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Wärmeisolierter Behälter für die Aufbewahrung eines verflüssigten Gases
Die Erfindung bezieht sich auf Behälter für die Aufbewahrung verflüssigter Gase, deren Temperatur wesentlich niedriger als die Atmosphären-Temperatur ist.
Bei einer bekannten Ausführung von für diesen Zweck geeigneten Behältern ist ein Innengefäss mit Zwischenraum von einem Aussengefäss umschlossen, wobei sich in diesem Zwischenraum ein fliessfähiges pulverförmiges Isoliermaterial befindet. Wenn ein solcher Behälter leer ist, so befinden sich die beiden Hüllgefässe anfänglich praktisch auf gleicher Temperatur.
Beim Füllen des Behälters wird aber die Temperatur des Innengefässes durch das eingeführte verflüssigte Gas abgesenkt und dieses Gefäss zieht sich folglich zusammen. Die Zusammenziehung des Innengefässes bewirkt eine Vergrösserung des Zwischenraumes zwischen den beiden Gefässen und das pulverförmige Isoliermaterial fliesst deshalb nach unten, um die Leerräume auszufüllen, welche durch den Grössenzuwachs des Zwischenraumes entstehen. Wenn nun die Temperatur des Innengefässes wieder ansteigt, beispielsweise weil der Behälter entleert worden ist, nimmt die Grösse des Zwischenraumes zwischen den beiden Gefässen wieder ab, weil sich das Innengefäss ausdehnt.
Die Ausdehnung des Innengefässes führt dazu, dass auf das Pulver ein nach aussen gerichteter Druck ausgeübt wird. Dadurch wird das Pulver verdichtet. Bei mehrfach wiederholtem Absenken und nachfolgendem Ansteigen der Temperatur des Innengefässes erhöht sich der auf das Pulver nach aussen wirkende Druck. Dieser Druck wird durch das Pulver auf das Aussengefäss übertragen. Da der Behälter dem auftretenden Innendruck entsprechend dimensioniert ist, kann das Aussengefäss leicht dem vom Pulver ausgeübten Druck standhalten, doch tritt hiebei ein nach innen, also gegen das Innengefäss gerichteter Reaktionsdruck auf.
Dieser nach innen gerichtete Reaktionsdruck auf das Innengefäss ist sehr nachteilig, weil das Innengefäss versteift werden muss, um diesem Druck standzuhalten, wogegen es andernfalls nur so ausgebildet werden müsste, dass es dem Innendruck des verflüssigten Gases standhalten könnte.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Auswirkung des durch das pulverförmige
Isoliermaterial auf das Innengefäss ausgeübten Druckes herabzusetzen.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildeter, wärmeisolierter Behälter für die Aufbewahrung eines verflüssigten Gases, dessen Temperatur wesentlich niedriger als die Atmosphärentemperatur ist, weist ein mit Zwischenraum von einem Aussengefäss umgebenes Innengefäss auf ; der Zwischenraum zwischen den beiden Gefässen enthält eine Füllung von pulverförmigem, wärmeisolierendem Material und eine das Innengefäss umgebende Schicht aus einem elastischen Material, das soweit kompressibel ist, dass es bei den durch Temperaturänderungen bewirkten gegenseitigen Relativbewegungen der beiden Gefässe zusammengedrückt werden kann, ohne auf das Innengefäss einen wesentlichen nach innen gerichteten Druck auszuüben.
Die Schicht aus elastischem Material erstreckt sich vorzugsweise über die äussere Oberfläche des Innengefässes, kann sich aber auch, allerdings weniger vorteilhaft, über die Innenfläche des Aussengefässes erstrecken.
Wenn im Zwischenraum zwischen den beiden Gefässen eine solche Schicht aus elastischem Material vorgesehen ist, dann rieselt, wenn das Innengefäss abgekühlt wird, das pulverförmige Isoliermaterial nach unten und füllt, wie dies auch schon bisher der Fall war, die entstehenden Hohlräume aus. Wenn anschliessend die Temperatur des Innengefässes wieder steigt, dann wird bei der nun nach aussen gerichteten Bewegung der Wand des Innengefässes jedoch bloss das elastische Material zusammengedrückt. Wenn nun die Schicht aus elastischem Material an der Innenfläche des Aussengefässes anliegt, dann muss hiebei die gesamte Isolierpulvermasse im Zwischenraum zwischen den beiden Gefässen verschoben werden, bis das elastische Material zusammengedrückt wird.
