用于交通工具的氢罐组件以及具有氢罐组件的飞行器的制作方法

1.本发明涉及一种用于交通工具、优选为飞行器的氢罐组件。本发明进一步涉及具有这种氢罐组件的飞行器。


背景技术：

2.对于本发明的背景技术，请参考以下文献：
3.[1]us 2020/0224412 a1
[0004]
[2]网页“material&formen unserer vakuumisolationspaneele va-q-tec”，于2021年11月26日下载，链接为“https：//va-q-tec.com/technologie/vakuumisolationspaneele/material-formen/”[0005]
[3]us 10 584 828 b2
[0006]
文献[1]涉及不同领域，即通过隔热元件或者甚至通过使用其潜热的材料(比如相变材料)来进行热管理的领域。该文件披露了一种组件，该组件包括：至少一个第一袋部，该至少一个第一袋部包含隔绝材料，并且在该至少一个第一袋部中，第一受控气氛占主导；以及至少一个第二袋部，该至少一个第二袋部包围第一袋部，并且在该至少一个第二袋部中，不同于第一气氛的第二受控气氛占主导。袋部中包含的隔绝材料是由开孔材料制成的刚性面板。面板中的空腔形成通道网络，使得空腔中包含的空气可以被高效地排空，以便形成真空面板。这种用于形成真空面板的刚性面板可从市场上获得并且是众所周知的。
[0007]
从[2]获知用于真空隔离面板的不同的芯材料，这些芯材料可从市场上获得。所有的这些芯材料形成具有空腔网络的刚性面板，在形成真空隔离面板时可以容易地排空这些空腔。
[0008]
[3]披露了一种用于氢燃料飞行器的储氢罐。该罐为球形并且具有壁，该壁由围绕硬壳层的气凝胶区段层制成，这些气凝胶区段层密封在柔性外层内并且从真空中移除了空气。使用方便的分块图案，用包装的气凝胶区段对罐的硬壳进行分块；例如，球形罐由40个分块覆盖。对于球形罐，提出了足球状分块图案。
[0009]
轻量化储能是下一代飞行器的关键课题。具有高能量密度的储存系统是未来的基于电推进的系统所面临的主要挑战之一。当今可获得不同的能量储存系统，而对于未来的飞行交通工具来说，加压(～700巴)或低温氢(14k《t《21k)与燃料电池配合或者直接燃烧是有所关注的解决方案。氢(h2)是自然界中密度最小且直径最小的分子，所以储存在罐中非常复杂并且几乎不能实现在较长时间内无泄漏。
[0010]
氢提供高能量密度，而储存技术(低温、压缩、固态/吸收)是关键问题。氢可以被压缩和/或冷却到低温温度以增加体积能量密度及重力能量密度。通常需要复杂的罐系统，其中对材料、设计和工作原理(例如关于操作安全性)各有要求。
[0011]
压缩低温氢是当今交通工具(如汽车或飞机)的技术选项。低温罐可以实现增加最少的重量，其中，使用当前已知的技术，储存的每kg的h2需要约0.2kg至0.5kg的罐重量。常规罐在施加内部压力的情况下工作，以避免气体从外部进入。罐材料典型地使用金属、金属
合金和复合材料。由于民用飞行器的使用寿命长，因此全复合材料罐可能是有挑战性。氢泄漏也可能是问题。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的是改进用于比如飞行器等交通工具的氢罐。
[0013]
该目的通过以下各方面的主题来实现。下文还描述了优选的实施例。
[0014]
本发明提供了一种用于交通工具的氢罐组件，该氢罐组件包括：
[0015]
罐内壁，该罐内壁限定了被配置用于储存液态氢的氢罐容积；以及
[0016]
外部氢收集器，该外部氢收集器与罐内壁一起限定了在氢罐容积的外部的至少一个空腔，并且该外部氢收集器包括至少一个氢出口，该至少一个氢出口用于将从氢罐穿过罐内壁泄漏到该至少一个空腔中的气态氢引导至储氢装置或氢消耗装置。
[0017]
优选地，氢收集器包围罐内壁。
[0018]
优选地，氢收集器包括至少一个氢收集器片层。
[0019]
优选地，氢收集器包括刚性元件，该刚性元件与刚性罐内壁一起形成该至少一个空腔，该至少一个空腔被配置为氢流动通道，其中，该至少一个空腔与外部气氛分离。
[0020]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括可渗透层。
[0021]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括微孔材料。
[0022]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括非织造织物。
