Karbonfasern.A preferred embodiment of the invention provides that the Outside of the metal, in particular of a metallic Liner, existing inner container for receiving internal pressure load with at least two reinforcing layers of fiber composite material is wrapped, of which at least one layer of electrically not conductive material, in particular glass fibers, and this layer contains at least the sensors that are electrically isolated must be installed, in particular an electrically contacted, net-like sensor structure, preferably made of electrically contacted Carbon fibers.

Beim Einsatz des Kryotanks im Fahrzeugbau spielt sein Gewicht eine wichtige Rolle, so dass für die Ausführung Faserverbundwerkstoffe, vorzugsweise Fasern mit hohen spezifischen Festigkeiten zum Einsatz kommen. Um die Dichtigkeit sicherzustellen, werden die Faserverbundwerkstoffe auf metallische Liner gewickelt. Diese stehen mit dem kryogenen Treibstoff in Kontakt und verhindern die Diffusion von Treibstoff aus dem Innentank in den Vakuumraum.At the Use of the cryogenic tank in vehicle construction plays an important role in its weight Role, so that for the execution fiber composites, preferably fibers with high specific strengths are used come. To ensure the tightness, the fiber composites wrapped on metallic liner. These are related to the cryogenic Fuel in contact and prevent the diffusion of fuel from the inner tank into the vacuum space.

Diese bevorzugte Ausführung der Erfindung hat den Vorteil, dass mögliche Rissbildungen im Innentank durch eine elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur großflächig überwacht werden können. Die netzartige Sensorstruktur ist aus einzelnen Sensorsträngen aufgebaut, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und an den Enden elektrisch kontaktiert sind. Die Sensorstränge umschlingen den Kryotank und sind so angeordnet, dass eine netzartige Struktur entsteht. Die Sensorstränge arbeiten nach dem ohmschen oder dem piezoresistiven Prinzip, so dass sich bei Längenänderungen durch Risse oder Ablösungen zwischen Liner und Faserverbundwerkstoff ihr elektrischer Widerstand ändert. Die Sensorstränge messen Veränderungen des Kryotanks in integraler Weise entlang ihrer Länge. Mit Hilfe des integralen Messverfahrens der netzartigen Sensorstruktur können vorteilhafterweise selbst relativ kleine, lokal begrenzte Schäden durch die Änderung des elektrischen Widerstandes detektiert werden. Die Sensorstruktur ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die Bruchdehnung der Sensorstruktur geringer ist als die beim Versagen des Innentanks auftretenden Verformungen. Vor dem Versagen des Innentanks kommt es daher zum Bruch der netzartigen Sensorstruktur und zu einem hohen Anstieg des elektrischen Widerstandes. Da die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur nach dem ohmschen Prinzip arbeitet, ist der Energieeintrag beim Messvorgang grundsätzlich relativ hoch.This preferred embodiment of the invention has the advantage that possible cracking in the inner tank can be monitored over a large area by an electrically contacted, net-like sensor structure. The net-like sensor structure is constructed from individual sensor strands, which consist of an electrically conductive material and are electrically contacted at the ends. The sensor strands wrap around the cryotank and are arranged so that a net-like structure is formed. The sensor strands operate on the ohmic or piezoresistive principle, so that changes in length due to cracks or detachments between liner and fiber composite their electrical resistance. The sensor strands measure changes in the cryotank integrally along their length. With the aid of the integral measuring method of the net-like sensor structure, even relatively small, locally limited damage can advantageously be achieved by the changes tion of the electrical resistance can be detected. The sensor structure is preferably constructed such that the breaking elongation of the sensor structure is less than the deformations occurring in the case of the failure of the inner tank. Therefore, before the failure of the inner tank, the net-like sensor structure breaks and a high increase of the electrical resistance occurs. Since the electrically contacted, net-like sensor structure operates according to the ohmic principle, the energy input during the measurement process is generally relatively high.

Insbesondere von Vorteil sind in diesem Zusammenhang weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die netzartige Sensorstruktur so aufgebaut ist, insbesondere durch Dreieckselemente, dass mindestens für einzelne Bereiche des Innenbehälters, über das ohmsche Prinzip, Risse und Schäden detektiert werden können, die eine Veränderung der Betriebsfestigkeit der Kryotankstruktur zur Folge haben.Especially Advantageous in this context are further preferred embodiments of the invention, characterized in that the net-like Sensor structure is constructed so, in particular by triangular elements, that at least for individual areas of the inner container, about the ohmic principle, cracks and damage are detected that can be a change in operational strength the cryotank structure result.

Zusätzlich kann der Innenbehälter mit den Sensoren, die nach dem ohmschen Prinzip, insbesondere mit der netzartigen Sensorstruktur, arbeiten, aufheizbar sein. In diesem Betriebszustand ist der Kryotank nicht mit kryogenem Medium gefüllt und die Wärmeentwicklung über die netzartige Sensorstruktur wird zur Beschleunigung des Ausgasungsprozesses und zum Trocknen der Kryotankstruktur von Restmengen an Feuchtigkeit, die nach dem Fertigungsprozess verblieben sind, genutzt. Außerdem kann in besonderen Betriebszuständen, wie zum Beispiel Verladung zum Transport oder Entsorgung, die über die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur entwickelte Wärme dazu benutzt werden, das kryogene Medium und den Innentank unterstützend zu erwärmen. Dies geschieht unter Einhaltung entsprechender Sicherheitsvorschriften vorrangig in abgesicherten Bereichen. Bei mit kryogenem Medium gefülltem Innenbehälter kann die Sensorik als Heizelement zur Einbringung zusätzlicher Wärme in das Speichermedium für betriebsrelevante Situationen genutzt werden.additionally can the inner container with the sensors, which are after the ohmic Principle, in particular with the net-like sensor structure, work, heatable be. In this operating state, the cryotank is not cryogenic Medium filled and the heat over The net-like sensor structure will accelerate the outgassing process and for drying the cryotan structure of residual amounts of moisture, which remained after the manufacturing process, used. In addition, can in special operating conditions, such as loading for transportation or disposal via the electric contacted, reticulated sensor structure developed heat used to support the cryogenic medium and the inner tank to warm up. This happens in compliance with appropriate Safety regulations primarily in secured areas. at filled with cryogenic medium inner container can the sensor as a heating element for introducing additional Heat in the storage medium for operationally relevant Situations are used.

Des Weiteren können am Metall des und/oder im Innenbehälter und/oder in und/oder zwischen den Verstärkungsschichten aus Faserverbundwerkstoff weitere Sensoren eingebaut sein, insbesondere mindestens ein Dehnungsmessstreifen und/oder mindestens ein Drucksensor und/oder mindestens ein optischer Fasersensor, insbesondere ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor.Of Further may be on the metal of and / or in the inner container and / or in and / or between the reinforcing layers be made of fiber composite material further sensors installed, in particular at least one strain gauge and / or at least one pressure sensor and / or at least one optical fiber sensor, in particular a fiber Bragg grating sensor.

Vorteilhafterweise misst ein optischer Sensor vorrangig in Form eines Faser-Bragg-Gitter-Sensors die Verformungen der Faserverbundstruktur der inneren Kryotankstruktur. Dieser optische Sensor umschlingt die Kryotankstruktur vorzugsweise in Längsrichtung und ist mit verschiedenen Messstellen zur Dehnungsmessung ausgestattet. Durch die Druckbelastung und die Abkühlung des Innentanks auf kryogene Temperaturen wird dieser verformt. Die Verformungen werden durch den optischen Sensor aufgenommen. Bei diesem optischen Sensor ist der Energieeintrag durch den Messvorgang deutlich geringer als bei der netzartigen Sensorstruktur. Zudem misst die optische Sensorik im Gegensatz zur netzartigen Sensorstruktur nicht integral, sondern punktförmig an den Stellen entlang der optischen Faser mit eingeprägtem Messgitter. Die Messgenauigkeit an der punktförmigen Messstelle ist deutlich höher als bei der netzartigen Sensorstruktur.advantageously, measures an optical sensor primarily in the form of a fiber Bragg grating sensor the Deformations of the fiber composite structure of the inner cryogenic tank structure. This optical sensor preferably wraps around the cryotank structure in the longitudinal direction and is with different measuring points equipped for strain measurement. Due to the pressure load and the Cooling of the inner tank to cryogenic temperatures is this deformed. The deformations are caused by the optical sensor added. In this optical sensor is the energy input by the measurement process significantly lower than in the net-like Sensor structure. In addition, the optical sensor measures unlike the net-like sensor structure not integral, but punctiform at the points along the optical fiber with impressed measuring grid. The measuring accuracy at the punctiform measuring point is significantly higher than in the reticulated sensor structure.

