CN102015433A - 具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温流体储存舱所用的金属膜，其中形成有互相交叉的纵向和横向波纹。在波纹的交叉处，与波纹连接的双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在纵向和横向膨胀。所述双向可膨胀件突出并形成为金字塔、圆顶或十字形。每个金属膜焊接成板单元，并且每个金属膜的边缘焊接成与另一个相邻金属膜具有共同的边缘以使货舱保持气密性，并且极低温的LNG储存在货舱内，所以当金属膜由于热偏差导致收缩时，本发明降低了平面刚性，并且同时使两个交叉方向的平面刚性均等。因此，不管过度的热偏差，提高了耐用性、保持了气密性和稳定了低温液体的储存。另外，因为本发明的金属膜容易被焊接机器人或搬送装置的夹持单元夹持，改进了储存舱的制造。

Description

具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜
技术领域
本发明涉及一种具有正交各向同性性态的金属膜，其具有可膨胀的波纹从而适于储存诸如液化天然气等低温流体。
背景技术
LNG(液化天然气)一般是在大气压下具有大约-162℃沸点并且为了隔热储存在多重结构的储存舱内的低温液体。
这种LNG储存舱具有金属膜内舱和包围所述内舱的隔热层，以通过防止蒸发损耗来安全地储存超低温LNG。
因为金属膜与超低温LNG直接接触，其必须由在低温下具有优异的抗脆性断裂的金属材料制成以响应应力改变，并具有便于膨胀和收缩的结构以响应热和负载。从而，每个金属膜与另一个相邻金属膜以将共用边缘焊接在一起来保持内装物的气密性。
现有的LNG储存舱的金属膜描述如下。
图1和图2是示出根据现有实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。美国专利号3,118,523公开了“膨胀接头的连接件”，其中金属片的波纹1、2用在两个波纹的相交处形成的方形顶部或帽部3连接。
图3是示出根据另一个现有实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。美国专利号3,302,359公开了“波纹片状可缩壁件以及由其制成的容器或舱体”，其中在金属片201的波纹202a、202b的相交处形成有相交区域203。
图4是示出根据再一个现有实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。如图4所示，LNG储存舱的金属膜10具有纵向和横向可膨胀波纹11、12，不会引起由于约200℃的极热偏差导致的热应力。
除了上述的LNG储存舱的金属膜，已经开发出主要用于LNG运输船的热隔离舱的可膨胀金属膜。日本专利号昭50-21008公开了一种具有Y形交叉处的膜片，其中以120°形成重复的六边形波纹。日本专利号昭60-14959公开了一种具有三角形波纹以及与三角形波纹交叉的梯形波纹的膜片。日本专利号昭60-32079公开了一种膜片膨胀结构，其中表面突起的波纹分散地设置在至少一个集中区的周围。
此外，韩国专利申请号1994-11802公开了“LNG储存舱的膜片结构及制造方法”，其中膜片结构包括形成交叉形状的4个波纹和环形结。韩国专利申请号1994-11804公开了“用于LNG储存舱的膜片结构”，包括4个腿部，每个腿部包括横截面的(cross-sectioned)隔离波纹部、具有锯齿状接头的本体部、从本体部的端部向板部件缩进的膨胀部以及凹部。
另外，在“LNG运输船的隔离货舱的膜金属板”的韩国专利申请2003-83849、“LNG运输船的隔离货舱的膜金属板”的韩国专利申请2003-83850、“液化天然气储存舱的膜金属板”的韩国专利申请2003-92250、“用于LNG运输船的隔离货舱的具有平坦焊接接头部的膜金属板”的韩国专利申请2004-6648、“具有平坦焊接接头、储存低温液体的隔离货舱的膜金属板”的韩国专利申请号2004-9306、“LNG储存舱的膜金属板”的韩国专利申请号2004-21526以及“冷液容器以及其使用的元件”的美国专利号3,324,621中公开了各种金属膜片。
发明内容
技术问题
如上所述，根据图4的现有实施例的LNG储存舱的金属膜的波纹互相交叉处的各交叉部的高度不同。由于交叉处的不对称形状，纵向方向的平面刚性因此是横向方向的交叉部的二倍或以上，在低温下其还根据方向引起不同的热应力差。由于交叉处横向方向的波纹高度比纵向方向的相对高，因为晃动等压力波纹容易塌陷。
金属膜的平面刚性除了波纹自身形状的影响还受到双向弯折的交叉处的影响。即使因为横向方向波纹的高度和宽度更高，在根据方向的现有的金属膜刚性中，纵向方向的平面刚性应该比横向方向的平面刚性低，但实际上是横向方向的平面刚性更低。这是由现有的金属膜的交叉处的形状导致的，因为在横向方向的截面上形成了更多波纹。因此，产生了在低温收缩过程中金属膜在横向方面的热应力明显大于纵向方向的问题。