[0023]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括大块非织造织物。
[0024]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括可渗透织物。
[0025]
优选地，至少一个收集器片层是或包括可渗透干织物。
[0026]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括织造织物。
[0027]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括开孔泡沫。
[0028]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括具有若干非均匀厚度层的片层。
[0029]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括具有流动通道的材料。
[0030]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括在不同区域具有流动通道密度不同的流动通道的材料。
[0031]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括结合有排放管道的织物。
[0032]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括开孔隔绝材料。
[0033]
优选地，该至少一个收集器片层是或包括以下项中的至少两项的组合：可渗透层；微孔材料；非织造织物；大块非织造织物；可渗透织物；可渗透干织物；开孔泡沫；具有若干非均匀厚度层的片层；具有流动通道的材料；在不同区域具有流动通道密度不同的流动通道的材料；结合有排放管道的织物；织造织物；以及开孔隔绝材料。
[0034]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括可渗透层。
[0035]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括大孔材料。
[0036]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括折叠芯。
[0037]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括折叠芯与隔绝材料的组合。
[0038]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括穿孔蜂窝布置。
[0039]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括具有若干空腔的刚性元件。
[0040]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括具有排放通道的分块。
[0041]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括在一个或若干层中覆盖罐内壁的多个元件。
[0042]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括在一个或若干层中覆盖罐内壁的多个多面体元件。
[0043]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括至少部分地由干纺织物覆盖的元件。
[0044]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括适合用于足球形分块图案的分块。
[0045]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括包含隔绝芯的元件，该隔绝芯包含真空或玻璃泡。
[0046]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括包含隔绝芯的元件，该隔绝芯包含气凝胶。
[0047]
优选地，该至少一个刚性元件是或包括以下项中的至少两项的组合：可渗透层；大孔材料；折叠芯；穿孔蜂窝布置；具有若干空腔的刚性元件；具有排放通道的分块；在一个或若干层中覆盖罐内壁的多个分块；至少部分地由干纺织物覆盖的元件；包含隔绝芯的元件，该隔绝芯包括真空或玻璃泡；包含隔绝芯的元件，该隔绝芯包括气凝胶。