Ein oder mehrere optische Dehnungssensoren werden vorteilhafterweise verwendet, um die Temperatur des kryogenen Mediums zu ermitteln. Der optische Sensor in Form eines Faser-Bragg-Gitter-Sensors ist auf der Innenseite des metallischen Liners so angeordnet, dass das Messgitter gegenüber den durch die Druckbelastung hervorgerufenen Verformungen entkoppelt ist. Die Verformung des Messgitters erfolgt nur durch die Temperatur des kryogenen Mediums. In Verbindung mit dem Druck im Kryotank kann über den Temperatursensor die Dichte des kryogenen Mediums im Kryotank ermittelt werden. Es können mehrere Temperatursensoren am Umfang angeordnet sein, um die mittlere Temperatur des kryogenen Mediums bei der Ausbildung von Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen ermitteln zu können. Die Ausbildung von Schichten des kryogenen Mediums kann vorrangig bei stehendem Fahrzeug auftreten.One or more optical strain sensors are advantageously used to determine the temperature of the cryogenic medium. Of the optical sensor in the form of a fiber Bragg grating sensor is on the inside of the metallic liner is arranged so that the measuring grid against the deformations caused by the pressure load is decoupled. The deformation of the measuring grid is done only by the temperature of the cryogenic medium. In conjunction with the pressure in the cryotank, the density of the Cryogenic medium can be determined in the cryogenic tank. It can several temperature sensors can be arranged on the circumference to the middle Temperature of the cryogenic medium in the formation of layers to be able to determine with different temperatures. The formation of layers of the cryogenic medium can be given priority occur when the vehicle is stationary.

Des Weiteren kann die Vakuumisolierung zwischen den beiden Kryotankbehältern über einen Drucksensor kontrolliert werden. Bei Rissen im Liner und im umgebenen Faserverbundwerkstoff kann das Speichermedium austreten und zu einem Abbau des Vakuums führen.Of Further, the vacuum insulation between the two Kryotankbehältern over a pressure sensor to be controlled. For cracks in the liner and in the surrounded fiber composite material, the storage medium can escape and lead to a reduction of the vacuum.

Zudem wird ein Drucksensor zur Messung des Drucks im Kryotank verwendet. Dieser Sensor ist außerhalb der inneren Kryotankstruktur in der Befüll und/oder der Entnahmeleitung integriert.moreover a pressure sensor is used to measure the pressure in the cryogenic tank. This sensor is outside the inner cryogenic tank structure integrated in the filling and / or the sampling line.

Insbesondere, wenn alle Sensoren in oder an der Verstärkungsschicht aus elektrisch nicht leitendem Material oder am Metall des oder im Innenbehälter eingebaut sind, oder wenn die Verstärkungsschicht aus elektrisch nicht leitendem Material als erste Schicht außen auf das Metall des Innenbehälters aufgebracht ist, ist die Erfindung vorteilhaft ausgeführt bezüglich einer einfa chen, preiswerten Herstellung der Kryotanksensorik, mit deren Hilfe die Mess- und Steuereinrichtung aus der Eingangsgröße in mindestens einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs mindestens eine Ausganggröße erzeugen kann, vorzugsweise in den Betriebszuständen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs und/oder Inspektion und/oder abgestelltes Kraftfahrzeug, insbesondere indem Messvorgänge impulsartig in größeren Zeitabständen durchgeführt werden, und/oder fahrendes Kraftfahrzeug und/oder Betankung des Kraftfahrzeugs mit kryogenem Medium.In particular, when all the sensors are installed in or on the reinforcing layer of electrically non-conductive material or on the metal or in the inner container, or if the reinforcing layer of electrically non-conductive material is applied as the first layer on the outside of the metal of the inner container, the invention is advantageous executed with respect to a simp chen, inexpensive production of Kryotankensors, with the aid of which the measuring and control device from the input variable in at least one operating state of the motor vehicle can generate at least one output variable, preferably in the operating conditions commissioning of the motor vehicle and / or inspection and / or parked motor vehicle, in particular by measuring processes are carried out in pulses at greater intervals, and / or moving motor vehicle and / or refueling the motor vehicle with cryogenic medium.

Darüber hinaus können bei Erkennen einer Ermüdung oder einer Gefährdung die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen zum sicheren Betrieb des Kryotanks im Kraftfahrzeug über die Sensorik eingeleitet werden. Vorrangig sind hierbei die Einleitung akustischer und optischer Warnsignale und die Verhinderung weiterer Betankvorgänge zu sehen.About that In addition, upon detection of fatigue or a hazard the necessary safety measures for safe operation of the cryogenic tank in the motor vehicle the sensors are initiated. Priority here are the introduction of acoustic and visual warning signals and the prevention of further refueling operations to see.

Im Folgenden wird erläutert, wie die Sensoren bei verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden. Die Kontrolle des Kryotanks und die Detektierung von Schäden erfolgt sowohl vor der Inbetriebnahme, während des Betriebs und bei entsprechend spezifizierten Inspektionen. Bei einer entsprechenden Gefährdung werden über die Mess- und Steuereinrichtung die Sicherheitseinrichtungen des Kryotanks ausgelöst. Vorrangig werden Personen durch akustische und optische Signale gewarnt und die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet.in the The following explains how the sensors work in different ways Operating conditions are operated. The control of the cryotank and the detection of damage occurs both before Commissioning, during operation and when specified Inspections. At a corresponding risk are over the measuring and control device, the safety devices of Kryotanks triggered. Priority will be given to persons by acoustic and warned optical signals and the necessary security measures initiated.

Bei abgestelltem Fahrzeug wird die Kryotankstruktur vorrangig nur durch die optischen Sensoren kontrolliert. Bei diesem Messvorgang über optische Sensoren wird die Wärmemenge, die in das Kryotanksystem durch den Messvorgang eingetragen wird, gering gehalten. Hierdurch wird der Verlust an Treibstoff durch den über die eingetragene Wärme aufgebauten Druck und daraus resultierendem frühzeitigen Abblasen minimiert. Wird über die optischen Sensoren eine unzulässig hohe Verformung des Kryotanks detektiert, werden weitere notwendige Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet. Bei abgestelltem Fahrzeug kann die Füllmenge des Kryotanks durch die Verformung des Kryotanks, den ermittelten Druck im Kryotank und die Temperatur des kryogenen Mediums in festen Zeitabständen ermittelt werden. Die Füllmenge wird dem Nutzer bei der nächsten Inbetriebnahme des Fahrzeugs mitgeteilt.at parked vehicle, the Kryotankstruktur priority, only by the optical sensors are controlled. In this measurement process over Optical sensors measure the amount of heat that enters the cryogenic tank system entered by the measuring process, kept low. hereby is the loss of fuel by the over the registered Heat build-up pressure and resulting premature Blowing minimized. Is about the optical sensors a Inadmissible high deformation of the cryotank detected initiated further necessary security measures. at parked vehicle, the capacity of the cryogenic tank by the deformation of the cryotank, the determined pressure in the cryotank and the temperature of the cryogenic medium at fixed intervals be determined. The filling quantity is given to the user at the communicated next commissioning of the vehicle.

Die Erfindung sieht vor, dass die Kryotankstruktur vor jeder Betankung sowohl über die optischen Sensoren als auch über die ohmschen Sensoren überprüft wird. Zusätzlich wird die Qualität des Vakuums zwischen dem Innen- und Außenbehälter über einen Drucksensor kontrolliert. Wird eine zu hohe Rissdichte, eine unzulässig hohe Rissdichte oder ein Verlust des Vakuums detektiert, wird der Betankungsvorgang gestoppt, akustische und optische Warnsignale betätigt und weitere Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet.The The invention provides that the cryogenic tank structure before each refueling both via the optical sensors as well as over the ohmic sensors are checked. additionally the quality of the vacuum between the inner and outer container overflows controls a pressure sensor. If too high crack density, a impermissibly high crack density or loss of vacuum is detected, the refueling process is stopped, acoustic and optical warning signals are actuated and further safety measures initiated.