包括图1、图2和图3所描述的现有发明都试图在横向方向获得对称的形状或简化焊接线以解决上述问题。但是，还没解决在极低温度下影响热应力程度的平面刚性问题。还没有引入过可有效双向膨胀以降低平面刚性的交叉结构。因此，如果形成沿着波纹表面连接单元板的两个角部的直线或者形成直的焊接点，即使形成有波纹，也不会降低表面刚性，而会引起明显的热应力。
因为没有使用自动焊接机器人的夹持单元来夹持的膜结构夹持部，夹持单元是在制造使用图1、图2和图3所示的金属膜的储存舱中的主要考虑因素，在实际领域中应用时问题依旧存在。
因此，提供解决上述问题的本发明，以通过降低平面刚性来提高耐用性、气密性和便于夹持，并且同时使两个交叉方向的平面刚性均等。
技术方案
本发明的一个方面提供一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中与各波纹连接的双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀；所述双向可膨胀件突出成金字塔形，并且在所述双向可膨胀件的侧面连接的角部形成第一凹进的凹槽；在所述波纹上与所述双向可膨胀件连接的部分的顶部形成第二凹槽；以及在连接至所述双向可膨胀件的波纹的两端处形成突出以被夹持单元夹持的夹持部。
本发明的另一个方面是提供一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中与各波纹连接的双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀；所述双向可膨胀件突出成圆顶形状，在所述波纹上与所述双向可膨胀件连接的部分处形成颈部，以及凹成被夹持单元夹持的夹持部设置在所述双向可膨胀件的任意侧面与所述波纹连接的部分之间。
本发明还有一个方面是提供一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中双向可膨胀件突出成十字形且与所述十字形的分支部之间的各波纹连接，所述双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀，夹持部这样形成，通过使所述双向可膨胀件突出于所述波纹之上，使得所述夹持部在所述分支部的任意侧面被夹持单元夹持。
附图说明
图1和图2是示出根据现有发明的实施例LNG储存舱的金属膜的立体图。
图3是示出根据现有发明的实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。
图4是示出根据现有发明另一个实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。
图5是示出根据本发明第一实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图。
图6是示出根据本发明第一实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的局部放大剖视图。
图7示出了根据本发明第一实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的夹持部。
图8是示出根据本发明第二实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的立体图。
图9是示出根据本发明第二实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的局部放大剖视图。
图10是示出根据本发明第三实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的立体图。
附图标记说明
110，210，310：板              120，220，320：第一波纹
121，131：第一凹槽             130，230，330：第二波纹
140，240，340：双向可膨胀件    141：面(侧边)
142：第二凹槽                  150，250，350：夹持部
221，231：颈部                 251：凹口部
341：分支部
具体实施方式
决定金属膜的平面刚性的弯折交叉部可为金字塔形、圆顶形或十字形以降低平面刚性，并且同时使两个交叉方向的平面刚性均等使得金属膜可容易地被焊接机器人或搬送装置的夹持单元夹持。
下文将参考附图详细说明本发明的几个实施例。在本发明的通篇说明中，当描述某些技术确定用来规避本发明的发明点时，将省略相关细节描述。
图5是示出根据本发明第一实施例的LNG储存舱的金属膜的立体图，且图6是示出根据本发明第一实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的局部放大剖视图。如图5和6所示，根据第一实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜100包括波纹120、130和双向可膨胀件140，波纹120、130在金属制的板110上的纵向方向和横向方面形成且互相交叉，双向可膨胀件140在波纹120、130的交叉处突出且为金字塔形。
波纹120、130的剖面形成具有平坦部的圆角，并且第一波纹和第二波纹120、130互相交叉，具体为正交。
