DE102014221779A1 - Pressure tank for storing fuel - Google Patents

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Abstract

Nach der Erfindung ist ein Druckbehälter zur Speicherung von Kraftstoff, der eine Einrichtung enthält, die einzelne Zellen zur Aufnahme des Kraftstoffs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung wenigstens aus Lagen einer einzelnen oder aus Lagen mehrerer für den Kraftstoff undurchlässigen Folien besteht.According to the invention, a pressure vessel for storing fuel containing means forming individual cells for receiving the fuel is characterized in that said means consists of at least layers of single or multiple layers of fuel impermeable films.

Description

Die Erfindung betrifft einen druckfesten Behälter, insbesondere einen Hochdrucktank, insbesondere zur Speicherung von komprimiertem Gas, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine mit Kraftstoff nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a pressure-resistant container, in particular a high-pressure tank, in particular for storing compressed gas, in particular for supplying an internal combustion engine driving a motor vehicle with fuel according to the preamble of the first claim.

In solchen druckdichten Behältern wird zum Beispiel in einem Fahrzeug bedruckter Wasserstoff gespeichert. Die Erfindung ist aber auch für Druckbehälter zur tiefkalten, flüssigen Wasserstoffvorratsspeicherung in kryogenem Zustand unter überkritischem Druck, bei 13 bar oder mehr, einsetzbar.In such pressure-tight containers, for example, hydrogen stored in a vehicle is stored. However, the invention can also be used for pressure vessels for cryogenic, liquid hydrogen storage in cryogenic state under supercritical pressure, at 13 bar or more.

Die EP 2 101 880 B1 , der nächstliegende Stand der Technik, beschreibt einen feuersicheren Kraftstoffbehälter, der mit Streckmetall oder kugelförmigen hohlen Füllkörpern befüllt ist, zur Verhinderung explosionsartiger Verbrennungsvorgänge. Ein solcher Behälter ist in der Herstellung aufgrund der qualitativen Anforderungen an das Streckmetall sehr aufwändig und daher nicht preisgünstig herzustellen. Dieses neigt, wie dort beschrieben, aufgrund seiner Herstellungsart dazu, dass im sich Laufe der Zeit kleine Metallteile frei im Behälter befinden, die als Grate am Streckmetall mit in den Behälter eingebracht wurden.The EP 2 101 880 B1 The closest prior art describes a fire-proof fuel tank filled with expanded metal or spherical hollow packings for preventing explosive combustion. Such a container is very expensive to manufacture due to the qualitative requirements of the expanded metal and therefore not inexpensive to manufacture. This tends, as described there, due to its production to the fact that in the course of time small metal parts are free in the container, which were introduced as burrs on the expanded metal in the container.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.To point out a remedy for this problem is the object of the present invention.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der abhängigen Ansprüche.The object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.

Nach der Erfindung ist ein Druckbehälter zur Speicherung von Kraftstoff, der eine Einrichtung enthält, die einzelne Zellen zur Aufnahme des Kraftstoffs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung wenigstens aus Lagen einer einzelnen oder aus Lagen mehrerer für den Kraftstoff undurchlässigen Folien besteht. Für den Kraftstoff undurchlässige Folien zur Bildung einzelner Zellen für die Aufnahme von Kraftstoff im Druckbehälter haben den Vorteil, dass diese Folien im Vorfeld ihrer Herstellung nicht spanend bearbeitet werden müssen und so keine Grate bleiben können, die sich zum Beispiel durch die Beanspruchung bei Befüll- und Entleervorgängen lösen und den Kraftstoff im Druckbehälter verunreinigen können. Außerdem wird durch eine labyrinthartige Struktur der Folienlagen die Ausströmung von Kraftstoff im Falle einer Beschädigung des Druckbehälters an diesen Stellen stark verzögert. Die Folien werden zusätzlich an die beschädigte Stelle gepresst und dichten diese somit zum Teil ab. Durch unterschiedlich breite Folien lässt sich die Innentankgeometrie auch in Dom-Bereichen gut nachformen.According to the invention, a pressure vessel for storing fuel containing means forming individual cells for receiving the fuel is characterized in that said means consists of at least layers of single or multiple layers of fuel impermeable films. For the fuel impermeable films for forming individual cells for receiving fuel in the pressure vessel have the advantage that these films do not have to be machined in the run-up to their preparation and so can not remain burrs, for example, by the stress at filling and Relieve emptying and can contaminate the fuel in the pressure vessel. In addition, the outflow of fuel in the event of damage to the pressure vessel at these points is greatly delayed by a labyrinthine structure of the film layers. In addition, the foils are pressed against the damaged area and thus partially seal them off. Through different widths of foils, the inner tank geometry can be well shaped even in dome areas.