Die Erfindung sieht außerdem vor, dass die integrierte Sensorik so betrieben wird, dass der Wärmeeintrag bei abgestelltem Fahrzeug ein gewisses Maß nicht überschreitet, um einen beschleunigten Druckanstieg durch die eingebrachte Wärme und ein daraus resultierendes frühzeitiges Abblasen zu verhindern. Hierzu kann die integrierte Sensorik impulsartig betrieben und über die Mess- und Steuereinheit zeitlich getaktet werden. Durch die Integration der elektrisch kontaktierten, netzartigen Struktur in der Nähe des metallischen Liners kann die beim Messen entwickelte Wärme bei Betrieb des Fahrzeuges jedoch genutzt werden, neben des als Zweigleitung zur Einbringung von Wärme ausgeführten Kryotankwärmetauschers zusätzliche Wärme in das kryogene Medium einzubringen, um den notwendigen Betriebsdruck unterstützend aufzubauen bzw. oberhalb eines gewissen Mindestdruckes zu halten.The Invention also provides that the integrated sensors is operated so that the heat input when turned off Vehicle does not exceed a certain level, an accelerated pressure increase by the introduced heat and a resulting early blowing off too prevent. For this purpose, the integrated sensor can be operated like a pulse and timed via the measuring and control unit become. Due to the integration of the electrically contacted, net-like Structure near the metallic liner can be at the However, measuring developed heat during operation of the vehicle be used next to as a branch line for the introduction of heat executed Kryotankwärmetauschers additional To introduce heat into the cryogenic medium to the necessary Establish operating pressure supportive or above one to maintain a certain minimum pressure.

Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass vor dem Einbau des Kryotanks ins Fahrzeug mit Hilfe der integrierten Sensorik seine Fertigungsqualität überprüft wird. Hierzu wird der Kryotank bei normalen Umweltbedingungen mit einem Referenzdruck befüllt und die Verformungen des Innentanks gemessen. Die gemessenen Verformungen müssen innerhalb eines festgelegten Toleranzbereichs liegen. Diese Vorgehensweise wird auch bei der Kontrolle des Kryotanks im Rahmen der Inspektionszyklen angewendet. Liegen die ermittelten Messwerte bei Referenzdruck nicht im Rahmen des festgelegten Toleranzbereichs ist die Betriebssicherheit des Kryotanks nicht mehr gegeben und der Kryotank ist auszutauschen.Of Furthermore, the invention provides that prior to installation of the cryotank into the vehicle with the help of integrated sensors to check its manufacturing quality becomes. For this purpose, the cryotank in normal environmental conditions with a reference pressure filled and the deformations of the inner tank measured. The measured deformations must be within one specified tolerance range. This approach will also during the inspection of the cryogenic tank as part of the inspection cycles applied. The determined measured values are not at reference pressure Within the defined tolerance range is the operational safety the cryotank is no longer given and the cryotank is replaced.

Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinrichtung aus der Eingangsgröße die Temperatur und die Dichte des kryogenen Mediums ermittelt und diese als Ausganggrößen der Motorsteuerung zur Optimierung des Verbrennungsprozesses übermittelt.Further preferred embodiments of the invention are characterized that the measuring and control device from the input determines the temperature and density of the cryogenic medium and these as output variables of the engine control for Optimization of the combustion process transmitted.

Wenn die integrierte Sensorik so angeordnet ist und so betrieben werden kann, dass beim Betrieb des Fahrzeugs betriebsrelevante Größen ermittelt und eingestellt werden können, vorzugsweise der Betriebsdruck im Kryotank, die Temperatur des kryogenen Mediums und die Dichte des kryogenen Mediums, hat das den Vorteil, dass die ermittelten Größen an die Regel- und Steuereinheiten des Kraftfahrzeugs übermittelt werden können. Der Druck im Kryotank stellt eine wichtige Regelgröße dar, da er zum Transport des Mediums an das Antriebsaggregat und zum Befüllen der Brennkammer benutzt wird. Der Druck im Kryotank wird über einen Drucksensor ermittelt. Ebenso stellt die Dichte des Mediums eine wichtige Kenngröße bei der Bildung des optimalen Gemisches für den Verbrennungsprozess dar. Zur Ermittlung der Dichte des kryogenen Mediums im Fahrbetrieb werden der Druck im Kryotank und die Temperatur des Mediums ermittelt und über die Mess- und Steuereinrichtung die Dichte berechnet und dem Motorsteuergerät mitgeteilt.If the integrated sensor is arranged and operated in this way can, that during operation of the vehicle operational variables can be determined and adjusted, preferably the operating pressure in the cryotank, the temperature of the cryogenic medium and the density of the cryogenic medium, this has the advantage that the determined Sizes transmitted to the control and control units of the motor vehicle can be. The pressure in the cryotank represents an important one Rule size, since he is to transport the medium to the drive unit and to fill the combustion chamber is used. The pressure in the cryotank is via a pressure sensor determined. Likewise, the density of the medium is an important parameter in the formation of the optimum mixture for the combustion process dar. To determine the density of the cryogenic medium while driving The pressure in the cryogenic tank and the temperature of the medium are determined and calculated by the measuring and control device, the density and communicated to the engine control unit.

Eine vorteilhaftte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Innenbehälters angeordnete Temperatursensoren der Mess- und Steuereinrichtung Eingangsgrößen übermitteln, aus denen eine vorliegende Schichtung des kryogenen Mediums mit unterschiedlichen Temperaturzonen ermittelt werden kann.A advantageous embodiment of the invention is characterized in that that arranged on the circumference of the inner container temperature sensors transmit input quantities to the measuring and control device, from which a present layering of the cryogenic medium with different temperature zones can be determined.

Durch die beschriebene Erfindung können Treibstoffe wie Wasserstoff oder ähnliche Speichermedien unter Druck bei Umgebungstemperaturen oder kryogenen Bedingungen betriebssicher in automotiven Fahrzeug-Kryotanks gelagert werden. Schäden des Kryotanks, die bei der Fertigung oder im Betrieb auftreten und die ein unzulässiges Maß überschreiten, können dadurch frühzeitig erkannt werden. Die bei druckbelasteten Komponenten, insbesondere bei Einsatz von Faserverbundstrukturen, üblicherweise in regelmäßigen Zeitabständen durchzuführenden visuellen Inspektionen sind aufgrund der schlechten Zugänglichkeit dieser Komponenten nur bedingt oder gar nicht möglich. Die Erfindung beschreibt eine zuverlässige, in regelmäßigen Zeitabständen durchführbare Methode zur Inspektion der inneren Kryotankstruktur, die mit anderen Methoden nur bedingt oder gar nicht zugänglich ist. Ohne eine wie in der Erfindung beschriebenen Überwachungsfunktion muss die innere Kryotankstruktur für die Speicherung von Treibstoffen unter Druck mit einem höheren als für den Betrieb des Kryotanks bestimmten Sicherheitsfaktor ausgelegt werden, um einen sicheren Betrieb über die gesamte Lebensdauer garantieren zu können. Bei der Auslegung auf die gleiche Lebensdauer führt der Einsatz der beschriebenen Erfindung somit zu einer Reduzierung der Material-(und insbesondere der Faser)kosten bei der Herstellung der inneren Kryotankstruktur. Damit verbunden ist eine Reduktion des Volumens und des Gewichtes des Kryotanksystems, zwei entscheidende Faktoren für einen effizienten Betrieb zukünftiger mit Wasserstoff betriebener Fahrzeuge.By The described invention may include fuels such as hydrogen or similar storage media under pressure at ambient temperatures or Cryogenic conditions reliable in automotive cryogenic tanks be stored. Damage to the cryogenic tank during production or occur during operation and exceed an impermissible level, can be recognized early. The in pressure-loaded components, especially when using fiber composite structures, usually to be carried out at regular intervals Visual inspections are due to poor accessibility these components only partially or not possible. The invention describes a reliable, in regular Intervals feasible method of inspection the internal cryogenic tank structure, which is limited by other methods or not accessible at all. Without one as in the invention described monitoring function, the internal Kryotankstruktur for storing fuel under pressure with a higher as the safety factor for the operation of the cryogenic tank be designed to operate safely across the entire To guarantee lifetime. When designing on the same life leads to the use of the described Invention thus reducing the material (and in particular fiber) cost in the manufacture of the inner cryogenic tank structure. This is associated with a reduction in volume and weight of the cryogenic tank system, two crucial factors for one efficient operation of future hydrogen-powered plants Vehicles.

Darüber hinaus kann die in der Erfindung beschriebene Sensorik zur Überwachung und Steuerung wichtiger Regelgrößen für den effizienten Betrieb des Kryotanksystems sowie des Antriebsaggregats genutzt werden. Bei verbrennungsmotorischen Antriebskonzepten spielt die Dichte des in die Brennkammer eingespritzten Wasserstoffs eine wichtige Rolle für dessen Effizienz. Dabei ist die Dichte des Wasserstoffs durch die Parameter Druck und Temperatur bestimmt. Für die Messung der Temperatur des Speichermediums im Kryotank und die Regelung der Temperatur in der Vorlaufleitung hin zum Antriebsaggregat kommen die erfindungsgemäßen optischen Sensoren zum Einsatz.About that In addition, the sensor described in the invention for monitoring and control of important controlled variables for the efficient operation of the cryogenic tank system as well as of the drive unit be used. In internal combustion engine drive concepts plays the density of hydrogen injected into the combustion chamber important role for its efficiency. Here's the density of hydrogen determined by the parameters pressure and temperature. For measuring the temperature of the storage medium in the cryotank and the regulation of the temperature in the flow line to the drive unit come the optical sensors according to the invention for use.

