DE1634291B1

DE1634291B1 - Gründung für einen Kältemittelvorratsbehälter

Info

Publication number: DE1634291B1
Application number: DE19651634291
Authority: DE
Inventors: Whitney Hunt Waugh
Original assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Current assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Priority date: 1964-12-22
Filing date: 1965-12-08
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR1455651A; GB1082779A; NL6514614A; US3338010A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gründung für einen Kältemittelvorratsbehälter, der aus einem Außenbehälter und einem im Abstand darin angeordneten Innenbehälter mit im wesentlichen flachen, im Abstand voneinander liegenden Böden besteht, deren Zwischenraum durch Isoliermaterial ausgefüllt ist.

Flüssige Kältemittel oder Kälte erzeugende Substanzen, wie flüssiger Sauerstoff, flüssiger Wasserstoff, flüssiges Methan und dergleichen verflüssigte Gase, werden in der Industrie und auf dem Gebiet der Verteidigung vielfach verwendet. Wenn diese flüssigen Kältemittel bei atmosphärischem Druck gelagert werden sollen, müssen sie auf äußerst niedrigen Temperaturen gehalten werden, um die normalerweise gasförmigen Substanzen in flüssigem Zustand zu halten. Die folgenden Temperaturen werden unter diesen Umständen angewendet: für Wasserstoff —252° C, für Sauerstoff —182° C und für Methan —161° C. Folglich hat die Lagerung flüssiger Kältemittel im Rahmen der Anwendung derartiger Kältemittel sowohl in der Industrie als auch auf dem Gebiet der Verteidigung große Bedeutung.

Normalerweise ist es erwünscht, die flüssigen Kältemittel in zylindrischen Vorratsbehältern mit flachem Boden zu lagern, weil die Herstellungskosten derartiger Behälter wesentlich niedriger sind als die Herstellungskosten von Behältern mit komplizierterer Form, beispielsweise von Behältern mit kugelförmiger oder ähnlicher Gestalt. Um einen übermäßigen Wärmeübergang in das in einem zylindrischen Behälter enthaltene Kältemittel zu verhüten, muß man den Behälter sowohl gegen die diesen Behälter umgebende Atmosphäre als auch gegen den Untergrund isolieren, auf dem der Behälter steht. Feuchtigkeit und andere fremde Substanzen muß man dabei von den Isolierwerkstoffen fernhalten, um die Isolierung dieser Werkstoffe zu erhalten; aus diesem Grund ordnet man den Kältemittelbehälter zweckmäßig in einem größeren Behälter oder Gehäuse an, das sowohl als Feuchtigkeitssperre als auch als Kammer zum Festhalten der Isolierwerkstoffe dient. Der Ringraum zwischen den Wänden und Deckeln des Innen- und Außenbehälters kann dann mit einer lockeren Füllung aus einem billigen, körnigen Isolierwerkstoff gefüllt werden. Um die Wirtschaftlichkeit der Konstruktion eines doppelwandigen Behälters mit flachem Boden zu erhöhen, muß man zwischen dem Boden des Kälternittelbehälters und dem Boden des Außenbehälters einen Isolierwerkstoff anordnen, der nicht nur vorzüglich isoliert, sondern auch fest genug ist, um das Gewicht des Kältemittelbehälters und seines Inhalts ziL.tragen.

Bisher bestanden die Gründungen von Kältemittelbehältern aus mit Luft durchsetzten Feststoffen, wie etwa aufgeschäumtem Glas und anderen Werkstoffen. Diese Werkstoffe waren befriedigend, weil sie nicht nur die zur Auflagerung des Gewichtes des Kältemittelbehälters und seines Inhalts erforderliche Festigkeit haben, sondern auch anorganischer Natur sind, was im Fall der Lagerung von z. B. flüssigem Sauerstoff eine unerläßliche Voraussetzung ist.

