CN113167438A - 液化气体的支撑装置和储存容器 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于将第一件低温设备(2)支撑在第二件设备(3)中的装置，第一件设备(2)旨在保持在低温下，而第二件设备(3)旨在保持在比第一件设备(2)的温度高的温度下，支撑装置(15)包括在纵向方向(A)上在第二件设备(3)的一个端部与第一件设备(2)的邻近端部之间延伸的固定的刚性连接件，该固定的刚性连接件包括在纵向方向(A)上往复布置以便在第二件设备(3)与第一件设备(2)之间构成隔热路径的一组壁(4，5，6，7)，其特征在于，该固定的刚性连接件的在纵向方向(A)上往复布置的该组壁包括由钛制成的至少一个壁(6)。还披露了一种包括这种装置的容器。

Description

液化气体的支撑装置和储存容器
本发明涉及用于低温流体的支撑装置和储存容器。
本发明更具体地涉及一种用于在第二设备中支撑第一低温设备的装置，该第一设备旨在维持在低温下，而该第二设备旨在维持在比该第一设备的温度高的温度下，该支撑装置包括在纵向方向上、一方面在该第二设备的一个端部与另一方面在该第一设备的邻近端部之间延伸的固定且刚性的连接件，该固定且刚性的连接件包含在该纵向方向上形成往复结构以构成一方面在该第二设备与另一方面在该第一设备之间的隔热路径的一组壁。
低温设备的固定内部支撑件在固定或移动低温容器领域中通常被称为“固定颈部”，或在低温恒温器(阀箱、冷箱、真空输送管线等)领域中通常被称为“固定点”或“真空屏障”。
本发明尤其适用于储存(并且在适当时运输)比如氦等低温流体的容器。然而，本发明也适用于其他设备、尤其是上文列出的那些设备。
这些固定内部支撑件阻止冷元件(罐或管道或任何其他设备)相对于较暖的外部结构元件移动。这些支撑件吸收施加到此内部设备的力(自重，压力引起的底部效应，运输、搬运和/或地震引起的加速度等)。这些固定内部支撑件的设计是在高机械强度与最小热损失之间的折中。
例如，双包封低温罐具有固定颈部，这使得能够在外部罐中支撑内部储存罐(以及可能的隔热罩，比如，氮气保护装置)。固定颈部也吸收动态力。它阻挡内部罐(和氮气保护装置，视情况而定)的轴向移动。
固定支撑件(固定颈部)的大小必须被确定成例如在运输模式下承受2g的轴向加速度，在搬运期间承受4g的垂直加速度。对于被批准用于铁路运输的容器，固定支撑件的大小还必须被确定成在缓冲货车车厢时耐受4.5g的轴向加速度。在这种载荷情况下，固定支撑件经受74吨的力。
固定支撑件常规地被设计成如同具有薄的同心套圈(管)的真空屏障，从而使得能够在不同温度下在两个元件之间获得长的热路径。
通常，可接受的经由固定支撑件的热损失在由氮气保护装置形成的隔热罩的情况下为约10W，对于含有氦的内部罐为0.5W。
对于非常高的载荷和非常低的热损失的极端条件，常用的设计具有由环氧树脂/玻璃复合材料制成的热路径的套圈中的一个。这种由环氧树脂/玻璃复合材料制成的壁具有良好的机械特性、低传导率和良好的冷态行为。
在已知的架构中，内部罐和可能的隔热罩由连接到外部罐的径向拉杆支撑。在这种配置中，固定连接件只对轴向力作出反应。
环氧树脂/玻璃套圈通过粘接而固连至邻近部分。然而，在生产中难以掌握这种粘接。
此外，这种复合壁几乎没有或不具有延展性或伸长能力(弹性极限非常接近失效)。因此，在冲击或意外过载的情形下，复合壳体无法通过塑性变形来吸收这种过载。这种适应性的缺乏导致壳体失效，并且负面地影响设备的可靠性。
此外，这种结构无法对很大的弯矩作出反应(表皮应力的限制)，这就使得需要具有附加的支撑系统(例如，在容器的情况下为拉杆)。
