DE102005051690B4

DE102005051690B4 - Dichter und thermisch isolierter Tank aus druckfesten wärmedämmenden Elementen

Info

Publication number: DE102005051690B4
Application number: DE102005051690A
Authority: DE
Inventors: Jacques Dhellemmes; Pierre Michalski; Vincent Fargant
Original assignee: Gaztransport et Technigaz SA
Current assignee: Gaztransport et Technigaz SA
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2025-10-29
Also published as: FR2877638B1; DK200501543A; PL377987A1; US20060096235A1; FR2877638A1; KR20060052601A; JP4256380B2; US7900794B2; ES2277769B2; DE102005051690A1; KR101210442B1; US20100288778A1; ITTO20050793A1; JP2006137422A; ES2277769A1; CN100436929C; CN1776283A

Abstract

Dichter und thermisch isolierter Tank mit mindestens einer am Rumpf (1) einer schwimmenden Struktur befestigten Tankwand, die in Richtung ihrer Dicke von der Innen- zur Außenseite des Tanks aufeinander folgend eine primäre Dichtungssperrschicht (8), eine primäre Isoliersperrschicht (6), eine sekundäre Dichtungssperrschicht (5) und eine sekundäre Isoliersperrschicht (2) aufweist, wobei mindestens eine der Isoliersperrschichten (2, 6) aus aneinander liegenden wärmedämmenden Elementen (3, 7) besteht, wobei jedes wärmedämmende Element eine thermisch isolierende Einlage (63), die in Form einer zu der Tankwand parallelen Schicht vorgesehen ist, und Trägerelemente aufweist, die sich durch die Dicke der thermisch isolierenden Einlage erstrecken, um Druckkräfte aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente eines wärmedämmenden Elements (1470) Pfosten (1475, 1375) aufweisen, die in bezug zu den Abmessungen des wärmedämmenden Elements in einer zur Tankwand parallelen Ebene einen kleinen Querschnitt aufweisen, und dass das wärmedämmende Element (3, 7) in Form einer geschlossenen hohlen einstückigen Hülle (1477) mit einer Bodenwand...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausbildung von dichten und thermisch isolierten Tanks, die aus Tankwänden, welche an der Tragstruktur einer schwimmenden Konstruktion befestigt sind, bestehen und für die Produktion, die Lagerung, die Beschickung, den Seetransport und/oder das Entladen gekühlter Flüssigkeiten wie Flüssiggasen, insbesondere solcher mit hohem Methangehalt, geeignet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen mit einem derartigen Tank versehenen Gastanker.
Der Seetransport von Flüssiggas bei sehr geringer Temperatur erfolgt mit einer Verdampfungsrate pro Seereisetag, die so weit wie möglich reduziert werden soll, was eine Verbesserung der thermischen Isolierung der entsprechenden Tanks impliziert.
Es wurde bereits ein dichter und thermisch isolierter Tank aus an der Tragstruktur eines Schiffs befestigten Tankwänden vorgeschlagen, wobei die Tankwände in Richtung der Dicke von der Innen- zur Außenseite des Tanks aufeinanderfolgend aufweisen: eine primäre Dichtungssperrschicht, eine primäre Isoliersperrschicht, eine sekundäre Dichtungssperrschicht und eine sekundäre Isoliersperrschicht, wobei mindestens eine der Isoliersperrschichten im wesentlichen aus aneinander liegenden wärmedämmenden Elementen gebildet ist, die jeweils eine thermisch isolierende Lage in Form einer zu der Wand parallelen Schicht und Tragelemente aufweisen, die sich durch die Dicke der thermisch isolierenden Lage erstrecken, um Druckkräfte aufzunehmen.
In FR-A-2527544 beispielsweise bestehen diese Isoliersperrschichten aus geschlossenen quaderförmigen Sperrholzkästen, die mit Perlit gefüllt sind. Der Kasten weist innen tragende Streben auf, die zwischen einer Deckeltafel und einer Bodentafel angeordnet sind, um dem hydrostatischen Druck der im Tank enthaltenen Flüssigkeit zu widerstehen. Zwischen den tragenden Streben sind nicht tragende Streben aus Schaumstoff vorgesehen, um deren relative Positionierung zu gewährleisten. Die Herstellung eines derartigen Kastens, welche die Montage der Seitenwände aus Sperrholzbrettern und das Anordnen der Streben umfaßt, erfordert zahlreiche Montageschritte, insbesondere Heftvorgänge. Darüber hinaus verkompliziert die Verwendung eines Pulvers wie Perlit die Herstellung der Kästen, da das Pulver Staub erzeugt. Es ist daher erforderlich, qualitativ hochwertiges und damit teures Sperrholz zu verwenden, um eine gute Staubdichtigkeit des Kastens zu erreichen, das heißt es ist ein Sperrholz ohne Astknoten erforderlich. Darüber hinaus ist es erforderlich, das Pulver mit einem bestimmten Druck in den Kasten einzubringen, und es ist erforderlich, Stickstoff in jeden Kasten einzuleiten, um aus Sicherheitsgründen jegliche vorhandene Luft auszutreiben. All diese Vorgänge verkomplizieren die Herstellung und erhöhen die Kosten der Kästen. Wenn ferner die Dicke der isolierenden Kästen einer Isoliersperrschicht erhöht wird, steigt die Gefahr des Knickens der Wände der Kästen und der tragenden Streben erheblich. Soll die Knickfestigkeit der Kästen und ihrer inneren tragenden Streben erhöht werden, muß der Querschnitt dieser Streben vergrößert werden, wodurch die zwischen dem Flüssiggas und der Tragstruktur des Schiffs gebildeten Wärmebrücken noch vergrößert. Des weiteren ist bei einer Erhöhung der Dicke der Kästen festzustellen, dass im Inneren der Kästen für eine gute thermische Isolierung sehr nachteilige Gaskonvektionsströmungen entstehen.
In FR-A-2798902 sind andere thermisch isolierende Kästen beschrieben, die für die Verwendung in einem derartigen Tank bestimmt sind. Ihre Herstellung umfasst das abwechselnde Aufeinanderschichten mehrerer Schaumstoffschichten mit geringer Dichte und mehrerer Sperrholzschichten unter Zwischenfügung von Klebstoff zwischen jeder Schaumstoffschicht und jeder Platte, bis die Höhe des Stapels der Länge der Kästen entspricht, das Schneiden des genannten Stapels in Scheiben in Richtung der Höhe in regelmäßigen Abständen entsprechend der Dicke eines Kastens, und das Aufkleben einer Boden- und einer Deckeltafel aus Sperrholz auf die jeweiligen Seiten einer derartigen abgetrennten Scheibe, wobei die Tafeln sich senkrecht zu den als Streben dienenden geschnittenen Platten erstrecken. Zwar wird auf diese Weise ein guter Kompromiss zwischen der Knickfestigkeit und der thermischen Isolierung erreicht, jedoch erfordert auch dieser Herstellungsvorgang zahlreiche Montageschritte.
Aus der US 3,970,210 A ist ferner ein isolierter Tank bekannt, in dem wärme dämmende Elemente über Bolzen an der Außenwand des Tankes befestigt sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Tank dieses Typs zu schaffen, indem, ohne die jeweils anderen Eigenschaften zu beeinträchtigen, mindestens eine der folgenden Eigenschaften verbessert ist: die Herstellungskosten, die Druckfestigkeit der Wände und die thermische Isolierung der Wände. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Tank dieses Typs zu schaffen, dessen wärmedämmenden Elemente hinsichtlich ihrer Abmessungen einfach anpaßbar sind, ohne die Druckfestigkeit der Wände und die thermische Isolierung der Wände zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft einen dichten und thermisch isolierten Tank mit mindestens einer an dem Rumpf einer schwimmenden Struktur befestigten Tankwand, wobei die Tankwand in Richtung ihrer Dicke von der Innen- zur Außenseite des Tanks aufeinander folgend eine primäre Dichtungssperrschicht, eine primäre Isoliersperrschicht, eine sekundäre Dichtungssperrschicht und eine sekundäre Isoliersperrschicht aufweist, wobei mindestens eine der Isoliersperrschichten im wesentlichen aus aneinander liegenden wärmedämmenden Elementen besteht, wobei jedes wärmedämmende Element eine thermisch isolierende Einlage, die in Form einer zu der Tankwand parallelen Schicht vorgesehen ist, und Druckkräfte aufnehmende Trägerelemente aufweist. Die Trä gerelemente eines wärmedämmenden Elements weisen Pfosten oder Stützelemente mit in bezug auf die Abmessungen des wärmedämmenden Elements in einer zur Tankwand parallelen Ebene kleinem Querschnitt auf.
