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DE102016220148A1 - Druckbehälter mit einer den Behälter umgebenden Leitung sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

Druckbehälter mit einer den Behälter umgebenden Leitung sowie Herstellungsverfahren Download PDF

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DE102016220148A1
DE102016220148A1 DE102016220148.4A DE102016220148A DE102016220148A1 DE 102016220148 A1 DE102016220148 A1 DE 102016220148A1 DE 102016220148 A DE102016220148 A DE 102016220148A DE 102016220148 A1 DE102016220148 A1 DE 102016220148A1
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DE
Germany
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line
container
pressure vessel
fiber
conduit
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DE102016220148.4A
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Jan-Mark Kunberger
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs in einem Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter umfasst einen Behälter 10 und mindestens eine Leitung 20, die den Behälter umgibt. Der Behälter bildet den Behälter das Behälterinnenvolumen I aus. Die mindestens eine Leitung 20 ist mit dem Behälterinnenvolumen I fluidverbunden. Das hier offenbarte Verfahren umfasst den Schritt wonach die mindestens eine Leitung 20 auf den Behälter 10 aufgebracht wird.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Druckbehälters.
  • Druckbehälter als solche sind bekannt. Beispielsweise offenbart die deutsche Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2014 221530 einen Druckgastank mit einem Tank-Speicherraum, in dem Strömungsverzögerungselemente vorgesehen sind. Die Strömungsverzögerungselemente können das Ausströmen von Brenngas aus dem Druckgastank drosseln.
  • Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2013 220421 ein Druckgastank eines Kraftfahrzeugs mit einer Druckentlastungseinrichtung bekannt, die bei einer signifikanten Änderung des Drucks in einem Zwischenraum auslöst. Der Zwischenraum wird von einer dem Gasdruck standhaltenden Tankwand und einer Überwachungshülle ausgebildet.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, vorbekannte Lösungen zu verbessern oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es sind bevorzugte Aufgaben der hier offenbarten Technologie, Strömungsverzögerungsmechanismen bereitzustellen; Betankungsvolumen, Bauraum, Gewicht und/oder Kosten zu optimieren; und/oder sicher bei einem thermischen bzw. mechanischen Ereignis den Druckbehälter zu entlasten. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Der Druckbehälter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. Der Druckbehälter weist i.d.R. einen Mittenbereich bzw. zylindrische Bereich und zwei Endbereiche auf, die sich an den Mittelbereich an beiden Enden anschließen.
  • Hochdruckgasbehältersysteme (= CGH2-Systeme) sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.
  • Das kryogene Druckbehältersystem (= CcH2-System) umfasst einen kryogenen Druckbehälter. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar.
  • Der Druckbehälter umfasst einen Behälter bzw. Innenbehälter (nachfolgend vereinfachend: „Behälter“), der ein Behälterinnenvolumen I ausbildet. Das Behälterinnenvolumen I stellt ein Brennstoff-Speichervolumen dar.
  • Der Behälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter vorgesehen sein.
  • Der Behälter kann mindestens eine faserverstärkte Schicht umfassen. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst ferner mindestens eine brennstoffführende Leitung, die den Behälter umgibt. Die brennstoffführende Leitung ist permanent fluidverbunden mit dem Behälter Innenvolumen I. Insbesondere ist der Druck im Behälterinnenvolumen I im Wesentlichen gleich dem Druck in der brennstoffführenden Leitung. Etwaige Druckunterschiede können beispielsweise aus Druckverlusten in der Leitung resultieren. Das Behälterinnenvolumen I und das Volumen der mindestens einen Leitung bilden zusammen das gesamte Brennstoff-Speichervolumen des Druckbehälters aus.
