本發(fā)明涉及用于液化氣體的儲(chǔ)存罐、包括這種儲(chǔ)存罐以及基于氫的推進(jìn)系統(tǒng)的航空器或航天器、以及纖維金屬層合件。

背景技術(shù)：

1、盡管本發(fā)明可以用于各種應(yīng)用，但是下面將針對(duì)意圖安裝在氫動(dòng)力航空器中的用于液態(tài)氫的儲(chǔ)存罐以更詳細(xì)且示例性的方式描述本發(fā)明以及潛在問題，但本發(fā)明不限于該作用。

2、為了避免例如由常規(guī)煤油動(dòng)力航空器產(chǎn)生的二氧化碳的排放，建議在航空器中使用基于氫的推進(jìn)器，從而使用航空器上的儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐中的氫。

3、因此，希望能夠以可靠且輕量的方式來儲(chǔ)存液化氣體、比如氫，特別是在航空器上更是如此。

4、還描述了由混合復(fù)合材料形成的纖維金屬層合件，該纖維金屬層合件包括金屬與塑料材料、比如聚合物的交替層。這種材料的優(yōu)點(diǎn)在于其比單片固體金屬具有更小的重量和更好的疲勞特性。示例性的纖維金屬層合件包括鋁合金層以及芳族聚酰胺纖維增強(qiáng)的或玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物層。

5、纖維金屬層合件是適用于航空用途的有彈性的且可靠的材料。例如，被稱為glare的材料用于航空器的制造，例如用作空中客車a380的機(jī)身材料，具有高強(qiáng)度性能、增加的損傷容限以及顯著的重量減輕。glare包括鋁合金層以及玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂的居間層。

6、此外，在de?10?2011?006?032?a1和wo?2012/127?038?a2中描述了一種纖維金屬層合件，該纖維金屬層合件包括由鋁鎂(almg)合金或鋁鎂鈧(almgsc)合金制成的金屬層以及嵌入有增強(qiáng)纖維例如玻璃纖維、碳纖維或柴隆(zylon)纖維的熱塑性合成材料的層。

7、us?10,456,985?b2中描述了一種對(duì)含有熱塑性塑料以及金屬層的組成部分進(jìn)行摩擦攪拌焊接的方法。

8、在ep?3?461?620?a1中描述了一種具有電絕緣涂層的碳纖維。

9、在wo?2020/229?627?a1中描述了包括電絕緣碳纖維的纖維金屬層合件。

10、下述文獻(xiàn)中描述了一種在用于電池應(yīng)用的單個(gè)碳纖維周圍沉積涂層的方法：leijonmarck,s.等人，“solid?polymer?electrolyte-coated?carbonfibres?forstructural?and?novel?micro?batteries(用于結(jié)構(gòu)化新型微型電池的固體聚合物電解質(zhì)涂覆碳纖維)”，composites?science?and?technology(復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù))，2013年第89卷，第149頁至157頁。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此背景，通過本發(fā)明要解決的問題是提供一種能夠安全地且可靠地儲(chǔ)存液化氣體、比方說例如氫的儲(chǔ)存罐，并且該儲(chǔ)存罐是輕質(zhì)的。此外，通過本發(fā)明要解決的問題是提供一種對(duì)應(yīng)地改進(jìn)的航空器或航天器。另外，通過本發(fā)明要解決的問題是提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的材料，該材料特別地適合于作為用于液化氣體的儲(chǔ)存罐的材料。

2、這些問題通過本發(fā)明的儲(chǔ)存罐、以及/或者本發(fā)明的航空器或航天器、以及/或者本發(fā)明的纖維金屬層合件、以及/或者本文中描述的纖維金屬層合件來解決。

3、因此，提出了一種用于液化氣體、特別地用于液態(tài)氫的儲(chǔ)存罐，該儲(chǔ)存罐包括容器，該容器具有由纖維金屬層合件形成的容器壁，其中，纖維金屬層合件包括金屬層以及一個(gè)或更多個(gè)合成層，金屬層由鋁合金形成，所述一個(gè)或更多個(gè)合成層具有嵌入熱塑性基體中的增強(qiáng)纖維。