Die zur Herstellung der Gründung verwendeten herkömmlichen Werkstoffe zeigten eine Reihe von Nachteilen. Zum Beispiel ist aufgeschäumtes Glas, obwohl es mit Erfolg verwendet wurde, sehr teuer. Andererseits bereitet Isolierbeton, obwohl er etwas billiger ist, andere Schwierigkeiten, die mit dem Gießen einer großen Betonmasse zusammenhängen. Wenn eine große Betonmasse monolithisch gegossen wird, entsteht eine übermäßig große Abbindewärme (Hydratationswärme); außerdem erhärtet und trocknet eine derartige Betonmasse eben wegen ihrer großen Masse nicht innerhalb einer annehmbaren Zeitspanne nach dem Einbringen des Betons. Wenn man einen äußerst leichten Isolierbeton mit hervorragenden Isoliereigenschaften verwendet, beispielsweise einen aufgeschäumten Zementmörtel, ist es außerdem manchmal schwierig, diesen monolithisch einzubringen, ohne daß übermäßige Setzungen auftreten; diese Setzungen beeinträchtigen die Isolierwirkung sehr stark.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine standfeste, dauerhafte und gute Isoliereigenschaften aufweisende Gründung für einen Kältemittelvorratsbehälter zu schaffen, die rasch, einfach und preiswert erstellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Boden des Außenbehälters eine Vielzahl von vorgefertigen Betonhohlblöcken aus Isolierbeton aufgestellt ist, deren lotrecht verlaufende Ausnehmungen mit trockenem, lockerem Isoliermaterial gefüllt und durch Abdeckvorrichtungen abgedeckt sind.

Der technische Vorteil einer derartigen Gründung ist darin zu sehen, daß einerseits durch die Verwendung eines körnigen oder faserigen Isolierwerkstoffes, wie etwa Perlit oder Mineralwolle, ein hoher Isolationsgrad und andererseits durch die Verwendung von Blöcken aus Isolierbeton eine hohe Festigkeit bei rascher und preiswerter Erstellung erzielt wird. Ein Gießen oder Einbringen einer großen Betonmasse ist nicht mehr erforderlich; die sich dabei ergebenden Nachteile, nämlich die übermäßige Erwärmung beim Abbinden und übermäßig lange Erhärtungszeiten bei der Verwendung großer Betonmassen, werden ausgeschaltet.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen zylindrisehen Kältemittelvorratsbehälter gemäß der Erfin-

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1,

Fig. 3 in einem Teilschnitt Einzelheiten der Erfindung und

F i g. 4 die Draufsicht auf die in F i g. 3 gezeigten Gegenstände.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Kältemittelbehälter aus einem Innenbehälter 10 mit einem fla- !55 chen Boden 11,-'einer Zylinderwand 12 und einem Dach oder Deckel 13 besteht,-die alle aus Metall hergestellt sind, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Aluminium, einem Metall also, das bei den extrem niedrigen Temperaturen des gespeicherten Materials geeignete Struktureigenschaften hat. Um den das flüssige Kältemittel L enthaltenden Innenbehälter 10 ist ein Außenbehälter 14 angeordnet, der die gleiche Gestalt hat wie der Innenbehälter 10. Der Außenbehälter 14 hat eine Zylinderwand 16 und ein Dach oder einen Deckel 17.

Auch der Außenbehälter 14 ist mit einem flachen Boden 18 oder einer Ausgleichs- oder Nivellierunterlage versehen, die auf einer vorbereiteten Bet-

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tung 19 ruht; diese Bettung 19 kann aus Sand, Schot- ordnet und treten durch den Ring 26 und den Boter, Erde, einer Betonplatte auf Stützpfählen oder den 18 hindurch in eine Betonringwand oder in den einer anderen geeigneten Gründung bestehen. Der Kopf eines Pfahles 29 ein. Das mit einem Haken Boden 18 besteht aus Gußbeton und kann je nach versehene Ende 30 der Ankerbolzen 28 ist in der den konstruktiven Erfordernissen des Behälters etwa 5 Betonringwand bzw. im Kopfende der Pfähle 29 ver-7 bis 15 cm dick sein. ankert, so daß, wenn die Muttern 31 angezogen

Auf dem Boden 18 ist eine Vielzahl von Beton- werden, der Innenbehälter 10 an Ort und Stelle behohlblöcken 20 angeordnet, die eine zylindrische festigt ist. Die Ankerbolzen 28 haben regelmäßigen Ausnehmung 21 aufweisen und wesentlich höher als Abstand voneinander und treten zwischen den Betonbreit sind; die Längsachsen der Betonhohlblöcke 20 io hohlblöcken 20 hindurch.