  • Die Leitung kann ausgebildet sein, bei geringeren Drücken (mechanisch) zu versagen als der Behälter. Alternativ oder zusätzlich kann die Leitung ausgebildet sein, bei geringeren Temperaturen (thermisch) zu versagen als der Behälter. Mit anderen Worten wird also zunächst eine Schädigung an der Leitung auftreten, bevor der Behälter selbst beschädigt wird. Eine Beschädigung oder ein Versagen der Leitung ist dabei jede Veränderung der Leitung, die einen funktionsgemäßen Normalbetrieb (unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren) nicht mehr ermöglicht. Insbesondere besteht das Versagen bzw. die Beschädigung darin, dass der Brennstoff aus der Leitung ausströmen kann. Beispielsweise kann die Leitung so gestaltet sein, dass sie bei Temperaturen in einen Temperaturbereich von 70 °C bis 140 °C, oder bevorzugt in einem Temperaturbereich von 110 °C bis 120 °C versagt. Beispielsweise kann die Leitung in diesen Bereichen zumindest bereichsweise Aufschmelzen bzw. soweit aufgeweicht werden, dass die Leitung dem Innendruck in der Leitung nicht mehr standhalten kann.
  • Die Leitung kann den Behälter zumindest in einem Bereich, insbesondere zumindest im Mittenbereich des Behälters, derart umgeben, dass ein auf den Druckbehälter einwirkendes thermisches Ereignis und/oder mechanisches Ereignis zunächst in diesem Bereich immer erst benachbart zueinander angeordnete Abschnitte der Leitung schwächt, bevor eine Schwächung des Behälters, insbesondere der faserverstärkten Schicht, eintritt. Bevorzugt wird die gesamte faserverstärkte Schicht von der Leitung direkt oder indirekt umgeben. Ebenso können ein oder beide Dombereiche umwickelt sein.
  • Unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Abschnitte der Leitung sind Abschnitte, die im montierten Zustand direkt nebeneinanderliegen, ohne dass ein weiterer Abschnitt der Leitung zwischen ihnen angeordnet ist. Es können in einer Ausgestaltung beispielsweise Füllmaterialien zwischen benachbarte Abschnitte der Leitung angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Füllmaterial zwischen zwei Abschnitte angeordnet sein. Das Füllmaterial kann elastisch sein. Ferner kann es eingerichtet sein, ein Aneinanderreiben zweier Leitungsabschnitte zu unterbinden. Insbesondere kann das Füllmaterial eingerichtet sein, thermische und/oder mechanische Belastungen, die von außen auf den Druckbehälter einwirken, mehr zu den Abschnitten der Leitung zu übertragen als zu dem Behälter. Vorteilhaft versagt somit dann eher die Leitung als der Behälter. Beispielsweise kann das Füllmaterial hierzu direkt mechanisch und/oder thermisch mit den Abschnitten gekoppelt sein, wohingegen gleichzeitig das Füllmaterial zumindest bereichsweise nicht direkt mit dem Behälter gekoppelt sein kann.
  • Durch ein thermisches bzw. mechanisches Ereignis wird ein so gestalteter Druckbehälter also zunächst an der Leitung beschädigt. Aufgrund der Beschädigung strömt der Brennstoff aus der Leitung aus. Der Druckbehälter wird entlastet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind unmittelbar benachbarte Abschnitte der mindestens einen Leitung so verlegt, dass sie zumindest über 50 % der gesamten Leitungslänge, bevorzugt über zumindest 75 % oder entlang der gesamten Leitungslänge direkt aneinander anliegen bzw. sich berühren. Dies muss aber nicht unbedingt der Fall sein. Beispielsweise können benachbarte Abschnitte auch voneinander beabstandet sein, sofern sie die vorgenannte Funktion erfüllen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand von benachbarten Abschnitten in einem Bereich des Druckbehälters, insbesondere im Mittenbereich geringer als der maximale Außendurchmesser Da der mindestens einen Leitung in diesem Bereich. Bevorzugt ist der Abstand von benachbarten Abschnitten über zumindest 50 % der gesamten Leitungslänge, bevorzugt über zumindest 75 % oder entlang der gesamten Leitungslänge geringer als der maximale Außendurchmesser der mindestens einen Leitung. Mithin ist es also vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten minimiert ist.