4、此外，提出了一種航空器或航天器，該航空器或航天器包括這種用于液化氣體的儲(chǔ)存罐以及構(gòu)造成至少從儲(chǔ)存罐供應(yīng)氫的基于氫的推進(jìn)系統(tǒng)。

5、更進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了第一纖維金屬層合件，該第一纖維金屬層合件包括金屬層以及一個(gè)或更多個(gè)合成層，金屬層由鋁合金形成，所述一個(gè)或更多個(gè)合成層具有嵌入熱塑性基體中的增強(qiáng)纖維，其中，該纖維金屬層合件還包括碳納米管和/或石墨烯顆粒。

6、更進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了第二纖維金屬層合件，該第二纖維金屬層合件包括金屬層以及一個(gè)或更多個(gè)合成層，金屬層由鋁合金、特別地由鋁鎂鈧合金形成，所述一個(gè)或更多個(gè)合成層具有嵌入熱塑性基體中的增強(qiáng)纖維，其中，增強(qiáng)纖維包括纖維、特別地包括碳纖維，其在嵌入熱塑性基體中之前涂覆有電絕緣涂層。

7、本發(fā)明的基本思想是將在用于液化氣體、比如氫的儲(chǔ)存罐的容器壁中使用的輕質(zhì)金屬合金和熱塑性材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合。因此，本發(fā)明提出的儲(chǔ)存罐的容器比純金屬壓力容器質(zhì)量輕得多，該純金屬壓力容器具有由單片固體金屬材料形成的壁。例如，在航空器中安裝輕質(zhì)儲(chǔ)存罐在能夠承載的貨物和/或乘客數(shù)量方面是有利的。

8、此外，用于液化氣體例如氫的儲(chǔ)存罐的填充與排空循環(huán)預(yù)計(jì)將在箱的使用壽命內(nèi)重復(fù)多次，特別地在儲(chǔ)存罐安裝在航空器中以用于對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行供應(yīng)的情況下更是如此。特別地，在使用了結(jié)構(gòu)上結(jié)合在航空器中的儲(chǔ)存罐的情況下，容器壁也承受起飛載荷和著陸載荷。在本發(fā)明的儲(chǔ)存罐中，纖維金屬層合件為容器壁提供了改進(jìn)的疲勞特性、更大的冗余度以及改進(jìn)的損傷容限。

9、此外，由本發(fā)明提出的儲(chǔ)存罐的容器壁有利地對(duì)氣體、特別地對(duì)氫氣具有低滲透性。低滲透性是以熱塑性基體與居間金屬層相結(jié)合的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。

10、附加地，在本發(fā)明的儲(chǔ)存罐中，使用纖維金屬層合件還具有防止積聚顯著的靜電荷的優(yōu)點(diǎn)和/或經(jīng)由導(dǎo)電金屬層而快速釋放靜電的優(yōu)點(diǎn)。

11、另外，本發(fā)明的儲(chǔ)存罐中使用的纖維金屬層合件的優(yōu)點(diǎn)可以在于，在層合材料組合件的熱膨脹或收縮方面，例如考慮到儲(chǔ)存罐處于內(nèi)部壓力下并在低溫下填充液體，可以提供附加的機(jī)械冗余。例如，金屬層和增強(qiáng)纖維的熱膨脹系數(shù)的結(jié)合可以配置成提供或有助于這種冗余。另外，纖維金屬層合件特別地可以在預(yù)定條件下耐受熱膨脹和收縮，而不會(huì)由于熱應(yīng)力而使各個(gè)層分離。

12、本發(fā)明的另一思想是，在纖維金屬層合件中，碳納米管和/或石墨烯顆?？梢杂兄谶M(jìn)一步減少氣體、例如氫通過層合件的滲透，以及/或者可以附加地有助于靜電的受控、連續(xù)釋放。