[0048]
优选地，该至少一个刚性元件包括附加的气密层。
[0049]
优选地，该至少一个刚性元件的外侧由气密层密封。
[0050]
优选地，该至少一个刚性元件布置在罐内壁与外层之间，其中，氢罐组件包括气氛控制装置，该气氛控制装置被配置成控制罐内壁与外层之间的气氛。
[0051]
优选地，这些刚性元件中的若干刚性元件在一个或若干层中覆盖罐内壁。
[0052]
优选地，这些刚性元件中的若干刚性元件尤其是通过粘合剂、焊接和/或形状配合连接而至少部分地连接至相邻层。
[0053]
优选地，该至少一个空腔由形成至少一个互连的通道系统的多个空腔限定。
[0054]
优选地，该至少一个空腔是通道系统的一部分，该通道系统具有至少一个出口管。
[0055]
优选地，该至少一个空腔由多个空腔限定，该多个空腔被连接成使得它们形成若干通道系统，其中，每个通道系统具有至少一个出口管。
[0056]
优选地，该至少一个空腔被配置成受冲洗介质影响、特别是被冲洗。
[0057]
根据另一个方面，本发明提供了一种模块化氢罐，该模块化氢罐包括若干根据前述实施例中任一项所述的氢罐组件作为罐模块。
[0058]
根据另一个方面，本发明提供了一种用于飞行器的推进系统，该推进系统包括根据前述实施例中任一项所述的氢罐组件、以及作为氢消耗装置的氢动力发动机和/或作为氢消耗装置的氢动力燃料电池和电动马达。
[0059]
根据另一个方面，本发明提供了一种交通工具、尤其是飞行器，该交通工具包括根据前述实施例中任一项所述的氢罐组件、根据前述实施例所述的模块化氢罐、和/或根据前述实施例所述的推进系统。
[0060]
本发明的优选实施例涉及一种用于储存氢并且用于交通工具(尤其是飞行器)中的罐布置。
[0061]
本发明的优选实施例涉及一种用于创新的罐系统的氢收集器材料。
[0062]
根据本发明的若干实施例，对于h2储存，可以使用不同的解决方案。原则上，对于h2储存，尤其存在两种不同的解决方案：加压或低温h2。除了金属之外，罐优选地用具有或
不具有附加金属或聚合物衬里的高强度碳纤维基复合材料制造。因此，可以使用不同的罐类型。
[0063]
根据本发明的一些实施例的罐是基于可接受的罐内壁泄漏，而可接受一定量的气态h2(gh2)穿过罐内壁渗透。为了提高h2的安全性和效率，优选地，尤其是在所谓的收集器片层中储存和排空gh2，更优选地，该收集器片层包围罐内壁。为了更好地排空，可以用在低温温度(20k)下的气态氦气或其他惰性气体吹扫收集器片层。对于可以向氢收集器供应冲洗介质的更多细节，请参考于2021年7月14日提交的申请号为21 185 667.9的欧洲专利申请，该专利申请的内容通过援引并入本文。本发明的一些实施例装备有先前提交的此欧洲专利申请中所描述的技术。
[0064]
本发明的一些实施例中所使用的收集器片层具有以下特征中的至少一个或若干特征以便使其更好地适配相应的系统要求。
[0065]
●
优选地，片层在进出平面的方向上是开孔的。允许吹扫气体流动，优选地，进平面渗透性尽可能低。
[0066]
●
优选地，片层能够传递载荷以使内蒙皮附接至结构系统(夹层)。优选地，片层被配置成使得罐/燃料质量的重力载荷以及所有的运行载荷可以得到补偿。
[0067]
●
优选地，片层被配置成使其解决因隔绝体(泡沫、蜂窝、玻璃泡、气凝胶
…
)与cfrp内蒙皮/外护套之间的cte不匹配而产生的热应力；期望的是负cte，例如与超材料相当(cte＝热膨胀系数；cfrp＝碳纤维增强聚合物)。
[0068]
●
优选地，蒸气屏障将收集器片层中的任何gh2密封隔开相邻的隔绝材料。
[0069]
●
优选地，片层材料至少在一个方向上可悬垂，从而实现圆柱形罐或甚至更好的结构适形罐(非圆柱形)。
[0070]
如下文更加详细地描述的，基于不同的材料和组合的若干技术解决方案是可行的。根据本发明的优选实施例的潜在解决方案是基于纳米/微孔材料(织造物、非织造物、开孔泡沫、气凝胶等)和/或大孔材料(蜂窝状材料，如泡沫、格架、水平表面芯结构等)。一些实施例组合了不同的基本构思来优化材料性能以满足需求，例如，呈适配几何形状的具有高机械性能、充足的渗透性、适配的cte、对隔绝材料的gh2屏障的泡沫填充折叠芯。
[0071]
本发明的优选实施例包括刚性元件，该刚性元件与刚性罐壁一起形成至少一个空腔(尤其是被配置成使得该一个或多个空腔形成h2流动通道)。这些空腔与外部气氛分离。
[0072]
优选地，这些空腔形成一个或多个互连的网络。
