DE10255876A1 - Double tank system for cryogenic applications has oval-section inner tank suspended on plastics threads inside oval-section outer tank which may have four fastening points ninety degrees apart - Google Patents

Double tank system for cryogenic applications has oval-section inner tank suspended on plastics threads inside oval-section outer tank which may have four fastening points ninety degrees apart Download PDF

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Abstract

The inner tank (2) holds the cryogenic fluid and has minimal contact with the outside. There is an air gap or vacuum gap between the inner tank and the outer tank (1). The four fastening points (4) on the outer tank hold the narrow ends of conical fastening members (3) made of woven plastics threads. The inner tank is held in a network of plastics threads which may be embedded in a tin or aluminum liner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Doppel-Tanksystem, insbesondere ein Knotanksystem mit einem Innenbehälter, der in einem Außenbehälter aufgehängt ist, und geht von der DE 198 16 651 C2 aus. Daneben wird zum technischen Umfeld beispielshalber auf die DE 199 52 611 A1 verwiesen.The invention relates to a double tank system, in particular a knot tank system with an inner container which is suspended in an outer container, and is based on the DE 198 16 651 C2 out. In addition to the technical environment, for example DE 199 52 611 A1 directed.

In Kryotanksystemen werden bekanntermaßen kryogen gespeicherte Medien in einem Innentank oder Innenbehälter aufbewahrt, der unter Zwischenlage eines bestmöglich evakuierten Raumes innerhalb eines Außenbehälters gelagert ist. Generell werden doppelwandige Tanks (hier als sog. Doppel-Tanksystem bezeichnet) mit dazwischenliegender Isolation verwendet, um einen Wärmetransport zwischen einem im inneren Tank aufbewahrten Medium und der Umgebung (des Außen-Tanks) so gering als möglich zu halten. Eine optimale Isolation zwischen den Tankwänden stellt dabei ein Vakuum dar, jedoch kann auch eine solche Isolation nicht hundertprozentig sein, da der Innenbehälter auf irgendeine Weise im Außenbehälter gelagert sein muss. Bekannt sind hierfür geeignet gestaltete Tragrohre, die den Innenbehälter durchdringen und am Außenbehälter an dessen Wand-Innenseite befestigt sind, wie beispielsweise die eingangs erstgenannte DE 198 16 651 C2 zeigt.In cryogenic tank systems, it is known that cryogenically stored media are stored in an inner tank or inner container, which is stored within an outer container with the interposition of the best possible evacuated space. Double-walled tanks (here referred to as so-called double-tank systems) with insulation in between are generally used in order to keep heat transport between a medium stored in the inner tank and the environment (the outer tank) as low as possible. An optimal insulation between the tank walls is a vacuum, but such an insulation cannot be 100%, because the inner container has to be stored in the outer container in some way. Suitable support tubes are known for this purpose, which penetrate the inner container and are fastened to the outer container on the inside of the wall thereof, such as the first one mentioned at the beginning DE 198 16 651 C2 shows.

