DE112005000873T5 - Vakuum-superisolierter Tank für tiefkalt verflüssigtes Gas - Google Patents
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Abstract
Ein
vakuum-superisolierter Tank für tiefkalt
verflüssigtes
Gas, wobei der Tank einen Rahmen, und
einen Tankkörper aufweist, wobei der Tankkörper aufweist:
einen Außenmantel, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist,
einen Innenbehälter, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist,
eine Vakuum-Superisolierschicht, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter ausgebildet ist, und
eine Stützanordnung, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter angeordnet ist, wobei
jedes gewölbte Ende des Innenbehälters ein entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende aufweist, welches als Vertiefung in einer Innenseite des Innenbehälters ausgebildet ist, wobei eine gewölbte Fläche jedes entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes dem jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels gegenüber angeordnet ist, und wobei
die Stützanordnung
eine Radialstütze, welche an jedem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende des Innenbehälters angeordnet ist, und
eine Längsstütze, welche zwischen einem der entgegengesetzten kleinen gewölbten Enden und dem jeweiligen gewölbten Ende des Außenmantels angeordnet ist,...
einen Tankkörper aufweist, wobei der Tankkörper aufweist:
einen Außenmantel, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist,
einen Innenbehälter, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist,
eine Vakuum-Superisolierschicht, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter ausgebildet ist, und
eine Stützanordnung, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter angeordnet ist, wobei
jedes gewölbte Ende des Innenbehälters ein entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende aufweist, welches als Vertiefung in einer Innenseite des Innenbehälters ausgebildet ist, wobei eine gewölbte Fläche jedes entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes dem jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels gegenüber angeordnet ist, und wobei
die Stützanordnung
eine Radialstütze, welche an jedem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende des Innenbehälters angeordnet ist, und
eine Längsstütze, welche zwischen einem der entgegengesetzten kleinen gewölbten Enden und dem jeweiligen gewölbten Ende des Außenmantels angeordnet ist,...
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Lagerung und zum Transport von tiefkalt verflüssigtem Gas, und insbesondere einen vakuum-superisolierten Tank, welcher als Tankwagen oder als Tankcontainer für den effizienten Transport von tiefkalt verflüssigtem Gas verwendet wird.
- BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
- Die Leistung des Kryotanks wurde durch die Vakuumpulver-Isoliertechnik, die 1910 entstand, beträchtlich gesteigert. Bis Ende der dreißiger Jahre wurde die Vakuumpulver-Isoliertechnik auf dem gesamten Gebiet der Kryotechnik viel genutzt, wobei die Luftzerlegungstechnik und die Verflüssigungstechnik typische Beispiele dafür sind. Zu Beginn der späten fünfziger Jahre entwickelte sich die Mehrschichten-Vakuum-Superisoliertechnik, die einen entscheidenden Schritt in der Geschichte der Tieftemperatur-Isoliertechnik markierte. Besonders bis Ende der fünfziger Jahre stieg der Verbrauch von Flüssigwasserstoff und flüssigem Helium mit Entwicklung der Raumfahrttechnik, die die Forschung und Praxis der Mehrschichten-Vakuum-Superisoliertechnik anregte, stark an, wobei der Tankwagen und der Tankcontainer für tiefkalt verflüssigtes Gas die Hauptprodukte bildeten.
- Auf dem Gebiet der Kryotechnik versteht man unter tiefkalt verflüssigtem Gas Gas im flüssigen Zustand mit einer Temperatur unter –160° C, wie Flüssigsauerstoff, Flüssigstickstoff, Flüssigargon, Flüssigwasserstoff, flüssiges Helium, flüssiges Methan und Flüssigerdgas (LNG), etc. Da das Volumen der oben genannten Gase im flüssigen Zustand auf weniger als ein Sechshundertstel des Volumens im gasförmigen Zustand schrumpft, werden die oben angeführten Gase häufig im flüssigen Zustand transportiert. Die Anlagen für den Transport von tiefkalt verflüssigtem Gas weisen Tankwagen und Tankcontainer, etc. auf. Der Tank ist mit einer doppelschichtigen Konstruktion ausgebildet, wobei eine Vakuumzwischenschicht zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel angeordnet ist, wobei der Innenbehälter und der Außenmantel über eine Stützkonstruktion miteinander verbunden sind. Um den Transportvorschriften nachzukommen, sollten alle Transportanlagen (wie Tankwagen, Tankcontainer, etc.) die Grenze für die maximale Baugröße einhalten, wobei innerhalb dieser Grenze das Nutzvolumen für die Fracht durch die Dicke der Vakuumschicht bestimmt ist.
- Vakuumpulver-isolierte Tankwagen und vakuumpulver-isolierte Tankcontainer sind gegenwärtig als kryogene Transportanlagen weit verbreitet.