[0073]
优选地，每个网络具有至少一个出口“管”。
[0074]
优选地，空腔用于移除泄漏的罐内容物。
[0075]
优选地，可以通过使用冲洗介质来影响空腔，对于可能的技术，更多细节参见：于2021年7月14日提交的ep 21 185 667.9。
[0076]
优选地，刚性元件可以是折叠芯。
[0077]
优选地，刚性元件可以是隔绝材料。
[0078]
优选地，刚性元件可以是折叠芯与隔绝材料的组合。
[0079]
优选地，该元件包括附加的气密层。
[0080]
优选地，该元件可以由气密层包围。优选地，由薄膜包围的元件因内部与外部之间的(负)压差而变得刚性(例如，适用于玻璃球)。
[0081]
优选地，该元件置于两个层之间，这两个层之间具有受控气氛，其中一个层是罐壁。
[0082]
根据一些实施例，这些元件中的多个(例如，多面体)元件可以在一个或若干层中覆盖罐并且可以重叠。
[0083]
根据一些实施例，(多个)元件可以至少部分由干纺织物覆盖。
[0084]
根据一些实施例，(多个)元件可以(通过粘合剂、焊接、形状配合)至少部分地连接至相邻层。
[0085]
根据一些实施例，氢收集器包括例如刚性元件、具有通道的分块。
[0086]
一些实施例提供具有单/双曲率的分块，尤其是以便覆盖圆柱形或球形罐模块。通常(例如从us 10 584 828 b2中)获知用于这种覆盖的分块图案。对于可以怎样配置和使用球形罐模块的更多细节，请参考于2021年7月28日提交的欧洲专利申请号21 188 290.7，该专利申请的内容通过援引并入本文。本发明的一些实施例如该在先欧洲专利申请中所述的、与如下文更详细地描述的氢收集器一起配置。
[0087]
根据一些实施例，提供了呈足球形图案的具有通道的分块，其中，这些分块具有至少五种不同的几何形状以便覆盖具有球形端盖的圆柱形罐。
[0088]
根据一些实施例，刚性元件包括呈不同形状(比如，螺旋形、通道系统、线形等)的表面集成的h2收集器空腔。
[0089]
一些实施例提供具有收集器、隔绝、结构功能的刚性元件(比如，分块)。优选功能例如为：
[0090]
·
h2收集器：通过集成的空腔收集和放出泄漏的氢。
[0091]
·
隔绝：刚性扁平元件填充有高度隔绝芯(例如，真空/玻璃泡或气凝胶)或导热性低但重量相关刚度高的其他蜂窝状结构(格架、tpls等以及真空)。这种刚性元件通常从如上所述的真空面板的现有技术中获知并且可在市场上获得。
[0092]
·
结构支撑：分块藉由与周围的结构系统形状配合的边缘和/或附加3d加强件/支撑件而固定在一起。
[0093]
一些实施例提供了用于液态h2(lh2)储存系统的h2捕获蒙皮的氢收集器。一些实施例涉及功能化集成复合材料罐壁，该罐壁具有允许但受控/受监测的渗透性，包括h2收集器功能和隔热功能。根据这些实施例的解决方案的一些优点例如为：
[0094]
·
不受控的h2泄漏较少或不存在
[0095]
·
重量：可能的是，与复合材料lh2罐相比-20％(与金属基准相比-50％)
[0096]
·
通过保存和储存lh2以再利用而具有更好的效率(估计从密封罐中蒸发1％-5％)
[0097]
·
可能的是，与紧密复合材料相比至少成本相当，因为碎裂引起的缺陷不再是个问题并且因此可以缓解质量要求
附图说明
[0098]
参照所附示意图更详细地描述本发明的实施例。在附图中：
[0099]
图1示出了根据本发明的一个可能的实施例的氢罐组件的一部分的示意性分解立体图；
[0100]
图2示出了作为使用了这种氢罐组件的交通工具的示例的飞行器的立体示意图；
[0101]
图3示出了根据本发明的可能的实施例的氢罐组件的截面侧视图；
[0102]
图4示出了图3的细节iv的放大示意图；
[0103]
图5示出了氢罐组件的另外的实施例的截面视图；
[0104]
图6示出了根据另一个可能的实施例的氢罐组件的一部分的分解截面视图；
[0105]
图7示出了根据本发明的另外的可能的实施例的氢罐组件的一部分的截面视图；
[0106]
图8示出了本发明的另一个可能的实施例的一部分的示意性截面视图；
[0107]
图9示出了氢罐组件的另一个可能的实施例的局部剖开的立体图；以及
[0108]
图10示出了具有空腔的刚性元件的立体图，该刚性元件可用在本发明的不同实施例中。
具体实施方式
[0109]
图1以及图3至图9示出了用于交通工具12的氢罐组件10的若干可能的实施例；图2中示出了这种交通工具12的示例，并且图10示出了用在根据本发明的实施例的氢罐组件10中的可能元件。