13、本發(fā)明的更進(jìn)一步的思想是，在包括具有熱塑性基體的至少一個(gè)合成層的纖維金屬層合件中，增強(qiáng)纖維上的電絕緣涂層可以有利地用于防止電偶腐蝕，特別是在增強(qiáng)纖維包括碳纖維的情況下更是如此。

14、本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案和改善方案包含在參照附圖的說明中。

15、特別地，儲(chǔ)存罐適于儲(chǔ)存低溫燃料。這種儲(chǔ)存罐、特別是適于儲(chǔ)存低溫氫的儲(chǔ)存罐對(duì)于在沒有例如二氧化碳的不希望的排放的情況下實(shí)現(xiàn)航空器的推進(jìn)可能是有利的。

16、在改進(jìn)方案中，金屬層可以由鋁鎂鈧合金或鋁-鎂-鈧合金形成。特別地，金屬層可以由例如en?573-3/4標(biāo)準(zhǔn)中定義的5xxx系列的鋁合金形成。

17、金屬層可以優(yōu)選地由可焊接的鋁合金形成。例如，鋁鎂鈧合金非常適合焊接。由于熱塑性合成材料能夠通過將熱塑性合成材料加熱至例如高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和/或熔點(diǎn)的溫度而軟化并且能夠通過冷卻而重新固化，并且由于該循環(huán)可以在必要或需要的情況下重復(fù)進(jìn)行，因而熱塑性塑料也非常適合通過加熱進(jìn)行焊接。這樣的纖維金屬層合件可以在由其制成的部件的制造期間以有利的方式進(jìn)行處理。此外，焊接有助于減輕接頭處的重量。特別地，在熱塑性層和金屬合金層兩者都能夠焊接的情況下，可以形成對(duì)接接縫，這有助于減輕重量。

18、在改進(jìn)方案中，形成金屬層的鋁鎂鈧合金可以是鋁合金5024或鋁合金5028。這些鋁合金特別地在高達(dá)約400℃的溫度表現(xiàn)出最佳的材料性能。另外，這些鋁合金在例如疲勞特性的性能方面是有利的，并且關(guān)于溫度表現(xiàn)出在熱處理過程與高性能熱塑性塑料相容的材料性能。

19、根據(jù)另一改進(jìn)方案，熱塑性基體由聚苯硫醚、或聚酰亞胺、或聚芳基醚酮中的至少一者形成。例如，熱塑性基體可以由聚醚醚酮、聚醚酮酮和聚醚酮中的至少一者形成。這些熱塑性材料能夠通過加熱進(jìn)行焊接并且也能夠重新焊接，并且由于其具有長(zhǎng)分子鏈的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)，這些熱塑性材料例如與熱固性材料相比還表現(xiàn)出降低的滲透性。

20、特別地，增強(qiáng)纖維可以包括玻璃纖維和/或碳纖維。玻璃纖維具有電絕緣性能并且因此可以相對(duì)容易地與金屬組合使用，而碳纖維可以提供附加的機(jī)械強(qiáng)度。

21、根據(jù)改進(jìn)方案，增強(qiáng)纖維包括碳纖維，該碳纖維在嵌入熱塑性基體中之前涂覆有電絕緣涂層，其中，該涂層特別地是例如通過電化學(xué)過程施加在碳纖維上并將碳纖維的表面覆蓋的環(huán)氧樹脂。這種涂層有助于防止接觸腐蝕。

22、在改進(jìn)方案中，纖維金屬層合件還包括碳納米管和/或石墨烯顆粒，其中，碳納米管和/或石墨烯顆粒分散在合成層中的至少一個(gè)合成層或其子層的熱塑性基體中，或者分散在合成層中的一個(gè)合成層或其子層在纖維金屬層合件的厚度方向上的一部分中的熱塑性基體中，或者以層的形式設(shè)置在合成層中的至少一個(gè)合成層或其子層與相鄰層或相鄰子層之間。相鄰層可以是合成層，或者相鄰子層可以是合成子層。經(jīng)分散的碳納米管和/或石墨烯顆粒使纖維金屬層合件對(duì)氣體例如氫的滲透性進(jìn)一步降低。此外，經(jīng)分散的碳納米管和/或石墨烯顆粒還可以進(jìn)一步改善纖維金屬層合件的在防止靜電積聚方面的性能。