Derartige Pfosten oder Stützelemente mit kleinem Querschnitt haben den Vorteil, dass sie je nach lokalen Notwendigkeiten in dem wärmedämmenden Element verteilt werden können. Durch Anpassen der Anzahl und der Verteilung der Tragpfosten kann die Druckfestigkeit des wärmedämmenden Elements insbesondere gleichmäßiger als mit den bekannten Streben gestaltet werden. Es ist ebenso möglich, eine lokale Eindrückung oder eine Quetschung der Deckeltafel zu verhindern. Vorteilhafterweise sind die Pfosten, in einer zur Tankwand parallelen Ebene gesehen, regelmäßig über die gesamte Fläche des wärmedämmenden Elements verteilt. Ein weiterer Vorteil eines wärmedämmenden Elements mit Pfosten kleinen Querschnitts ist die Möglichkeit der Herstellung von wärmedämmenden Elementen jeder gewünschten Abmessung ohne Verlust an Druckfestigkeit, um so weniger, wenn diese Abmessungen größer oder gleich dem Abstand zwischen den Pfosten bleiben. Ein kleinflächiges Element kann insbesondere durch Zertrennen eines Elements mit größerer Fläche erhalten werden.
Das wärmedämmende Element weist eine Tafel oder Platte auf, die sich parallel zur Tankwand auf einer Seite des wärmedämmenden Elements erstreckt. Anders ausgedrückt: das wärmedämmende Element weist eine Bodentafel oder eine Deckeltafel auf. Üblicherweise wird als Deckel eine Tafel oder Platte bezeichnet, die auf der dem Inneren des Tanks zugewandten Seite des wärmedämmenden Elements angeordnet ist, während als Boden eine Tafel oder Platte bezeichnet wird, die auf der Seite des wärmedämmenden Elements angeordnet ist, welche der Tragstruktur des Schiffs zugewandt ist. Das wärmedämmende Element weist erfindungsgemäß gleichzeitig eine Boden- und eine Deckeltafel auf. Zur Befestigung einer derartigen Tafel an dem wärmedämmenden Element kann jede Befestigungseinrichtung verwendet werden.
Erfindungsgemäß hat das wärmedämmende Element die Form eines geschlossenen Kastens mit einer Bodentafel, einer Deckeltafel und Umfangswänden, die sich zwischen den Tafeln entlang der Ränder derselben erstrecken. Ein derartiger Aufbau ermöglicht das Anordnen einer Isoliereinlage in Form granularen Materials. Je nach der Beschaffenheit der Isoliereinlage können jedoch auch wärmedämmende Elemente ohne Umfangswände verwendet werden.
Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel sind die Pfosten in Längenrichtung und in Breitenrichtung des wärmedämmenden Elements identisch verteilt.
Derartige Pfosten können einen hohlen oder massiven Querschnitt aufweisen, der zahlreiche mögliche Formen haben kann. Vorzugsweise haben die Pfosten einen hohlen geschlossenen Querschnitt. Derartige hohle Pfosten mit geschlossenem Querschnitt, insbesondere Rohre mit kreisförmigem Querschnitt, ermöglichen eine sehr gute Knickfestigkeit bei gleichzeitigem Minimieren des wirksamen Wärmeleitungsquerschnitts.
Vorteilhafterweise bestehen diese Pfosten aus Kunststoff oder Verbundmaterial.
Vorzugsweise weist die Isoliereinlage des wärmedämmenden Elements einen Schaumstoffblock auf.
Nach einem Ausführungsbeispiel sind die Pfosten in Ausnehmungen eingesetzt, die in dem Schaumstoffblock ausgebildet sind.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Schaumstoffblock durch Gießen zwischen den Pfosten gebildet, derart, dass mindestens ein Teil der Höhe der Pfosten, beispielsweise die Hälfte der Höhe oder die gesamte Höhe, in dem Schaumstoffblock eingebettet ist.
Vorteilhafterweise weist das wärmedämmende Element ein ebenes Positionierungselement auf, das parallel zur Tankwand in der Dicke der Isoliereinlage angeordnet ist und von den Pfosten durchdrungene Öffnungen zum Definieren ihrer gegenseitigen Positionierung aufweist.
Die wärmedämmenden Elemente sind geschlossen. Vorteilhafterweise gewährleistet das Vorhandensein einer Deckeltafel eine gleichmäßige Stützung der benachbarten Dichtungssperrschicht. Jedoch ist eine derartige Tafel nicht obligatorisch, da diese Stützung auch durch die Pfosten allein in ausreichender Weise erfolgen kann. Das Vorhandensein einer Bodentafel gewährleistet eine gut verteilte Übertragung der Druckkräfte von der primären Isoliersperrschicht in Richtung der sekundären Isoliersperrschicht oder von der sekundären Isoliersperrschicht zum Rumpf. Eine derartige Tafel ist jedoch nicht obligatorisch, da diese Übertragung auch durch die Pfosten allein in ausreichender Weise erfolgen kann. Derartige Tafeln können auf verschiedene Arten gebildet werden. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Tragstruktur zu bilden, bei der eine Tafel einstückig mit den Trägerelementen verbunden ist. Es ist eine andere Möglichkeit, eine unabhängige Tafel an einer Seite des wärmedämmenden Elements zu befestigen.
Vorteilhafterweise weist die Innenseite einer solchen Tafel Ausnehmungen auf, die durch Zusammenstecken mit den Pfosten zusammenwirken. Auf diese Weise erhält man eine besonders feste Verbindung. In diesem Fall kann die Tafel einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als die Pfosten, um beim Abkühlen des Tanks eine Klemmung zwischen der Tafel und den in diese eingesetzten Pfosten zu bewirken.
Nach einem anderen besonderen Ausföhrungsbeispiel sind die Trägerelemente eines wärmedämmenden Elements in Form mindestens einer einstückigen Tragstruktur ausgebildet, die jeweils Verbindungseinrichtungen aufweisen, welche die Trägerelemente fest untereinander und über mindestens einem Teil der Höhe der Pfosten verbinden.