[0110]
如从图1、图4和图5中可见的，氢罐组件10包括罐内壁14和外部氢收集器16、以及连接至外部氢收集器16的至少一个氢出口18。
[0111]
罐内壁14限定了被配置用于储存液态氢lh2的氢罐容积20。罐内壁14可以由任何适合的材料(比如，金属、纤维增强塑料(尤其是cfrp))和复合材料制成。氢罐容积20连接到至少一个罐主管道22，以填充和/或排空氢罐。虽然仅示出了一个罐主管道22，但是可以存在一根连接至氢罐喷嘴(未示出)的罐填充管道。该至少一个罐主管道22可以连接至氢消耗装置24(比如，发动机26)以直接燃烧氢，或者连接至燃料电池(未示出)以产生电能。
[0112]
外部氢收集器16邻近于罐内壁14布置，使得该外部氢收集器与罐内壁14一起限定至少一个空腔28。穿过罐内壁14泄漏的气态氢gh2被收集在该至少一个空腔28中并且可以穿过氢出口18被引导至另外的储氢装置(未示出)或进入罐主管道22中或者被直接引导至氢消耗装置24。
[0113]
罐内壁14和外部氢收集器16优选地是包围氢罐容积20的罐壁组件30的部分。
[0114]
图1中示出了罐壁组件30的可能的实施例。氢罐容积20包含液态氢lh2和气态氢gh2。氢罐组件10可以被配置为低温氢罐，以储存低温(例如，-20k)下的液态氢lh2。
[0115]
对lh2罐而言，使用复合材料有利于减轻重量。终身密封性可能是个挑战。氢罐组件10优选地使用功能化集成的复合材料罐内壁14，该复合材料罐内壁允许氢气h2渗透。穿过罐内壁14泄漏的氢气h2被收集在氢收集器16中。优选地，允许氢渗透，但是这种渗透是受控和/或受监测的。如图1所示，氢罐组件10的一个可能的实施例具有罐壁组件30，该罐壁组件包括罐内壁14、氢收集器16、隔热材料32以及气密层34。
[0116]
罐内壁14可以是cfrp蒙皮36。氢收集器16可以包括氢收集器片层38。进一步地，用于监测gh2泄漏速率和/或lh2液位的若干传感器40可以布置在氢收集器16中或该氢收集器处。传感器40是用于监测gh2泄漏速率和lh2液位的全覆盖监测系统的一部分。
[0117]
这些传感器还可以监测氢出口18。进一步地，可以控制氢收集器16中的气氛以控制渗透性。特别地，如申请号为ep 21 185 667.9的欧洲专利申请中所描述和示出的，氢收
集器16可能受惰性气体的影响。这些惰性气体还可以用作冲洗介质，以将lh2从该至少一个空腔28冲洗到氢出口18中。排出的gh2可以再次使用在前述或另外的氢消耗装置24(比如，涡轮机42或燃料电池(未示出))中。
[0118]
图2示出了作为使用了氢罐组件10的交通工具12的示例的飞行器、尤其是飞机44。飞机44具有推进系统，该推进系统具有作为发动机26的涡轮机42。涡轮机42被配置成燃烧由氢罐组件10所供应的氢。进一步地，飞机44可以配备有燃料电池(未示出)，其中，氢从氢罐组件10供应至燃料电池。
[0119]
图3示出了氢罐组件10的可能的实施例，该氢罐组件呈圆柱形罐48的形式。氢从罐48经由罐主管道22供应至氢消耗装置24。罐48可以经由填充连接件50而被填充。主管道22连接至气体扩散器52。
[0120]
图4示出了图3的罐48的罐壁组件30的详细布置。
[0121]
壁组件30包括：作为罐内壁14的cfrp蒙皮36；氢收集器16；以及作为外部气密层34的外部膜、蒙皮或壳。氢收集器16被配置为结合了h2收集、隔热以及为罐内壁14提供结构支撑功能的多功能材料芯。氢收集器16包括至少一个刚性元件54，该至少一个刚性元件与罐内壁14一起限定该至少一个空腔28。刚性元件54是复合材料结构(例如，复合材料夹层结构)。该刚性元件可以包括氢收集器片层38，该氢收集器片层可以由微孔材料56(比如，非织造或织造织物、泡沫等)制成。
[0122]
进一步地，氢收集器16可以包括大孔材料58(比如，折叠芯60、穿孔蜂窝)或其他具有空腔的刚性元件。
[0123]
如图4中可见的，穿过罐内壁14泄露的gh2经由氢收集器片层38收集并且被引导至氢收集器16的空腔28中。若干空腔28彼此连接以形成至少一个通道系统62。每个单独的通道系统62连接到至少一个氢出口18，使得泄露的lh2被引导至氢出口18并且例如经由罐主管道22被引导至该至少一个氢消耗装置24。
[0124]