1 stellt die Hauptkonstruktion einer Transportanlage10 gemäß dem Stand der Technik dar, welche aufweist: einen Außenmantel1 , einen Innenbehälter2 , eine Isolieranordnung3 , mehrere radiale Stützen4 und eine vordere und eine hintere Längsstütze15 und16 , wobei die vordere und hintere Längsstütze15 ,16 zwischen dem Außenmantel1 und dem Innenbehälter2 angeordnet sind, und eine starre Anordnung6 . Eine Vakuum-Superisolierschicht8 ist zwischen dem Innenbehälter2 und dem Außenmantel1 ausgebildet, wobei der Vakuum-Superisolierschicht8 Materialien wie etwa Perlit zum Zweck der Wärmedämmung beigemischt sein können. Damit die Wärmedämmung eine zufriedenstellende Wirkung erzielt, muss die Vakuumschicht8 eine große Dicke aufweisen, wobei die Dicke häufig in einem Bereich zwischen 200 und 300 mm liegt. Allerdings bleibt das Nutzvolumen einer derartigen Anlage nicht erhalten und setzt sich der Perlit während des Transports allmählich ab, wodurch die Leistungsfähigkeit der Wärmedämmung beeinträchtigt wird. Deshalb wurde die Mehrschichten-Isoliertechnik entwickelt und ihre praktische Anwendung vor allem auf dem Gebiet der Anlagen für den Transport von tiefkalt verflüssigtem Gas verbessert. - Gemäß der Mehrschichten-Isoliertechnik sind in der oben genannten Transportanlage
10 wärmedämmende Materialien um die Außenseite des Innenbehälters2 gewickelt und wird die Isolierschicht durch Aufpumpen der Vakuumzwischenschicht ausgebildet, wobei die Vakuumzwischenschicht mehrere Schichten aus wärmedämmenden Materialien im vakuum-superisolierten Zustand aufweist. Je dünner die Vakuumzwischenschicht ist, desto mehr Fracht kann der Tank aufnehmen und transportieren. Es besteht jedoch das Problem, dass es umso schwieriger ist, die Stützkonstruktion zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel einzupassen, je dünner die Isolierschicht ist, und je dünner die Isolierschicht ist, umso geringer ist die Höhe des Vakuums und umso mehr Wärme wird folglich vom Innenbehälter zum Außenmantel übertragen. - Gegenwärtig muss gemäß der meisten Mehrschicht-Isoliertechniken, die etwa das chinesische Patent
ZL 00249960.6 ZL 01272605.2 - Tatsächlich sollte die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel angeordnete Stützkonstruktion nicht nur die Last der Flüssigkeit, das Gewicht des Tanks und die durch Stoßbeschleunigung verursachte Kraft aushalten, sondern auch, soweit möglich, den von der Stützkonstruktion selbstverursachten Wärmeverlust reduzieren, weswegen die bauliche Ausführung der Stützkonstruktion des Kryotanks von zentraler Bedeutung ist. In der oben genannten Transportanlage weist die Stützkonstruktion die radiale Stütze
4 , die vordere Längsstütze15 und die hintere Längsstütze16 auf. Zum Beispiel weist die hintere Längsstütze16 eine Verstärkungsplatte23 und ein Stützrohr24 aus Stahl für den Innenbehälter, einen Isolierstützring26 und einen Haltering25 für den Isolierstützring26 , ein Stützrohr32 aus Stahl für den Außenmantel und eine Verstärkungsrippe33 auf. Das Stützrohr24 aus Stahl für den Innenbehälter ist durch die Verstärkungsplatte23 hindurch mit der Außenfläche des hinteren gewölbten Endes des Innenbehälters2 zusammengeschweißt, und das Stützrohr32 aus Stahl für den Außenmantel ist mit der Innenfläche des hinteren gewölbten Endes des Außenmantels1 zusammengeschweißt. Das Stützrohr24 aus Stahl für den Innenbehälter wird vom Stützrohr32 aus Stahl für den Außenmantel durch den Isolierstützring26 und den Haltering25 hindurch festgehalten. Die starre Anordnung6 weist einen Isolierfüllklotz28 , eine Innenmutter27 und eine Druckmutter29 für den Isolier-Füllklotz28 , einen stützenden Achsnagel30 und einen Stützdeckel31 auf. Die starre Anordnung6 ist mit dem Stützrohr24 aus Stahl durch die Innenmutter27 verbunden, die Druckmutter29 ist mit dem Stützdeckel31 zusammengeschweißt, wobei der Stützdeckel31 mit dem Stützrohr32 aus Stahl für den Außenmantel zusammengeschweißt ist. Es liegt auf der Hand, dass die Konstruktion des obengenannten Füllklotzes, welche zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel angeordnet ist, weder effektiv das Problem lösen kann, dass der Wärmeverlust über die Stützkonstruktion aufgrund des engen Spalts, welcher zwischen der Vielzahl von Vakuum-Superisolierschichten ausgebildet ist, sehr hoch ist, noch effektiv das Problem lösen kann, dass die Vielzahl von Vakuum-Superisolierschichten durch die Wärmeausdehnung und die Kälteschrumpfung des Innenbehälters beschädigt oder gebrochen werden. Zweitens ist es sehr schwierig, das Futterrohr aus rostfreiem Edelstahl, welches zwischen den gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels angeordnet ist, herzustellen. Schließlich ist der Abstand zwischen den gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels groß und die Schlagzähigkeit gering. - Eine andere Stützkonstruktion des Kryocontainers wird als „Aufhänge"-Konstruktion bezeichnet, wobei sich mit dieser „Aufhänge"-Konstruktion jedoch nicht effektiv das Problem überwinden lässt, dass die Schlagzähigkeit aufgrund von Wärmeausdehnung und Kälteschrumpfung nachlässt. Erhöht man die Tragfähigkeit der Aufhängung aus rostfreiem Edelstahl, so wird auch der Wärmeübergang zunehmen, wodurch die Verdampfungsverluste des Kryocontainers zunehmen und die Lagerausnutzung von tiefkalter Flüssigkeit abnimmt.