Eine derartige einstückige Tragstruktur vereint mechanische Eigenschaften, die gleichzeitig hinsichtlich der Steifigkeit und der Knickfestigkeit in Richtung der Dicke der hohlen Elemente, der Einfachheit der Formgebung, der thermischen Isolierung und der Herstellungskosten sehr vorteilhaft sind. Bei einer bestimmten Geometrie der Trägerelemente wird ihre Knickfestigkeit durch die starren einstückigen Verbindungen gegenüber getrennten Trägerelementen erhöht. Die Herstellung der Verbindungen zwischen den Trägerelementen und der Trägerelemente, das heißt mindestens eines Bereichs ihrer Höhe, als ein Teil ermöglicht darüber hinaus einige Montagevorgänge wirtschaftlicher zu gestalten. Sie ermöglicht eine relativ starre Tragstruktur, ohne den Querschnitt der Trägerelemente und/oder deren Dicke, und damit die Wärmebrücken, übermäßig zu vergrößern, und sie vereinfacht das Anbringen der thermisch isolierenden Einlage in dem wärmedämmenden Element.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Verbindungseinrichtungen weisen diese Arme auf, welche sich zwischen die Trägerelemente erstrecken. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Arme parallel zur Tankwand entlang mindestens einer Seite der Isoliereinlage. Derart angeordnet, bieten die Arme eine sich an die Fläche der Pfosten anschließende zusätzliche Fläche zum Befestigen der Boden- und Deckeltafel, die unabhängig von der Tragstruktur gebildet ist.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Verbindungseinrichtungen weisen die Verbindungseinrichtungen einer Tragstruktur eine Tafel auf, die sich parallel zur Tankwand auf einer Seite des wärmedämmenden Elements erstreckt, wobei die Pfosten in bezug auf eine Innenseite der Tafel vorstehen.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel des wärmedämmenden Elements weist dieses zwei Tragstrukturen auf, die derart ausgebildet sind, dass ihre jeweiligen Tafeln mit ihren Innenseiten einander zugewandt sind, wobei die von diesen Innenseiten abstehenden Pfosten paarweise an ihren einander gegenüberliegenden Enden zur Bildung jeweils eines Pfostens des wärmedämmenden Elements miteinander verbunden sind. Anders ausgedrückt werden in diesem Fall die Pfosten jeder der Tragstrukturen in Stoßverbindung aneinandergesetzt, um jeweils einen Pfosten mit zwei Teilen zu bilden, die sich jeweils durch einen Bereich der Dicke des wärmedämmenden Elements erstrecken. Es können insbesondere zwei vollständig symmetrische Tragstrukturen verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist ein Isolierteil mit einer Wärmeleitfähigkeit, die geringer als diejenige der Pfosten ist, jeweils zwischen die beiden zusammengefügten Pfosten eingesetzt. Dies ermöglicht eine Verbesserung der durch das wärmedämmende Element bewirkten thermischen Isolierung.
Das Zusammenfügen der beiden Tragstrukturen kann mit jedem beliebigen Mittel erfolgen. Vorzugsweise sind die Pfosten der beiden Tragstrukturen jeweils paarweise durch eine Verbindungseinrichtung verbunden, deren Wärmedehnungskoeffizient von demjenigen der Pfosten verschieden ist, um beim Abkühlen des Tanks ein Klemmen zwischen der Verbindungseinrichtung und den Pfosten zu erreichen. Nach einer Variante oder in Kombination damit kann die Verbindungseinrichtung auch eingesteckt sein, geklebt sein, mit Clipsen verbunden sein, oder dergleichen.
Vorzugsweise wird/werden die Tragstruktur/-en eines wärmedämmenden Elements durch Formen, Extrudieren, Pultrusion, Warmformen, Blasformen, Spritzgießen oder Drehformen hergestellt. Die Tragstrukturen können aus jedem für die genannten Verfahren geeigneten Materialien hergestellt werden, insbesondere aus Kunststoffen wie PC, PBT, PA, PVC, PE, PS, PU und anderen Harzen. Vorteilhafterweise bestehen die Tragstrukturen aus Verbundmaterial. Die Verwendung dieser Art von Material vereint die Bedingungen, die für das Erhalten von Trägerelementen mit einer geringeren Wanddicke als bei Sperrholz erforderlich sind, bei gleichzeitiger besserer oder gleicher Wärmeleitung und einem geringeren Wärmedehnungskoeffizienten. Die Tragstrukturen können beispielsweise aus Verbundmaterial auf der Basis von Polymerharz, beispielsweise Polyesterharz oder dergleichen, bestehen. Im Sinne der Erfindung umfassen Verbundmaterialien auf Polymerharzbasis Polymere oder Polymermi schungen mit jeder Art von Füllungen, Zusätzen, Verstärkungen oder Fasern, beispielsweise Glasfasern oder dergleichen, die eine ausreichende Steifigkeit und eine ausreichende Bruchfestigkeit sowie andere Eigenschaften bewirken. Es können Zusätze zur Verringerung der Materialdichte und/oder zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften, insbesondere durch Verringern der Wärmeleitfähigkeit und/oder des Ausdehnungskoeffizienten, verwendet werden. Es kann gleichermaßen ein Verbundmaterial verwendet werden, das einen hohen Anteil an Holzmehl mit einem synthetischen Bindemittel aufweist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Tragstruktur auch aus Schicht- oder Sperrholz bestehen, das unter Heißdruck geformt wurde.
Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine aus den wärmedämmenden Elementen gebildete Isoliersperrschicht jeweils mit einer der Dichtungssperrschichten bedeckt, die aus Metallbahnen aus Dünnblech mit geringem Dehnungskoeffizienten bestehen, deren Ränder zur Außenseite der wärmedämmenden Elemente gebogen sind, wobei die wärmedämmenden Elemente Deckeltafeln mit parallelen Nuten aufweisen, die um die Breite einer Metallbahn beabstandet sind und in welchen Schweißträger gleitend verschiebbar gehalten sind, wobei jeder Schweißträger einen durchgehenden Schenkel aufweist, der über die Außenseite der Deckeltafel ragt und an dessen beide Seiten die aufragenden Ränder zweier benachbarter Bahnen dicht geschweißt werden. Die gleitend verschiebbaren Schweißträger bilden Gleitfugen, die es den verschiedenen Sperrschichten ermöglichen, sich relativ zueinander unter der Einwirkung der Unterschiede in der thermischen Kontraktion und der Bewegungen der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit zu verschieben.
Vorteilhafterweise fixieren sekundäre Rückhalteorgane, die fest mit der Tragstruktur des Schiffs verbunden sind, die wärmedämmenden Elemente, welche die sekundäre Isolierschicht bilden, an der Tragstruktur, und primäre Rückhalteorgane, die mit den Schweißträgern der sekundären Dichtungssperrschicht verbunden sind, halten die primäre Isoliersperrschicht an der sekundären Dichtungssperrschicht, wobei die Schweißträger die sekundäre Dichtungssperrschicht an den Deckeltafeln der wärmedämmenden Elemente der sekun dären Isoliersperrschicht halten. Auf diese Weise wird eine Verankerung der primären Isoliersperrschicht an der sekundären Isoliersperrschicht bewirkt, ohne Beeinträchtigung der Kontinuität der zwischen diesen angeordneten sekundären Dichtungssperrschicht.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die thermisch isolierende Einlage starren oder flexiblen, verstärkten oder nicht verstärkten Schaumstoff mit geringer Dichte auf, d.h. unter 60 kg/m³, beispielsweise in der Größenordnung von 40 bis 50 kg/m³, der sehr gute thermische Eigenschaften hat. Es kann ferner ein Material mit einer Porosität in der Größenordnung von Nanometern vom Typ Aerogel verwendet werden. Ein Material vom Typ Aerogel ist ein massives Material von geringer Dichte, das eine extrem feine und stark poröse Struktur bis zu 99% hat. Die Porengröße dieser Materialien erstreckt sich typischerweise zwischen 10 und 20 Nanometer. Die nanometrische Struktur dieser Materialien begrenzt die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle und damit den konvektiven Transport von Wärme und Masse erheblich. Aerogels sind somit sehr gute Wärmeisolatoren mit einer thermischen Leitfähigkeit beispielsweise unter 20·10^–3W·m^–1·K^–1, vorzugsweise unter 16·10^–3W·m^–1·K^–1. Sie haben üblicherweise eine Wärmeleitfähigkeit, die 2 bis 4 mal geringer als die anderer herkömmlicher Isoliermittel wie Schaumstoffe ist. Aerogels können in verschiedener Form aufbereitet sein, beispielsweise als Pulver, Kugeln, nicht verwebte Fasern, Gewebe, etc. Die sehr guten Isoliereigenschaften dieser Materialien eine Verringerung der Dicke der Isoliersperrschichten, in denen sie verwendet werden, was zu einem Gewinn an Nutzvolumen im Tank führt.