Weiterhin können die auf dem ohmschen Messprinzip beruhenden Sensoren in den beschriebenen betriebsrelevanten Situationen neben dem für diesen Zweck vorgesehenen Kryotankwärmetauscher zur Erwärmung des Speichermediums und des InnenKryotanks beitragen. Bei einer längeren Volllastfahrt des Fahrzeugs kann je nach unterem Betriebsdruck des Antriebskonzeptes über den Kryotankwärmetauscher alleine nicht schnell genug ausreichend Wärme eingetragen werden, um in allen folgenden Betriebssituationen ohne eine entsprechende Vorhalteregelung des Kryotankwärmetauschers einerseits den für den Antrieb minimalen Betriebsdruck und andererseits eine nicht zu große im Kryotank verbleibende Wasserstoff Restmenge bei reduzierter Druckbereitstellung sicherzustellen. Durch die Nutzung der ohmschen Sensoren als zusätzliches Heizelement in diesen Betriebssituationen, kann die nur bei reduzierter Druckbereitstellung nutzbare Wasserstoff Restmenge reduziert werden.Farther can be based on the ohmic measuring principle sensors in the described operationally relevant situations beside that for this Purpose provided Kryotankwärmetauscher for heating contribute to the storage medium and the internal cryotank. At a The vehicle may take longer full load depending on the lower Operating pressure of the drive concept via the cryogenic tank heat exchanger alone not enough quickly enough heat entered be in order in all subsequent operating situations without a corresponding Reserve regulation of the cryotank heat exchanger on the one hand the minimum operating pressure for the drive and on the other hand a not too big in the cryotank remaining hydrogen Ensure residual quantity at reduced pressure supply. By the use of ohmic sensors as an additional heating element In these operating situations, the only at reduced pressure delivery usable hydrogen remaining amount can be reduced.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. Es zeigen:preferred Embodiments of the invention describes the following Description with the accompanying drawing. Show it:

1: einen Teilschnitt durch einen Kryotank im Wandungsbereich, mit integrierter, erfindungsgemäßer Sensorik, 1 FIG. 2: a partial section through a cryotank in the wall area, with integrated sensor system according to the invention, FIG.

2: eine schematische Darstellung von Komponenten zum erfindungsgemäßen Betrieb des Kryotanks, mit integrierter Sensorik, 2 : a schematic representation of components for operating the cryotank according to the invention, with integrated sensors,

3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Kontrolle des Kryotanks und zur Sicherstellung der Betriebsfestigkeit bei einer Inspektion mit Hilfe der integrierten Sensorik, 3 : a schematic representation of the devices according to the invention for controlling the cryotank and for ensuring the operational stability during an inspection with the aid of the integrated sensor system,

4: eine räumliche schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Variante zur Anordnung von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren zur Temperaturmessung und zur Anordnung einer elektrisch kontaktierten, netzartigen Sensorstruktur und 4 : A spatial schematic representation of a variant according to the invention for the arrangement of fiber Bragg grating sensors for temperature measurement and for the arrangement of an electrically contacted, net-like sensor structure and

5: eine typische Kennlinie, entstanden bei der Detektion von Mikrorissen, aufgrund der Änderung des elektrischen Widerstandes der netzartigen Sensorstruktur. 5 : a typical characteristic developed in the detection of microcracks, due to the change in the electrical resistance of the network-like sensor structure.

Wie in den 1 und 2 dargestellt, besteht ein Kryotank aus zwei ineinander liegenden Behältern, einem Innenbehälter 1 und einem Außenbehälter 2. Der Außenbehälter 2 ist vorzugsweise aus einer Edelstahl- oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Der Innenbehälter 1 besteht innen aus einem metallischen Liner 1a, der mit Faserverbundwerkstoff 1b, 1c umwickelt ist. Der Raum 7 zwischen den Behältern 1, 2 ist evakuiert. Ein kryogenes Medium 11 wird unter Druck im Innenbehälter 1 gelagert und ist gegenüber der Umwelt durch das Vakuum im Raum 7 thermisch isoliert.As in the 1 and 2 shown, a cryotank consists of two nested containers, an inner container 1 and an outer container 2 , The outer container 2 is preferably made of a stainless steel or an aluminum alloy. The inner container 1 consists of a metallic liner inside 1a that with fiber composite 1b . 1c is wrapped. The space 7 between the containers 1 . 2 is evacuated. A cryogenic medium 11 is pressurized in the inner container 1 stored and is against the environment due to the vacuum in the room 7 thermally insulated.

Der Faserverbundwerkstoff 1b, 1c besteht aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Faserverstärkungen und Faserorientierungen. Eine erste Schicht bildet ein Faserverbundwerkstoff 1b mit einer Verstärkung aus Glasfasern, in die eine elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 integriert ist. Die zweite Schicht bildet ein Faserverbundwerkstoff 1c mit einer Verstärkung aus Carbonfasern. Da die erste Schicht mit Glasfasern elektrisch nicht leitend ist, wird die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 gegenüber dem metallischen Liner 1a und der Schicht aus Carbonfasern elektrisch isoliert. Zudem werden durch die erste Schicht mit Glasfasern, thermische Spannungen, die sich aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Liner 1a und der zweiten Schicht aus Carbonfasern ergeben, abgebaut, da Glasfasern eine geringere Steifigkeit als Carbonfasern haben.The fiber composite material 1b . 1c consists of several layers with different fiber reinforcements and fiber orientations. A first layer forms a fiber composite material 1b with a reinforcement of glass fibers into which an electrically contacted, net-like sensor structure 3 is integrated. The second layer forms a fiber composite material 1c with a carbon fiber reinforcement. Since the first layer is not electrically conductive with glass fibers, the electrically contacted, net-like sensor structure 3 opposite the metallic liner 1a and the layer of carbon fibers electrically isolated. In addition, through the first layer of glass fibers, thermal stresses resulting from the different expansion coefficients between the metallic liner 1a and the second layer of carbon fibers, degraded because glass fibers have lower stiffness than carbon fibers.

Die in der Schicht mit Glasfasern elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 dient zur Überwachung der Bildung von Rissen im Liner 1a und zur Überwachung der Entstehung von Ablösungen zwischen dem Liner 1a und dem Faserverbundwerkstoff 1c. Hierzu ist die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 aus einzelnen Sensorsträngen aufgebaut, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und an den Enden elektrisch kontaktiert sind. Die Sensorstränge umschlingen den Innenbehälter 1 des Kryotanks und sind so angeordnet, dass eine netzartige Struktur entsteht. Die Sensorstränge können Veränderungen des Innenbehälters 1 in integraler Weise entlang ihrer Länge messen. Sie arbeiten nach dem ohmschen oder dem piezoresistiven Prinzip, so dass sich bei einer Längenänderung ihr elektrischer Widerstand ändert. Schäden in Form von Rissen im Liner 1a oder im Faserverbundwerkstoff 1b, 1c führen zu einer lokal begrenzten Zunahme der Dehnung. Diese Zunahme kann über die Sensorstränge der netzartigen Sensorstruktur 3 detektiert werden, wie 5 zeigt. Hierzu ist die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 nach 2 mit einer Mess- und Steuereinrichtung 6 verbunden. Mit Hilfe eines integralen Messverfahrens der netzartigen Sensorstruktur 3 können relativ kleine, lokal begrenzte Schäden detektiert werden. Außerdem ermöglicht die netzartige Sensorstruktur 3 die großflächige Überwachung der Oberfläche des Innenbehälters 1 des Kryotanks.The in the layer with glass fibers electrically contacted, reticulated sensor structure 3 is used to monitor the formation of cracks in the liner 1a and for monitoring the formation of delamination between the liner 1a and the fiber composite 1c , For this purpose, the electrically contacted, net-like sensor structure 3 composed of individual sensor strands, which consist of an electrically conductive material and are electrically contacted at the ends. The sensor strands wrap around the inner container 1 of the cryotank and are arranged so that a net-like structure is formed. The sensor strands can change the inner container 1 measure in an integral way along its length. They work according to the ohmic or the piezoresistive principle, so that changes their electrical resistance in a change in length. Damage in the form of cracks in the liner 1a or in the fiber composite material 1b . 1c lead to a localized increase in elongation. This increase can be achieved via the sensor strands of the network-like sensor structure 3 be detected, like 5 shows. For this purpose, the electrically contacted, net-like sensor structure 3 to 2 with a measuring and control device 6 connected. With the aid of an integral measuring method of the net-like sensor structure 3 relatively small, localized damage can be detected. In addition, the net-like sensor structure allows 3 large-scale monitoring of the surface of the inner container 1 of the cryotank.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass, neben der elektrisch kontaktierten, netzartigen Sensorstruktur 3, optische Sensoren in Form von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 4 zur Überwachung des Innenbehälters 1 des Kryotanks benutzt werden. Dieser optische Sensor umschlingt die Faserverbundstruktur 1c des Innenbehälters 1 vorzugsweise in Längsrichtung und ist mit verschiedenen Messstellen 4a zur Dehnungsmessung ausgestattet. Durch die Druckbelastung und die Abkühlung des Innenbehälters 1 auf kryogene Temperaturen wird dieser verformt. Die Verformungen werden durch den optischen Sensor 4 an den verschiedenen Messstellen 4a aufgenommen. Hierzu ist der optische Sensor 4 mit der Mess- und Steuereinrichtung 6 verbunden. Über die Mess- und Steuereinrichtung 6 wird zum Auslesen der einzelnen Messstellen 4a Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge eingelesen und die Lichtbeugung an den einzelnen Messstellen 4a durch die Dehnung des jeweiligen Beugungsgitters aufgezeichnet. Die Faser 4 zum Transport des Lichts kann aus Glas oder aus einem polymeren Werkstoff sein.The invention further provides that, in addition to the electrically contacted, net-like sensor structure 3 , optical sensors in the form of fiber Bragg grating sensors 4 for monitoring the inner container 1 of the cryotank. This optical sensor wraps around the fiber composite structure 1c of the inner container 1 preferably in the longitudinal direction and is with different measuring points 4a equipped for strain measurement. Due to the pressure load and the cooling of the inner container 1 this is deformed to cryogenic temperatures. The deformations are caused by the optical sensor 4 at the different measuring points 4a added. This is the optical sensor 4 with the measuring and control device 6 connected. About the measuring and control device 6 is used to read out the individual measuring points 4a Laser light of different wavelength read and the light diffraction at the individual measuring points 4a recorded by the strain of the respective diffraction grating. The fiber 4 for transporting the light may be made of glass or of a polymeric material.