  • Die mindestens eine Leitung kann den Behälter (insbesondere die faserverstärkte Schicht) zumindest in einem Bereich, zumindest im Mittenbereich, derart umgeben, dass alle unter der mindestens einen Leitung angeordneten Schichten (insbesondere die faserverstärkte Schicht) nicht freiliegen.
  • Die mindestens eine Leitung kann mäanderförmig, wendelförmig, spiralförmig und/oder in Umfangsrichtung um den Druckbehälter gewickelt sein bzw. werden. Dies muss aber nicht so sein. Ebenso ist eine andere Anordnung der mindestens einen Leitung am Behälter vorstellbar.
  • Insbesondere kann die mindestens eine Leitung derart flexibel ausgestaltet sein, dass die mindestens eine Leitung auf die faserverstärkte Schicht wickelbar ist.
  • Insbesondere kann die mindestens eine Leitung zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt sein. Eine solche Leitung kann vergleichsweise hohe Drücke aushalten und ist dennoch ausreichend flexibel, damit diese mindestens eine Leitung um den Behälter gewickelt werden kann. Das faserverstärkte Kunststoffmaterial kann so aufgebaut sein wie die zuvor bereits erwähnte faserverstärkte Schicht, wobei jedoch andere Fasern und/oder flexiblere Matrixmaterialien oder auch überhaupt kein Matrixmaterial eingesetzt werden kann. Bevorzugt ist das faserverstärkte Kunststoffmaterial ein Faser-Kunststoff-Verbund, insbesondere ein GFK und/oder ein CFK. Bevorzugt kann das faserverstärkte Kunststoffmaterial so gestaltet sein, dass die Leitung vor dem Drucktank ihre strukturellen Festigkeitseigenschaften (thermisch und/oder mechanisch) verliert. Dabei kann der Leitungsquerschnitt zweckmäßig den Ausströmmassenstrom für die Druckentlastung sicherstellen.
  • Anstatt dem faserverstärkten Kunststoffmaterial kann aber auch eine Metall oder ein beliebig anderes Material eingesetzt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Leitung einen Leitung-Liner auf, der von dem faserverstärktem Kunststoffmaterial umgeben ist. Der Leitungs-Liner kann dabei als Wickelhilfe dienen und/oder andere Aufgaben wahrnehmen, beispielsweise die Brennstoff-Permeation unterbinden.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner mindestens eine faserverstärkte Außenschicht umfassen, die die mindestens eine Leitung zumindest bereichsweise umgibt. Bevorzugt umgibt die faserverstärkte Außenschicht zumindest im Mittenbereich vollständig die mindestens eine Leitung. Die faserverstärkte Außenschicht kann genauso aufgebaut sein wie die bereits erwähnte faserverstärkte Schicht, wobei prinzipiell auch andere Fasern und/oder Matrixmaterialien eingesetzt werden können. Bevorzugt kann die Außenschicht eingerichtet sein, bei geringeren Drücken und/oder Temperaturen zu versagen als die mindestens eine Leitung und/oder der Behälter. Mit anderen Worten ist der Druckbehälter eingerichtet, dass mit steigender mechanischer Beanspruchung zunächst die faserverstärkte Außenschicht, dann die mindestens eine Leitung und zuletzt der Behälter versagen. Besonders bevorzugt ist die Außenschicht eingerichtet, zumindest einen Teil (bevorzugt mehr als 10 % oder mehr als 20 % oder mehr als 30 %) der Kräfte und/oder Momente im Betriebstemperaturfenster des Druckbehälters (z.B. -40 °C bis 85 °C) zu tragen, die aus druck- und/oder temperaturbedingter Längenänderung des Behälters resultieren, insbesondere während der Betankung und/oder während der Entnahme. Mithin sind hier also die Außenschicht und der Behälter drucktragend ausgebildet.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner mindestens ein Drosselelement umfassen, das eingerichtet ist, den Brennstoffstrom in der mindestens einen Leitung zu begrenzen. Vorteilhaft kann hier mit eine bessere Verzögerung der ausströmenden Brennstoffmasse erzielt werden. Das Drosselelement kann beispielsweise im On-Tank-Valve integriert sein.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner mindestens einen Druckminderer umfassen, der eingerichtet ist, den Druck in der Leitung zu verringern. Vorteilhaft kann die Leitung dann für niedrigere Drücke ausgelegt werden.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • - Bereitstellen des hier offenbarten Behälters, der das Behälterinnenvolumen I ausbildet; und
    • - Aufbringen der mindestens einen Leitung.
  • Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Aufbringen der mindestens einen Leitung durch Umwickeln des Behälters erfolgt. Ein solches Herstellungsverfahren ist besonders kosteneffizient. Besonders bevorzugt kann das Aufbringen der mindestens einen faserverstärkten Schicht und das Aufbringen der mindestens einen Leitung in derselben Maschine, bevorzugt eine Wickelmaschine, erfolgen.
  • Besonders bevorzugt kann das Verfahren den Schritt umfassen, wonach die hier offenbarte faserverstärkte Außenschicht auf die mindestens eine Leitung aufgebracht wird. Besonders bevorzugt kann das Aufbringen der mindestens einen faserverstärkten Schicht, der mindestens einen Leitung und der faserverstärkten Außenschicht auf derselben Maschine, bevorzugt eine Wickelmaschine, erfolgen.
  • Besonders bevorzugt kann auf den Behälter eine Leitung gewickelt werden, die einen Leitungs-Liner umfasst, wobei der Leitungs-Liner mit Verstärkungsfasern umgeben ist, die erst nach dem Aufwickeln der Leitung auf den Behälter mit Matrixmaterial (Harz) getränkt werden, beispielsweise beim Ausbilden der Außenschicht. Die Leitung ist vor dem Einbringen des Matrixmaterials flexibler und kann somit besser der Behältergeometrie angepasst werden. Durch das anschließend aufgebrachte Matrixmaterial werden dann die Form der Leitung und die Verstärkungsfasern fixiert.
  • Die hier offenbarte mindestens eine Leitung ist eine Druckentlastungsleitung. In dieser Druckentlastungsleitung ist zweckmäßig nicht das Tankabsperrventil (= TAV; engl.: shut-off valve) des Druckbehälters angeordnet. Das Tankabsperrventil ist das Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist i.d.R. in ein On Tank Valve (= OTV) integriert.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht des hier offenbarten Druckbehälters;
    • 2 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Druckbehälter;
    • 3 eine vergrößerte Ansicht des Details A der 2.
  • Die 2 zeigt den hier offenbarten Druckbehälter. Der Behälter 10 bildet hier das Behälterinnenvolumen I aus (vgl. 2). Im hier zylindrisch ausgebildeten Mittelbereich des Behälters 10 ist hier eine Leitung 20 angeordnet, die hier spiralförmig den Mittelbereich des Behälters umgibt. In einer weiteren Ausgestaltung kann sich die Leitung 20 auch in einem oder beiden Endbereiche des Behälters 10 erstrecken. Ein Ende der Leitung 20 ist mit dem Inneren des Behälters 10 permanent fluidverbunden. Hierzu kann ein Ende der Leitung 20 mit dem On-Tank-Valve bzw. Druckbehälterventil 30 verbunden sein. Weitere Komponenten wurden hier vereinfachend weggelassen, wie beispielsweise die weiteren Anschlüsse (z.B. die Befüll- und Entnahmeleitung) oder die Karosserie Anbindungspunkte. Die Leitung 20 schließt hier den Druckbehälter nach außen hin ab.