Die Erfindung schafft ferner eine schwimmende Struktur, insbesondere einen Gastanker, der einen dichten und thermisch isolierten Tank gemäß der vorangehenden Beschreibung der Erfindung aufweist. Ein derartiger Tank kann insbesondere in einer schwimmenden Anlage zur Produktion und Lagerung (die unter der englischen Abkürzung FPSO bekannt ist) verwendet werden, wo er der Lagerung von Flüssiggas für den Abtransport von der Gewinnungsstätte dient, oder in einer schwimmenden Lager- und Wiederverdampfungseinheit (die unter der englischen Abkürzung FSRU bekannt ist) verwendet werden, wo er zum Entladen eines Gastankers für die Versorgung eines Gastransportnetzes dient.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine weggebrochene perspektivische Darstellung einer Tankwand nach einem allgemeinen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem besseren Verständnis der Erfindung dient,
2 und 3 ein primäres Rückhalteorgan der Tankwand von 1 in zwei zueinander senkrechten Richtungen gesehen,
4 eine Querschnittdarstellung einer Tankwand,
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines wärmedämmenden Elements der in 4 dargestellten Tankwand,
6 eine perspektivische Darstellung eines Formschritts zur Bildung eines wärmedämmenden Elements,
7 eine perspektivische Darstellung einer einstückig geformten Tragstruktur,
8 eine geschnittene Teilansicht einer Variante der Tragstruktur von 7,
9 eine perspektivische Explosionsdarstellung zweier Arten von wärmedämmenden Elementen, die mit Hilfe der Tragstruktur der 7 ausgebildet sind,
10 eine geschnittene Teilansicht zur Darstellung der Montage eines wärmedämmenden Elements nach 9,
11 und 12 zur 7 analoge Ansichten anderer Varianten der Tragstruktur,
13 eine geschnittene Teilansicht eines wärmedämmenden Elements,
14 eine Draufsicht auf die Tragstruktur des wärmedämmenden Elements der 13,
15 bis 18 andere Ausführungsbeispiele von Trägerelementen in Form von Pfosten, im Querschnitt gesehen,
19 eine zur 6 analoge Darstellung eines alternativen Formverfahrens,
20 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines wärmedämmenden Elements,
21 eine perspektivische Darstellung einer durch Thermoformen einstückig ausgebildeten Tragstruktur der Erfindung,
22 und 23 in Draufsicht bzw. im Schnitt entlang der Linie XXIII, ein wärmedämmendes Element nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele eines dichten und thermisch isolierten Tanks beschrieben, der in den Doppelrumpf einer Struktur vom Typ FPSO oder FSRU oder eines Schiffs vom Typ Gastanker integriert und mit diesem verankert ist. Der allgemeine Aufbau eines derartigen Tanks ist an sich bekannt und hat Polyederform. Es wird daher nur ein Bereich der Wand des Tanks beschrieben, wobei selbstverständlich sämtliche Wände des Tanks eine ähnliche Struktur aufweisen.
Es wird nunmehr anhand der 1 bis 3 ein allgemeines Ausführungsbeispiel beschrieben, das dem Verständnis der Erfindung dient. 1 zeigt einen Bereich des Doppelrumpfs des Schiffs, der mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Die Wand des Tanks weist in ihrer Dickenrichtung aufeinander folgend auf: eine sekundäre Isoliersperrschicht 2, die durch auf dem Doppelrumpf 1 aneinander liegende mit dieser durch sekundäre Rückhalteorgane 4 verankerte Kästen 3 gebildet ist; eine sekundäre Dichtungssperrschicht 5, die von den Kästen 3 getragen ist; eine primäre Isoliersperrschicht 6, die durch aneinander liegende und mit der sekundären Dichtungssperrschicht 5 durch primäre Rückhalteorgane 48 verankerte Kästen 7 gebildet ist, und schließlich eine von den Kästen 7 getragene primäre Dichtungssperrschicht 8.
Die Kästen 3 und 7 sind quaderförmige wärmedämmende Elemente deren Aufbau identisch oder unterschiedlich sein kann und deren Abmessungen gleich oder verschieden sein können.
Sekundäre Rückhalteorgane 4 sind an Bolzen 31 befestigt, welche an den Doppelrumpf 1 in einem regelmäßigen rechteckigen Gitter geschweißt sind, so dass diese Rückhalteorgane 4 jeweils das Halten von vier Kästen 3, deren Ecken aneinandergrenzen, gewährleisten. Es sind ferner zwei sekundäre Rückhalteorgane 4 im Mittelbereich jedes Kastens 3 vorgesehen. Jedoch können je nach Größe des Kastens mehr oder weniger als sechs Verankerungspunkte pro Kasten 3 erforderlich sein.
Die sekundäre Dichtungssperrschicht 5 ist nach einem bekannten Verfahren als eine Membran aus Invar-Blechbahnen 40 mit aufragenden Rändern ausgebildet. Wie in der 3 besser erkennbar, weisen die Deckeltafeln 11 der Kästen 3 Längsnuten 41 mit umgekehrt T-förmigem Querschnitt auf. Ein Schweißträger 42 in Form eines L-förmig gebogenen Invar-Bandes ist gleitend verschiebbar in jeder Nut 41 eingesetzt. Jedes Blech 40 erstreckt sich zwi schen zwei Schweißträgern 42 und weist zwei aufragende Ränder 43 auf, die jeweils durchgehend mit einer Schweißnaht 44 an dem entsprechenden Schweißträger 42 angeschweißt sind, wie dies in den 2 und 3 erkennbar ist. Die primäre Dichtungssperrschicht 8 ist auf die gleiche Weise gebildet.
Die Verankerung der Kästen 7 der primären Isoliersperrschicht erfolgt ebenfalls jeweils an den vier Ecken und an zwei Punkten im Mittelbereich des Kastens 7. Zu diesem Zweck wird jeweils ein primäres Rückhalteorgan 48 verwendet, das im Detail in den 2 und 3 dargestellt ist. Das primäre Rückhalteorgan 48 weist eine untere Hülse 49 auf, die fest mit einer an mehreren, beispielsweise drei, Stellen 51 an den Schweißträger 42 über den aufragenden Rändern 43 der Bleche 40 verschweißten Lasche 50 verbunden ist. Eine Stange 52 aus Permali, einem mit Harz imprägnierten Verbundmaterial auf Buchenholzbasis, hat ein in der unteren Hülse 49 befestigtes unteres Ende und ein in einer oberen Hülse 54 befestigtes oberes Ende. Die obere Hülse 54 ist fest mit einer Stützscheibe 53 verbunden, die sich an den Deckeltafeln 11 der Kästen 7 abstützt, indem sie in Vertiefungen 28 an den Ecken der Kästen 7 und an mittleren Löchern 30 aufgenommen ist. Die Hülse 54 ist mit einem Gewinde versehen und ist auf ein entsprechendes Gewindeende der Stange 52 geschraubt. Ist die Scheibe 53 plaziert, werden Blockierschrauben 56 durch Bohrungen 55 in der Scheibe 53 eingesetzt und in die Tafel 11 geschraubt, um jede spätere Drehung der Scheibe 53 zu verhindern. In jeder Isoliersperrschicht sind die Kästen 3 und 7 unter Belassung eines geringen Zwischenraums in der Größenordnung von 5 mm aneinander gelegt.
Vorzugsweise wird als isolierende Einlage in den Kästen 3 und/oder 7 eine Schicht aus nanoporösen Materialien vom Typ Aerogel vorgesehen, die sehr gute thermische Isoliermaterialien sind. Aerogels haben ferner den Vorteil, hydrophob zu sein, so dass auf diese Weise die Feuchtigkeit des Schiffs durch die Isoliersperrschichten absorbiert wird. Es kann eine Isolierschicht mit eventuell in Säcken verpackten Aerogels in Textilform oder in Kugelform gebildet werden.