Bevorzugt wird im bekannten Stand der Technik lediglich ein einziges Tragrohr, welches eben nachteiligerweise eine Wärmeleitbrücke bildet, vorgesehen. Dies macht es jedoch erforderlich, den Außenbehälter und insbesondere auch den Innenbehälter im Anbindungsbereich bzw. Befestigungsbereich oder Abstützbereich dieses Tragrohres relativ stabil oder massiv auszubilden, denn schließlich muss über diese Stellen das gesamte Gewicht des Innentanks inclusive Befüllung aufgenommen werden. Ggf. erforderliche Versteifungen erhöhen dabei nachteiligerweise das Gesamtgewicht des Tanksystems.Preferred is in the known state the technology only a single support tube, which is just disadvantageous forms a thermal bridge, intended. However, this requires the outer container and especially the inner container in the connection area or fastening area or support area this support tube to be relatively stable or solid, because after all, this must be done Make the total weight of the inner tank including filling added become. Possibly. stiffeners required increase disadvantageously the total weight of the tank system.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.A remedial measure for this problem to demonstrate is the object of the present invention.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter eines Doppel-Tanksystems, insbesondere eines Kryotanksystems, im Außenbehälter über mehrere aus Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden gebildete Seilstrukturen aufgehängt ist, die Bestandteil einer den Innenbehälter einhüllenden oder bildenden Struktur sind. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.This solves this problem characterized that the inner container of a double tank system, in particular a cryotank system, in the outer container via several plastic fibers or plastic threads formed rope structures suspended which are part of a structure enveloping or forming the inner container. Advantageous training and further education are included in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist der Innenbehälter oder Innentank mit einem Überzug oder dgl. versehen oder ist aus einem Material aufgebaut, aus dem zusätzlich eine sog. Seilstruktur oder dgl. gebildet werden kann. Bspw. bzw. bevorzugt kann der Innenbehälter von einem Gewebe oder einem Gestrick oder einem Netz umhüllt sein, aus dessen Faden oder Fäden auch die die Aufhängung des Innenbehälters im Außenbehälter bildende Seilstruktur gebildet sind. Mit dieser allgemein bzw. spezifisch vorgeschlagenen Maßnahme kann die Last oder das Gewicht des Innenbehälters praktisch großflächiger in das Aufhängungssystem des Innenbehälters eingeleitet werden. Dabei können insbesondere auch mehrere als zwei erfindungsgemäße Seilstrukturen vorgesehen sein, d.h. im Gegensatz zur bislang üblichen Aufhängung über ein einziges Tragrohr können zwischen dem Innentank und dem Außentank mehr als zwei die Aufhängung umsetzende Verbindungen vorgesehen sein, wobei sich die für die Seilstruktur vorgeschlagenen Kunststoff-Fasern (beispielsweise) oder Kunststoff-Fäden durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auszeichnen, so dass auch kein nennenswerter Wärmeübergang vom Außenbehälter zum Innenbehälter zu befürch ten ist. Vorteilhafterweise ist das Gewicht einer vorgeschlagenen Behälteraufhängung auch deutlich geringer als mit den bekannten Tragrohren, insbesondere auch weil keine örtlichen Verstärkungen oder Versteifungen erforderlich sind, so dass nicht nur der Innenbehälter, sondern auch der Außenbehälter dünnwandiger und daher leichter gebaut werden kann.According to the invention, the inner container or inner tank with a coating or the like. Or is made of a material from which additionally a so-called rope structure or the like can be formed. For example. respectively. preferably the inner container be covered by a fabric or a knitted fabric or a net, from its thread or threads also the suspension of the inner container in the outer container Rope structure are formed. With this general or specific proposed action the load or the weight of the inner container can be practically large the suspension system of the inner container be initiated. You can in particular, more than two rope structures according to the invention can also be provided, i.e. in contrast to the usual Suspension over a only support tube can between the inner tank and the outer tank more than two implementing the suspension Connections may be provided, with those proposed for the rope structure Plastic fibers (for example) or plastic threads a low thermal conductivity distinguish, so that no significant heat transfer from the outer container to inner container to fear is. The weight of a proposed container suspension is also advantageous significantly less than with the known support tubes, in particular also because no local reinforcements or stiffeners are required, so that not only the inner container, but the outer container also has thinner walls and therefore can be built more easily.

Grundsätzlich können bei Umsetzung einer erfindungsgemäßen Aufhängung eines Innentanks in einem Außentank eines Doppel-Tanksystems somit beliebig viele Aufhängungspunkte bevorzugt an den Stellen hoher Belastung angebracht werden. Die Wandstärke des Innentanks kann wesentlich reduziert werden, da im Bereich der Aufhängungspunkte keine Verstärkungen oder Versteifungen angebracht werden müssen. Die Wandstärke und das Gewicht des Innentanks kann gegenüber dem bekannten Stand der Technik aber auch deshalb stark reduziert werden, weil die vorgeschlagene einhüllende Struktur bzw. der sog. Überzug des Innentanks, von der/dem die erfindungsgemäße Seilstruktur abgeht, hohe Kräfte aufnehmen kann. Durch Minimierung der Aufhängungsquerschnitte kann dabei der Wärmetransport über die Seilstruktur minimiert werden. Ferner kann vorteilhafterweise der Innentank lagegerecht im Außenbehälter justiert werden, wobei aufgrund der vorgeschlagenen Seilstrukturen, zumindest wenn diese geeignet platziert werden, vorteilhafte beliebige Formen des Außenbehälters und/oder Innenbehälters realisiert werden können, wobei im letztgenannten ggf. geeignete Versteifungen eingebaut sein können.Basically, when implementing a suspension according to the invention, a Inner tanks in an outer tank of a double tank system therefore any number of suspension points should preferably be placed in places of high stress. The wall thickness of the Inner tanks can be significantly reduced since there are none in the area of the suspension points reinforcements or stiffeners must be attached. The wall thickness and the weight of the inner tank can be compared to the known state of the Technology can also be greatly reduced because of the proposed enveloping Structure or the so-called coating of the inner tank from which the rope structure according to the invention originates personnel can record. By minimizing the suspension cross-sections, the heat transfer over the Rope structure can be minimized. Furthermore, the Inner tank adjusted in position in the outer container be, due to the proposed rope structures, at least if these are placed appropriately, advantageous arbitrary shapes of the outer container and / or inner container realized can be suitable stiffeners may be installed in the latter can.