- Das chinesische Patent
ZL 00216678.X 40 , wie in2 gezeigt, welche starke Schlageinwirkung auf den Kryocontainer aushält. Die Stützkonstruktion40 weist eine radiale Stütze, welche an der Innenfläche des Außenmantels jedes Endes des Kryocontainers bereitgestellt wird, und eine Längsstütze, welche an einem Ende des Kryocontainers bereitgestellt wird, während das andere Ende frei ist, auf. Die radiale Stütze weist einen radialen Stützring41 , ein Stützrohr42 für den Außenmantel und eine Verstärkungsrippe43 auf. Ein Ende des Stützrohrs51 des Innenbehälters ist in der Mitte der Außenfläche jedes gewölbten Endes des Innenbehälters50 angeschweißt, und das andere Ende ist in den radialen Stützring41 eingesetzt. Das Stützrohr42 , die Verstärkungsrippe43 und der Außenmantel44 sind miteinander verbunden. Die Längsstütze weist eine längslaufende Standschiene45 , eine längslaufende Stützplatte47 , welche mit dem Stützrohr51 durch einen Schraubstutzen verbunden ist und durch Verschweißung positioniert ist, eine glasfaserverstärkte Kunststoffstützplatte46 , welche an jedes Ende der längslaufenden Stützplatte47 anmontiert ist, eine Druckleiste48 , welche mit der längslaufenden Stützplatte47 zusammenwirkt, um die glasfaserverstärkte Kunststoffstützplatte46 fest zusammenzudrücken, und ein Übergangsstück49 auf, wobei die längslaufende Standschiene45 über das Übergangstück49 mit dem gewölbten Ende des Außenmantels44 zusammengeschweißt ist. In der obengenannten Stützkonstruktion muss ein größerer Abstand zwischen den gewölbten Enden gelassen werden, da jedes Ende des Kryocontainers sowohl mit je einer radialen Stütze als auch mit einer Längsstütze bereitgestellt wird, wodurch beim Übergang von normaler Temperatur zu niedriger Temperatur die Stoßfestigkeit nachlässt und sich der Kontaktabstand vergrößert. - Mit der Entwicklung des Lager- oder Transporttanks für tiefkalt verflüssigtes Gas hat man sich zum Ziel gesetzt, das Nutzvolumen für tiefkalt verflüssigtes Gas und die Stoßfestigkeit innerhalb der begrenzten Baugröße zu erhöhen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft dementsprechend einen vakuum-superisolierten Tank für tiefkalt verflüssigtes Gas, wobei der vakuum-superisolierte Tank mit einem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende, welches in der Mitte des gewölbten Endes des Innenbehälters ausgebildet ist, bereitgestellt wird, und wobei der vakuum-superisolierte Tank eine zusammengesetzte Stützanordnung, welche in dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende und zwischen den gewölbten Enden des Außenmantels und des Innenbehälters angeordnet ist, aufweist, wobei die zusammengesetzte Stützanordnung gleichzeitig die Radialkraft und die Längskraft aushält, wodurch eines oder mehrere der Probleme, die aufgrund der Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik auftreten, vermieden werden.
- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Tank bereitgestellt wird, bei dem sich die hervorragende Isolierleistung aufrecht erhalten lässt, wobei gleichzeitig die Dicke der Isolierschicht reduziert wird, um das Nutzvolumen des Tanks zu erhöhen.
- Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und dem Fachmann zum Teil aus der folgenden Beschreibung ersichtlich oder werden bei Anwendung der Erfindung ersichtlich. Diese und andere Vorteile der Erfindung lassen sich durch die Konstruktion, die insbesondere in der Beschreibung und den Patentansprüchen der Erfindung ebenso wie in den Figuren dargelegt wird, umsetzen und erreichen.
- Um diese und andere Vorteile zu erreichen und gemäß dem hier enthaltenen und ausführlichen beschriebenem Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist ein vakuum-superisolierter Tank für tiefkalt verflüssigtes Gas einen Rahmen und einen Tankkörper auf, wobei der Tankkörper einen Außenmantel, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist, einen Innenbehälter, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist, eine zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter ausgebildete Vakuum-Superisolierschicht und eine Stützanordnung, welche den Außenmantel mit dem Innenbehälter verbindet, aufweist, wobei jedes gewölbte Ende des Innenbehälters ein entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende, welches als Vertiefung in einer Innenseite des Innenbehälters ausgebildet ist, aufweist, wobei eine gewölbte Fläche jedes entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes dem jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels gegenüber angeordnet ist, und wobei die Stützanordnung eine radiale Stütze, welche an jedem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende des Innenbehälters angeordnet ist, und eine Längsstütze, welche zwischen einem der entgegengesetzten kleinen gewölbten Enden und dem jeweiligen gewölbten Ende des Außenmantels angeordnet ist, aufweist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zusammengesetzte Stützanordnung ausschließlich zwischen dem inneren und dem äußeren gewölbten Ende an beiden Enden des Tanks bereitgestellt und steht die radiale Stütze nicht direkt mit dem Außenmantel in Verbindung, wodurch die wärmeleitende Fläche der Stütze, welche zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel angeordnet ist, reduziert wird und dadurch eine bessere Isolierleistung erzielt wird. Gleichzeitig lässt sich aufgrund des Fehlens der radialen Stütze im geraden Teil die Vakuum-Superisolierschicht, welche zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel angeordnet ist, bis auf 50mm reduzieren, wodurch sich das Nutzvolumen des Innenbehälters und die Frachtauslastung erhöhen.