图5示出了氢罐组件10的实施例，该氢罐组件形成球形罐64。专利号为ep 21 188290.7的欧洲专利申请中描述了另外的细节、这种球形罐64可以怎样用在模块化罐系统中。图5的根据实施例的氢罐组件10包括由cfrp蒙皮36形成的球形罐内壁14，如在其他实施例中的，该球形罐内壁由氢收集器16包围，该氢收集器进一步由外部气密层34(比如，外部蒙皮)包围。罐主管道22连接至内部氢罐容积20并且通向该至少一个氢消耗装置24。氢收集器16包括氢收集器片层38和隔热材料32。氢收集器片层38由微孔材料56制成，以限定空腔28和网络62的流动通道。氢收集器片层38直接接触罐内壁14的外侧并且用作排放层。
[0125]
微孔材料56优选地由大块可渗透干非织造织物制成。特别地，该织物由若干非织造纤维层制成。优选地，这些非织造层的厚度是可变的，以确保流动通道在载荷下也存在。在氢收集器片层38的不同区域中，流动通道的密度可以不同。例如，流动通道密度朝向限定氢出口18的泄漏管道66而增加。排放管道(未示出)可以结合在非织造物中。进一步地，支撑元件(比如，弹簧(未示出))可以结合在氢收集器片层38中以承载内罐的重量。进一步地，隔绝层(隔热材料32)可以设置有作为网络62的一部分的流动通道。纤维可以是中空的，以便提供更好的渗透性。
[0126]
传感器40可以包括在氢收集器片层38中。可以使用若干传感器40，比如用于检测碎裂声、温度、h2、压力损失
…
的传感器。进一步地，由凯夫拉(kevlar)制成的连续织物可以
包括在壁组件30中，以提高封围罐内壁14的壁组件的结构强度。可以使用(固有的或通过涂层获得的)导电纤维来建立新的功能。
[0127]
低cte纤维和高cte纤维可以混合在织造织物中以建立由于隔绝体的热收缩而产生的公差补偿。进一步地，可以通过许多弹性材料来补偿不同的cte。
[0128]
氢收集器16优选地包括若干可渗透层、尤其是参照图5的实施例中的微孔材料56和大孔材料58的组合。图6示出了示例，其中，具有空腔的刚性元件28(比如，折叠芯60和具有流动通道的层68)与另外的气密屏障70和隔热材料32组合。
[0129]
微孔材料56和大孔材料58可以组合成如图6、图7或图8所示的叠置体(lay-up)。图6和图7示出了折叠芯材料60被附加的屏障片材70覆盖并且部分地填充有微孔材料56(例如，开孔泡沫72)。
[0130]
图8示出了微孔材料/大孔材料56、58的组合的叠置体的另一示例。如图8所示的实施例的氢罐组件10的壁组件80包括限定氢罐容积20的罐内壁14，该罐内壁由干织物74、74-1以及刚性元件54覆盖，该刚性元件在此是集成在罐内壁14与罐外壁80之间的具有通道78的刚性分块76。分块可以由任何适合的材料制成，如从如上所述的[1]至[3]中获知的。这种材料可在市场中获得。更详细地，刚性元件可以由通常从如上所述的[1]和[2]中获知的微孔材料制成，作为真空面板的芯材料。这种芯材料可从市场中获得。除了在真空面板中，这种芯的孔隙率还可以在此用来收集和输送氢。因此，芯材料不必由气密密封材料封围。进一步地，至少一个附加的通道78集成在这种材料中。图10示出了这种通道78的形式的示例。
[0131]
根据一个示例，分块76可以由隔热材料(比如，pu泡沫或气凝胶)制成，其中，设置了附加的大孔通道78以将泄漏的氢引导至该至少一个氢出口18。
[0132]
进一步地，图8的实施例的分块76由干织物74、74-2(例如，羊毛82)、限定外部气密层34的屏障70以及另一层干织物74、74-3覆盖。
[0133]
图9示出了氢罐组件10的另外的示例，该氢罐组件限定球形罐64，作为图8所示的若干分块76的特定用途的示例。图9的氢罐组件10包括以下层(从内到外看)：形成罐内壁14的cfrp蒙皮36、第一层74-1干织物74、由若干分块76的布置形成的第一分块层76-1、第二层74-2干织物74、屏障片层70、第三层74-3干织物、由分块76的布置形成的第二分块层76-1、作为罐外壁80的外部蒙皮、以及外部屏障片层84。干织物74是微孔材料56的示例。
[0134]
如通常从[3]中获知的，形成分块层76-1、76-2的分块76是具有双曲率的分块，以便适配球形形式。当在比如图3所示的圆柱形罐48中使用这种叠置体时，可以使用具有单曲率的分块。
[0135]
如图10所示，刚性元件54(比如，分块76)可以具有呈螺旋通道78形式的h2收集器空腔28，也可以是其他形状(比如，网络形、线形等)。优选地，通道78或通道系统分布在刚性元件54上、并且具有一个中心出口开口以将氢引导至氢出口18。
[0136]
可以在通道78或通道系统的中心出口处设置传感器40。因此，一个传感器40可以用于监测通道78或通道系统的整个区域上的状况(例如，泄漏速率)。