23、在另一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，纖維金屬層合件可以基本上不含碳納米管和/或石墨烯顆粒。這種纖維金屬層合件也可以用于形成有用的、輕質(zhì)的、可靠的、安全的儲(chǔ)存罐，該儲(chǔ)存罐對(duì)液化氣體例如液態(tài)氫具有低滲透性。

24、根據(jù)有利的改進(jìn)方案，容器壁包括至少一個(gè)焊縫，特別地包括對(duì)接焊縫，其中，纖維金屬層合件的兩個(gè)部分在焊縫處連結(jié)。這種焊縫有助于減輕重量。特別地，對(duì)接焊縫避免了材料交疊，這進(jìn)一步減輕了儲(chǔ)存罐的重量。

25、根據(jù)有利的改善方案，由其形成容器壁的纖維金屬層合件的最內(nèi)層是由鋁合金形成的金屬層，該最內(nèi)層形成了容器壁的內(nèi)側(cè)部。在這種改善方案中，可以容易地清潔儲(chǔ)存罐的容器的內(nèi)部，從而便于維護(hù)。此外，可以延遲或防止在儲(chǔ)存罐內(nèi)部于容器壁的內(nèi)側(cè)部上積聚沉積物。此外，容器壁的金屬內(nèi)側(cè)部進(jìn)一步提高了靜電的釋放。

26、此外，特別地，纖維金屬層合件的最外層可以是由鋁合金形成的金屬層，該最外層形成容器壁的外側(cè)部。

27、本發(fā)明提出的第一纖維金屬層合件和第二纖維金屬層合件中的每一者都可以用來形成用于液化氣體的儲(chǔ)存罐的容器壁，而且還可以用于其他目的和應(yīng)用。

28、在本發(fā)明提出的第一纖維金屬層合件的改進(jìn)方案中，碳納米管和/或石墨烯顆粒可以分散在合成層中的至少一個(gè)合成層或其子層的熱塑性基體中，或者可以分散在合成層中的一個(gè)合成層或其子層在纖維金屬層合件的厚度方向上的一部分中的熱塑性基體中，或者可以以層的形式設(shè)置在合成層中的至少一個(gè)合成層或其子層與相鄰層或相鄰子層之間。相鄰層可以是合成層。相鄰子層可以是合成子層。

29、根據(jù)第一纖維金屬層合件或第二纖維金屬層合件的進(jìn)一步改進(jìn)方案，金屬層可以由鋁鎂鈧合金形成，以及/或者熱塑性基體可以由聚苯硫醚、或聚酰亞胺、或聚芳基醚酮中的至少一者形成。例如，熱塑性基體可以由聚醚醚酮、或聚醚酮酮、或聚醚酮形成。鋁鎂鈧合金可以例如是鋁合金5024或鋁合金5028。關(guān)于這些鋁合金的優(yōu)點(diǎn)，參考上面給出的解釋。

30、在第一纖維金屬層合件的進(jìn)一步改進(jìn)方案中，增強(qiáng)纖維可以包括玻璃纖維和/或碳纖維，以及/或者增強(qiáng)纖維可以在嵌入熱塑性基體之前涂覆有電絕緣涂層。電絕緣涂層特別地可以設(shè)置在用作增強(qiáng)纖維的碳纖維上?？蓞⒖忌厦媾c纖維類型和涂層的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)的內(nèi)容。

31、本發(fā)明的改善方案、改進(jìn)方案和增強(qiáng)方案可以任意地彼此組合，只要這是有意義的。此外，本發(fā)明的其他可能的增強(qiáng)方案、改進(jìn)方案和實(shí)施方案包括已經(jīng)在上面描述或者將要在下面關(guān)于實(shí)施方式的詳細(xì)說明進(jìn)行描述的本發(fā)明的特征的組合，即使在沒有明確提及這種組合的情況下也是如此。