- Weiterhin weist der Außenmantel des Tanks gemäß der vorliegenden Erfindung zwei gewölbte Enden, einen Zylinder und eine Vielzahl von Verstärkungsringen auf. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden die Verstärkungsringe an der Außenseite des Außenmantels bereitgestellt, wodurch weniger Material für den Außenmantel verbraucht werden muss und der Außenmantel weniger wiegt und kostengünstiger ist, wobei jedoch die Vorbedingung, dass der Außenmantel den selben Innendurchmesser aufweisen muss und dass die Verstärkungsringe die selbe Größe aufweisen müssen, erfüllt ist. Gleichzeitig fungiert der Verstärkungsring auch als Schutz für den Außenmantel. Die gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels (im Folgenden als innere und äußere gewölbte Enden bezeichnet) sind in entgegengesetzter Richtung angeordnet und der Innenbehälter ist mit mehreren Schichten aus wärmeisolierendem Material umwickelt. Der Innenbehälter ist über die zusammengesetzte Stützanordnung, welche an beiden Enden zwischen dem jeweiligen inneren und äußeren gewölbten Ende angeordnet ist, mit dem Außenmantel verbunden, wobei die zusammengesetzte Stützanordnung gleichzeitig die Kraft in Radialrichtung und die Kraft in Längsrichtung aushält. Da die gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, kann die zusammengesetzte Stützanordnung an der Innenseite des inneren gewölbten Endes bereitgestellt werden, wodurch der Abstand zwischen dem inneren und äußeren gewölbten Ende kleiner wird. Dadurch erhält der Innenbehälter bei gleichbleibender Größe des Außenmantels ein größeres Nutzvolumen.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine vakuum-superisolierte innere Stützanordnung mit mehreren Isolierschichten, welche eine sehr gute Stoßfestigkeit und Wärmedämmfähigkeit aufweist, bereit. Demzufolge genügen die Stoßfestigkeit der Lager- oder Transportanlage für tiefkalt verflüssigtes Gas und die Temperaturwechselbeständigkeit angesichts der Temperaturschwankung der Fracht der Anforderung an die Lagerung und den Transport von tiefkalt verflüssigtem Gas. Weiterhin ist die Vakuum-Superisolierschicht, welche zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel des Kryotanks angeordnet ist, sehr dünn, wodurch sich schlussendlich die größtmögliche Frachtauslastung für tiefkalt verflüssigtes Gas erreichen lässt.
- Es soll betont werden, dass die vorangehende allgemeine Beschreibung und die nachfolgende ausführliche Beschreibung modellhaft und erläuternd sind und dafür vorgesehen sind, als weitere Erläuterung der in den Patentansprüchen beschriebenen Erfindung zu dienen.
- KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
- Die zum besseren Verständnis der Erfindung beigefügten Figuren, die in der Ausführung enthalten sind und einen Teil der Ausführung ausmachen, stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar und dienen, gemeinsam mit der Beschreibung, dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
- In den Figuren zeigt:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Tanks für tiefkalt verflüssigtes Gas gemäß dem Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung einer stoßfesten Stützanordnung, wobei die Stützanordnung in einem Kryocontainer gemäß dem Stand der Technik angebracht ist, -
3 eine perspektivische Darstellung einer Mehrschichten-Vakuum-Superisolierung für tiefkalt verflüssigtes Gas gemäß der vorliegenden Erfindung, -
4 eine schematische Längsschnittdarstellung des in3 dargestellten Tanks, -
5 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten gewölbten Endes des in3 dargestellten Tanks, -
6 eine perspektivische Schnittdarstellung eines zweiten gewölbten Endes des in3 dargestellten Tanks. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen, von denen Beispiele in den beigefügten Figuren dargestellt sind, ausführlich beschrieben.
-
3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Mehrschichten-Vakuum-Superisolierung für tiefkalt verflüssigtes Gas gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in3 gezeigt, weist der Tank einen Rahmen101 und einen Tankkörper102 auf, wobei der Rahmen101 und der Tankkörper102 auf spezifische Weise zusammengeschweißt sind. Im Fall eines Tankwagens betrifft der Rahmen101 die Konstruktion, mit der der Tankkörper102 am Fahrzeugchassis befestigt ist, im Fall eines Tankcontainers betrifft der Rahmen die Konstruktion, mit der der Tankkörper102 an der dafür vorgesehenen Fläche des Containers befestigt ist. Weiterhin wird eine Vielzahl von Verstärkungsringen103 an der Außenfläche des Tanks bereitgestellt. -
4 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung des in3 gezeigten Tanks. Gemäß4 weist der Tankkörper102 einen Außenmantel110 auf, welcher einen Zylinder111 , ein erstes gewölbtes Ende112 und ein zweites gewölbtes Ende113 aufweist, wobei das erste gewölbte Ende112 und das zweite gewölbte Ende113 den Zylinder111 jeweils an zwei Enden verschließen, und wobei der Tankkörper102 weiterhin einen Innenbehälter120 aufweist, welcher innerhalb des Außenmantels110 angeordnet ist, wobei der Innenbehälter120 einen Zylinder121 , ein erstes gewölbtes Ende122 und ein zweites gewölbtes Ende123 aufweist, wobei das erste gewölbte Ende122 und das zweite gewölbte Ende123 den Zylinder121 jeweils an zwei Enden verschließen. Eine Vakuum-Superisolierschicht104 ist zwischen dem Außenmantel110 und dem Innenbehälter120 ausgebildet, wobei die Vakuum-Superisolierschicht mehrere Schichten Isoliermaterial105 , welche um die Außenfläche des Innenbehälters gewickelt sind, aufweist. - Gemäß