本发明的目的是克服现有技术的所有或一些上述缺陷。
为此，根据本发明、此外根据以上前序部分中给出的一般定义的装置的实质性特征在于，该固定且刚性的连接件的在纵向方向上形成往复结构的该组壁包括由钛制成的至少一个壁。
此外，本发明的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：
-由钛制成的该至少一个壁的厚度在1mm与5mm之间、尤其是等于3mm，
-由钛制成的该至少一个壁是管状壁，
-在纵向方向上形成往复结构的该组壁包括由不锈钢制成的至少一个壁、尤其是串联布置且分别在纵向方向上形成往复结构的两个不锈钢壁，
-由钛制成的该至少一个壁由以下材料中的至少一种组成：TA6VELI、Ti-5Al-2.5Sn ELI、Ti 6Al 2Zn 4Zr 2Mo和TA6V，
本发明还涉及一种用于储存液化气体、尤其是比如氦等低温流体的容器，该容器包括在纵向方向上延伸并且旨在储存该液化气体的第一内部罐、围绕该第一罐布置的第二外部罐，在该第一罐与该第二罐之间具有真空隔热间隔，该容器包括用于将该第一罐支撑在该第二罐中的装置，所述支撑装置符合上述或下述特性中的任一个。
根据其他可能的区别特征：
-用于将该第一罐固持在该第二罐中的该装置包括两个不锈钢壁，该两个不锈钢壁串联地布置在该两个罐之间的热路径中、并且分别在该纵向方向上形成往复结构，该两个不锈钢壁串联地布置在该第二罐与该容器的中间元件之间，用于将该第一罐固持在该第二罐中的该装置进一步包括至少一个钛壁，该至少一个钛壁串联地布置在该容器的中间元件与该第一罐或固连至该第一罐的结构元件之间，
-该至少一个钛壁的两个纵向端部被分别固定到该容器的中间元件以及固定到固连至该第一罐的结构元件，
-该至少一个钛壁的纵向端部被固定到固连至该第一罐的该结构元件，所述结构元件是固连至该第一罐的管状颈部，
-该容器的中间元件包括布置在该第一罐与该第二罐之间的隔热罩，
-该隔热罩由低温流体、尤其是由容纳低温流体的储备冷却，
-该容器包括(或不包括)一组拉杆，该组拉杆具有连接到该第二罐的第一端部、以及刚性连接到该第一罐和/或该中间元件的第二端部。
本发明还可以涉及包括权利要求范围内的上述或下述特征的任何组合的任何替代性的装置或方法。
通过阅读参考附图提供的以下描述，进一步的区别特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[图1]是示意性局部剖视图，其展示了容器情况下的支撑装置结构的示例，
[图2]以简化形式示出了类似于[图1]的视图，
[图3]表示纵向截面的示意性局部视图，其展示了可以包含这种支撑装置的容器或罐的示例。
现在将在低温容器或罐的应用中描述支撑装置的示例。如上所述，这个示例完全是非限制性的。所描述的支撑结构的全部或部分可以用于在第二设备中或第二设备上支撑第一设备的其他应用中。
[图3]所展示的液化气体储存容器被配置成储存低温流体，比如，氦。
该容器包括第一内部罐2和第二外部罐3，该第一内部罐例如是圆柱形的、在纵向方向A上延伸并且旨在储存液化气体，该第二外部罐围绕第一罐2布置，在第一罐2与第二罐3之间有真空隔热间隔。在使用位置中，容器的纵向方向是水平的。也就是说，容器是卧式的。
容器1在其纵向端部之一处包括用于将第一内部罐2支撑在第二外部罐3中的装置15。
支撑装置15包括固定且刚性的连接件，该固定且刚性的连接件在纵向方向A、一方面在外部罐的一个端部与另一方面在内部罐2的邻近端部之间延伸。也就是说，在容器1的使用配置中，支撑装置15形成水平机械连接件，该水平机械连接件在纵向端部处(例如，以悬臂方式)将第一罐2固持在第二罐3中。