[0137]
图10示出了设置在刚性元件54的面向罐内壁14的一侧的通道78。
[0138]
刚性元件54(比如，分块76)具有收集器、隔绝以及结构功能。通过集成的空腔28，刚性元件54收集然后泄漏的氢。分块76可以填充有高度隔绝的芯(比如，真空/玻璃泡、气凝胶)或导热性低但重量相关刚度高的蜂窝状结构。特别地，分块76可以由如可在市场上获得
的用作真空面板中的芯的芯材料制成，这些芯材料包括格架、tpls等。进一步地，分块76可以藉由与周围的结构性系统形状配合的边缘和/或附加3d加强件或支撑件而固定在一起。分块76是刚性结构，以便提供良好的结构支撑。
[0139]
附图标记：
[0140]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
氢罐组件
[0141]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
交通工具
[0142]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
罐内壁
[0143]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀ
外部氢收集器
[0144]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀ
氢出口
[0145]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
氢罐容积
[0146]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
罐主管道
[0147]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀ
氢消耗装置
[0148]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
发动机
[0149]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀ
空腔
[0150]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
罐壁组件
[0151]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀ
隔热材料
[0152]
34
ꢀꢀꢀꢀꢀ
外部气密层
[0153]
36
ꢀꢀꢀꢀꢀ
cfrp蒙皮
[0154]
38
ꢀꢀꢀꢀꢀ
氢收集器片层
[0155]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器
[0156]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀ
涡轮机
[0157]
44
ꢀꢀꢀꢀꢀ
飞机
[0158]
46
ꢀꢀꢀꢀꢀ
推进系统
[0159]
48
ꢀꢀꢀꢀꢀ
圆柱形罐
[0160]
50
ꢀꢀꢀꢀꢀ
填充连接件
[0161]
52
ꢀꢀꢀꢀꢀ
气体扩散器
[0162]
54
ꢀꢀꢀꢀꢀ
刚性元件
[0163]
56
ꢀꢀꢀꢀꢀ
微孔材料
[0164]
58
ꢀꢀꢀꢀꢀ
大孔材料
[0165]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀ
折叠芯
[0166]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀ
网络
[0167]
64
ꢀꢀꢀꢀꢀ
球形罐
[0168]
66
ꢀꢀꢀꢀꢀ
泄漏管道
[0169]
68
ꢀꢀꢀꢀꢀ
具有流动通道的层
[0170]
70
ꢀꢀꢀꢀꢀ
屏障
[0171]
72
ꢀꢀꢀꢀꢀ
开孔泡沫
[0172]
74
ꢀꢀꢀꢀꢀ
干织物
[0173]
74-1
ꢀꢀꢀ
第一层干织物
[0174]
74-2 第二层干织物
[0175]
74-3第三层干织物
[0176]
76
ꢀꢀꢀꢀꢀ
分块
[0177]
76-1
ꢀꢀꢀ
第一分块层
[0178]
76-2 第二分块层
[0179]
78
ꢀꢀꢀꢀꢀ
通道
[0180]
80
ꢀꢀꢀꢀꢀ
罐外壁
[0181]
82
ꢀꢀꢀꢀꢀ
干织物(羊毛)
[0182]
84
ꢀꢀꢀꢀꢀ
外部屏障片层
[0183]
gh2 气态氢
[0184]