4 und5 , zeigt5 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten gewölbten Endes des in3 dargestellten Tanks. Insbesondere weist das erste gewölbte Ende122 des Innenbehälters120 einen ersten Grundkörper1221 , ein erstes entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende1222 , welches in der Mitte des ersten Grundkörpers1221 als Vertiefung, welche in den Innenbehälter120 hineinragt, ausgebildet ist, was bedeutet, dass die gewölbte Fläche des ersten entgegengesetzten gewölbten Endes1222 folglich der gewölbten Fläche des entsprechenden gewölbten Endes112 des Außenmantels110 gegenüber angeordnet ist, und einen ersten Übergangsteil1223 , welcher zwischen dem ersten entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende1222 und dem ersten Grundkörper1221 angeschweißt ist, wobei der erste Grundkörper1221 eine Arrondierkonstruktion ausbildet und die Innenspannung des Innenbehälters120 reduziert, auf. Zusätzlich kann weiterhin eine Vielzahl von Verstärkungsrippen1224 an der Innenseite des gewölbten Endes122 des Innenbehälters120 bereitgestellt werden, um die Stoßfestigkeit zu erhöhen. Ebenso weist, gemäß den4 und6 , das zweite gewölbte Ende123 des Innenbehälters120 einen zweiten Grundkörper1231 , ein zweites entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende1232 , welches in der Mitte des zweiten Grundkörpers1231 als Vertiefung, welche in den Innenbehälter120 hineinragt, ausgebildet ist, was bedeutet, dass die gewölbte Fläche des zweiten entgegengesetzten Endes1232 folglich der gewölbten Fläche des entsprechenden gewölbten Endes113 des Außenmantels110 gegenüber angeordnet ist, und einen zweiten Übergangsteil1233 , welcher zwischen dem zweiten entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende1232 und dem zweiten Grundkörper1231 angeschweißt ist, wobei der Grundkörper1231 eine Arrondierkonstruktion ausbildet und die Innenspannung des Innenbehälters120 reduziert, auf. Zusätzlich kann weiterhin eine Vielzahl von Verstärkungsrippen1234 an der Innenseite des gewölbten Endes123 des Innenbehälters120 bereitgestellt werden, um die Stoßfestigkeit zu erhöhen. - Damit eine ausreichende Stärke gewährleistet ist, weist das erste gewölbte Ende
112 des Außenmantels110 weiterhin einen Grundkörper1121 , eine Verstärkungsplatte1122 , welche in der Mitte des Grundkörpers1121 ausgebildet ist, und ein Verstärkungsrohr1123 , welches mit der Verstärkungsplatte1122 verbunden ist, auf, wobei weiterhin eine Verstärkungsplatte1124 auf dem Verstärkungsrohr1123 bereitgestellt wird, welche die Konstruktion festigt. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Verstärkungsrippen1126 an der Innenseite des ersten gewölbten Endes112 bereitgestellt, um die Stärke des ersten gewölbten Endes112 zu erhöhen. Um der Anforderung an die Montage zu genügen, weist das zweite gewölbte Ende113 des Außenmantels110 einen Grundkörper1131 , ein Stützrohr1132 , welches von innen an der Mitte des Grundkörpers1131 anmontiert ist, eine Verstärkungsplatte1133 , welche in der Mitte des Grundkörpers1131 ausgebildet ist und mit dem Stützrohr1132 verbunden ist, und ein Verstärkungsrohr1134 , welches mit der Verstärkungsplatte1133 verbunden ist und das Stützrohr1132 umgibt, auf, wobei auf dem Stützrohr1132 eine Verstärkungsplatte1135 bereitgestellt wird, welche die Festigkeit der Konstruktion erhöht, und weist das zweite gewölbte Ende113 des Außenmantels110 eine Vielzahl von Verstärkungsrippen1136 , welche an der Innenseite des zweiten gewölbten Endes113 bereitgestellt werden, auf. Dabei kann in der vorliegenden Erfindung der Abstand, der zwischen dem gewölbten Ende des Außenmantels und dem gewölbten Ende des Innenbehälters besteht, vorteilhaft für die Anordnung einer zusammengesetzten Stützanordnung genutzt werden. - Gemäß
4 weist die zusammengesetzte Stützanordnung jeweils separat eine radiale Stütze und eine Längsstütze auf. Die radiale Stütze weist eine erste radiale Stütze210 , welche mit dem ersten gewölbten Ende122 des Innenbehälters120 zusammenwirkt, und eine zweite radiale Stütze220 , welche mit dem zweiten gewölbten Ende123 des Innenbehälters120 zusammenwirkt, auf. Die erste/zweite radiale Stütze210 /220 weist jeweils einen auf ihrer Innenseite fixierten Ring2101 /2201 , einen auf ihrer Außenseite fixierten Ring2102 /2202 und diesen entsprechend eine erste/zweite radiale Stützplatte2103 /2203 auf. Der auf der Innenseite der radialen Stütze210 /220 fixierte Ring2101 /2201 und der auf der Außenseite der radialen Stütze210 /220 fixierte Ring2102 /2202 wiederum sind in den vordefinierten Positionen an der Innenseite des Übergangsteils1223 /1233 oder des entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes1222 /1232 fixiert, und die radiale Stützplatte2103 /2203 ist zwischen dem auf der Innenseite der radialen Stütze210 /220 fixierten Ring2101 /2201 und dem auf der Außenseite der radialen Stütze210 /220 fixierten Ring2102 /2202 eingespannt und wirkt eng mit dem Übergangsrohr1223 /1233 oder dem entgegengesetzten gewölbten Ende1222 /1232 zusammen. Da das gewölbte Ende des Innenbehälters eine Arrondierkonstruktion aufweist, ist es offensichtlich, dass das Bogenmaß vom Übergangsteil bis hin zum entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende graduell kleiner wird, das heißt, dass der Spalt zwischen der radialen Stützplatte und dem gewölbten Ende sich selbst regulieren kann. Dadurch können bei der Umwandlung vom Normaltemperaturzustand in den Tieftemperaturzustand die erste und zweite radiale Stützplatte immer noch eng mit dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende oder dem Übergangsteil in Eingriff stehen, ohne dass zwischen der ersten und zweiten radialen Stützplatte und dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende oder dem Übergangsteil ein Spalt besteht, obwohl thermische Ausdehnung und Kälteschrumpfung auf den Innenbehälter120 einwirken. Noch wesentlicher ist, dass, da die radiale Stütze direkt am gewölbten Ende des Innenbehälters bereitgestellt wird, die Vakuum-Superisolierschicht, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel ausgebildet ist, bis auf 50mm reduziert werden kann, wodurch sich das Nutzvolumen des Innenbehälters weiter erhöht. - Weiterhin wird die Längsstütze