多个第一波纹120形成为在板110的纵向方向互相平行，使得可在板110的横向方向膨胀。
多个第二波纹130形成为在板110的横向方向互相平行，使得可在板110的纵向方向膨胀。
双向可膨胀件140在第一和第二波纹120、130的交叉处连接至各第一波纹和第二波纹120、130的前后左右。金字塔形的四个侧面141如第一和第二波纹120、130般向上突起并连接至各个第一和第二波纹120、130。因此，双向可膨胀件140通过改变金字塔形状能够让波纹可在纵向和横向膨胀。
双向可膨胀件140包括第一凹进的凹槽142来为侧面141连接的角部提供膨胀性。
第一凹槽142可代替下文将要描述的夹持部150由焊接机器人的夹持单元或由将金属膜沿着导轨移动的搬送装置的夹持单元来夹持。
波纹120、130包括第二凹进的凹槽121、131，凹槽121、131分别为与双向可膨胀件140连接部分的顶部提供膨胀性。
双向可膨胀件140可包括夹持部150，以将焊接机器人的夹持单元或导轨的夹持单元联接到膜。
夹持部150形成为在波纹120、130的两端突起，双向可膨胀件140与之连接以被夹持单元夹持。如图5所示，夹持单元被设置为在“A”和“B”方向夹持。
如图7所示，夹持部150的上部比底部更突出以防止当夹持单元被夹持时的分离。
根据本发明第一实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜100，通过在波纹120、130的交叉处提供可膨胀的金字塔形双向可膨胀件140，允许在波纹120、130的交叉处的纵向和横向膨胀，使得降低了整个板110的平面刚性。通过将波纹120、130与双向可膨胀件140连接，板110的纵向方向和横向方向的可膨胀性被连续保持。通过各自分别形成在第一波纹和第二波纹120、130处的第一凹槽121、131以及在双向可膨胀件140上形成的第二凹槽142，进一步提高了膨胀性并且明显降低了平面刚性。
另外，焊接机器人或搬送装置的夹持单元可在图5所示的“A”方向和“B”方向夹持形成在双向可膨胀件140连接的波纹120和130的两端处的夹持部150，使得搬送具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜变得容易和稳定，并且提高了制造储存舱的效率。
图8是示出根据本发明第二实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的立体图，并且图9是示出根据本发明第二实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的局部放大剖视图。如图8和9所示，根据本发明第二实施例的正交各向同性性态的可膨胀金属膜200包括波纹220、230和双向可膨胀件240，波纹220、230形成在纵向方向和横向方向，彼此在金属制板210上交叉，双向可膨胀件240在波纹220、230的交叉处，其中双向可膨胀件240突起为圆顶状。
如第一实施例所述，波纹220、230由在纵向方向形成的第一波纹220和在横向方向形成的第二波纹230组成。
双向可膨胀件240在第一和第二波纹220、230的交叉处连接至各第一波纹和第二波纹220、230的前后左右。双向可膨胀件240向上突起并为具有合适半径的半球形圆顶状。
因此，通过具有可朝任意方向弯曲的圆顶形状，双向可膨胀件240允许波纹220、230可在纵向方向和横向方向膨胀。
波纹220、230包括比其他部分更窄的颈部221、231，波纹在颈部连接至双向可膨胀件240，使得由于颈部221、231的收折和变平而具有的可膨胀性导致波纹220、230可容易与双向可膨胀件240一起纵向和横向膨胀。
膜可在双向可膨胀件240的两侧都包括夹持部250，以将焊接机器人的夹持单元或导轨的夹持单元联接至膜。
如图8所示，夹持部250在连接至波纹220、230的部分之间互相面对，并且包括用于夹持单元向“A”和“B”方向夹持的凹口部251。
夹持单元可具有与夹持部250对应的形状以便于夹持所述夹持部250。
如图8所示，根据本发明第二实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜200，通过提供在波纹220、230的交叉处可膨胀的圆顶形双向可膨胀件240，允许在波纹220、230的交叉处进行纵向和横向膨胀，使得降低了整个板210的平面刚性。通过将波纹220、230与双向可膨胀件240连接，板210的纵向方向和横向方向的可膨胀性被连续保持。通过提供波纹220、230的颈部221、231，进一步提高了膨胀性并且明显降低了平面刚性。
另外，焊接机器人或搬送装置的夹持单元可在图8所示的“A”方向和“B”方向夹持在双向可膨胀件240的两侧都形成的凹口部251，使得搬送具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜变得容易和稳定，并且提高了制造储存舱的效率。