Ein weiterer Faser-Bragg-Gitter-Sensor 5 zur Messung der Temperatur des kryogenen Mediums ist auf einem Balken 5b aufgeklebt, der nur an einem Ende mit dem metallischen Liner 1a verbunden ist. Die Verformungen des Kryotanks durch den Innendruck werden so nicht auf das Messgitter des Faser-Bragg-Gitter-Sensors 5 übertragen. Die Verschiebung des Messgitters wird durch die thermische Ausdehnung des Balkens 5b bestimmt. Der Faser-Bragg-Gitter-Sensor 5 ist vorzugsweise mit einer Abdeckung 5c geschützt, um Schäden durch Bewegungen des kryogenen Mediums zu verhindern.Another fiber Bragg grating sensor 5 to measure the temperature of the cryogenic medium is on a bar 5b glued on, which only at one end with the metallic liner 1a connected is. The deformations of the cryotank by the internal pressure are thus not on the measuring grid of the fiber Bragg grating sensor 5 transfer. The displacement of the measuring grid is determined by the thermal expansion of the beam 5b certainly. The fiber Bragg grating sensor 5 is preferably with a cover 5c protected to prevent damage by movements of the cryogenic medium.

Zusätzlich zeigt 2, dass im Kryotanksystem zwei Drucksensoren 10a, 10b Anwendung finden. Der Druck des kryogenen Mediums im Innenbehälter 1 wird durch den Drucksensor 10a, der in der Druckleitung zum Antriebsag gregat integriert ist, gemessen. Undichtigkeiten des Liners 1a und der Faserverbundwerkstoffe 1b, 1c in Form von Mikrorissen haben ein Austreten von kryogenem Medium zur Folge und führen zu einem Verlust des Vakuums im Raum 7 zwischen Innenbehälter 1 und Außenbehälter 2. Der Druckanstieg kann von dem Drucksensor 10b erfasst werden, der in den Außenbehälter 2 integriert ist.Additionally shows 2 in that in the cryogenic tank system two pressure sensors 10a . 10b Find application. The pressure of the cryogenic medium in the inner container 1 is through the pressure sensor 10a , which is integrated in the pressure line to Antriebsag gregat measured. Leaks in the liner 1a and the fiber composites 1b . 1c in the form of microcracks result in leakage of cryogenic medium and lead to a loss of vacuum in the room 7 between inner container 1 and outer container 2 , The pressure increase can be from the pressure sensor 10b to be captured in the outer container 2 is integrated.

Die Mess- und Steuereinrichtung 6 des Kryotanks ist einerseits mit der Motorsteuerung und andererseits mit den Sicherheitseinrichtungen des Kryotanks gekoppelt. Als Sicherheitseinrichtung ist vorrangig ein Ventil 8a vorgesehen, über das der Druck im Kryotank schnell abgebaut werden kann. Weitere Sicherheitseinrichtungen sind akustische und optische Warnsysteme, hier durch Lautsprecher 9a und Warnlampe 9b dargestellt.The measuring and control device 6 the cryotank is coupled on the one hand with the engine control and on the other hand with the safety devices of the cryotank. As a safety device is primarily a valve 8a provided over which the pressure in the cryogenic tank can be reduced quickly. Other safety devices are audible and visual warning systems, here by loudspeakers 9a and warning lamp 9b shown.

Die Mess- und Steuereinrichtung 6 steuert die Messvorgänge impulsartig, wenn das Fahrzeug abgestellt ist, um den Wärmeeintrag bei den Messungen gering zu halten. Hierdurch werden ein beschleunigter Druckanstieg im Kryotank und ein daraus resultierendes frühzeitiges Abblasen verhindert. Die Mess- und Steuereinrichtung 6 wird hierzu durch einen Controller zeitlich getaktet. Dabei wird der Wärmeeintrag durch die Sensorik deutlich erhöht, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist oder wenn sich kein kryogenes Medium im Kryotank befindet. Dies betrifft vorzugsweise die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3, die bei dieser Betriebsart als Heizelement genutzt wird. Durch die Integration der elektrisch kontaktierten, netzartigen Sensorstruktur 3 in der Nähe des metallischen Liners 1a, kann die entwickelte Wärme genutzt werden, die Faserverbundwerkstoffe 1b und 1c und den Liner 1a zu erwärmen. Die Wärmeentwicklung kann im Betrieb zur Unterstützung der Einbringung von Wärme in das kryogene Medium zur Druckhaltung genutzt werden. Ebenso kann die Wärmeentwicklung genutzt werden, den Ausgasungsvorgang der Schichten von Faserverbundwerkstoffen 1b, 1c vor der Inbetriebnahme des Kryotanks zu beschleunigen.The measuring and control device 6 controls the measurement impulses when the vehicle is turned off to keep the heat input during the measurements low. As a result, an accelerated increase in pressure in the cryogenic tank and a resulting premature blowing are prevented. The measuring and control device 6 is timed by a controller. The heat input is significantly increased by the sensors when the vehicle is in operation or when no cryogenic gene medium in the cryotank. This preferably relates to the electrically contacted, net-like sensor structure 3 , which is used as a heating element in this mode. By integrating the electrically contacted, net-like sensor structure 3 near the metallic liner 1a , the developed heat can be used, the fiber composites 1b and 1c and the liner 1a to warm up. The heat generation can be used in operation to support the introduction of heat into the cryogenic medium for pressure maintenance. Likewise, the heat generation can be used, the outgassing process of the layers of fiber composites 1b . 1c to accelerate before commissioning the cryotank.

Im Folgenden wird der Betrieb der Sensorik in verschiedenen Betriebsphasen des Kryotanks erläutert.in the The following is the operation of the sensors in different phases of operation of the cryogenic tank explained.