sind lotrecht angeordnet. Die Höhe der Betonhohl- Wenn die vorbereitete Bettung 19 nennenswerte blöcke 20 ist im allgemeinen um 15 bis 40% größer Mengen Feuchtigkeit enthält oder wenn der Behälter als ihre Breite; vorzugsweise ist die Höhe der Beton- in einer Gegend angeordnet wird, in der eine einhohlblöcke 20 um 20 bis 25 °/o größer als ihre Breite. wandfreie Drainage schwierig oder unmöglich ist, Die Betonhohlblöcke 20 werden vorgefertigt, so daß 15 verwendet man vorzugsweise einen porösen Bettungsauf der Baustelle keine große Betonmasse gegossen werkstoff, wie etwa Kies oder gebrochene Steine werden muß. Wenn die Betonhohlblöcke 20 an Ort (Schotter), und man ordnet die Behälterbettung so und Stelle auf dem Boden 18 angeordnet sind, wir- hoch an, daß sie über dem Grundwasserspiegel liegt, ken sie im wesentlichen als eine mit Hohlräumen Bei diesen Einrichtungen ist der Wärmeübergang versehene Stütze, die den Innenbehälter 10 im Ab- 20 zwischen der Bettung 19 und dem Kältemittel L stand vom Boden 18 des Außenbehälters 14 hält und derart, daß die Bettung 19 friert, wenn diese nicht eine Isolierung bildet. Bei der bevorzugten Ausfüh- auf irgendeine Weise geheizt oder belüftet wird, rungsform haben die Betonhohlblöcke 20 zylindri- Durch das Frieren der Bettung 19 kann eine Besehe Gestalt mit einem konzentrischen Hohlraum; Schädigung des Behälters verursacht werden. Das nach Belieben können die Betonhohlblöcke 20 auch 25 Frieren der vorbereiteten Bettung 19 kann man eine andere Querschnittsform haben und beispiels- durch die Anordnung eines Leitungsnetzes oder weise quadratisch, rechteckig oder auf andere Weise eines Leitungssystems 32 vermeiden, durch das ein vieleckig sein. Die Betonhohlblöcke 20 können auf Wärmeübertragungsmedium geleitet werden kann, dem Boden 18 je nach der konstruktiven Auflage- Die erwähnte Vorrichtung zur Belüftung oder zur rung des Innenbehälters 10 und dem Gewicht des in 30 Wärmeübertragung ist schematisch in Gestalt eines ihm enthaltenen Erzeugnisses entweder mit einer im Rohres dargestellt, durch das bei Bedarf heißes wesentlichen dreieckigen oder mit einer im wesent- Wasser zirkulieren kann. In einigen Fällen mag es liehen viereckigen Anordnung aufgestellt werden. genügen, die Leitungen des Wärmeaustauschsystems Gemäß der Darstellung in Fig. 2 können Beton- zur freien Atmosphäre hin einfach offen zu lassen, hohlblöcke20a, die kleinere Wanddicke oder gerin- 35 so daß eine natürliche Zirkulation durch die Leigeren Durchmesser als die Betonhohlblöcke 20 ha- tungen hindurch eintritt.

ben, den Übergang zur konzentrischen Außenreihe Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfin-

bilden, um keine unzulässig großen Abstände zwi- dung wurde ein zylindrischer Vorratsbehälter zur

sehen den Betonhohlblöcken 20 entstehen zu lassen. Lagerung von verflüssigtem Methan bei etwa

Die Betonhohlblöcke 20 bzw. 20 a können in Be- 40 —161° C und atmosphärischem Druck benutzt, der

rührung miteinander oder im Abstand voneinander einen Außenbehälter von 18,3 m Durchmesser hatte;

angeordnet werden, um einen möglichst großen Wir- dieser Außenbehälter war aus Flußstahlblech von

kungsgrad zu erzielen. 6,35 mm Dicke hergestellt; im Außenbehälter war

Die Ausnehmungen 21 der Betonhohlblöcke 20 ein aus Aluminium hergestellter Innenbehälter mit bzw. 20 α ebenso wie deren Zwischenräume werden 45 15,8 m Durchmesser und 14,6 m Höhe angeordnet; mit einer lockeren Füllung aus einem billigen, körni- im Ringraum zwischen beiden Behältern war eine gen oder faserigen Isoliermaterial 22 gefüllt, bei- Isolierung aus expandierten Perlitkörnern angeordnet, spielspeise mit einem expandierten Perlit. Auf der Für den Außenbehälter war eine Betonnivellierungs-Oberseite der Betonhohlblöcke 20, 20 et wird eine unterlage von 10,16 cm Dicke vorgesehen. Die zygeeignete Abdeckvorrichtung 23, etwa ein Deckel so lindrischen Betonhohlblöcke wiesen eine konzenaus Stahlbeton, angeordnet, der zur Auflagerung des trische Ausnehmung auf und hatten einen Außenflachen Bodens 11 des Innenbehälters 10 und zur durchmesser von 81,3 cm, einen Innendurchmesser Verteilung des Gewichtes auf die Betonhohlblöcke von 61 cm und eine Länge von 88,9 cm; sie waren 20,20a dient (s. Fig. 3 und 4). Zur Abdeckung auf der Nivellierungsunterlage angeordnet und hatder Betonhohlblöcke 20, 20 a und zur Auflagerung 55 ten einen Abstand voneinander von etwa 30,5 cm. des flachen Bodens 11 des Innenbehälters 10 kann Die zylindrischen Ausnehmungen und die Zwischenman nach Wunsch auch einen hölzernen Boden vor- räume zwischen den Betonhohlblöcken waren mit sehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der einer Isolierung aus körnigem, expandiertem Perlit Ringraum 24 zwischen dem Innenbehälter 10 und gefüllt. Verstärkte, tragende Betondeckel von dem Außenbehälter 14 desgleichen mit einer locke- 60 1,12 m X 2,24 m und 10,16 cm Dicke waren unmitren Füllung aus billigem, körnigem Isolierwerkstoff, telbar über zwei zylindrischen Betonhohlblöcken anwie etwa expandiertem Perlit, gefüllt. geordnet, so daß, nachdem sich alle Deckel an Ort