Bei alternativen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Druckbehälter in einer ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass dieser einwandig ausgebildet ist, insbesondere zur Hochdruckspeicherung von Wasserstoff. In einer zweiten Ausführungsform wird der Druckbehälter von einem Außenbehälter und einem Innenbehälter gebildet, insbesondere zur tiefkalten, insbesondere kryogenen Speicherung von Kraftstoff, wobei der Innenbehälter als Druckbehälter die Einrichtung enthält.In alternative advantageous embodiments of the invention, the pressure vessel in a first embodiment is characterized in that it is of single-walled construction, in particular for the high-pressure storage of hydrogen. In a second embodiment, the pressure vessel is formed by an outer container and an inner container, in particular for the cryogenic, in particular cryogenic storage of fuel, wherein the inner container contains the device as a pressure vessel.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass, zwischen die einzelnen Lagen der Folien Abstandshalter eingebracht sind, deren Berührfläche zu den Folien oder zum Innenumfang des Druckbehälters punktförmig und/oder linear und/oder flächig gestaltet ist. Dies gewährleistet ein ausreichend großes Nutzvolumen zur Gasspeicherung. Die Folie kann vorteilhafterweise aus dünnem und hochreißfestem Material bestehen, insbesondere aus Metall oder aus Kunststoff, insbesondere verstärkt durch Fasern und/oder Gewebe. Die Folie bzw. die Folien können einfach oder mehrfach gewickelt, gerollt oder gelegt in den Druckbehälter eingebracht werden. Vorher können die Folien zusätzlich auch einfach oder mehrfach gefaltet oder mehrfach gerollt werden. Die unterschiedlichen Folienlagen können durch Falten oder Rollen inherent gasdicht verbunden sein oder vor, während oder nach dem Rollen gasdicht miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Das Druckbehältervolumen lässt sich so auch mit verschiedenen Lagen von Folien füllen. Um Materialspannungen zu vermeiden ist es von Vorteil, wenn die Einrichtung am Druckbehälter, insbesondere zu diesem begrenzt verschieblich, befestigt ist.Preferred embodiments of the invention are characterized in that, between the individual layers of the films spacers are introduced, the contact surface is designed punctiform and / or linear and / or planar to the films or to the inner circumference of the pressure vessel. This ensures a sufficiently large usable volume for gas storage. The film may advantageously consist of thin and highly tear-resistant material, in particular of metal or of plastic, in particular reinforced by fibers and / or tissue. The film or the films can be simply or repeatedly wound, rolled or placed placed in the pressure vessel. Before that, the foils can additionally be folded one or more times or rolled several times. The different film layers can be inherently gas-tight connected by folding or rolling or gas-tight before, during or after rolling, for example, by gluing or welding. The pressure vessel volume can thus be filled with different layers of films. In order to avoid material stresses, it is advantageous if the device is attached to the pressure vessel, in particular to this limited displaceable.