Vor der Inbetriebnahme des Kryotanks wird dessen Fertigungsqualität mit Hilfe der Sensorik überprüft und gleichzeitig das Überwachungssystem kalibriert. Hierzu wird der Kryotank bei normalen Umweltbedingungen mit einem Inertgas befüllt und ein Referenzdruck eingestellt, wodurch Verformungen des Kryotanks auftreten, die über die Sensorik, das heißt über die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 und die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 4, erfasst werden. Liegen die Messsignale innerhalb einer spezifizierten Toleranz kann die Fertigungsqualität des Kryotanks als ausreichend bewertet werden und eine Freigabe erfolgen. Die gemessenen Verformungen bei Referenzdruck werden in die Mess- und Steuereinrichtung eingelesen und abgespeichert. Die Sensorik wird bei diesem Vorgang kalibriert.Before commissioning the cryotank, its manufacturing quality is checked with the help of the sensors and at the same time the monitoring system is calibrated. For this purpose, the cryotank is filled under normal environmental conditions with an inert gas and set a reference pressure, whereby deformations of the cryogenic tank occur, via the sensor, that is, via the electrically contacted, reticulated sensor structure 3 and the fiber Bragg grating sensors 4 , are recorded. If the measuring signals are within a specified tolerance, the production quality of the cryotank can be assessed as sufficient and a release can take place. The measured deformations at reference pressure are read into the measuring and control device and stored. The sensors are calibrated during this process.

Nach einer vorbestimmten Betriebszeit wird dann der Kryotank mit dem gleichen Verfahren inspiziert, das bei der Überprüfung der Fertigungsqualität angewendet wurde. Durch mögliche Schäden in der Kryotankstruktur, wie Risse oder Ablösungen, ergeben sich Differenzen zwischen den einzelnen Messungen, die einen vorher spezifizierten Schwellwert nicht überschreiten dürfen. Diese Kontrollmessungen werden vorzugsweise bei der Inspektion des Fahrzeugs in der Werkstatt durchgeführt.To a predetermined operating time then the cryotank with the same procedure inspected when checking the manufacturing quality was applied. By possible Damage in the cryogenic tank structure, such as cracks or delamination, Differences arise between the individual measurements, the one must not exceed the previously specified threshold. These control measurements are preferably taken during the inspection of the Vehicle performed in the workshop.

3 zeigt hierzu den prinzipiellen Aufbau. Die Inspektion erfolgt unter normalen Umweltbedingungen mit Hilfe eines Messwagens 12. In den Messwagen 12 ist eine Druckanlage 12a integriert, mit der der Referenzdruck aufgebracht werden kann. Zudem ist in den Messwagen 12 eine Steuerelektronik 12b eingebaut, die mit der Mess- und Steuereinrichtung 6 des Kryotanks verbunden wird. So können, nachdem der Referenzdruck durch die Druckanlage 12a aufgebracht wurde, die Verformungen der Sensorik über die Mess- und Steuereinrichtung 6 erfasst und an die Steuerelektronik des Messwagens 12b übermittelt werden. Mögliche Schäden im Innenbehälter 1 führen dann zu einer Veränderung gegenüber dem Verformungsverhalten, das bei der Inbetriebnahme des Kryotanks auftrat. Überschreiten die Veränderungen einen festgelegten Schwellwert, muss der Kryotank ausgewechselt werden. 3 shows the basic structure. The inspection is carried out under normal environmental conditions with the aid of a measuring trolley 12 , In the measuring car 12 is a printing facility 12a integrated, with which the reference pressure can be applied. In addition, in the measuring car 12 an electronic control system 12b fitted with the measuring and control device 6 the cryotank is connected. So, after the reference pressure through the printing system 12a was applied, the deformations of the sensor via the measuring and control device 6 recorded and to the control electronics of the measuring carriage 12b be transmitted. Possible damage in the inner container 1 then lead to a change in the deformation behavior that occurred during commissioning of the cryogenic tank. If the changes exceed a specified threshold, the cryotank must be replaced.

Des Weiteren wird die integrierte Sensorik genutzt, die Sicherheit des Kryotanks über die Mess- und Steuereinrichtung 6 auch bei abgestelltem Fahrzeug zu kontrollieren. Hierbei wird die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 nicht in Betrieb genommen, um den Wärmeeintrag und somit die Erwärmung des kryogenen Mediums gering zu halten. Bei abgestelltem Fahrzeug wird die Kryotankstruktur vorrangig nur durch die optischen Sensoren 4, 5 kontrolliert. Bei diesem Messvorgang über diese Sensoren 4, 5 wird die Wärmemenge, die durch den Messvorgang in das Kryotanksystem eingetragen wird, gering gehalten. Hierdurch wird der Verlust an Treibstoff über den durch die eingetragene Wärme aufgebauten Druck und daraus resultierendem frühzeitigen Abblasen minimiert. Die Überwachung der Faserverbundstruktur des Innenbehälters 1 erfolgt durch die optischen Sensoren 4, 5 und den Drucksensor 10a zur Messung des Drucks im Kryotank. Diese Sensoren 4, 5, 10a werden auch bei abgestelltem Fahrzeug über die Mess- und Steuereinrichtung 6 in definierten Zeitabständen betrieben. Da die Verformungen des Kryotanks von seinem momentanen Betriebsdruck abhängig sind, wird der Betriebsdruck durch die Druckmessvorrichtung 10a ermittelt und mit den aufgenommenen Messsignalen der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 4 verglichen. Wird bei abgestelltem Fahrzeug eine im Verhältnis zum wirkenden Innendruck zu hohe Verformung des Kryotanks gemessen, werden weitere notwendige Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet. Diese können darin bestehen, das entweder das Sicherheitsventil 8a geöffnet und der Druck im Kryotank durch das ausströmende kryogene Medium abgebaut oder eine weitere Betankung verhindert wird.Furthermore, the integrated sensor technology is used, the safety of the cryogenic tank via the measuring and control device 6 even when the vehicle is parked. This is the electrically contacted, net-like sensor structure 3 not put into operation to keep the heat input and thus the heating of the cryogenic medium low. When the vehicle is parked, the cryogenic tank structure is primarily only by the optical sensors 4 . 5 controlled. In this measurement process via these sensors 4 . 5 the amount of heat that is registered by the measuring process in the cryogenic tank system is kept low. This minimizes the loss of fuel above the pressure built up by the heat input and the resulting premature blowing off. The monitoring of the fiber composite structure of the inner container 1 done by the optical sensors 4 . 5 and the pressure sensor 10a for measuring the pressure in the cryogenic tank. These sensors 4 . 5 . 10a even when the vehicle is parked via the measuring and control device 6 operated at defined intervals. Since the deformations of the cryotank are dependent on its current operating pressure, the operating pressure through the pressure measuring device 10a determined and with the recorded measurement signals of the fiber Bragg grating sensors 4 compared. If, when the vehicle is parked, a deformation of the cryotank which is too high in relation to the internal pressure is measured, further necessary safety measures are initiated. These may consist of either the safety valve 8a opened and the pressure in the cryogenic tank degraded by the outflowing cryogenic medium or further refueling is prevented.

Bei abgestelltem Fahrzeug kann die Füllmenge des Kryotanks in festen Zeitabständen über die Verformung des Innenbehälters 1, den dort herrschenden Druck und die Temperatur des kryogenen Mediums im Innenbehälter 1 ermittelt werden. Die Ermittlung der Temperatur und der Verformung bzw. der Volumenänderung des Innenbehälters 1 erfolgt über die optischen Sensoren 4 mit geringem Wärmeeintrag. Der Druck wird über den Sensor 10a in der Zuleitung, außerhalb des Kryotanks, ermittelt. In Abhängigkeit von der Dichte des kryogenen Mediums führt die Füllmenge durch das Eigengewicht zu einer zusätzlichen Verformung des Innenbehälters 1. Die Füllmenge ergibt sich, wenn die Verformung des Innenbehälters 1 durch den Druck von der gemessenen Verformung subtrahiert wird. Die mit dieser Methodik ermittelte Füllmenge wird dem Fahrzeugfahrer bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs und in regelmäßigen Abständen während des Betriebs mitgeteilt.When the vehicle is parked, the capacity of the cryotank at fixed intervals on the deformation of the inner container 1 , the prevailing pressure and the temperature of the cryogenic medium in the inner container 1 be determined. The determination of the temperature and the deformation or the volume change of the inner container 1 takes place via the optical sensors 4 with low heat input. The pressure is over the sensor 10a in the supply line, outside the cryogenic tank, determined. Depending on the density of the cryogenic medium, the filling amount by the weight leads to an additional deformation of the inner container 1 , The capacity results when the deformation of the inner container 1 is subtracted by the pressure from the measured strain. The amount of charge determined with this methodology becomes the vehicle driver during commissioning of the vehicle and at regular intervals during operation.