  • Die 3 zeigt die Ausgestaltung gemäß der 2 in einer leicht abgewandelten Form. Nachstehend werden nur die Unterschiede erläutert. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich eine faserverstärkte Außenschicht 70 vorgesehen, die den Druckbehälter nach außen hin abschließt. Die Leitung 20 erstreckt sich hier beginnend am On-Tank-Valve 30 über den Mittelbereich bis in das gegenüberliegende Ende des Druckbehälters.
  • Die 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details A der 2. Der Druckbehälter 10 umfasst einen Liner 80 sowie eine faserverstärkte Schicht 60, die den Liner 80 umgibt. Auf der Außenoberfläche der faserverstärkten Schicht 60 ist hier die Leitung 20 angeordnet. Beispielsweise kann die Leitung 20 um die Außenfläche des Behälters 10 aufgewickelt sein. Die Leitung 20 weist den Leitung-Liner 40 sowie das den Leitung-Liner 40 umgebende faserverstärkte Kunststoffmaterial 50 auf. Als äußerste Schicht umgibt die faserverstärkte Außenschicht 70 die Leitung 20 und den Innenbehälter 10. Die faserverstärkte Außenschicht 70 weist hier einen Schichtaufbau auf, der dem der faserverstärkten Schicht 60 ähnelt. Jedoch ist die faserverstärkte Außenschicht 70 eingerichtet, bei geringeren Temperaturen bzw. bereits bei geringeren mechanischen Belastung zu versagen als die faserverstärkte Schicht 60. Wie anhand der Schichtdicken der faserverstärkten Schicht 60 und der faserverstärkten Außenschicht 70 zu erkennen ist, trägt die Außenschicht 70 wesentlich zur Kompensation der aus dem Innendruck des Druckbehälters resultierenden Kräfte und/oder Momente bei.
  • In den 1 bis 3 sind benachbarte Abschnitte 22, 22' leicht beabstandet voneinander angeordnet. Dies muss aber nicht so sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegen unmittelbar benachbart angeordnete Abschnitte 22, 22' direkt aneinander an.
  • Mit anderen Worten kann die hier offenbarte Technologie auch unabhängig von den vorgenannten 1 bis 3 wie folgt beschrieben werden: Die hier offenbarte Technologie einen Druckbehälter mit einem Behälter 10, der mit einer TPRD-Leitung 20 umwickelt sein kann. Die Leitung 20 kann über das Druckbehälterventil 30 permanent fluidverbunden sein mit dem Behälter 10. I.d.R. steht die Leitung 20 dann unter Tankdruck. Die Leitung 20 kann bevorzugt so um den Behälter 10 gewickelt sein, dass eine Strukturschädigung durch ein thermisches und/oder mechanisches Ereignis zunächst an der Leitung 20 eintritt. Die Leitung 20 kann daher auf eine Weise um den Behälter 10 gewickelt werden, dass die Behälteraußenseite an keiner Stelle frei liegt (z.B. können hierzu die Windungen direkt aneinander liegen). Die Abdeckung durch die Leitung 20 kann dabei völlig flexibel gestaltet sein. So kann die Leitung 20 in Umfangsrichtung um den Behälter 10 gewickelt werden. Denkbar ist auch, dass die Leitung 20 in Umfangsrichtung mäanderförmig verlegt wird, um einen besseren relativen Längenausgleich zwischen Leitung 20 und Behälter 10 zu ermöglichen. Dadurch können weniger Spannungen oder Ermüdungslasten im Betrieb entstehen.
  • Die Leitung 20 kann insbesondere folgende Eigenschaften haben:
    1. a) Es ist kein großer Durchmesser erforderlich, um eine Druckentlastung des Druckbehälters durch Fluidausströmen über die Leitung 20 zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Innendurchmesser der Leitung 20 mindestens um den Faktor 50 oder mindestens um den Faktor 100 oder mindestens um den Faktor 200 kleiner sein als der Innendurchmesser des Behälters 10. Da das Volumen der Leitung 20 sehr niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit eines Berstereignisses stark verringert. Die Leitung 20 kann vorteilhaft auf diese Weise die Funktion eines Strömungsverzögerer übernehmen.