230 zwischen dem ersten gewölbten Ende112 des Außenmantels und dem ersten gewölbten Ende122 des Innenbehälters bereitgestellt und verläuft durch die erste radiale Stützplatte2103 hindurch. Die Längsstütze230 weist ein Stützrohr2301 , welches auf der Verstärkungsplatte1122 des Außenmantels110 anmontiert ist, auf, wobei auf der Innenseite des Stützrohrs2301 ein Vorsprung2302 für die Beabstandung bereitgestellt wird, und die Längsstütze230 weist eine Stützachse2303 , welche in der Mitte des entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes1222 anmontiert ist und sich bis zum Stützrohr2301 erstreckt, ein Verriegelungselement2304 , welches am Ende der Stützachse2303 bereitgestellt wird, einen ersten Zylinder2305 , welcher zwischen dem Verriegelungselement2304 und dem Vorsprung2302 eingeschlossen ist, einen zweiten Zylinder2306 , welcher zwischen dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende2222 und dem Vorsprung2302 des Stützrohrs eingeschlossen ist, auf. Das Verstärkungsrohr1123 und die Verstärkungsplatte1124 des Verstärkungsrohres1123 umgeben das Stützrohr2301 , um auf diese Weise die Konstruktion des Stützrohrs2301 zu festigen. Infolgedessen drückt die nach links und nach rechts wirkende Längskraft, welche vom Innenbehälter120 und von der Fracht verursacht wird, während der Tank100 in Bewegung ist, den zweiten und den ersten Zylinder zusammen und wird dann durch das Stützrohr zum Außenmantel übertragen. Unter Nutzung der Finite-Elemente-Struktur und von Thermoanalyse-Software wird die innere Stützanordnung, welche der Anforderung, die der Wärmeverlust und die Spannung stellen, unter Erzielen der größtmöglichen Transportkapazität genügt, in beherrschter Fertigung konstruiert, wobei der Abstand zwischen den ersten gewölbten Enden, welche mit Längsstützen bereitgestellt werden, ausschließlich die Anforderung an die Montage erfüllen sollte, was mittels der inneren Stützanordnung, die sich gut in die Anordnung für die Mehrschichten-Vakuum-Superisolierung einpassen lässt, tatsächlich erreicht wird. - In der vorliegenden Erfindung, die am Ende mit der Längsstütze bereitgestellt wird, bestimmen die Flüssigkeitsdichtung des Rohrs, durch welches Flüssigkeit oder Gas geleitet, wird und der Spalt, der notwendig ist, um die Wirkung der Wärmeausdehnung und der Kälteschrumpfung zu kompensieren, den Abstand, der zwischen den gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels für die Übertragung von Längskraft besteht, wobei der Spalt beispielsweise etwa 300mm aufweisen kann. Um die Festigkeit des Stützrohrs zu erhöhen, kann das Stützrohr zusätzlich mit einer Verstärkungskonstruktion bereitgestellt werden.
- Die erste radiale Stütze
210 hält gemeinsam mit der zweiten radialen Stütze220 die Radialkraft aus, welche der Innenbehälter120 und das transportierte Medium verursachen. Die Außenkreise der Stützplatten2103 ,2203 gehen mit den gewölbten Enden122 ,123 an den Teilen, welche in den Innenbehälter120 hineinreichen, eine Verbindung ein, was für die Anordnung der Längsstütze und für die Reduktion des von der Längsstütze verursachten Wärmeverlusts von Vorteil ist. Die Innenkreise der Stützplatten2103 ,2203 stehen mit den Stützrohren2301 ,1132 in Eingriff, wobei die Stützrohre2301 ,1132 an die gewölbten Enden112 ,113 des Außenmantels110 anmontiert sind, wodurch die Radialkraft ausbalanciert wird und die Verlässlichkeit der Stützanordnung erhöht wird. Gleichzeitig wird eine gute Isolierleistung erzielt; als längslaufende Wärmeleitfläche, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel ausgebildet ist, dient ausschließlich die Fläche der inneren Stützanordnung, auf die die Oberflächenspannung einwirkt, und die Wärme wird durch Abstrahlung auf andere Flächen des Behälters übertragen, wodurch das Problem des Wärmeverlusts der Längsstütze, das gemäß dem Stand der Technik auftritt, erfolgreich überwunden wird. Da der Abstand, der zwischen den inneren und äußeren gewölbten Enden besteht, klein ist, erhöht sich weiterhin gleichzeitig das Nutzvolumen für die Fracht. Die Stützplatte der vorliegenden Erfindung ist aus glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Die Finite-Elemente-Analyse und Prüfversuche ermöglichen es, den Spalt am Innenring und am Außenring so zu konstruieren, dass er sich selbst reguliert und sich bei der Umwandlung vom Normaltemperaturzustand in den Tieftemperaturzustand geringfügig verändert, wodurch die Stoßfestigkeit der Konstruktion in radialer Richtung erhöht wird und die Montage und die Regulierung des Spalts bei Normaltemperatur erleichtert wird. - Weiterhin werden in der vorliegende Erfindung die vorteilhaften Eigenschaften von glasfaserverstärktem Kunststoff genutzt, die darin bestehen, dass der Quotient aus Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeitskoeffizient größer ist als der Wärmeübergangswiderstand, wodurch die Fähigkeit der Stützanordnung, die Radialkraft auszuhalten und den Wärmeverlust zu reduzieren, verbessert wird, wobei dadurch das schwierige Problem gelöst wird, dass sich gemäß dem Stand der Technik die Ausdehnung des Spalts bei Kälte nachteilig auf die Stoßfestigkeit auswirkt. Der Teil, an dem das gewölbte Ende des Innenbehälters in den Innenbehälter hineinragt, verlängert den Zylinder aus glasfaserverstärktem Kunststoff in Längsrichtung, wodurch sich der Wärmeverlust der Längsstütze reduziert und das Problem gelöst wird, dass es gemäß dem Stand der Technik unmöglich ist, den Wärmeverlust über die Stützanordnung in Längsrichtung zu steuern. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass das größtmögliche Volumen für die Aufnahme von Flüssigkeit innerhalb der Grenzen der Baugröße bereitgestellt wird, so dass der Widerspruch zwischen innerer Spannung und Wärmeisolierung überwunden ist.