图10是示出根据本发明第三实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜的立体图。如图10所示，根据第三实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜300包括多个在金属制板310的纵向方向和横向方向形成的波纹320、330，以及在波纹320、330交叉处的双向可膨胀件340，其中双向可膨胀件340突起并具有十字形，夹持部350同时形成在十字形状的分支部341的两侧以将焊接机器人或导轨的夹持单元联接至膜。
如之前的实施例所述，波纹320、330由在纵向方向形成的第一波纹320和在横向方向形成的第二波纹330形成。
双向可膨胀件340在第一波纹和第二波纹320、330的交叉处突起成十字形并且各个第一波纹和第二波纹320、330与分支部341平滑地连接。当第一波纹和第二波纹320、330互相交叉时，分支部341与第一和第二波纹320、330成45°。通过链接十字形状提供纵向方向和横向方向的膨胀。
分支部341的侧面形状为扇形并且各个第一波纹和第二波纹320、330位于扇形顶点附近以可容易地变形来抵抗压力和应力。
膜片可在双向可膨胀件340的分支部341处包括夹持部350，使其被焊接机器人的夹持单元或使金属膜300沿着导轨移动的搬送装置的夹持单元夹持。
如图10所示，通过形成双向可膨胀件340，夹持部350形成在分支部341的两侧比波纹320、330更突出，并且形成为夹持单元朝“A”方向和“B”方向夹持。
通过提供在波纹320、330的交叉处可膨胀的十字形双向可膨胀件340，本发明第三实施例的具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜300允许在波纹320、330的交叉处横向和纵向膨胀，使得降低了整个板310的平面刚性。通过将波纹320、330连接至双向可膨胀件340，板310的纵向和横向方向的膨胀性被连续地保持。通过提供双向可膨胀件340的分支部341的扇形侧面并具有与波纹320、330相同的半径，容易进行抵抗压力和应力的变形，可膨胀性也提高了，平面刚性也被明显降低。
另外，如图10所示，焊接机器人或搬送装置的夹持单元可夹持住形成在双向可膨胀件340的分支部341的两侧的夹持部350，使得搬送具有正交各向同性性态的可膨胀金属膜300变得容易和稳定，并且提高了制造储存舱的效率。
如上所述，每个金属膜焊接成单元板，并且每个金属膜的边缘与另一个相邻金属膜的共同的边缘焊接在一起以使货舱保持气密性，并且因为极低温的LNG储存在货舱内，所以当金属膜由于热偏差导致收缩时，本发明降低了平面刚性，同时使两个交叉方向的平面刚性均等。因此，无论过度的热偏差，都提高了耐用性、保持了气密性和稳定了低温液体的储存。另外，因为本发明的金属膜容易被焊接机器人或搬送装置的夹持单元夹持，改进了储存舱的制造。
当参考具体实施例进行说明时，应当理解本领域技术人员在不脱离如所附加权利要求和其等同物所界定的本发明实施例的实质和范围内可做各种改变和变形。如此，可在附加权利要求中发现除了上述提出的很多实施例。
工业应用
根据本发明，每个金属膜焊接成单元板，并且每个金属膜的边缘与另一个相邻金属膜的共同的边缘焊接在一起以使货舱保持气密性，并且极低温的LNG储存在货舱内，所以当金属膜由于热偏差导致收缩时，本发明降低了平面刚性，并且同时使两个交叉方向的平面刚性均等。因此，不管过度的热偏差，都提高了耐用性、保持了气密性和稳定了低温液体的储存。另外，因为本发明的金属膜容易被焊接机器人或搬送装置的夹持单元夹持，提高了储存舱的制造。

Claims (5)

1.一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中：
与各波纹连接的双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀；
所述双向可膨胀件突出成金字塔形，并且在所述双向可膨胀件的侧面连接的角部形成第一凹进的凹槽；
在所述波纹上与所述双向可膨胀件连接部分的顶部形成第二凹槽；以及
在连接至所述双向可膨胀件的波纹的两端处形成突出以被夹持单元夹持的夹持部。
2.如权利要求1所述的具有正交各向同性性态的金属膜，其中所述夹持部的上部比其底部更突出。
3.一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中：
与各波纹连接的双向可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀；
所述双向可膨胀件突出成圆顶形状；
在所述波纹上与所述双向可膨胀件连接的部分处形成颈部；以及
凹成被夹持单元夹持的夹持部设置在所述双向可膨胀件的任意侧面与所述波纹连接的部分之间。
4.一种在低温流体储存舱的金属膜中具有正交各向同性性态的金属膜，包括互相交叉的纵向和横向波纹，其中：
双向可膨胀件突出成十字形且与所述十字形的分支部之间的各波纹相连接，所述可膨胀件形成为使得所述双向可膨胀件可在所述波纹的交叉处纵向和横向膨胀；并且
夹持部这样形成，通过使所述双向可膨胀件突出于所述波纹之上，使得所述夹持部在所述分支部的任意侧面被夹持单元夹持。
5.如权利要求4所述的具有正交各向同性性态的金属膜，其中所述双向可膨胀件的侧面形状为扇形。
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