Der Innenbehälter 1 wird auch vor Freigabe einer Betankung sowohl über die optischen 4, 5 als auch über die ohmschen Sensoren 3 überprüft. Hierzu wird die Änderung des elektrischen Widerstandes der elektrisch kontaktierten, netzartigen Sensorstruktur 3 des Innenbehälters 1 in Verbindung mit dem ermittelten Druck und der ermittelten Temperatur verglichen. Aufgrund des integralen Messverfahrens der netzarigen Sensorstruktur 3 wird der gesamte Innenbehälter 1 hinsichtlich Rissbildung kontrolliert. Hat die Rissgröße einen kritischen Wert erreicht, wird über eine optische Anzeige 9b angezeigt, dass der Kryotank zu inspizieren ist. Zudem wird über den Drucksensor 10b am Außenbehälter 2 die Qualität des Vakuums im Raum 7 kontrolliert. Eine Undichtigkeit des metallischen Liners 1a führt zum Ausströmen des Mediums und zu einem Verlust des Vakuums. In diesem Fall werden die akustischen 9a und optischen 9b Warnsignale betätigt und weitere Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet. Diese können der Druckabbau im Innenbehälter 1 durch das Sicherheitsventil 8a oder die Verhinderung jeder weiteren Betankung des Fahrzeugs sein.The inner container 1 is also prior to release of a refueling both via the optical 4 . 5 as well as the ohmic sensors 3 checked. For this purpose, the change in the electrical resistance of the electrically contacted, net-like sensor structure 3 of the inner container 1 compared in relation to the determined pressure and the determined temperature. Due to the integral measuring method of the reticulated sensor structure 3 becomes the entire inner container 1 checked for cracking. If the crack size has reached a critical value, it will be displayed visually 9b indicated that the cryotank is to be inspected. In addition, via the pressure sensor 10b on the outer container 2 the quality of the vacuum in the room 7 controlled. A leak in the metallic liner 1a leads to the outflow of the medium and to a loss of the vacuum. In this case, the acoustic 9a and optical 9b Warning signals activated and further security measures initiated. These can reduce the pressure in the inner container 1 through the safety valve 8a or preventing any further refueling of the vehicle.

Zusätzlich wird die Sensorik des Kryotanks auch während der Fahrt zur Optimierung des Verbrennungsvorgangs im Antriebsaggregat genutzt.additionally The sensor technology of the cryogenic tank is also used while driving used to optimize the combustion process in the drive unit.

So wird im Fahrbetrieb die Betriebssicherheit des Kryotanks durch die Sensorik gewährleistet, indem die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 pulsartig betrieben wird, um die Verformungen des Innenbehälters 1 durch den Betriebsdruck zu überwachen. Die hierbei eingebrachte Wärme kann zusätzlich zur Erwärmung des kryogenen Mediums 11 genutzt werden. Der Druck im Innenbehälter 1 wird über den Drucksensor 10a gemessen. Ergeben sich unzulässig hohe Abweichungen zwischen Betriebsdruck und Verformung werden entsprechende optische und akustische Alarmsignale 9a, 9b ausgegeben, die den Fahrer veranlassen sollen, das Fahrzeug an einer verkehrssicheren Stelle abzustellen und eine weitere Betankung wird verhindert. Tritt innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls ein weiterer Anstieg auf, kann über die Mess- und Steuereinrichtung 6 das Sicherheitsventil 8a betätigt werden um den Druck im Innenbehälter 1 abzubauen.Thus, during operation, the reliability of the cryogenic tank is ensured by the sensors by the electrically contacted, net-like sensor structure 3 operated in a pulsed manner to the deformations of the inner container 1 to monitor by the operating pressure. The heat introduced in addition to the heating of the cryogenic medium 11 be used. The pressure in the inner container 1 is via the pressure sensor 10a measured. If impermissibly high deviations between operating pressure and deformation occur, corresponding visual and audible alarm signals will result 9a . 9b issued, which should cause the driver to park the vehicle in a traffic-safe place and further refueling is prevented. If a further increase occurs within a defined time interval, it is possible via the measuring and control device 6 the safety valve 8a be actuated by the pressure in the inner container 1 dismantle.

In besonderen Betriebszuständen (Verladung zum Transport, Entsorgung) kann die über die elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur 3 entwickelte Wärme dazu benutzt werden, das kryogene Medium 11 und den Innenbehälter 1 zu erwärmen. Dies geschieht unter Einhaltung entsprechender Sicherheitsvorschriften in abgesicherten Bereichen.In special operating conditions (loading for transport, disposal), the via the electrically contacted, net-like sensor structure 3 developed heat to be used, the cryogenic medium 11 and the inner container 1 to warm up. This is done in compliance with safety regulations in secured areas.

4 zeigt eine weitere Anordnung von Sensoren 5 zur Messung von Temperaturen bei kryogenen Medien, die bei Lagerung eine Schichtung S1, S2, S3 mit unterschiedlicher Temperaturverteilung ausbilden. Es sind mehrere Temperatursensoren 5 am Innenumfang des Innenbehälters 1 angeordnet, um die mittlere Temperatur des kryogenen Mediums ermitteln zu können. Die Ausbildung von Schichten S1, S2, S3 des kryogenen Mediums kann vorrangig bei stehendem Fahrzeug auftreten. 4 shows a further arrangement of sensors 5 for measuring temperatures in cryogenic media, which form a stratification S1, S2, S3 with different temperature distribution during storage. There are several temperature sensors 5 on the inner circumference of the inner container 1 arranged to determine the average temperature of the cryogenic medium can. The formation of layers S1, S2, S3 of the cryogenic medium can occur primarily when the vehicle is stationary.

Des Weiteren wird in 4 eine andere Anordnung der netzartigen Sensorstruktur 3 gezeigt. Einzelne Sensorstränge 3 sind dreiecksförmig auf dem zylindrischen Innenbehälter 1 abgelegt. Die einzelnen Sensorstränge 3 werden an ihren Enden mit elektrischer Kontaktierung über Verbindungselemente 3a zu einer netzartigen Sensorstruktur 3 verbunden. Die einzelnen Elemente werden über Zuleitungen 3b mit der Mess- und Steuereinrichtung 6 verbunden. Durch diese Anordnung können, je nach Bedarf, einzelne Bereiche des zylindrischen Innenbehälters 1 überwacht werden.Furthermore, in 4 another arrangement of the net-like sensor structure 3 shown. Individual sensor strands 3 are triangular on the cylindrical inner container 1 stored. The individual sensor strands 3 be at their ends with electrical contact via fasteners 3a to a net-like sensor structure 3 connected. The individual elements are via supply lines 3b with the measuring and control device 6 connected. By this arrangement, as needed, individual areas of the cylindrical inner container 1 be monitored.

5 zeigt die Zunahme des elektrischen Widerstandes der elektrisch kontaktierten, netzartigen Sensorstruktur 3 als Funktion der Rissdichte im Liner 1a bzw. im Faserverbundwerkstoff 1b, 1c. Die Risse führen zu einer lokal begrenzten Dehnungszunahme und somit zu einer Änderung des elektrischen Widerstandes im Sensornetz 3, die über die Mess- und Steuereinrichtung 6 erfasst werden kann. Bei steigender Rissdichte nimmt der elektrische Widerstand stark zu. Die Sensorstruktur 3 ist so aufgebaut, dass ihr Dehnungsvermögen kleiner ist als das Dehnungsniveau, das beim Versagen des Innenbehälters 1 auftritt. Daher kommt es vor dessen Versagen zu einem Versagen der netzartigen Sensorstruktur 3 und so zu einer gleichsam unendlich hohen Widerstandsänderung, aufgrund der Unterbrechung des elektrischen Leiters. 5 shows the increase in the electrical resistance of the electrically contacted, net-like sensor structure 3 as a function of the crack density in the liner 1a or in the fiber composite material 1b . 1c , The cracks lead to a locally limited increase in strain and thus to a change in the electrical resistance in the sensor network 3 passing through the measuring and control device 6 can be detected. As the crack density increases, the electrical resistance increases sharply. The sensor structure 3 It is designed so that its elongation is less than the level of expansion that occurs when the inner container fails 1 occurs. Therefore, it comes before its failure to a failure of the net-like sensor structure 3 and so to an almost infinitely high resistance change, due to the interruption of the electrical conductor.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 102005005941 A1 [0005] DE 102005005941 A1 [0005]
• - DE 69513281 T2 [0007] - DE 69513281 T2 [0007]

Claims (12)