- Der Tank der vorliegenden Erfindung lässt sich sehr zweckmäßig zusammenbauen. Zuerst wird das zweite gewölbte Ende
113 mit dem Zylinder111 zusammengeschweißt, so dass das zweite gewölbte Ende113 und der Zylinder111 einen zusammengesetzten Teil bilden. Als nächstes werden das erste gewölbte Ende122 , das zweite gewölbte Ende123 und der Zylinder121 zusammengeschweißt, so dass das erste gewölbte Ende122 , das zweite gewölbte Ende123 und der Zylinder121 den Innenbehälter120 bilden. Dann werden mehrere Schichten aus wärmeisolierendem Material um die Außenfläche des Innenbehälters120 gewickelt. Während der Montage werden zuerst die zweite radiale Stützplatte2203 und der an der Innenseite der zweiten radialen Stützplatte2203 fixierte Ring2201 in den Innenbehälter120 eingesetzt, dann wird der an der Außenseite der zweiten radialen Stützplatte2203 fixierte Ring2202 eingesetzt und wird der Innenkreis des an der Außenseite der zweiten radialen Stützplatte2203 fixierten Rings2202 mit einem speziellen Werkzeug fest zusammengedrückt, und dann wird der an der Außenseite der zweiten radialen Stützplatte2203 fixierte Ring2202 mit dem zweiten Übergangsteil des Innenbehälters120 zusammengeschweißt, so dass der an der Außenseite der zweiten radialen Stützplatte2203 fixierte Ring2202 eine Eckverbindung mit dem zweiten Übergangsteil des Innenbehälters120 bereitstellt, so dass der zusammengesetzte Teil des Außenmantels unter der Führung eines horizontalen Rohrs für den Montagevorgang zweckmäßig so angeordnet wird, dass er die zweite radiale Stützplatte2203 umschließt. Als nächstes werden die erste radiale Stützplatte2103 und der an der Innenseite der ersten radialen Stützplatte2103 fixierte Ring2101 in den Innenbehälter120 eingesetzt, dann wird der an der Außenseite der ersten radialen Stützplatte2103 fixierte Ring2102 eingesetzt und wird der Innenkreis des an der Außenseite der ersten radialen Stützplatte2103 fixierten Rings2102 mit einem speziellen Hilfsmittel fest zusammengedrückt, und wird der an der Außenseite der ersten radialen Stützplatte2103 fixierte Ring2102 mit dem ersten Übergangsteil zusammengeschweißt, so dass der an der Außenseite der ersten radialen Stützplatte2103 fixierte Ring2102 eine Eckverbindung mit dem ersten Übergangsteil bereitstellt, dann wird der zweite Zylinder2306 auf der Stützachse2303 angebracht; zuletzt wird das erste gewölbte Ende122 des Außenmantels110 so angeordnet, dass es die erste radiale Platte2103 umschließt, wobei das erste gewölbte Ende112 mit dem zusammengesetzten Teil des Außenmantels zusammengeschweißt wird. Im folgenden Schritt wird der erste Zylinder2305 in das Stützrohr2301 eingebracht und auf der Stützachse2303 mit einem Verriegelungselement2304 eingeschlossen, so dass der erste Zylinder2305 und der zweite Klotz2306 zusammengedrückt werden, wobei das Verriegelungselement2304 mit der Stützachse2303 zusammengeschweißt wird, so dass das Verriegelungselement2304 mit der Stützachse2303 eine Eckverbindung bereitstellt, so dass die Montage der zusammengesetzten Stützanordnung realisiert wird. Zuletzt wird die erste Verschlussplatte1125 mit der ersten Verstärkungsplatte1122 zusammengeschweißt, so dass die erste Verschlussplatte1125 mit der ersten Verstärkungsplatte1122 eine Eckverbindung bereitstellt, und wird die zweite Verstärkungsplatte1133 mit der zweiten Verschlussplatte1137 zusammengeschweißt, so dass die zweite Verstärkungsplatte1133 mit der zweiten Verschlussplatte1137 eine Eckverbindung bereitstellt, so dass der Tank baugerecht geformt wird. Unter Verwendung einer Vakuumpumpe wird die Vakuum-Superisolierschicht104 zwischen dem Außenmantel110 und dem Innenbehälter120 ausgebildet. Dann werden die Verstärkungsringe103 des Außenmantels110 auf der Außenfläche des Außenmantels110 angeschweißt. - In dem Fachmann geläufiger Weise lassen sich verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung durchführen. Die vorliegende Erfindung ist demzufolge dafür vorgesehen, Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abzudecken, sofern diese Modifikationen und Variationen vom Schutzbereich der abhängigen Ansprüche und deren Äquivalenten eingeschlossen sind.
- Zusammenfassung
- Ein vakuum-superisolierter Tank für tiefkalt verflüssigtes Gas weist einen Rahmen und einen Tankkörper auf, wobei der Tankkörper einen Außenmantel, einen Innenbehälter und eine Stützanordnung, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter angeordnet ist, aufweist. Die Stützanordnung wird ausschließlich zwischen den gewölbten Enden des Außenmantels und des Innenbehälters an jedem Ende des Tanks bereitgestellt, welche die Kraft sowohl in radialer Richtung als auch in Längsrichtung aushalten können. Die Wärmeleitfläche, welche zwischen dem Innenbehälter und dem Außenmantel ausgebildet ist, ist dementsprechend klein, wobei jedoch die Stützkonstruktion schwere Belastung aushalten kann und das Nutzvolumen des Innenbehälters für die Fracht groß ist.