Für das Gewebe oder Gestrick oder Netz bzw. für die Struktur des Innenbehälters sowie für die Seilstrukturen können bevorzugt CFK-Fasern oder GFK-Fasern und/oder andere organische oder anorganische Werkstoffe zum Einsatz kommen, wobei der Innentank bzw. Innenbehälter selbst im wesentlichen aus Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden im Verbund mit Metall-Linern aufgebaut sein kann. Diese vorgeschlagene Bauweise aus organischem oder anorganischem Werkstoff vermindert das Gewicht, und die sog. Metall-Liner, die durch Einbetten von Metallfolien, bspw. aus Zinn oder Aluminium gebildet sein können, setzen den Permeationskoeffizienten des Innenbehälters herab, so dass ein unerwünschtes Ausgasungsverhalten an dessen Oberflächen im wesentlichen verhindert wird. Dabei sei darauf hingewiesen, dass ggf. unterschiedliche Werkstoffe für den Innenbehälter und für den Außenbehälter zum Einsatz kommen können, denn schließlich kommt nur der Innentank mit dem darin aufbewahrten (bspw. kryogenen) Medium in Kontakt. Mit der vorgeschlagenen Aufhängung des Innenbehälters sind somit in der Wand des Außenbehälters keine Metall-Liner oder dgl. erforderlich, was vorteilhafterweise dessen Produktionskosten senkt.CFRP fibers or GRP fibers and / or other organic or inorganic materials can preferably be used for the fabric or knitted fabric or mesh or for the structure of the inner container and for the rope structures, the inner tank or inner container itself being essentially made of plastic -Fibers or plastic threads can be built up in combination with metal liners. This proposed construction from organic or inorganic material reduces the weight, and the so-called metal liner, by embedding can be formed from metal foils, for example from tin or aluminum, reduce the permeation coefficient of the inner container, so that undesired outgassing behavior on its surfaces is essentially prevented. It should be noted that different materials may be used for the inner container and for the outer container, because ultimately only the inner tank comes into contact with the (e.g. cryogenic) medium stored in it. With the proposed suspension of the inner container, no metal liners or the like are thus required in the wall of the outer container, which advantageously reduces its production costs.

Die beigefügte 1 zeigt quasi als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen stark vereinfachten bzw. abstrahierten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Doppel-Tanksystem, wobei mit der Bezugsziffer 1 ein Außenbehälter gekennzeichnet ist, innerhalb dessen ein Innenbehälter 2 über mehrere sog. Seilstrukturen 3 aufgehängt ist. Der Innenbehälter 2 wird von einer bspw. netzartigen Struktur gebildet bzw. eingehüllt, die aus Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden gebildet wird (worauf an späterer Stelle noch näher eingegangen wird) und aus der bzw. aus denen heraus ebenfalls die Seilstrukturen 3 gebildet sind. Es ist somit der im wesentlichen aus Kunststoff-Fasern aufgebaute Innenbehälter oder Innentank 2 mittels der vorgeschlagenen und ebenfalls aus diesen Fasern aufgebauten Seilstrukturen 3 am Außenbehälter oder Außentank 1, der aus unterschiedlichem Material gefertigt sein kann, fixiert, und zwar über nicht näher dargestellte Befestigungsvorrichtungen 4. Diese Befestigungsvorrichtungen 4 sind dabei bevorzugt so ausgebildet, dass sie eine möglichst effektive Unterbrechung einer Wärmebrücke bilden.The enclosed 1 shows quasi as a preferred embodiment, a greatly simplified or abstracted section through an inventive double tank system, with the reference number 1 an outer container is marked, within which an inner container 2 over several so-called rope structures 3 is hung. The inner container 2 is formed or encased, for example, by a net-like structure, which is formed from plastic fibers or plastic threads (which will be discussed in more detail later) and from which or also the rope structures 3 are formed. It is thus the inner container or inner tank which is essentially made of plastic fibers 2 by means of the proposed rope structures, which are also constructed from these fibers 3 on the outer container or outer tank 1 , which can be made of different material, fixed, using fastening devices, not shown 4 , These fasteners 4 are preferably designed in such a way that they form the most effective interruption of a thermal bridge.