In seiner ersten Ausführungsform ist der Druckbehälter also ein Drucktank, in dem bedruckter Wasserstoff gasförmig und/oder flüssig und/oder überkritisch zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, gespeichert werden kann. Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter ein Kryodruck-Tank ist, in dem kryogener Wasserstoff, zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, gespeichert werden kann. Insbesondere in der ersten Ausführungsform ist es auch möglich, den Druckbehälter mehrwandig auszuführen. Dabei ist die Einrichtung, die einzelne Zellen zur Aufnahme des Kraftstoffs bildet, im innersten Behälter enthalten.In its first embodiment, the pressure vessel is thus a pressure tank in which printed hydrogen can be stored in gaseous and / or liquid and / or supercritical fashion to supply a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle. The second embodiment is characterized in that the pressure vessel is a cryopressure tank in which cryogenic hydrogen can be stored to supply a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle. In particular, in the first embodiment, it is also possible to carry out the pressure vessel multi-walled. In this case, the device which forms individual cells for receiving the fuel is contained in the innermost container.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Die 1, 2, 5 und 6 zeigen, jeweils in räumlicher Ansicht, vier verschiedene erfindungsgemäße Folienschichten zum Einbau in einen Innenbehälter eines Kraftstoff-Druckbehälters, während in den 3 und 4 dazu mögliche Falzausbildungen vergrößert als Einzelheit dargestellt sind, als Ausschnitt zu 2 gezeichnet, wie durch Kreis und Pfeile gekennzeichnet. In the following the invention will be further explained with reference to four preferred embodiments. The 1 . 2 . 5 and 6 show, each in a three-dimensional view, four different film layers according to the invention for installation in an inner container of a fuel pressure vessel, while in the 3 and 4 this possible Falzausbildungen enlarged as a detail are shown as a section to 2 drawn as indicated by circle and arrows.

In allen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.In all figures, the same elements are designated by the same reference numerals and essential to the invention may be all the features described in more detail.

In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein nicht gezeichneter Druckbehälter zur Speicherung von Wasserstoff als Kraftstoff eingebaut. Dieser dient zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden, nicht gezeichneten, Brennkraftmaschine. Der Druckbehälter ist gasflaschenartig lang gestreckt und besteht aus einem nicht gezeichneten druckfesten Außenmantel aus faserverstärktem Material mit innenliegendem, gasdichten Liner aus Metall, wie Edelstahl oder Aluminium. Im Falle einer kryogenen Speicherung des Wasserstoffs befindet sich der Druckbehälter als Innenbehälter in einem nicht gezeichneten Außenbehälter, mit dazwischen liegender Isolationsschicht.In a not shown motor vehicle, a non-illustrated pressure vessel for storing hydrogen is incorporated as fuel. This serves to supply a motor vehicle driving, not shown, internal combustion engine. The pressure vessel is gas-elongated long and consists of a not shown pressure-resistant outer jacket made of fiber-reinforced material with an internal, gas-tight liner made of metal, such as stainless steel or aluminum. In the case of a cryogenic storage of hydrogen, the pressure vessel is as an inner container in a non-illustrated outer container, with intervening insulation layer.

In den innersten Druckbehälter ist eine Einrichtung 1 eingebracht, die einzelne Zellen 2 zur Aufnahme von Wasserstoff in kryogenem Zustand bildet. Diese besteht in der Ausführung gemäß 1 aus einer so aufgerollten, undurchlässigen Folie 3 aus Aluminium, dass die Folienoberfläche beabstandet ist und einen Zwischenraum 4 zur Aufnahme des Wasserstoffs bildet. Es ist hier also eine, um eine nicht gezeichnete Längsachse des zylindrischen Druckbehälters spiralförmig herum verlaufende Zelle 2 ausgebildet, deren Befüllung mit Wasserstoff dadurch einfach erfolgen kann, dass an den Stirnseiten des Druckbehälters, senkrecht zu dessen Längsachse, zwischen Folienpaket 3 und Innenseite des Druckbehälters jeweils ein genügend großer Abstand besteht.In the innermost pressure vessel is a device 1 introduced, the individual cells 2 forms hydrogen in the cryogenic state. This consists in the execution according to 1 from such a rolled, impermeable film 3 made of aluminum, that the film surface is spaced and a gap 4 forms for the uptake of hydrogen. So here it is one, around a not drawn longitudinal axis of the cylindrical pressure vessel spirally around running cell 2 formed, the filling of which can be easily done by hydrogen, that at the end faces of the pressure vessel, perpendicular to its longitudinal axis, between foil package 3 and inside of the pressure vessel in each case a sufficiently large distance exists.

Das Folienpaket 3 ist in der Ausführungsform der Erfindung nach 2 zum besseren Verständnis etwas ausgerollt gezeichnet. Es ist entsprechend dem gemäß 1 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Folie 3 vor dem Aufrollen gedoppelt wurde. In 3 ist dies dargestellt durch einmaliges Falten der Folie 3 und in 4 über eine Fügeverbindung 5 wie Schweißen oder Falzen am Rand zweier aufeinander liegenden Folien 3, 3'. Hier ergeben sich dann durch Aufrollen jeweils zwei Zellen 2, 2'.The foil package 3 is in the embodiment of the invention after 2 Drawn something for better understanding rolled out. It is according to the according to 1 formed, with the difference that the film 3 was doubled before rolling up. In 3 This is shown by a single folding of the film 3 and in 4 via a joint connection 5 like welding or folding on the edge of two superimposed films 3 . 3 ' , Here arise then by rolling two cells each 2 . 2 ' ,

In der Ausführungsform der Erfindung nach 5 wurde entsprechend der Beschreibung zu den 1 bis 4 die Folie 3 dreimal gefaltet zu vier Schichten und vier zusammenhängenden Zellen 2, 2', 2'', 2''' nach dem Aufrollen. Dreimaliges Schweißen oder Falzen oder Kleben von vier übereinander liegenden einzelnen Folien 3 entsprechend 4 ist ebenfalls möglich.In the embodiment of the invention according to 5 was according to the description of the 1 to 4 the foil 3 folded three times into four layers and four contiguous cells 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' after rolling up. Three times welding or folding or gluing four superimposed individual films 3 corresponding 4 is also possible.

Die Ausführungsform der Erfindung nach 6 zeigt eine Ausführung entsprechend der 5, allerdings wurde hier anstatt der leporelloartigen Faltweise eine umschlingende Faltweise gewählt und eine zusätzliche separate Folienlage 3'' mit aufgerollt.The embodiment of the invention according to 6 shows an embodiment according to the 5 , but instead of the leporello-like folds a wrap-around fold was chosen and an additional separate foil layer 3 '' with rolled up.

Die einzelnen Folienlagen 3, 3', 3'' können durch Falten oder Rollen inherent gasdicht verbunden sein oder vor, während oder nach dem Rollen gasdicht miteinander verbunden werden, zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen.The individual foil layers 3 . 3 ' . 3 '' can be inherently gastight connected by folding or rolling or before, during or after rolling gas-tightly connected to each other, for example by gluing or welding.

Die einzelnen Zellen 2, 2', 2'', 2''' sind so gebildet und in den Druckbehälter eingebaut, dass sie offen zueinander und zum Innenumfang des Druckbehälters sind und sich so jede Zelle 2, 2', 2'', 2''' beim Befüllen des Kraftstoff-Druckbehälters mit Wasserstoff in bedrucktem oder kryogenem Zustand sukzessive ohne weiteres Zutun befüllt und entlüftet. Dazu können auch noch weitere nicht gezeichnete Befüll- bzw. Entleerausnehmungen gebildet sein, zwischen dem Innenumfang des Druckbehälters und den Folienlagen 3, 3', 3'', zum Beispiel in diese eingebracht.The individual cells 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' are so formed and built into the pressure vessel that they are open to each other and to the inner circumference of the pressure vessel and so each cell 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' when filling the fuel pressure vessel with hydrogen in printed or cryogenic state successively filled and vented without further action. For this purpose, other not shown filling or Entleerausnehmungen may be formed between the inner periphery of the pressure vessel and the film layers 3 . 3 ' . 3 '' , for example, incorporated into this.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung können zwischen den einzelnen Lagen der Folien 3, 3', 3'' und zum Druckbehälter hin nicht gezeichnete Abstandshalter eingebracht sein, deren Berührfläche zu den Folien 3, 3', 3'' oder zum Druckbehälter punktförmig und/oder linear und/oder flächig gestaltet sein kann.In all embodiments of the invention, between the individual layers of the films 3 . 3 ' . 3 '' and not shown to the pressure vessel spacers be introduced, their contact surface to the films 3 . 3 ' . 3 '' or can be designed punctiform and / or linear and / or planar to the pressure vessel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2101880 B1 [0003] EP 2101880 B1 [0003]