Claims (16)
- Ein vakuum-superisolierter Tank für tiefkalt verflüssigtes Gas, wobei der Tank einen Rahmen, und einen Tankkörper aufweist, wobei der Tankkörper aufweist: einen Außenmantel, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist, einen Innenbehälter, welcher einen Zylinder und zwei gewölbte Enden aufweist, eine Vakuum-Superisolierschicht, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter ausgebildet ist, und eine Stützanordnung, welche zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter angeordnet ist, wobei jedes gewölbte Ende des Innenbehälters ein entgegengesetztes kleines gewölbtes Ende aufweist, welches als Vertiefung in einer Innenseite des Innenbehälters ausgebildet ist, wobei eine gewölbte Fläche jedes entgegengesetzten kleinen gewölbten Endes dem jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels gegenüber angeordnet ist, und wobei die Stützanordnung eine Radialstütze, welche an jedem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende des Innenbehälters angeordnet ist, und eine Längsstütze, welche zwischen einem der entgegengesetzten kleinen gewölbten Enden und dem jeweiligen gewölbten Ende des Außenmantels angeordnet ist, aufweist.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel und der Innenbehälter nicht mehr als 50mm voneinander beabstandet sind.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei die radiale Stütze eine Stützplatte, welche ein Mittelloch aufweist, wobei das Mittelloch mit dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende verbunden ist und einen selbstregulierbaren Spalt aufrechterhält, und zwei feste Ringe, welche an beiden Seiten der Stützplatte angeordnet sind, um die Stützplatte festzuhalten, aufweist.
- Der Tank nach Anspruch 3, wobei ein Übergangsteil, welcher das gewölbte Ende des Innenbehälters mit dem entgegengesetzten kleinen gewölbten Ende verbindet, bereitgestellt wird.
- Der Tank nach Anspruch 4, wobei die Stützplatte am Übergangsteil angeordnet ist.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei die Längsstütze aufweist: ein Stützrohr, welches durch das Mittelloch der jeweiligen Stützplatte hindurchführt, wobei das Stützrohr mit einem Vorsprung, welcher an einer Innenseite des Stützrohrs angeordnet ist, bereitgestellt wird, und wobei das Stützrohr an einer Innenseite des gewölbten Endes des Außenmantels anmontiert ist, eine Stützachse, wobei ein Ende der Stützachse am kleinen entgegengesetzten gewölbten Ende fixiert ist, so dass das eine Ende der Stützachse durch den Vorsprung hindurchführt und in das Stützrohr hineinragt, ein Verriegelungselement, welches an einem anderen Ende der Stützachse angeordnet ist, einen ersten Zylinder zur Befüllung, welcher zwischen dem Verriegelungselement und dem Vorsprung eingeschlossen ist, und einen zweiten Zylinder zur Befüllung, welcher zwischen dem kleinen entgegengesetzten gewölbten Ende und dem Vorsprung des Stützrohrs eingeschlossen ist.
- Der Tank nach Anspruch 6, wobei ein Abstand, welcher zwischen den gewölbten Enden des Innenbehälters und des Außenmantels an einem Ende des Tanks, an dem die Längsstütze angeordnet ist, bereitgestellt wird, durch einen Abstand, welcher für die Flüssigkeitsdichtung eines Rohrs, durch welches Flüssigkeit oder Gas geleitet wird, erforderlich ist, und durch einen zur Kompensation der Auswirkung von Wärmeausdehnung und Kälteschrumpfung bereitgestellten Abstand bestimmt ist.
- Der Tank nach Anspruch 6, wobei ein Verstärkungsrohr an der Außenseite des Stützrohrs angeordnet ist, und wobei das Verstärkungsrohr weiterhin an der Innenseite des jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels anmontiert ist.
- Der Tank nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Verstärkungsrohr und dem Stützrohr eine Verstärkungsplatte bereitgestellt wird.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei ein horizontales Rohr zur Führung und Positionierung während der Montage an einem anderen der entgegengesetzten kleinen gewölbten Enden angeordnet ist.
- Der Tank nach Anspruch 10, wobei ein Stützrohr an der Außenseite des horizontalen Rohrs bereitgestellt wird, wobei das Stützrohr durch das Mittelloch der jeweiligen Stützplatte hindurchführt und an einer Innenseite des jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels anmontiert ist.
- Der Tank nach Anspruch 11, wobei ein Verstärkungsrohr an der Außenseite des Stützrohrs angeordnet ist, und wobei das Verstärkungsrohr weiterhin an der Innenseite des jeweiligen gewölbten Endes des Außenmantels anmontiert ist.
- Der Tank nach Anspruch 12, wobei eine Verstärkungsplatte zwischen dem Verstärkungsrohr und dem Stützrohr bereitgestellt wird.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Verstärkungsrippen jeweils an der Innenseite der gewölbten Enden des Außenmantels und des Innenbehälters bereitgestellt wird.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei die Stützanordnung aus Materialien, welche gute mechanische Eigenschaften und einen niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient aufweisen, wobei die Materialien glasfaserverstärkten Kunststoff und Ähnliches aufweisen, ausgebildet ist, so dass die Stützanordnung Kräfte aushält und darauf überträgt, den Wärmeübergang dämmt und den Wärmeübergangswiderstand nutzt, um den Wärmeübergang weiter zu reduzieren.
- Der Tank nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Verstärkungsringen an der Außenseite des Außenmantels bereitgestellt wird.
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