这种固定且刚性的连接件包括一组壁4、5、6、7，该组壁例如是管状的、构成在纵向方向A上一方面在第二罐3与第一罐2之间形成往复结构的隔热路径。
该固定且刚性的连接件15的在纵向方向A上形成往复结构的该组壁包括由钛制成的至少一个壁6。也就是说，现有技术的由环氧树脂/玻璃复合材料制成的壁(套圈)可以用由钛制成的壁6代替)。
所使用的钛的等级可以是TA6V ELI。可以使用其他等级，例如，Ti-5Al-2.5SnELI、Ti 6Al 2Zn 4Zr 2Mo和TA6V(但对于后者来说，优选限于最高80K的使用)。
此钛壁6的厚度可以在1mm和5mm之间、尤其是3mm。
TA6V ELI等级使得能够在4K的温度下赋予钛壁6约5％的可能伸长。
在[图1]和[图2]的示例中，容器包括插入在第一罐2与第二罐3之间的隔热罩8、25。隔热罩8、25可以是由冷流体(例如氮)的储备冷却的壁。同样，隔热罩8可以是容纳冷的冷却流体的中空壁(例如由两个管状壁界定的储存容积)。
在[图1]和[图2]的示例中，支撑装置包括由不锈钢制成的两个壁或套圈4、5。这两个壁4、5的厚度可以在1mm与6mm之间、尤其是5mm。这两个壁4、5形成第二罐3(例如，在约300K的外部温度下)与隔热罩8、25(例如，在约80K的温度下)之间的热路径的第一部分。
下述的钛壁6(套圈)将隔热罩8、25连接到第一内部罐2(其温度可以是约4K)。
两个钢套圈4、5的端部可以经由焊接到其端部中的每一个的环或凸缘14、24而固连到连接件的其他部分。例如，第一凸缘14确保第一壁4的第一端部(“外部”)与第二外部罐3或与其固连的元件的连接。第二凸缘24将第一壁4的第二(“内部”)端部与由钢制成的第二壁5的第一(“内部”)端部连接。
第二壁5的第二(“外部”)端部可以经由凸缘25而连接到钛壁6的第一(“外部”)端部。
最后，钛壁6的第二(“内部”)端部可以连接到固连到第一罐2的管状颈部7的(“内部”)端部。
限定词“外部”和“内部”分别是指在纵向方向A上相对于容器的中心的相对位置。支撑装置的壁4、5、6、7形成同心的内部/外部往复结构，以构成两个罐3、2之间的隔热路径。
钛壁6的端部可以通过螺纹装配组装和/或通过焊接来固定。
钛具有非常高的机械特性，其导热系数是不锈钢低导热系数的两倍。这两个特性与支撑装置的架构相结合使得能够设计具有与使用由复合材料制成的套圈的装置等效的热性能的支撑装置。
这种架构给予第二罐3中的第一罐2足够的强度，从而使得能够省却拉杆17，尤其是在容器的与支撑装置15相对的纵向端部处(参见[图3])。
也就是说，对于轴向移动(纵向方向A)与横向移动两者，固持装置15可以确保第一罐2(和隔热罩8)的固持和完整性。
拉杆17的这种可能的消除使得能够简化设计、降低成本并改善罐的隔热(尤其是通过消除内部附接区处的隔热缺陷)。
根据本发明，在冲击或意外过载的情形下发生脆性失效的风险(从而使容器较可靠)得以消除或明显减小。
当然，本发明不限于以上所述的示例性实施例。特别地，支撑装置可以包含不同数量的壁，这些壁经由往复结构而形成热路径。例如，支撑装置可以包含一个、两个或两个以上的钢壁以及一个、两个或两个以上的钛壁。可以根据更高的隔热性能而增加往复结构的数量。同样，可以在要连接的两个设备之间适配壁(钢壁和钛壁)的布置次序。
因此，根据有利特征，刚性连接件优选由不锈钢和钛构成，并且不包含任何树脂、尤其是环氧树脂。
支撑装置15可以在容器的中心纵向轴线上纵向延伸，如[图3]所示。