Generell können Aerogels aus mehreren Materialien hergestellt werden, einschließlich Silizium, Tonerde, Hafniumkarbid sowie verschiedener Polymere. Ferner können Aerogels, je nach Herstellungsverfahren, als Pulver, Kugeln, monolithische Folie und verstärktes flexibles Gewebe ausgebildet sein. Aerogels werden im allgemeinen durch Extrahieren oder Verdrängen der Flüssigkeit eines Gels mit Mikrostruktur hergestellt. Das Gel wird üblicherweise durch chemische Transformation und Reaktion eines oder mehrerer verdünnter Vorläufer hergestellt. Dies hat eine Gelstruktur zur Folge, in der ein Lösemittel vorhanden ist. Im allgemeinen werden hyperkritische Flüssigkeiten wie CO₂ oder Alkohol zum Verdrängen des Lösungsmittels des Gels verwendet. Die Eigenschaften der Aerogels können durch verschiedene Dotierungsstoffe und Verstärkungsmittel verändert werden.
Die Verwendung von Aerogels als isolierende Einlagen ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Dicke der primären und der sekundären Isoliersperrschichten. Es können beispielsweise Sperrschichten 2 und 6 mit einer Dicke von 200 mm bzw. 100 mm unter Verwendung einer Matte aus Aerogel in textiler Form in den Kästen 3 und 7 ausgebildet werden. Die Tankwand weist somit eine Gesamtdicke von 310 mm auf. Nach einer Variante kann eine Tankwand mit 400 mm Gesamtdicke ausgebildet werden, wenn jeweils eine Aerogel-Partikelschicht, insbesondere Aerogel-Kugeln, in den Kästen 3 und 7 verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel eines dichten und thermisch isolierten Tanks beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die primäre und die sekundäre Isoliersperrschicht aus wärmedämmenden Elementen in Form von quaderförmigen Kästen 60 gebildet, deren Struktur in 5 dargestellt ist und die ähnlich den Kästen 3 und 7 der 1 angeordnet und verankert sind, so dass eine erneute Beschreibung diesbezüglich entfallen kann.
Der Kasten 60 weist einen Block 63 aus Schaumstoff mit geringer Dichte, beispielsweise Polyurethanschaum mit geringer Dichte, auf, der eventuell mit Fa sern verstärkt ist, und sandwichartig zwischen einer Bodentafel 61 und einer Deckeltafel 62 aufgenommen ist, die an seinen Hauptflächen beispielsweise durch Kleben befestigt sind.
Zwischen den Tafeln 61 und 62 erstrecken sich Tragpfosten 65 in Form von hohlen Rohren mit Kreisquerschnitt in Öffnungen 64, die in der Dicke des Blocks 63 ausgebildet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pfosten 65 in einem Netz mit quadratischen Maschen angeordnet, jedoch sind andere Verteilungen möglich. Bei einem wärmedämmenden Element mit quadratischem Querschnitt von 1,5 m Seitenlänge sind beispielsweise vierundsechzig Pfosten 65 vorgesehen. Die Dichte der Pfosten kann jedoch insbesondere in Abhängigkeit von den aufzunehmenden Kräften und dem Querschnitt der Pfosten verändert werden. Das Innere der Pfosten 65 ist mit Isoliermaterial gefüllt, bei dem es sich beispielsweise um den gleichen Schaumstoff handelt, der auch den Block 63 zwischen den Pfosten 65 bildet, oder um ein anderes Material, beispielsweise mit höherer Dichte um stärkere Druckkräfte aufzunehmen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 kann der Kasten 60 mit den folgenden Schritten hergestellt sein: Abtrennen eines Schaumstoffblocks 63 von einer kontinuierlich gegossenen Schaumstoffmatte, Ausbilden von Bohrungen durch den Block 63, Einsetzen von Pfosten 65 in die Bohrungen 64, Einsetzen von Stopfen aus Isoliermaterial 66 in die Pfosten 65, Aufkleben der Tafeln 61 und 62.
Ein alternatives Herstellungsverfahren entspricht der 6, in welcher der Schaumstoffblock weggelassen ist. In diesem Fall werden Pfosten 65 in dem Hohlraum 68 einer Form 67 angeordnet und anschließend wird Schaum zwischen die Pfosten 65 gegossen, um einen Schaumstoffblock zu erhalten, in den die Pfosten 65 eingebettet sind. Das Füllen der Pfosten 65 kann ebenfalls im Verlauf des gleichen Gießschritts erfolgen, wenn ihr Durchmesser ausreichend groß ist, beispielsweise über 100 mm. Um die Positionierung und das Halten der Pfosten 65 in dem Formhohlraum zu gewährleisten, wird ein ebenes Positionierungselement verwendet, das hier in Form eines Glasgitters oder einer Glasmatte 69 vorliegt, durch welches die Pfosten 65 in ausgerichteter Weise eingesetzt werden. Das Glasgitter oder die Glasmatte 69 wird zu Beginn des Formens ebenfalls in die Dicke des Schaumstoffblocks eingebettet, wodurch der Ausdehnungskoeffizient des Schaums in diesem Bereich verringert wird und somit die Scherspannungen zwischen den Tafeln 61 und 62 und dem Schaumstoff reduziert werden. Schließlich werden die Tafeln 61 und 62 geklebt. Alternativ zu oder in Kombination mit dem Kleben kann ein Zusammenstecken zwischen den Tafeln und den Enden der Pfosten 65 erfolgen, die in diesem Fall über den Block 63 hinausragen müssen.
Es kann auch damit begonnen werden, dass die Pfosten 65 an der Tafel 61 befestigt und diese Einheit in der Form 67 angeordnet wird, um den Schaum mit oder ohne das Gitter 69 direkt auf die Tafel 61 zu gießen.
Die 19 zeigt mit den gleichen Bezugszeichen wie in 6, eine andere Variante des Verfahrens, bei welcher der Schaumstoffblock 63 zwischen den Tafeln 61 und 62, die mit den Pfosten 65 (und gegebenenfalls dem Glasgitter oder der Glasmatte 69) in der mit einem Deckel 59 verschlossenen Form 67 angeordnet sind, geformt wird. Auf diese Weise wird in einem einzigen Vorgang ein fertiger Kasten 60 erhalten.
Die Pfosten 65 können aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden. Kunststoffe wie PVC, PC, PC, ABS, PU, PE und andere sind für das Formen von Pfosten jeglicher Form gut geeignet und haben vorteilhafte Gestehungskosten. Andere mögliche Materialien sind Verbundstoffe, Holz, Sperrholz, Schaumkunststoffe. Die Tafeln 61 und 62 können aus Sperrholz, Kunstharzen oder Verbundmaterialien bestehen. Ihre Dicke beträgt beispielsweise für den Boden 6,5 mm und für den Deckel 12 mm.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Kasten mit einer beliebigen Form hergestellt oder aber einfach mit einer beliebigen Form geschnitten werden kann, um genaue Verbindungen bei der Herstellung des Tanks zu erreichen oder To leranzen auszugleichen. Es ist einfach, die Tafeln 61 und 62 und den Block 63 zwischen den Pfosten 65 zu schneiden, ohne die Kohäsion oder die Druckfestigkeit jedes derart abgetrennten Kastenteils. Gegebenenfalls können auch hohle Pfosten 65 vertikal geschnitten werden.
Die durch die Kästen 60 gebildete Tankwand ist in 4 im Schnitt dargestellt. In diesem Beispiel werden dickere Kästen für die sekundäre Isoliersperrschicht 2 verwendet als für die primäre Isoliersperrschicht 6. Das Detail der primären 4 und sekundären Verankerungsorgane 48 und der Dichtungssperrschichten 5 und 8 ist nicht dargestellt. Diesbezüglich wird auf die 1 bis 3 verwiesen.