    2. b) Der Leitungs-Liner 40 kann die Funktion „Fluiddichtigkeit“ übernehmen. Hierzu kann der Leitungs-Liner 40 mit entsprechenden Brennstoff impermeablen Schichten beschichtet sein oder aus einem Brennstoff impermeablen Material hergestellt sein (z. B. ein EthylenVinylalkohol-Copolymer (EVOH)).
    3. c) Das Leitungsmaterial 50 kann die strukturtragende Funktion der Leitung 20 unter Tankdruck übernehmen. Das Leitungsmaterial 50 kann besonders bevorzugt die strukturtragende Funktion der Leitung 20 ab einer Grenztemperatur oder durch mechanische Schädigung verlieren. Wird also die Grenztemperatur erreicht, kann die Leitung 20 ihre strukturelle Integrität verlieren und der Leitung-Liner 40 kann dann undicht werden. Das Tankfluid könnte dann ausströmen und der Druckbehälter würde hierdurch entlastet.
    4. d) Zur Unterstützung der Strömungsverzögererfunktion kann auch eine zusätzliche Drossel (bevorzugt im Drucktankventil 30) verbaut sein. Auf diese Weise kann auch die maximale Ausströmmenge nach einem Unfall begrenzt werden.
    5. e) Das Leitungsmaterial bzw. faserverstärkte Kunststoffmaterial 50 kann bevorzugt aus einer CFK-Struktur bestehen, die in den Druckbehälter eingewickelt wird. Auf diese Weise kann das Leitungsmaterial 50 zur Strukturfestigkeit des Druckbehälters 1 beitragen. Der Berstsicherheitsfakor der Leitung 20 kann niedriger sein, als der Berst Sicherheitsfaktor der kompletten Drucktankstruktur.
  • Der Aufbau des Druckbehälters kann z.B. folgendermaßen aussehen: CFK-Schicht bzw. faserverstärkte Schicht 60 liefert den Hauptanteil zur strukturellen Integrität des Behälters 10. Auf die faserverstärkte Schicht 60 wird die TPRD-Leitung 20 gewickelt. Die CFK-Lage bzw. faserverstärkte Außenschicht 70 liefert den restlichen Anteil zur strukturellen Festigkeit des Druckbehälters. Auf diese Weise kann sowohl bei einem thermischen als auch mechanischen Ereignis erreicht werden, dass zunächst die außenliegende CFK-Schicht 70, das Leitungsmaterial 50 und der Liner 40 der Leitung 20 geschädigt werden. Da das Leitungsvolumen der Leitung 20 vergleichsweise gering ist, ist die Wahrscheinlichkeit eines Druckbehälter-Berstvorgangs verringert. Die CFK-Schicht 60 und der Drucktankliner 80 erfahren keine Schädigung oder erst nach einer Schädigung der CFK-Schicht 70, des Leitungsmaterials 50 und/oder des Liners 40 der Leitung 20. Eine Leckage über den Leitung-Liner 40 kann auch bereits temperaturbedingt ohne nennenswerten Integritätsverlust der CFK-Schicht 70 oder Leitungsmaterial 50 erfolgen, da der Liner 40 dem thermischen Ereignis zuerst ausgesetzt sein kann.
  • Die hier offenbarte Technologie kann ferner eine Ferndruckentlastungseinrichtung umfassen, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2015 222251 offenbart ist. Die Offenbarung dieser Patentanmeldung, insbesondere hinsichtlich des Manipulators 3 der ein Öffnen der Sicherheit-Entlastungseinrichtung 2 bewirkt, wird hiermit per Verweis hier mit aufgenommen. Beispielsweise kann der in der DE 10 2015 222251 offenbarte Manipulator eingerichtet sein, die hier offenbarte Leitung 20 zu manipulieren.