Wärmeisolierter Behälter zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere wärmeisolierter Kryotank für kryogene Gase, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter (1) zur Aufnahme eines kryogenen Gases, der wärmeisoliert in mindestens einem Außenbehälter (2) gehalten wird, wobei der Innenbehälter (1) aufgebaut ist aus einer dichten Innenschicht (1a), insbesondere aus Metall, außen umgeben von mindestens einer Verstärkungsschicht aus Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) mit mindestens einem Sensor versehen ist, dessen Messwert als Eingangsgröße einer Mess- und Steuereinrichtung (6) zugeführt wird, die in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße der Mess- und Steuereinrichtung (6) oder in Abhängigkeit mindestens eines in der Mess- und Steuereinrichtung (6) gespeicherten Grenzwerts mindestens eine Ausgangsgröße zur Überwachung und/oder Gewährleistung der Betriebssicherheit des Behälters und/oder zur Gewährleistung der Versorgung des Antriebsaggregats mit Betriebsmittel erzeugt.Heat-insulated container for use as storage for a resource of a drive unit of a motor vehicle, in particular a heat-insulated cryogenic tank for cryogenic gases, comprising at least one inner container ( 1 ) for receiving a cryogenic gas, the heat-insulated in at least one outer container ( 2 ), wherein the inner container ( 1 ) is constructed from a dense inner layer ( 1a ), in particular of metal, externally surrounded by at least one reinforcing layer of fiber material, characterized in that the inner container ( 1 ) is provided with at least one sensor whose measured value is the input variable of a measuring and control device ( 6 ) is supplied, which in dependence on at least one further input variable of the measuring and control device ( 6 ) or depending on at least one in the measuring and control device ( 6 ) stored limit value for generating at least one output quantity for monitoring and / or ensuring the reliability of the container and / or to ensure the supply of the drive unit with resources. Wärmeisolierter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Innenbehälters (1) aus Metall, insbesondere aus einem metallischen Liner (1a), zur Aufnahme von Innendrucklast mit mindestens zwei Verstärkungsschichten aus Faserverbundwerkstoff (1b, 1c) umwickelt ist, wovon mindestens eine Schicht (1b) aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere aus Glasfasern, besteht und diese Schicht (1b) mindestens die Sensoren enthält, die elektrisch isoliert verbaut werden müssen, insbesondere eine elektrisch kontaktierte, netzartige Sensorstruktur (3), vorzugsweise aus elektrisch kontaktierten Karbonfasern.Heat-insulated container according to claim 1, characterized in that the outside of the inner container ( 1 ) of metal, in particular of a metallic liner ( 1a ), for absorbing internal pressure load with at least two reinforcing layers of fiber composite material ( 1b . 1c ), of which at least one layer ( 1b ) consists of electrically non-conductive material, in particular of glass fibers, and this layer ( 1b ) contains at least the sensors, which must be installed electrically isolated, in particular an electrically contacted, net-like sensor structure ( 3 ), preferably made of electrically contacted carbon fibers. Wärmeisolierter Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die netzartige Sensorstruktur (3) so aufgebaut ist, insbesondere durch Dreieckselemente, dass mindestens für einzelne Bereiche des Innenbehälters (1), über das ohmsche Prinzip, Risse und Schäden detektiert werden können, die eine Veränderung der Betriebsfestigkeit der Kryotankstruktur zur Folge haben.Heat-insulated container according to claim 2, characterized in that the reticulated sensor structure ( 3 ) is constructed, in particular by triangular elements, that at least for individual areas of the inner container ( 1 ), can be detected via the ohmic principle, cracks and damage that result in a change in the operating stability of the cryogenic tank structure. Wärmeisolierter Behälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) mit den Sensoren, die nach dem ohmschen Prinzip, insbesondere mit der netzartigen Sensorstruktur (3), arbeiten, aufheizbar ist.Heat-insulated container according to claim 2 or 3, characterized in that the inner container ( 1 ) with the sensors, which according to the ohmic principle, in particular with the net-like sensor structure ( 3 ), work, is heatable. Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Metall des und/oder im Innenbehälter (1) und/oder in und/oder zwischen den Verstärkungsschichten aus Faserverbundwerkstoff (1b, 1c) weitere Sensoren eingebaut sind, insbesondere mindestens ein Dehnungsmessstreifen und/oder mindestens ein Drucksensor (10a, 10b) und/oder mindestens ein optischer Fasersensor (4, 5), insbesondere ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor (4).Heat-insulated container according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the metal of and / or in the inner container ( 1 ) and / or in and / or between the fiber composite reinforcing layers ( 1b . 1c ) further sensors are installed, in particular at least one strain gauge and / or at least one pressure sensor ( 10a . 10b ) and / or at least one optical fiber sensor ( 4 . 5 ), in particular a fiber Bragg grating sensor ( 4 ). Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensoren in oder an der Verstärkungsschicht (1b) aus elektrisch nicht leitendem Material oder am Metall des oder im Innenbehälter (1) eingebaut sind.Heat-insulated container according to one of claims 2 to 5, characterized in that all sensors in or on the reinforcing layer ( 1b ) of electrically non-conductive material or on the metal of or in the inner container ( 1 ) are installed. Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschicht (1b) aus elektrisch nicht leitendem Material als erste Schicht außen auf das Metall des Innenbehälters (1) aufgebracht ist.Heat-insulated container according to one of claims 2 to 6, characterized in that the reinforcing layer ( 1b ) of electrically non-conductive material as a first layer on the outside of the metal of the inner container ( 1 ) is applied. Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinrichtung (6) aus der Eingangsgröße in mindestens einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs mindestens eine Ausganggröße erzeugt, vorzugsweise in den Betriebszuständen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs und/oder Inspektion und/oder abgestelltes Kraftfahrzeug, insbesondere indem Messvorgänge impulsartig in größeren Zeitabständen durchgeführt werden, und/oder fahrendes Kraftfahrzeug und/oder Betankung des Kraftfahrzeugs mit kryogenem Medium (11).Heat-insulated container according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring and control device ( 6 ) generates at least one output variable from the input variable in at least one operating state of the motor vehicle, preferably in the operating states commissioning of the motor vehicle and / or inspection and / or parked motor vehicle, in particular by measuring processes are carried out in pulses at greater intervals, and / or moving motor vehicle and / or Refueling the motor vehicle with cryogenic medium ( 11 ). Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinrichtung (6) aus der Eingangsgröße die Temperatur und die Dichte des kryogenen Mediums (11) ermittelt und diese als Ausganggrößen der Motorsteuerung zur Optimierung des Verbrennungsprozesses übermittelt.Heat-insulated container according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring and control device ( 6 ) from the input variable, the temperature and the density of the cryogenic medium ( 11 ) and transmitted as output variables of the engine control to optimize the combustion process. Wärmeisolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Innenbehälters (1) angeordnete Temperatursensoren (5) der Mess- und Steuereinrichtung (6) Eingangsgrößen übermitteln, aus denen eine vorliegende Schichtung (S1, S2, S3) des kryogenen Mediums (11) mit unterschiedlichen Temperaturzonen ermittelt werden kann.Heat-insulated container according to one of claims 1 to 9, characterized in that on the circumference of the inner container ( 1 ) arranged temperature sensors ( 5 ) of the measuring and control device ( 6 ) Convey input quantities from which a present stratification (S1, S2, S3) of the cryogenic medium ( 11 ) can be determined with different temperature zones. Verfahren zum Betreiben einer Sensorik und einer Mess- und Steuereinrichtung (6) eines wärmeisolierten Behälters zur Verwendung als Speicher für ein Betriebsmittel eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines wärmeisolierten Kryotanks für kryogene Gase, dadurch gekennzeichnet, dass durch dieses Verfahren in einem ersten Schritt die Fertigungsqualität des wärmeisolierten Behälters kontrolliert und die Sensorik kalibriert wird und dass durch dieses in einem zweiten Schritt die Betriebssicherheit des wärmeiso lierten Behälters überwacht wird, indem betriebsrelevante Größen durch die Mess- und Steuereinrichtung (6) ermittelt und überwacht werden, insbesondere die Ermüdung der Kryotankstruktur durch mechanische und thermische Wechselbelastungen und gleichzeitig die Versorgung des Antriebsaggregats mit Betriebsmittel sichergestellt wird, insbesondere durch eine Erwärmung der Kryotankstruktur in betriebsrelevanten Situationen durch die Sensorik.Method for operating a sensor system and a measuring and control device ( 6 ) a heat-insulated container for use as a memory for a resource of a drive assembly of a motor vehicle, in particular a thermally insulated cryogenic cryogenic gas tank, characterized in that controlled by this method in a first step, the manufacturing quality of the thermally insulated container and the sensor is calibrated and that by this In a second step, the operational safety of the heat-insulated container is monitored by variables relevant to operation through the measuring and control device ( 6 ) are determined and monitored, in particular the fatigue of the cryogenic tank structure is ensured by mechanical and thermal cycling and simultaneously the supply of the drive unit with resources, in particular by heating the Kryotankstruktur in operationally relevant situations by the sensors. Verfahren zum Betreiben einer Sensorik und einer Mess- und Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 11 eines wärmeisolierten Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Method for operating a sensor system and a measuring and control device ( 6 ) according to claim 11 of a heat-insulated container according to one of claims 1 to 10.