Während die Struktur, die den Innenbehälter 2 einhüllt, durch ein Gewebe oder ein Gestrick oder ein Netz gebildet sein kann, kann dann, wenn diese Struktur den Innengehälter selbst bildet, ein Schichtlagen-Aufbau mit entsprechenden Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden unter Hinzufügung der bereits genannten Metall-Liner vorgesehen sein. Bezüglich der Seilstrukturen) 3 wird vorgeschlagen, diese durch einen gewickelten Faden oder durch ein Gestrick aus mehreren Fäden oder durch eine Kette von Fadenabschnitten zu bilden, was abstrahiert beispielhaft in den beigefügten 2, 3, 4 dargestellt ist.While the structure that the inner container 2 enveloped, can be formed by a fabric or a knitted fabric or a net, if this structure forms the inner container itself, a layered structure with corresponding plastic fibers or plastic threads can be provided with the addition of the metal liners already mentioned. Regarding the rope structures) 3 It is proposed to form this by a wound thread or by a knitted fabric made of several threads or by a chain of thread sections, which is abstracted, for example, in the attached 2 . 3 . 4 is shown.

So zeigt 2 eine schlauchförmige Struktur in Form einer Helix, die praktisch aus einem einzigen Faden gewickelt bzw. geformt sein kann. Vorteilhafterweise ist somit nur ein eine Wärmebrücke bildender Faden eingesetzt, andererseits ist es jedoch erforderlich, diesen der Länge nach mit sich selbst zu verbinden, um die geforderte Steifigkeit in diese Seilstruktur 3 zu bringen.So shows 2 a tubular structure in the form of a helix, which can practically be wound or formed from a single thread. Advantageously, therefore, only a thread forming a thermal bridge is used, on the other hand, however, it is necessary to connect this lengthwise to itself in order to achieve the required rigidity in this rope structure 3 bring to.

3 zeigt eine Seilstruktur 3, bei der Kunststoff-Fäden nach einem geeigneten Muster verstrickt sind, was im Hinblick auf die Stabilität und Festigkeit sehr vorteilhaft ist. Die Fäden sind dabei global betrachtet länger als bei der Variante nach 2 und die Herstellung ist einfacher. Es sind verschiedene Muster und Formen möglich. 3 shows a rope structure 3 , in which plastic threads are knitted according to a suitable pattern, which is very advantageous in terms of stability and strength. From a global perspective, the threads are longer than in the variant 2 and manufacturing is easier. Different patterns and shapes are possible.

4 zeigt eine Seilstruktur 3, bei der Kunststoff-Fasern zu Ketten verbunden sind, sodass hier also kein Endlosfaden, sondern einzelne Fadenabschnitte zum Einsatz kommen. Vorteilhaft ist hier besonders die mehrfache Unterbrechung der durch die Seilstruktur gebildeten Wärmebrücke sowie der geringe Querschnitt dieser Struktur. 4 shows a rope structure 3 , in which plastic fibers are linked to form chains, so that here, instead of continuous thread, individual thread sections are used. The multiple interruption of the thermal bridge formed by the rope structure and the small cross-section of this structure are particularly advantageous here.

Ein erfindungsgemäßes Doppel-Tanksystem erlaubt somit aufgrund der verringerten Notwendigkeit von Versteifungen an den beiden Behältern die Verwendung von Kunststoffmaterialien anstelle von Metallen und bietet somit ein erhebliches Potential zur Gewichtsreduzierung. Realisierbar sind diverse Formen, wobei auch Schottwände im Innentank 2 zur Versteifung vorgesehen sein können. Auch das vorgeschlagene Kunststoff-Faser-Netz oder dgl. zur Innentank-Aufhängung erlaubt diverse Designbeispiele entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck. Vorgeschlagen werden dabei mehr als zwei Aufhängungspunkte, um den Innentank 2 steif im Außentank 1 lagern zu können. Vorteilhafterweise ist dabei eine genaue Justierung möglich. Möglich ist auch das Stricken der Aufhängung in einem Stück. Eingesetzt werden können entsprechende Metall-Liner, insbesondere für die Speicherung von kalten und tiefkalten Medien, jedoch ebenso für warme und aggressive Medien.A double tank system according to the invention thus allows the use of plastic materials instead of metals due to the reduced need for stiffeners on the two containers and thus offers considerable potential for weight reduction. Various shapes are possible, including bulkheads in the inner tank 2 can be provided for stiffening. The proposed plastic-fiber net or the like for hanging the inner tank also allows various design examples according to the respective purpose. More than two suspension points are suggested around the inner tank 2 stiff in the outer tank 1 to be able to store. A precise adjustment is advantageously possible. It is also possible to knit the suspension in one piece. Appropriate metal liners can be used, especially for storing cold and cryogenic media, but also for warm and aggressive media.