Da die Geometrie des Doppelrumpfs 1 nicht vollkommen ist, sind Dickenkeile um Gewindebolzen 31 vorgesehen. Die Dicke jedes Dickenkeils wird digital anhand einer topographischen Erfassung der Innenfläche des Doppelrumpfs 1 berechnet. Somit werden die Bodentafeln 61 der sekundären Sperrschicht 2 entlang einer regelmäßigen theoretischen Fläche angeordnet. Zwischen den Bodentafeln 61 und dem Doppelrumpf 1 sind in herkömmlicher Weise Mastixwülste 70 vorgesehen, die an die Bodentafeln 61 geklebt sind und bei dem Aufsetzen der Kästen 60 gegen den Doppelrumpf gedrückt werden, um die Kästen zu stützen. Um zu verhindern, dass das Mastix an dem Doppelrumpf klebt, ist zwischen diesen eine Bahn Kraftpapier vorgesehen. Vorzugsweise sind die Wülste 70 in Flucht mit den Pfosten 65 angeordnet, um ein Biegen der Tafel 61 unter den Druckkräften zu vermeiden, die vorwiegend an den Pfosten 65 übertragen wird. Es können auch die Bodentafeln weggelassen werden und die Pfosten 65 direkt auf den Wülsten 70 abgestützt werden.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsvariante sind Umfangswände vorgesehen, die sich am Umfang des Kastens 60 zwischen den Tafeln 61 und 62 zur Bildung eines geschlossenen Kastens erstrecken, der in der Lage ist, ein granulares Isoliermaterial aufzunehmen. Diese Wände können an den Tafeln durch Kleben, Heften, Zusammenstecken und andere Befestigungsmittel be festigt werden. Der gesamte Kasten 60 kann auch einstückig hergestellt werden, beispielsweise durch Blasformen oder Drehformen.
Nach einer anderen Ausführungsvariante wird die Tafel 61 und/oder 62 durch Tafelteile ersetzt, die nur Bereiche des Blocks 63 am Ende der Pfosten 65 abdecken und nicht die gesamte Fläche des Blocks 63. die Schweißträger 42 werden dann in den Deckeltafelteilen angeordnet.
Es können schräge Pfosten 65 vorgesehen sein, d.h. Pfosten, deren Achse nicht senkrecht zu den Bodentafeln 61 und den Deckeltafeln 62 verläuft. Eine derartige Neigung ermöglicht es gleichzeitig Scherkräfte und Kippkräfte aufzunehmen, die auf en Kasten 60 einwirken.
Anhand der 7 bis 12 werden andere Ausführungsbeispiele der wärmedämmenden Elemente oder Kästen beschrieben, die zum Bilden der Isoliersperrschichten der Tankwand geeignet sind, deren allgemeine Struktur in Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben wurde. Die Herstellung der Dichtigkeitssperrschichten und das Befestigen der verschiedenen Sperrschichten ist ähnlich denjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, weshalb auf eine erneute Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
9 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kastens 570 und eines Kastens 670, die jeweils mit Hilfe von geformten Tragstrukturen 500 gebildet sind, die im folgenden anhand der 7 beschrieben werden.
Die Tragstruktur 500 ist ein Spritzgußteil aus einem beliebigen geeigneten Material. Sie weist eine eben Tafel 571 mit abgeschrägten Ecken auf, die beispielsweise als Quadrat von 1,5 m Seitenlänge oder als Rechteck ausgebildet ist, wobei von einer Seite der Tafel 16 kreiszylindrische hohle Pfosten 575 aufragen, die in einem regelmäßigen quadratischen Netz angeordnet sind, sowie zwei Rohre 581 mit geringerem Durchmesser, die im Mittelbereich der Tafel angeordnet sind, und vier dreieckige zylindrische Pfosten 580 an den vier Ecken der Tafel. Die Tafel 571 ist Boden der Pfosten 575 und 580 durchgehend, während sie am Boden der Rohre 581 durchbohrt ist, um den Durchtritt einer Verbindungsstange zu ermöglichen. Ferner ist bei einem Kasten der primären Sperrschicht 6 die Tafel 571 geschlitzt, um die Schweißträger 42 und die aufragenden Ränder 43 der Blechbahnen der sekundären Dichtungssperrschicht hindurch treten zu lassen. Die Pfosten 580 dienen der Aufnahme der Abstützung der jeweils an den Ecken der wärmedämmenden Elemente verwendeten Verbindungsorgane. Der Querschnitt der Pfosten 575 beträgt beispielsweise 300 mm bei einer quadratischen Tafel von 1,5 m Seitenlänge. Als Isoliereinlage kann die Tragstruktur 500 mit einer Schaumschicht geringer Dichte bedeckt sein, die man zwischen und in die Pfosten 575 gießt.
Der Querschnitt der Pfosten kann mehr oder weniger groß sein, wobei es darauf ankommt, stets mehrere Pfosten pro Kasten vorzusehen. Die Querschnittsdimensionen der Pfosten können daher bis zu 1/3 oder gar 2/3 der entsprechenden Abmessungen des Kastens ausmachen.
Zur Bildung des Kastens 570 wird eine unabhängige Tafel 572 mit den gleichen Abmessungen wie die Tafel 571 an dem dieser Tafel gegenüberliegenden Ende der Pfosten 575 angebracht. Diese Tafel kann auf jede Art befestigt werden (Kleben, Heften, Einsetzen, ...). In 12 sind kreisförmige Nuten 573 in der Innenseite der Tafel 572 vorgesehen, um das Ende jedes Pfostens 575 in ausgerichteter Weise aufzunehmen.
Die Materialein der Struktur 500 und der Tafel 572 können derart gewählt sein, dass ein thermisches Schrumpfen der Pfosten 575 in der Tafel erreicht wird. Beispielsweise bei einem Teil 500 aus PVC und einer Tafel 572 aus Sperrholz, die eine geringere thermische Kontraktion aufweist, ergibt sich bei der Abkühlung des Tanks eine Klemmung des Endes der Pfosten 575 um den kreisförmigen Kern, der von der Rille 573 begrenzt wird. Umgekehrt kann auch eine Klemmung der Pfosten 575 mit einer Tafel 572 erreicht werden, die sich stärker als das Teil 500 zusammenzieht.
Die Tafel 572 weist Löcher 574 gegenüber den Rohren 581 der gegossenen Struktur 500 auf.
In dem Kasten 600 sind zwei identische gegossene Strukturen 500 symmetrisch angeordnet und miteinander verbunden, indem ihre jeweiligen Pfosten 575 aneinander anliegend angeordnet sind. Diese Montage kann durch jedes geeignete Mittel erfolgen (Kleben, Heften, Einsetzen, etc.). In 9 ist sie mittels einer Verbindungsbuchse 680 erreicht, die jeweils zwischen zwei miteinander fluchtenden Pfosten 575 angeordnet ist und auf diese aufgesetzt ist. Diese Montage ist in 10 besser zu erkennen, in der ersichtlich ist, dass die Verbindungsbuchse 680 einen äußeren Ring 682 und einen inneren Ring 681 aufweist, die durch einen radialen Steg 683 verbunden sind. Die Pfosten 575 werden zwischen die beiden Ringe 681 und 682 gesetzt und stoßen auf beiden Seiten des Stegs 683 an. Das Material der Buchse 680 kann mit einer Leitfähigkeit gewählt werden, die geringer als diejenige der Pfosten 575 ist, um eine thermische Isolierungsfunktion wahrzunehmen. Es kann ferner, alternativ oder in Kombination, mit einem Dehnungskoeffizienten gewählt werden, der von demjenigen der Pfosten 575 verschieden ist, um eine thermische Montagefunktion wahrzunehmen. Nach einer Variante können zwei gegossene Strukturen, die Pfosten mit komplementären Querschnitten aufweisen, durch direktes Zusammenstecken der Pfosten miteinander verbunden werden.
Das mit Schaumstoff gefüllte Teil 500 kann auch allein ohne zusätzliche Platte verwendet werden, indem die Platte 571 zur Innenseite des Tanks gedreht wird, um die benachbarte Dichtungssperrschicht zu stützen. Das derart gebildete wärmedämmende Element liegt über die Pfosten 575 auf der sekundären Dichtungssperrschicht oder auf den am Rumpf befestigten Harzwülsten auf.