Um den Innenbehälter 10 ist ein umlaufender und Stelle befanden, der Boden des Innenbehälters

Ring 26 angeordnet, der mit seinem Innenrand am auf einer im wesentlichen durchgehenden Platte oder

Innenbehälter 10 festgeschweißt ist. Mehrere im Ab- 65 Scheibe ruhte; der Boden des Innenbehälters brauchte

stand voneinander angeordnete Streben 27 tragen daher keine Ausnehmungen oder Hohlräume zu

weiter zur Halterung des Ringes 26 bei. Mehrere überbrücken.

Ankerbolzen 28 sind im Abstand voneinander ange- Um maximale Wirtschaftlichkeit zu erzielen, soll

das' Verhältnis der waagerechten Querschnittsfläche der Ausnehmungen zur waagerechten Querschnittsfläche des Betonhohlblocks ein Maximum hinsichtlich der Tragfähigkeit des Betonhohlblockes sein. Jede der verschiedenen möglichen Werkstoffkombinationen, d.h. körniges und tragendes Material, erfordert je nach den Isolier- und Festigkeitseigenschaften und je nach den Kosten derselben ein anderes Querschnittsverhältnis. Im allgemeinen zieht man jedoch Querschnittsflächenverhältnisse im Be- ία reich von etwa 1:1 bis 30:1 vor.

Zur Herstellung der Gründung verwendet man Leichtbetone mit Dichten von etwa 448 bis 640 kg/m³. Zur Erzeugung des Leichtbetons kann man leichte Zuschläge verwenden, vorzugsweise wendet man jedoch herkömmliche Verfahren zur Durchlüftung (Auflockerung) des Betons an, um die gewünschte Dichte des Betons zu erzielen.

Beim obigen Ausführungsbeispiel wurde körniger* expandierter Perlit als Isolierwerkstoff in den Ausnehmungen der Betonhohlblöcke verwendet. Es können aber auch andere lockere Isolierungsfüllungen verwendet werden, z. B. expandiertes Vermiculit (ein als Isoliermasse geeignetes, lockeres Glimmergestein), anorganische Aerogele, wie etwa Silikaaerogele, körniger Kork, zerschnitzeltes, aufgeschäumtes Polystyrol, zerschnitzelter Holzzellstoff usw. Vorzugsweise soll die Isolierung eine Partikelgröße von weniger als etwa 3,2 mm und einen K-Faktor von weniger als etwa 0,03125 kcal/m hC° m haben.

Claims

Patentansprüche:

1. Gründung für einen Kältemittelvorratsbehälter, bestehend aus einem Außenbehälter und einem im Abstand darin angeordneten Innenbehälter mit im wesentlichen flachen, im Abstand voneinander liegenden Böden, deren Zwischenraum durch Isoliermaterial ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden (18) des Außenbehälters (14) eine Vielzahl von vorgefertigten Betonhohlblöcken (20, 20 a) aus Isolierbeton aufgestellt ist, deren lotrecht verlaufende Ausnehmungen (21) mit trockenem, lockerem Isoliermaterial (22) gefüllt und durch Abdeckvorrichtungen (23) abgedeckt sind.

2. Gründung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonhohlblöcke (20, 20 a) zylindrische, mit einer konzentrischen Ausnehmung (21) versehene Blöcke sind, die auf dem Boden (18) im Abstand voneinander stehen, und daß der Raum zwischen den Betonhohlblöcken (20, 20 a) mit lockerem, trockenem Isoliermaterial gefüllt ist.

3. Gründung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtungen (23) aus einem relativ dünnen Deckel aus Stahlbeton bestehen.

4. Gründung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtungen (23) aus einem Holzboden bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen