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Patent Searching and Data


Title:
CONTAINER FOR THE CRYOGENIC STORAGE OF FUEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/045834
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a container for the low-temperature, cryogenic storage of fuel, formed by an outer container and an interior container of cylindrical cross-section having dome-shaped ends, comprising an intermediate space between the outer container and the inner container, in which intermediate space at least a super-insulating means and a device for introducing gaseous fuel into and removing and blowing off gaseous fuel from the container are provided, which device consists at least of a pipe leading from outside of the container in the region of the dome through the outer container and the super-insulating means into the inner container. According to the invention said container is characterized in that the pipe is fastened to the inner circumference of the outer container by means of a fastening device, the pipe extending at least partially along the inner circumference of the outer container, in such a way that, during a blow-off operation, fuel that is flowing through the pipe and that is to be blown off is heated by heat conduction from the outer container via the fastening device in such a way that the fuel can be fed to a utilization system outside of the container, which utilization system at least has lines that are not suitable for low-temperature fuel.

Inventors:
SZOUCSEK KLAUS (DE)
LANDECK BASTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/067558
Publication Date:
March 31, 2016
Filing Date:
July 30, 2015
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
F17C1/00; F17C1/12
Foreign References:
US20020008111A12002-01-24
US3304728A1967-02-21
FR2091139A51972-01-14
DE102005035647A12007-02-01
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Claims:
Patentansprüche

1. Behälter (1 ) zur tiefkalten, kryogenen Speicherung von Kraftstoff, gebildet von einem Außenbehälter (3) und einem Innenbehälter (4) zylindrischen Querschnitts mit domförmigen Enden, wobei in dem Zwischenraum zwischen Außenbehälter (3) und Innenbehälter (4) wenigstens eine Superisolation und eine Einrichtung zum Befüllen in und Entnehmen und Abblasen gasförmigen Kraftstoffs aus dem Behälter (1) vorgesehen ist, die wenigstens aus einem von außerhalb des Behälters (1 ) im Bereich eines Domes durch den Außenbehälter (3) und die Superisolation hindurch in den Innenbehälter (4) führenden Rohr besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr am Innenumfang des Außenbehälters (3) über eine Befestigungseinrichtung, an diesem wenigstens teilweise entlang verlaufend, so befestigt ist, dass sich während eines Abblasvorgangs das Rohr durchströmender, abzublasender Kraftstoff durch Wärmeleitung vom Außenbehälter (3) her über die Befestigungseinrichtung so erwärmt, dass der Kraftstoff einem Verwertungssystem außerhalb des Behälters (1 ) zugeführt werden kann, das wenigstens Leitungselemente besitzt, die für tiefkalten Kraftstoff nicht geeignet sind.

2. Behälter (1 ) nach Anspruch 1 , 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, unter überkritischem Druck, bei 13 bar oder mehr, gespeichert werden kann.

3. Behälter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung so gestaltet ist, dass das Rohr in Behälterquerrichtung, verschieblich zum Außenbehälter (3), an diesem befestigt ist.

4. Behälter (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mittels in Behälterquerrichtung gegeneinander verschieblichen Wärmeleitelementen 8, 8' am Außenbehälter (3) befestigt ist.

Description:
Behälter zur kryogenen Speicherung von Kraftstoff

Die Erfindung betrifft einen druckfesten Behälter, insbesondere einen Kryotank, insbesondere zur Speicherung von kondensiertem Gas, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 10 2007 057 978 B1 noch auf die DE 2 022 774 A1 verwiesen. In solchen thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behältern wird zum Beispiel in einem Fahrzeug tiefkalter, flüssiger Wasserstoffvorrat in kryogenem Zustand unter überkritischem Druck, bei 13 bar oder mehr, gespeichert.

Bei dieser kryogenen Kraftstoffspeicherung bildet sich jedoch durch

Wärmeeintrag in den Kraftstoff-Behälter so genanntes blow-off-Gas, das ab einem bestimmten Tank-Innendruck abgeblasen werden muss. Insbesondere wenn kein Verbraucher für den Kraftstoff in Betrieb ist, d.h. insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine außer Betrieb ist, steigt als Folge des Wärmeeintrags der Tank-Innendruck an. Aus Sicherheitsgründen muss dieser Druck durch Öffnen von Ventilen begrenzt werden. Im Allgemeinen wird dabei das blow-off-Gas über Abblasleitungen, in denen diese Ventile vorgesehen sind, in die Umgebung abgegeben. Es ist auch möglich, das blow-off-Gas zu einem Verwertungssystem zu leiten und dort mit Luftsauerstoff mittels eines Katalysators zu Wasserdampf zu verbrennen. Die

Zuleitung zum Verwertungssystem kann dann das Abblasventil enthalten und eventuell weitere Komponenten wie Filter oder Verschraubungen. Hier ist es vorteilhaft, wenn zur Abdichtung Elastomerdichtungen verwendet werden können. Dies allerdings nur, wenn diese nicht zu kalt werden, da sie derzeit im Temperaturbereich ab minus 50 Grad Celsius und kälter gegenüber Wasserstoff nicht mehr zuverlässig abdichten. Es sind auch Einrichtungen zur Verringerung der blow-off-Gase mittels eines Wärmekontakts zu Kühlschilden bekannt, die den Wärmeeinfall in den Kraftstoff-Behälter mit dem kryogen gespeicherten Kraftstoff verzögern. Hier ist zum Beispiel die DE 10 2005 035 647 A1 zu nennen. Ein solches

Kühlschild, das vom abzublasenden Wasserstoff kaltgehalten wird, erwärmt diesen natürlich zwangsläufig, was seine Verwendung in einem Verwertungssystem, wie oben beschrieben, begünstigt.

Ferner ist in dem Britischen Patent 1 ,096,748, dem nächstliegenden Stand der Technik, ein isolierter, doppelwandiger Speicherbehälter mit Kühlschild ausgebildet, das über Kupferscheiben im Dom des Behälters in wärmeleitendem Kontakt mit einer Abblasleitung steht. Das Kühlschild umgibt den kompletten Behälter. Ein solcher Behälter ist in der Herstellung sehr aufwändig und daher nicht preisgünstig zu montieren. Außerdem ist der Wärmeaustausch zwischen Kühlschild und Abblasleitung aufgrund der geringen Berührfläche dieser Elemente über die Kupferscheiben zu gering, um den abzublasenden Wasserstoff so erwärmen zu können, dass dieser einem Verwertungssystem, wie oben beschrieben, zugeführt werden kann.

Eine Abhilfemaßnahme für die geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der abhängigen Ansprüche.

Nach der Erfindung ist ein Behälter zur tiefkalten, kryogenen Speicherung von Kraftstoff, gebildet von einem Außenbehälter und einem Innenbehälter zylindrischen Querschnitts mit domförmigen Enden, mit einem Zwischenraum zwischen Außenbehälter und Innenbehälter in dem wenigstens eine Superisolation und eine Einrichtung zum Befüllen und Entnehmen und Abblasen gasförmigen Kraftstoffs in den und aus dem Behälter vorgesehen ist, die wenigstens aus einem von außerhalb des Behälters im Bereich eines Domes durch den Außenbehälter und die Superisolation hindurch in den Innenbehälter führenden Rohr besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr am Innenumfang des Außenbehälters über eine Befestigungseinrichtung, an diesem wenigstens teilweise entlang verlaufend, so befestigt ist, dass sich, während eines Abblasvorgangs, das Rohr durchströmender, abzublasender Kraftstoff durch Wärmeleitung vom Außenbehälter her über die Befestigungseinrichtung so erwärmt, dass der Kraftstoff einem Verwertungssystem außerhalb des Behälters zugeführt werden kann, das wenigstens Leitungen besitzt, die für tiefkalten Kraftstoff nicht geeignet sind.

Ein über eine so wärmeleitende Befestigungseinrichtung am Innenumfang des Außenbehälters befestigtes und dort wenigstens teilweise entlang verlaufendes Rohr zum Abblasen von ursprünglich tiefkaltem Kraftstoff, dass sich dieser beim Durchströmen des Rohrs auf wenigstens minus 40 Grad Celsius erwärmt, also nicht mehr tiefkalt ist, hat den Vorteil, dass im weiteren Verlauf der Abblaseinrichtung konventionelle Elastomerdichtungen verwendet werden können. Auf so einfache Weise auf eine nicht mehr tiefkalte Temperatur gebrachter Kraftstoff ist dann zur weiteren Verwendung in einem Verwertungssystem aufbereitet. Über die Länge des Rohrs, seine Wärmeleitfähigkeit, sowie die der Befestigungseinrichtung kann vorteilhaft- erweise eine gewünschte Kraftstofftemperatur eingestellt werden.

Dies zum Beispiel, bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, in einem Behälter, der ein Kryodruck-Tank ist, in dem kryogener Wasserstoff zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter überkritischem Druck bei 13 bar oder mehr gespeichert werden kann. Dabei ist es von Vorteil, wenn der thermische Kontakt der sich berührenden Oberflächen der Befestigungseinrichtung auf einfache Weise mittels vakuumraumtauglicher Zusatzmittel verbessert wird, zum Beispiel durch spezielle doppelseitige Klebebänder mit definiert guten Wärmeleiteigenschaften. In Dombereichen kann dazu auch bisher ungenutzter Bauraum des Außenbehälters genutzt werden, was zu einer Verkleinerung des Volumens des Vakuumraums führt und damit eine Verkürzung des Evakuierungsvorgangs bei der Herstellung des Kraftstoffbehälters bewirkt.

Die Befestigungseinrichtung kann vorteilhafterweise so gestaltet sein, dass das Rohr in Behälterquerrichtung verschieblich zum Außenbehälter an diesem befestigt ist, wobei dann das Rohr mittels in Behälterquerrichtung gegeneinander verschieblichen Wärmeleitelementen am Außenbehälter befestigt sein kann. Die Wärmeleitelemente, deren Verschieblichkeit zueinander ein Auftreten von Materialspannungen aufgrund von Wärmedehnung verhindert, sind vorteilhafterweise aus einem gut wärmeleitenden Material, zum Beispiel aus Aluminium.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : Eine räumliche Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters mit am Dom geöffnetem Außenbehälter und damit sichtbarem dort befestigten Rohr zum Abblasen gasförmigen Kraftstoffs aus dem Behälter und

Figur 2: einen Teilquerschnitt durch die Wärmeleitelemente der Befestigungseinrichtung für das Rohr aus Figur 1 .

In beiden Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein Behälter 1 zur tiefkalten, kryogenen Speicherung von Wasserstoff als Kraftstoff eingebaut. Dieser dient zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden, nicht gezeichneten, Brennkraftmaschine. Der Behälter 1 ist gasflaschenartig lang gestreckt, nur teilweise in seiner Länge gezeichnet und besteht aus einem druckfesten Innenbehälter 4 aus faserverstärktem Material mit innenliegender, gasdichter Druckflasche 4'. Das Ganze in einem Außenbehälter 3, mit dazwischen liegender, nicht gezeichneter Isolationsschicht. In der Ansicht nach Figur 1 ist der Innenbehälter 4 nur sichtbar, weil ein Dom, der als Deckel den Außenbehälter 3 luftdicht verschließt und die darunter liegende Isolationsschicht entfernt sind. Im Mantel des Außenbehälters 3 ist eine Öffnung 2 sichtbar, diese dient, druckdicht abgedichtet, der Durchführung einer nicht gezeichneten Entnahmeleitung und einer nicht gezeichneten Befüllleitung für Wasserstoff in kryogenem Zustand. Eine zu einem nicht gezeichneten Abblasventil führende Abblasleitung 7 für gasförmigen

Wasserstoff, zur Vermeidung von zu großer Druckerhöhung im Behälter 1 , durchdringt den Innenbehälter 4 am Gaseingang 6 und die nicht gezeichnete Superisolation und den Außenbehälter 3 am Gasausgang 5. Die

Abblasleitung 7 besteht aus einem Rohr zur Gasführung, das über etwa drei Viertel des Innenumfangs des Außenbehälters 3, an diesem entlang verlaufend, über eine Befestigungseinrichtung befestigt ist. Diese besteht aus abschnittsweise das Rohr berührend umgebenden inneren Wärmeleitelementen 8, die jeweils an ihren Enden mittels Klemmelementen 9 am Rohr festgelegt sind. Über einen Befestigungsflansch 10 ist jedes innere Wärmeleitelement 8 mittels zweier Schrauben 10' an einem einzigen kreisförmigen äußeren Wärmeleitelement 8' angebracht, dessen Außenumfang in wärmeübertragendem Kontakt zum Innenumfang des Außenbehälters 3, an diesem, über eine entsprechende Passung und einzelne Schweißpunkte 1 1 , befestigt ist. Mittels Federn 12, die auf die Bolzen 13 der

Schrauben 10' geschoben sind, bringen diese eine definierte Spannkraft auf inneres und äußeres Wärmeleitelement 8, 8' auf, was sowohl die Quantität des Wärmeübergangs zwischen innerem und äußerem Wärmeleitelement 8, 8' einstellen lässt, als auch eine Verschieblichkeit dieser beiden Teile gegeneinander in Radialrichtung des Behälters 1 gewährleistet. Letzteres vermeidet ein Entstehen von Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung der verschiedenen Werkstoffe und sich laufend ändernder We rkstofftem pe rat u re n beim Abblasen von tiefkaltem Wasserstoff aus dem Behälter 1 . Auch bedingt durch die nachfolgende Erwärmung des Wasserstoffs im Rohr, letztlich über dieses und die Wärmeleitelemente 8, 8'.

Aufgrund einer Einstellung der Wärmeübertragung über die Wärmeleitelemente 8, 8', auch über deren Baugröße, wobei die Wärmeübertragung eine Erwärmung des abzublasenden Wasserstoffs auf eine nicht mehr tiefkalte Temperatur, wärmer als minus 40 Grad Celsius, bewirken soll, können Dichtelemente der Abblaseinrichtung außerhalb des Außenbehälters 3 aus herkömmlichem Elastomer bestehen und der abgeblasene Wasserstoff kann so auf einfache Weise einem nicht gezeichneten Verwertungssystem zugeleitet werden, das diesen zum Beispiel mittels Luftsauerstoff und eines Katalysators zu Wasserdampf verbrennt.