Die 11 und 12 zeigen gegossene Tragstrukturen 600 und 700, die das Bilden wärmedämmender Elemente auf ähnliche Art wie zuvor in bezug auf die Struktur 500 beschrieben ermöglichen.
In der 11 bezeichnen Bezugszeichen, die mit denjenigen der 7 identisch sind, identische Elemente. Die Struktur 600 weist ebene Umfangswände 601 auf, die sich durchgehend entlang der vier Ränder der Tafel 571 erstrecken, um einen Kasten zu bilden, der in der Lage ist, ein Isoliermaterial in Form von Pulver, Kugeln oder dergleichen aufzunehmen. Beispielsweise kann eine Aerogel-Kugeln enthaltende Struktur 600 einer Struktur 600 zugeordnet werden, die einen Schaumstoff mit geringer Dichte enthält, um einen in 9 dargestellten Kasten 670 zu bilden.
In 12 trägt die ebene Tafel 771 sechsunddreißig hohle rohrförmige Pfosten 775 mit kleinerem Querschnitt (beispielsweise 100 mm) als die vorgenannten Pfosten 575 sowie vier hohle rohrförmige Pfosten 780 mit noch geringerem Querschnitt (beispielsweise 50 bis 60 mm) an seinen Ecken und zwei, den Pfosten 780 ähnliche rohrförmige Pfosten 781 in einem Mittelbereich der Tafel 771, um den Durchtritt von Verbindungsorganen zu ermöglichen, die der Befestigung an der Isoliersperrschicht dienen.
Die Strukturen 500, 600 und 700 können spritzgegossen sein. Eine ähnliche Struktur kann auch durch Thermoformen aus einer Kunststoffplatte gebildet werden. Diese Möglichkeit ist in der 8 dargestellt. In diesem Fall wird die zunächst ebene Tafel 571 erwärmt und entsprechend dem Formhohlraum einer weiblichen Form 560 verformt. Auf diese Weise werden tragende Pfosten 575 gebildet, deren tafelseitiges Ende offen ist und deren gegenüberliegendes Ende durch eine Wand 583 geschlossen ist. In diesem Fall erfolgt das Füllen des im Inneren der Pfosten 575 befindlichen Raums, beispielsweise mit Schaumstoff, von der den Pfosten gegenüberliegenden Seite der Tafel 571 her.
Die Wände 601 können ebenfalls durch Thermoformen gebildet werden.
Die 21 ist eine perspektivische Darstellung einer thermogeformten Tragstruktur 1300 mit einer Tafel 1371, die als Bodentafel oder Deckeltafel eines Kastens dienen kann, und mit tragenden Pfosten 1375, die ähnlich wie die Pfosten 575 der 8 gebildet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel haben die Pfosten 1375 Kegelstumpfform, wodurch ihre Ausbildung vereinfacht ist. Beispielsweise kann ein Pfostendurchmesser vorgesehen sein, der von 160 mm an der Basis bis 120 mm an der Spitze über eine Höhe von ungefähr 100 mm variiert.
Um als Bodentafel eines Kastens der primären Isoliersperrschicht dienen zu können, ist die Tafel 1371 mit zwei Längsrippen 1384 versehen, die sich über die gesamte Länge der Tafel 1371 erstrecken. Jede Rippe 1384 wird beim Thermoformen gebildet, indem das Material in die gleiche Richtung gedrückt wird wie die Pfosten 1375, um so eine offene V-förmige Falte in der ebenen Seite der Tafel 1371 zu bilden, deren Innenraum 1385 das Passierenlassen der Schweißträger 42 und der aufragenden Ränder 43 der sekundären Dichtungssperrschicht ermöglicht. Für die sekundäre Isoliersperrschicht sind die Rippen 1384 nicht erforderlich.
Im Vorhergehenden wurden Tragstrukturen beschreiben, die eine Tafel aufwiesen, welche als Boden- oder Deckeltafel dient. Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel des wärmedämmenden Elements 870 in bezug auf 13 beschrieben, bei dem die gegossene Tragstruktur 800 Trägerelemente 875 mit kleinem Querschnitt aufweist, die durch Arme 890 miteinander verbunden sind. Diese Tragstruktur ist in 14 in Draufsicht dargestellt. Die Trägerelemente 875 sind kreiszylindrische hohle Pfosten, die in einem regelmäßigen Netz angeordnet und durch Arme 890 verbunden sind, die in Form eines Gitters mit quadratischen Maschen angeordnet sind. Eine Deckeltafel 872 und eine Bodentafel 871, beispielsweise aus Sperrholz, Kunststoff, Verbundmaterial oder einem anderen Material, sind an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Tragstruktur 800 angeordnet. Die Arme 890 befinden sich an dem Ende der Trägerelemente 875, das der Tafel 872 benachbart ist, und weisen eine ebene Oberseite auf, die zum Kleben der Tafel 872 dienen kann.
Die 20 zeigt das wärmedämmende Element 870 in perspektivischer Explosionsdarstellung in einer bezüglich der Anordnung der Verbindungsarme 890 leicht modifizierten Version.
Andere Arme können am unteren Ende der Pfosten 875 vorgesehen sein. Die Arme können ebenfalls au einer anderen Höhe (beispielsweise in der Mitte der Höhe) der tragenden Pfosten vorgesehen sein.
Der Innenraum, des Kastens 870, nämlich der Innenraum 880 der Pfosten 875 und der Raum 876 zwischen den Pfosten ist mit einem oder mehreren Isoliermaterialien gefüllt. Bei Verwendung eines Schaumstoffs mit geringer Dichte kann der Kasten gebildet werden, indem eine Struktur 800 von rechteckiger Form in Draufsicht in eine Form gesetzt wird, ein Schaumstoff in die Form gegossen wird, um die Struktur 800 in einen quaderförmigen Schaumstoffblock einzuschließen, und anschließend die Tafeln 872 und 871 an diesem Block befestigt werden. Die Bodentafel 871 ist nicht immer erforderlich. Eine der Tafeln kann auch einstückig mit der Struktur 800 gegossen werden.
Zwar wurden in den Tragstrukturen 500, 600, 700 und 800 tragende Pfosten mit hohlzylindrischem Querschnitt beschrieben, jedoch können die tragenden Pfosten jede andere Querschnittsform und jede Art von regelmäßiger oder unregelmäßiger räumlicher Verteilung aufweisen. Beispielsweise zeigt die 15 einen tragenden Pfosten 975, der aus mehreren konzentrischen zylindrischen Wänden 976 gebildet ist. Bei dem Pfosten 1075 der 16 weisen die zylindrischen Wände 1076 einen quadratischen Querschnitt auf.
17 zeigt nach einem regelmäßigen Muster verteilte aufeinander ausgerichtete Pfosten 1175 mit einem hohlen quadratischen Querschnitt mit abgeschrägten Ecken. In 18 sind Pfosten 1275, beispielsweise massive Kreiszylinder, versetzt angeordnet. Andere Querschnitte sind ebenfalls möglich, d.h. rechteckig, polygonal, I-förmig, massiv oder hohl, dieder-förmig, etc.. Die Pfosten können ferner einen über ihre Höhe variablen Querschnitt haben, beispielsweise kann es sich um kegelförmige Pfosten handeln.
In sämtlichen Fällen können derartige Pfosten von einer Tafel vorspringend geformt und/oder durch Arme verbunden und/oder durch jede Art von einstöckig mit ihnen ausgebildeten Verbindungseinrichtungen verbunden sein. Wird Schaumstoff geringer Dichte als thermisch isolierende Schicht verwendet, ist es besonders vorteilhaft, diesen Schaumstoff in einem einzigen Schritt über die gesamte Oberfläche der Verbindungstafel zwischen und eventuell in die tragenden Pfosten zu gießen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausbildung von Vertiefungen in einem vorab gefertigten Schaumstoffblock und dem Einsetzen der Träger in die zu diesem Zweck gebildeten Vertiefungen.