lh2 液态氢

技术特征：
1.一种用于交通工具(12)的氢罐组件(10)，所述氢罐组件(10)包括：罐内壁(14)，所述罐内壁限定了被配置用于储存液态氢(lh2)的氢罐容积(20)；以及外部氢收集器(16)，所述外部氢收集器与所述罐内壁(14)一起限定了在所述氢罐容积(20)的外部的至少一个空腔(28)，并且所述外部氢收集器包括至少一个氢出口(18)，所述至少一个氢出口用于将从所述氢罐穿过所述罐内壁(14)泄漏到所述至少一个空腔(28)中的气态氢(gh2)引导至储氢装置或氢消耗装置(24)。2.根据权利要求1所述的氢罐组件(10)，其中，所述氢收集器(16)a)包围所述罐内壁(14)，和/或b)包括至少一个氢收集器片层(38)，和/或c)包括刚性元件(54)，所述刚性元件与所述刚性罐内壁(14)一起形成所述至少一个空腔(28)，所述至少一个空腔被配置为氢流动通道，其中，所述至少一个空腔(28)与外部气氛分离。3.根据前述权利要求中任一项所述的氢罐组件(10)，其中，所述至少一个收集器片层选自由以下各项组成的组：可渗透层；微孔材料(56)；非织造织物；大块非织造织物；可渗透织物；可渗透干织物(74)；开孔泡沫(72)；具有若干非均匀厚度层的片层；具有流动通道(78)的材料；在不同区域具有流动通道密度不同的流动通道(78)的材料；结合有排放管道的织物；织造织物；以及前述组分中的至少两项的组合。4.根据权利要求2或3所述的氢罐组件(10)，其中，所述至少一个刚性元件(54)选自由以下各项组成的组：可渗透层；大孔材料(58)；折叠芯；折叠芯与隔绝材料的组合；穿孔蜂窝布置；具有若干空腔(28)的刚性元件(54)；具有排放通道(78)的分块(76)；在一个或若干层中覆盖所述罐内壁(14)的多个元件；在一个或若干层中呈足球图案覆盖所述罐内壁(14)的多个分块；至少部分地由干纺织物覆盖的元件；以及前述组分中至少两项的组合。5.根据权利要求2至3中任一项所述的氢罐组件(10)，其中，所述至少一个刚性元件(54)具有以下特征中的至少一个或若干特征：a)所述至少一个刚性元件(54)包括附加的气密层；b)所述至少一个刚性元件(54)的外侧由气密层密封；c)所述至少一个刚性元件(54)布置在所述罐内壁(14)与外层之间，其中，所述氢罐组件(10)包括气氛控制装置，所述气氛控制装置被配置成控制所述罐内壁(14)与所述外层之间的气氛；d)所述刚性元件(54)中的若干刚性元件在一个或若干层中覆盖所述罐内壁(14)；e)所述刚性元件(54)中的若干刚性元件尤其是通过粘合剂、焊接和/或形状配合连接而至少部分地连接至相邻层。6.根据前述权利要求中任一项所述的氢罐组件(10)，其中，所述至少一个空腔(28)具有以下特征中的至少一个或若干特征：a)所述至少一个空腔(28)由形成至少一个互连网络(62)的多个空腔(28)限定；b)所述至少一个空腔(28)是空腔(28)网络(62)的一部分，所述网络具有至少一个出口管；
c)所述至少一个空腔(28)由多个空腔(28)限定，所述多个空腔被连接成使得它们形成若干网络(62)，其中，每个网络(62)具有至少一个出口管；d)所述至少一个空腔(28)被配置成受冲洗介质影响、特别是被冲洗。7.一种模块化氢罐，所述模块化氢罐包括若干根据前述权利要求中任一项所述的氢罐组件作为罐模块。8.一种用于飞行器的推进系统(46)，所述推进系统包括根据权利要求1至6中任一项所述的氢罐组件(10)、以及作为氢消耗装置(24)的氢动力发动机(26)和/或作为氢消耗装置(24)的氢动力燃料电池和电动马达。9.一种交通工具(12)、尤其是飞行器，所述交通工具包括根据权利要求1至6中任一项所述的氢罐组件(10)、根据权利要求7所述的模块化氢罐、和/或根据权利要求8所述的推进系统(46)。

技术总结
本发明提出了一种用于交通工具的氢罐组件，氢罐组件包括：罐内壁，该罐内壁限定了被配置用于储存液态氢的氢罐容积；以及外部氢收集器，该外部氢收集器与罐内壁一起限定了在氢罐容积的外部的至少一个空腔，并且该外部氢收集器包括至少一个氢出口，该至少一个氢出口用于将从氢罐穿过罐内壁泄漏到该至少一个空腔中的气态氢引导至储氢装置或氢消耗装置。本发明还公开了一种具有这种氢罐组件的飞行器。还公开了一种具有这种氢罐组件的飞行器。还公开了一种具有这种氢罐组件的飞行器。


技术研发人员：马蒂亚斯
受保护的技术使用者：空中客车简化股份公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/6/7