当然，支撑装置15可以在除容器1的中心纵向轴线的平面之外的平面中纵向水平延伸。

Claims (11)

1.一种用于液化气体、尤其是比如氦等低温流体的储存容器，该储存容器包括在水平纵向方向(A)上延伸并旨在储存该液化气体的第一内部罐(2)、围绕该第一罐(2)设置的第二外部罐(3)，在该第一罐(2)与该第二罐(3)之间具有真空隔热间隔，该容器(1)包括用于将该第一罐(2)支撑在该第二罐(3)中的装置(15)，该第一罐(2)旨在维持在低温下，而该第二设备(3)旨在维持在比该第一设备(2)的温度高的温度下，该支撑装置(15)包括在纵向方向(A)上、一方面在该第二罐(3)的一个端部与另一方面在该第一罐(2)的邻近端部之间延伸的固定且刚性的连接件，该固定且刚性的连接件包含在该纵向方向(A)上形成往复结构以构成一方面在该第二罐(3)与另一方面在该第一罐(2)之间的隔热路径的一组壁(4，5，6，7)，其特征在于，该固定且刚性的连接件的在该纵向方向(A)上形成往复结构的该组壁包括由钛制成的至少一个壁(6)。
2.如权利要求1所述的容器，其特征在于，由钛制成的该至少一个壁(6)的厚度在1mm与5mm之间、尤其是等于3mm。
3.如权利要求1或2所述的容器，其特征在于，由钛制成的该至少一个壁(6)是管状壁。
4.如权利要求1至3中任一项所述的容器，其特征在于，在该纵向方向(A)上形成往复结构的该组壁(4，5，6，7)包括由不锈钢制成的至少一个壁(4，5)、尤其是串联地布置并且分别在该纵向方向(A)上形成往复结构的两个不锈钢壁(4，5)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的容器，其特征在于，由钛制成的该至少一个壁(6)由以下材料中的至少一种组成：TA6V ELI、Ti-5Al-2.5Sn ELI、Ti 6Al 2Zn 4Zr 2Mo和TA6V。
6.如权利要求1至6中任一项所述的容器，其特征在于，由钛制成的该至少一个壁(6)的端部通过螺纹连接或焊接而固定到该固定连接件的相应邻近元件(25，16)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的容器，其特征在于，用于将该第一罐(2)固持在该第二罐(3)中的该装置(15)包括两个不锈钢壁(4，5)，该两个不锈钢壁串联地布置在该两个罐(2，3)之间的热路径中、并且分别在该纵向方向(A)上形成往复结构，该两个不锈钢壁(4，5)串联地布置在该第二罐(3)与该容器的中间元件(8，25)之间，用于将该第一罐(2)固持在该第二罐(3)中的该装置(15)进一步包括至少一个钛壁(6)，该至少一个钛壁串联地布置在该容器的中间元件(8，25)与该第一罐(2)或固连至该第一罐(2)的结构元件(7)之间。
8.如权利要求7所述的容器，其特征在于，该至少一个钛壁(6)的该两个纵向端部分别固定到该容器的中间元件(8，25)以及固定到固连至该第一罐(2)的结构元件(7)。
9.如权利要求8所述的容器，其特征在于，该至少一个钛壁(6)的纵向端部被固定到固连至该第一罐(2)的结构元件(7)，所述结构元件(7)是固连至该第一罐(2)的管状颈部。
10.如权利要求7至9中任一项所述的容器，其特征在于，该容器的中间元件(8，25)包括布置在该第一罐(2)与该第二罐(3)之间的隔热罩。
11.如权利要求10所述的容器，其特征在于，该隔热罩(8，25)由低温流体、尤其是由容纳低温流体的储备冷却。
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