Bei einem granularen Isoliermittel ist es erforderlich, ein Wärmedämmendes Element mit Umfangswänden zu verwenden, die vorzugsweise einstückig mit der Tragstruktur ausgebildet sind, wie dies in der 11 dargestellt ist. Aufgrund der Form der Träger mit kleinem Querschnitt ist der Innenraum des Kastens zwischen den Trägern nicht in Abteilungen unterteilt, so dass das granulare Material leichter über die gesamte Fläche des wärmedämmenden Elements verteilt werden kann. Das granulare Material kann ebenfalls in die hohlen Pfosten eingebracht werden.
Pfosten mit sehr kleinem Querschnitt, beispielsweise weniger als 40 mm, können leer bleiben, ohne die thermische Isolierung zu beeinträchtigen. Hohle Pfosten mit kleinem Querschnitt können ebenfalls mit einem flexiblen PE-Schaumstoffkegel oder Glaswolle gefüllt werden.
Bei den zuvor beschriebenen Tragstrukturen 500, 600, 700 und 800 können bestimmte Pfosten auch durch Trennwände ersetzt werden, die Abteilungen im Inneren der Tragstruktur bilden.
Unter Bezugnahme auf die 22 und 23 wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen wärmedämmenden Elements beschrieben, das einen einteiligen hohlen Kasten 1470 aufweist, der durch Drehformen oder Blasformen gebildet ist. Der Kasten liegt als geschlossene hohle Hülle 1477 vor, die acht kegelstumpfförmige Pfosten 1475 aufweist, welche vorspringend an der Bodenwand 1471 der Hülle ausgebildet sind und jeweils eine Oberwand 1483 aufweisen, die in der Lage ist, sich an der Oberwand 1472 der Hülle abzustützen, um Druckkräfte aufzunehmen.
Für die Befestigung des Kastens sind sechs kegelstumpfförmige Schächte 1480 vorgesehen, die am Umfang der Hülle angeordnet und durch die Oberwand 1472 hindurchgehend offen ausgebildet sind. Diese Schächte weisen jeweils eine Bodenwand auf, welche sich an der Bodenwand 1471 zum Aufnehmen der Druckkräfte abstützen kann und welche durchbohrt werden kann, um eine schematisch bei 1431 dargestellte Befestigungsstange aufzunehmen, bei der es sich beispielsweise um einen am Rumpf angeschweißten Bolzen oder eine an der darunterliegenden Dichtungssperrschicht befestigte Verbindungseinrichtung handeln kann.
Der Innenraum 1476 des Kastens und der Innenraum 1482 der Pfosten 1475 kann mit jeglichem geeignetem Isoliermaterial, beispielsweise durch Einspritzen von Schaum, gefüllt werden.
Gleichermaßen können die Schächte 1480 nach dem Befestigen des Kastens mit Isoliermaterial, beispielsweise PE-Schaum oder Glaswolle, gefüllt werden.
Zum Formen des Kastens 1470 kann beispielsweise PE mit hoher Dichte, PBT oder ein anderer Kunststoff verwendet werden. Die Schächte 1480 können auch entfallen, wenn ein anderes Befestigungsverfahren für die Kästen verwendet wird, beispielsweise Verbindungseinrichtungen, die zwischen den zu befestigenden Kästen hindurchgehen und sich an der Oberwand 1472 ähnlich wie die Rückhalteorgane 48 der 2 und 3 abstützen. Es können ebenso Boden- und/oder Deckeltafeln an den Wänden der Hülle zu deren Verstärkung befestigt werden.
Zwar wurden zuvor im wesentlichen quaderförmige rechtwinklige wärmedämmende Elemente beschrieben, jedoch sind andere Querschnittsformen mög lich, insbesondere jede polygonale Form die zur Ausbildung einer Ebene geeignet ist.
Selbstverständlich kann die Isoliereinlage eines wärmedämmenden Elements mehrere Materialschichten umfassen.
Wenn die primäre oder die sekundäre Dichtungssperrschicht durch zuvor beschriebene wärmedämmende Elemente gebildet ist, ist es möglich, jedoch nicht erforderlich, die andere Dichtungssperrschicht identisch auszubilden. Es können in den beiden Sperrschichten wärmedämmende Elemente verschiedener Typen verwendet werden. Eine der Sperrschichten kann aus wärmedämmenden Elementen nach dem Stand der Technik bestehen.
Die Verankerung der Kästen der sekundären und der primären Isoliersperrschichten an dem Rumpf des Schiffs kann anders als bei dem in den Figuren dargestellten Beispiel erfolgen, beispielsweise durch Rückhalteorgane, die an der Bodentafel der Kästen angreifen.

Claims

Dichter und thermisch isolierter Tank mit mindestens einer am Rumpf (1) einer schwimmenden Struktur befestigten Tankwand, die in Richtung ihrer Dicke von der Innen- zur Außenseite des Tanks aufeinander folgend eine primäre Dichtungssperrschicht (8), eine primäre Isoliersperrschicht (6), eine sekundäre Dichtungssperrschicht (5) und eine sekundäre Isoliersperrschicht (2) aufweist, wobei mindestens eine der Isoliersperrschichten (2, 6) aus aneinander liegenden wärmedämmenden Elementen (3, 7) besteht, wobei jedes wärmedämmende Element eine thermisch isolierende Einlage (63), die in Form einer zu der Tankwand parallelen Schicht vorgesehen ist, und Trägerelemente aufweist, die sich durch die Dicke der thermisch isolierenden Einlage erstrecken, um Druckkräfte aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente eines wärmedämmenden Elements (1470) Pfosten (1475, 1375) aufweisen, die in bezug zu den Abmessungen des wärmedämmenden Elements in einer zur Tankwand parallelen Ebene einen kleinen Querschnitt aufweisen, und dass das wärmedämmende Element (3, 7) in Form einer geschlossenen hohlen einstückigen Hülle (1477) mit einer Bodenwand (1471, 1371), einer Oberwand (1472) und Umfangswänden, welche sich zwischen der Bodenwand (1471) und der Oberwand (1472) entlang der Ränder derselben erstrecken, vorliegt, wobei die Pfosten kegelstumpfförmige Pfosten (1475, 1375) aufweisen, die vorspringend auf der Bodenwand ausgebildet sind und jeweils eine Oberwand (1483) aufweisen, die in der Lage ist, sich an der Oberwand (1472) der Hülle (1477) abzustützen, um Druckkräfte aufzunehmen.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (1475, 1375), in einer zur Tankwand parallelen Ebene gesehen, regelmäßig über die gesamte Fläche des wärmedämmenden Elements (3, 7) verteilt sind.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (1475, 1375) in Längs- und Breitenrichtung des wärmedämmenden Elements (3, 7) gleich beabstandet sind.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (1475, 1375) einen geschlossenen hohlen Querschnitt aufweisen.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (1475, 1375) Rohre mit kreisförmigem Querschnitt sind.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten (1475, 1375) aus Kunststoff oder Verbundmaterial gebildet sind.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Einlage des wärmedämmenden Elements (3, 7) einen Block (63) aus synthetischem Schaumstoff aufweist.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffblock durch Gießen zwischen die Pfosten (1475, 1375) gebildet ist, um mindestens einen Teil der Höhe der Pfosten (1475, 1375) in den Schaumstoffblock einzubetten.
Dichter und thermisch isolierter Tank nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1477) kegelstumpfförmige Schächte (1480) aufweist, die am Umfang der Hülle (1477) angeordnet und durch die Oberwand (1472) hindurchgehend offen ausgebildet sind, wobei diese Schächte jeweils eine Schachtbodenwand aufweisen, welche sich an der Bodenwand (1471, 1371) zum Aufnehmen der Druckkräfte abstützen kann und welche durchbohrbar ist, um eine Befestigungsstange (1431) aufzunehmen.
Schwimmende Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dichten und thermisch isolierten Tank nach Ansprüchen 1 bis 9 aufweist.
Schwimmende Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Gastanker handelt.