Wenn hingegen diese Schicht an der Aussenfläche des Innengefässes angeordnet ist, dann wird das elastische Material durch die sich verschiebende Wand des Innengefässes unmittelbar zusammengedrückt, wobei im Isolierpulver keine nennenswerten Material-
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verschiebungen stattfinden. Wenn das elastische Material an der Aussenfläche des Innengefässes anliegt, dann wird allerdings dieses Material nahezu auf die Temperatur des Innengefässes abgekühlt, wenn letzteres mit verflüssigtem Gas gefüllt wird. Es ist daher wesentlich, dass das elastische Material die erforderlichen Elastizitätseigenschaften bis zu diesen Tieftemperaturen beibehält.
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Behälter zylindrisch ist und ungefähr 15, 25 m Durchmesser hat, bewegt sich die Wand des Innengefässes um angenähert 32 mm radial nach innen, wenn dieses Innengefäss bei der Füllung mit verflüssigtem Gas von atmosphärischer Temperatur auf-160 C abgekühlt wird. Diese Bewegung muss durch Kompression der Schicht aus elastischem Material aufgenommen werden, wenn sich das Innengefäss nach Entleerung des verflüssigten Gases wieder ausdehnt. Die Schicht aus elastischem Material muss diese Bewegung aufnehmen, ohne auf das Innengefäss einen wesentlichen, nach innen gerichteten Druck auszuüben, der ein Eindrücken dieses Gefässes zur Folge hätte. Daraus folgt, dass die erforderliche Dicke der Schicht aus elastischem Material von dessen Zusammendruckbarkeit abhängt.
Dieses Material muss natürlich so elastisch sein, dass es sich wieder bis zu seinen ursprünglichen Abmessungen ausdehnt, wenn sich das Innengefäss bei einer neuerlichen Füllung mit verflüssigtem Gas wieder zusammenzieht.
Es wurde gefunden, dass als elastisches Material für den Überzug des Innengefässes am besten
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erhältlich ist. Zufriedenstellende Ergebnisse können auch mit einer aus Glasfasern hergestellten Matte erzielt werden. Sowohl Celluloseazetatfasermatte als auch Glasfasermatten bleiben bis zu Temperaturen in der Grössenordnung von - 1600 C genügend elastisch.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines gemäss der Erfindung aufgebauten Behälters für verflüssigtes Methangas veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch den Behälter, Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt durch den Behälter nach der Linie 11-11 in Fig. 1 und Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teiles der das Innengefäss umgebenden Schicht aus elastischem Material.
Der zylindrisch ausgebildete Behälter, der einen Durchmesser von etwa 15, 25 m und eine Höhe von etwa 15, 25 m hat, weist ein Aussengefäss 1 und ein Innengefäss 2 auf. Das Aussengefäss ist aus untereinander vernieteten oder verschweissten Stahlplatten 3 zusammengesetzt. Das Aussengefäss steht auf einer kreisrunden Bodenplatte 4 aus Stahl und hat eine konische Stahldecke 5, die von radialen Trägern 6 getragen wird.
Das Innengefäss 2 ist aus Aluminium hergestellt, das seine Festigkeit bis zur Temperatur von verflüssigtem Methan, d. i. bis zum Tem- peraturbereich von-160 C, beibehält. Die zylindrische Wand des Innengefässes 2 ist durch Winkelprofilringe 7 versteift und ruht auf einer Bodenplatte 8 auf. Die Decke 9 des Innengefässes ist gewölbt.
Die Bodenplatte 8 des Innengefässes 2 ist gegen die Bodenplatte 4 des Aussengefässes 1 durch eine Isolierschicht 9 a wärmeisoliert, die aus mehreren Lagen von Steinen aus Diatomeenerde besteht und mit einem Überzug versehen ist, der aus Leichtbeton mit Perlitzusatz hergestellt ist. Die Isolierschicht 9 a trägt somit das Gewicht des Innengefässes 2 und seines Inhalts.
Der Ringraum 10 zwischen der zylindrischen Wand des Innengehäuses 2 und der zylindrischen Wand des Aussengehäuses 1 hat eine lichte Weite von etwa 0, 92 m. Die zylindrische Wand des Innengehäuses 2 ist von einer Schicht 11 aus elastischem Material umschlossen. Die Gesamtdicke der Schicht 11 ist aus acht Schichten zusammengesetzt, von denen jede eine Nenndicke von 25, 4 mm hat und aus einer unter der Handelsbezeichnung "FIBROCETA"erhältlichen Matte aus Celluloseazetatfasern hergestellt ist.
Der übrige Teil des Ringraumes 10 ist mit pulverförmigem, wärmeisolierendem Material, z. B. Perlit, gefüllt. Durch den vom pulverförmigen Perlit ausgeübten Pressdruck wird die elastische Schicht auf eine Dicke von 152 bis 178 mm zusammengedrückt. Ein Teil der Schicht 11 und ihre Befestigung am Innengefäss sind in Fig. 3 im Detail dargestellt.