Ein erfindungsgemäßes Doppel-Tanksystem zeichnet sich durch geringes Gewicht insbesondere aufgrund reduzierter Wandstärke aus, da an den Aufhängungspunkten keine Verstärkungen nötig sind. Ebenso kann der sog. Überzug bzw. die den Innenbehälter 2 einhüllende Struktur hohe Kräfte aufnehmen, wodurch die Wandstärke und damit das Gewicht stark reduziert werden können. Vorteilhafterweise sind keine metallischen Versteifungen and Punkten hoher Zugbelastungen erforderlich. Für die Seilstrukturen 3 ist ein geringer Querschnitt und damit ein geringer Wärmetransport umsetzbar, wobei eine zusätzliche Unterbrechung der Wärmebrücken und/oder lange Wärmebrücken vorgesehen sein kann/können, um die Wärmeleitung zwischen dem Außentank 1 und dem Innentank 2 herabzusetzen. Die Möglichkeit des genauen Justierens des Innenbehälters 2 erlaubt ein verwindungssicheres Aufhängen auch bei komplizierten Tankformen. Dabei ergeben sich nur geringe Produktionskosten durch bspw. Stricken oder Weben der kompletten Aufhängung und Verstärkung, da dies maschinell leicht möglich ist, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Ausführungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.A double tank system according to the invention is notable for its low weight, in particular due to the reduced wall thickness, since no reinforcements are required at the suspension points. Likewise, the so-called coating or the inner container 2 enveloping structure absorb high forces, whereby the wall thickness and thus the weight can be greatly reduced. Advantageously, no metallic stiffeners at points of high tensile loads are required. For the rope structures 3 a small cross-section and thus a low heat transfer can be implemented, whereby an additional interruption of the thermal bridges and / or long thermal bridges can be provided to increase the heat conduction between the outer tank 1 and the inner tank 2 decrease. The possibility of precise adjustment of the inner container 2 allows torsion-proof hanging even with complicated tank shapes. This results in only low production costs, for example knitting or weaving the complete suspension and reinforcement, since this is easily possible by machine, although it should also be pointed out that a large number of details can deviate from the above explanations without the content of the claims to leave.

Claims (5)

Doppel-Tanksystem, insbesondere Kryotanksystem mit einem Innenbehälter (2), der in einem Außenbehälter (1) über mehrere aus Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden gebildete Seilstrukturen (3) aufgehängt ist, die Bestandteil einer den Innenbehälter (2) einhüllenden oder bildenden Struktur sind.Double tank system, especially cryogenic tank system with an inner container ( 2 ) in an outer container ( 1 ) over several rope structures made of plastic fibers or threads ( 3 ) which is part of the inner container ( 2 ) are enveloping or forming structure. Doppel-Tanksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (2) von einem Gewebe oder einem Gestrick oder einem Netz umhüllt ist, aus dessen Faden oder Fäden auch die die Aufhängung des Innenbehälters (2) im Außenbehälter (1) bildenden Seilstruktur (3) gebildet sind.Double tank system according to claim 1, characterized in that the inner container ( 2 ) is covered by a fabric or a knitted fabric or a net, from the thread or threads of which the suspension of the inner container ( 2 ) in the outer container ( 1 ) forming rope structure ( 3 ) are formed. Doppel-Tanksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass CFK-Fasern oder GFK-Fasern und/oder andere organische oder anorganische Werkstoffe für das Gewebe oder Gestrick oder Netz sowie für die Seilstruktur (3) zum Einsatz kommen.Double tank system according to claim 1 or 2, characterized in that CFRP fibers or GRP fibers and / or other organic or inorganic materials for the woven or knitted fabric or net and for the rope structure ( 3 ) are used. Doppel-Tanksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentank (2) aus Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Fäden im Verbund mit Metall-Linern aufgebaut ist.Double tank system according to one of the preceding claims, characterized in that the inner tank ( 2 ) made of plastic fibers or plastic threads in combination with metal liners. Doppel-Tanksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilstruktur (3) durch einen gewickelten Faden oder durch ein Gestrick aus mehreren Fäden oder durch eine Kette von Fadenabschnitten gebildet ist.Double tank system according to one of the preceding claims, characterized in that the rope structure ( 3 ) is formed by a wound thread or by a knitted fabric made of several threads or by a chain of thread sections.
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