  • Mit der hier offenbarten Technologie kann erreicht werden, dass ein Druckbehälter zumindest teilweise druckentlastet wird, bevor ein Berstereignis eintreten würde. Hierzu kann die durch ihr geringes Volumen kontrollierbarer ausfallbare Leitung so ausgebildet sein, das diese vor dem Behälter ausfällt und dadurch den Druckbehälter entlastet. Das vorgeschlagene Design kann eine einfache Herstellung eines Druckbehälters und bevorzugt mit vergleichsweise guter Ausnutzung des Einbauvolumens ermöglichen. Lokale thermische Ereignisse können besser detektiert werden. Ferner kann auch eine Drucktankentlastung bei mechanischer Strukturschädigung (z.B. durch Unfall) erfolgen. Ein Druckentlastungsventil (z.B. TPRD) könnte entfallen.
  • Bezugszeichenliste
    • Behälter
    10
    Leitung
    20
    benachbart angeordnete Abschnitte
    22, 22'
    Druckbehälterventil
    30
    Leitungs-Liner
    40
    faserverstärktes Kunststoffmaterial
    50
    faserverstärkte Schicht
    60
    faserverstärkte Außenschicht
    70
    Liner
    80
    Behälterinnenvolumen
    I
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014221530 [0002]
    • DE 102013220421 [0003]
    • DE 102015222251 [0039]

Claims (13)

  1. Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs, umfassend: - einen Behälter (10), der ein Behälterinnenvolumen (I) ausbildet; und - mindestens eine Leitung (20), die den Behälter (10) umgibt; wobei die mindestens eine Leitung (20) fluidverbunden ist mit dem Behälterinnenvolumen (I).
  2. Druckbehälter nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Leitung (20) ausgebildet ist, bei geringeren Drücken zu versagen als der Behälter (10).
  3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Leitung (20) ausgebildet ist, bei geringeren Temperaturen zu versagen als der Innenbehälter (10).
  4. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Leitung (20) den Behälter (10) zumindest in einem Bereich derart umgibt, dass ein auf den Druckbehälter einwirkendes thermisches Ereignis und/oder mechanisches Ereignis zunächst in diesem Bereich immer erst benachbart angeordnete Abschnitte (22, 22') der mindestens einen Leitung (20) schwächt, bevor eine Schwächung des Behälters (10) erfolgen kann.
  5. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand benachbarter Abschnitte (22, 22') in einem Bereich des Druckbehälters geringer ist als der maximale Außendurchmesser (Da) der mindestens einen Leitung (20).
  6. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Leitung (20) die faserverstärkte Schicht (60) zumindest in einem Bereich derart umgibt, dass alle unter der mindestens einen Leitung (20) angeordneten Schichten nicht freiliegen.
  7. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Leitung (20) derart flexibel ist, dass die Leitung (20) auf die faserverstärkte Schicht (60) wickelbar ist.
  8. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Leitung (20) zumindest teilweise aus einem faserverstärktem Kunststoffmaterial (50) hergestellt ist.
  9. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine faserverstärkten Außenschicht (70), die die mindestens eine Leitung (20) zumindest bereichsweise umgibt.
  10. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend mindestens ein Drosselelement, das eingerichtet ist, den Brennstoffstrom in der mindestens einen Leitung (20) zu begrenzen.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Behälters (10), der ein Behälterinnenvolumen (I) ausbildet; und - Aufbringen von mindestens einer Leitung (20) auf den Behälter (10), wobei die Leitung (20) ausgebildet ist, Brennstoff zu führen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt: Aufbringen einer faserverstärkte Außenschicht (70) auf die Leitung (20).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die mindestens eine Leitung (20) auf den Behälter (10) aufgebracht wird, indem der Behälter (10) mit der mindestens einen Leitung (20) umwickelt wird.
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