Claims (9)

Druckbehälter zur Speicherung von Kraftstoff, der eine Einrichtung (1) enthält, die einzelne Zellen (2, 2', 2'', 2''') zur Aufnahme des Kraftstoffs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung (1) wenigstens aus Lagen einer einzelnen oder aus Lagen mehrerer für den Kraftstoff undurchlässigen Folien (3, 3', 3'') besteht.Pressure vessel for storing fuel, which is a device ( 1 ) contains the individual cells ( 2 . 2 ' . 2 '' . 2 ''' ) for receiving the fuel, characterized in that this device ( 1 ) at least from layers of a single layer or layers of several films impermeable to fuel ( 3 . 3 ' . 3 '' ) consists. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einwandig ausgebildet ist, insbesondere zur Hochdruckspeicherung von Wasserstoff.Pressure vessel according to claim 1, characterized in that it is formed single-walled, in particular for the high-pressure storage of hydrogen. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser von einem Außenbehälter und einem Innenbehälter gebildet ist, insbesondere zur tiefkalten, kryogenen Speicherung von Wasserstoff, wobei der Innenbehälter als Druckbehälter die Einrichtung (1) enthält.Pressure vessel according to claim 1, characterized in that it is formed by an outer container and an inner container, in particular for the cryogenic, cryogenic storage of hydrogen, wherein the inner container as a pressure vessel, the device ( 1 ) contains. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die einzelnen Lagen der Folien (3, 3', 3'') Abstandshalter eingebracht sind, deren Berührfläche zu den Folien (3, 3', 3'') oder zum Innenumfang des Druckbehälters punktförmig und/oder linear und/oder flächig gestaltet ist.Pressure container according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the individual layers of the films ( 3 . 3 ' . 3 '' ) Spacers are introduced whose contact surface with the films ( 3 . 3 ' . 3 '' ) or the inner circumference of the pressure vessel is punctiform and / or linear and / or flat. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3, 3', 3'') aus dünnem und hochreißfesten Material besteht, insbesondere aus Metall oder aus Kunststoff, insbesondere verstärkt durch Fasern und/oder Gewebe.Pressure vessel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the film ( 3 . 3 ' . 3 '' ) consists of thin and highly tear-resistant material, in particular of metal or plastic, in particular reinforced by fibers and / or tissue. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) am Druckbehälter, insbesondere zu diesem begrenzt verschieblich, befestigt ist.Pressure vessel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device ( 1 ) is attached to the pressure vessel, in particular limited to this displaceable. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) bzw. die Folien (3, 3', 3'') einfach oder mehrfach gewickelt und/oder gerollt und/oder gelegt und/oder gefaltet und/oder geklebt und/oder geschweißt sind.Pressure vessel according to one of claims 1 to 6, characterized in that the film ( 3 ) or the films ( 3 . 3 ' . 3 '' ) are wound once or several times and / or rolled and / or laid and / or folded and / or glued and / or welded. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Drucktank ist, in dem bedruckter Wasserstoff, zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, gespeichert werden kann.Pressure vessel according to one of claims 1, 2 or 4 to 7, characterized in that it is a pressure tank in which printed hydrogen, for supplying a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle, can be stored. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Kryodruck-Tank ist, in dem kryogener Wasserstoff, zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, gespeichert werden kann.Pressure vessel according to one of claims 1 or 3 to 7, characterized in that it is a cryopressure tank in which cryogenic hydrogen, for supplying a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle, can be stored.
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