Die die Schicht 11 bildenden Mattenlagen sind in Form von vertikalen Streifen 12 angeordnet, welche längs ihrer in den einzelnen Lagen stufenweise versetzten Ränder an den Stossstellen der Streifen miteinander verbunden sind. Die äussersten Streifen 12 sind an ihren oberen Rändern mittels elastischer Schnüre 13 an einem Rohrring 14 aufgehängt, welcher sich ringsum am gewölbten Deckel 9 des Innengefässes 2 erstreckt.
Die Streifen 12 werden ausserdem durch mehrere um die ganze Schicht 11 gelegte Bänder 15 nach innen gegen die zylindrische Wand des Innengefässes 2 gedrückt. Die Bänder 15 sind ebenfalls elastisch, so dass sich die elastische Schicht 11 nach innen und aussen bewegt, wenn sich das Innengefäss entsprechend den Temperaturänderungen zusammenzieht oder ausdehnt.
Die Perlitpulverfüllung reicht bis über die gewölbte Decke 9 des Innengefässes 2, so dass dieses an seiner gesamten Oberfläche vollkommen wärmeisoliert ist.
Durch Mannlöcher 16 bzw. 17 wird ein Zugang in das Innengefäss 2 und das Aussengefäss 1 ermöglicht. Der Behälter hat ein Zuführungsrohr 18 mit einem nicht dargestellten Regelventil für den Einlass von verflüssigtem Methan, ein durch ein Ventil 20 regelbares Ablassrohr 19 und ein Gasabzugsrohr 21. Das innere Ende des Ablassrohres 19 ist mit einer auf Streben 24 abgestützten Schutzkappe 23 abgedeckt.
Wenn der in den Zeichnungen dargestellte Behälter zum erstenmal mit verflüssigtem
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Methan mit einer Temperatur von etwa-160 C gefüllt wird, dann zieht sich das Innengefäss radial um etwa 32 mm zusammen. Das Perlitpulver rieselt infolgedessen nach unten, um das Entstehen von Hohlräumen zu verhindern, welche sich andernfalls bilden würden. Hiebei erfolgt eine leichte Ausdehnung der elastischen Schicht 11.
Wenn das verflüssigte Methan aus dem Innengefäss abgelassen wird, dann steigt die Temperatur dieses Gefässes allmählich bis zur Umgebungstemperatur an und das Gefäss dehnt sich daher wieder aus. Die Ausdehnungsbewegung wird teils durch Zusammendrücken der elastischen Schicht 11 und teils durch eine Verdichtung des Perlitpulvers aufgenommen, welche durch die Bewegung der Aussenfläche der Schicht 11 bewirkt wird. Wiederholte Zyklen von Temperaturänderungen bewirken eine weitere allmähliche Verdichtung des Perlitpulvers, bis dessen Pressung so gross geworden ist, dass weiterhin wiederholte Bewegungen des Innengefässes praktisch zur Gänze durch Zusammendrückung und darauffolgende Ausdehnung der elastischen Schicht 11 aufgenommen bzw. ausgeglichen werden.
Der auf die Aussenfläche des Innengefässes 2 ausgeübte, nach innen gerichtete Druck kann höchstens bis zu jenem Druck steigen, der zur Zusammenpressung der elastischen Schicht 11 um etwa 32 mm nötig ist. Dieser nach innen wirkende Druck ist jedoch sehr klein im Verhältnis zu jenem Druck, den das Perlitpulver beim Fehlen der elastischen Schicht11 ausüben würde, und überdies steigt dieser Druck bei nachfolgenden weiteren Temperaturwechselzyklen nicht mehr weiter an. Das Innengefäss braucht infolgedessen nur so fest gebaut zu sein, dass es diesem geringen nach innen gerichteten Druck standhält.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeisolierter Behälter für die Aufbewahrung eines verflüssigten Gases, dessen Temperatur erheblich niedriger als die Atmosphärentemperatur ist, mit einem Innengefäss, das von einem Aussengefäss umgeben ist, wobei zwischen beiden Gefässen ein Zwischenraum vorhanden ist, der elastisches Isoliermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das in bekannter Weise durch eine das Innengefäss umschliessende und mit diesem in Berührung stehende Fasermatte gebildete elastische Material nur einen Teil der radialen Weite des Zwischenraumes ausfüllt, dessen restlicher Teil mit nichtkohäsivem, pulverisiertem, mineralischem Wärmeisoliermaterial an sich bekannter Art ausgefüllt ist, das aus harten, unzusammendrückbaren Körnern besteht, wobei die Mattenschicht genügend dick und zusammendrückbar ist,
um die bei einer Temperaturerhöhung auftretenden, nach aussen gerichteten Verschiebungsbewegungen des Innengefässes ohne Ausübung eines wesentlichen nach innen gerichteten Druckes auf das Innengefäss zu absorbieren.