-
Die
Erfindung betrifft eine Art einer Lager- oder Transportvorrichtung
für Tieftemperatur-Flüssiggas,
und insbesondere eine Stützstruktur
und einen Super-Vakuum-Isolationstank
unter Verwendung derselben zum effizienten Transportieren und Lagern von
Tieftemperatur-Flüssiggas.
-
Die
Leistungsfähigkeit
von Tieftemperaturtanks wurde durch die 1909 hervorgebrachte Vakuum-Pulver-Isolationstechnologie
stark verbessert. Bis Ende der Dreißigerjahre fand die Vakuum-Pulver-Isolationstechnologie
im gesamten Bereich der Tieftemperaturtechnologie eine breite Anwendung, wobei
die Luftseparation und die Verflüssigungstechnik
als typische Beispiele zu nennen sind. Zu Beginn der Fünfzigerjahre
kam die Mehrlagen-Super-Vakuum-Isolationstechnologie
auf, welche eine sehr bedeutsame Weiterentwicklung in der Geschichte
der Tieftemperatur-Isolationstechnologie
war. Insbesondere erhöhte
sich bis Ende der Fünfzigerjahre
mit der Entwicklung der Raumfahrttechnologie der Verbrauch von flüssigem Wasserstoff
und flüssigem
Helium stark, was die Forschung und die Anwendung der Mehrlagen-Super-Vakuum-Isolationstechnologie anregte,
wobei Tanklastzüge
und Tankcontainer für Tieftemperatur-Flüssiggas
die hauptsächlichen
Produktanwendungen waren.
-
Auf
dem Gebiet der Tieftemperaturtechnologie betrifft Tieftemperatur-Flüssiggas
Gas in flüssigem
Zustand und einer Temperatur unterhalb von –160°C, wie beispielsweise flüssigen Sauerstoff,
flüssigen
Stickstoff, flüssiges
Argon, flüssigen
Wasserstoff, flüssiges
Helium, flüssiges
Methan und flüssiges
Erdgas (LNG – Liquified
Natural Gas) usw. Da sich das Volumen der oben genannten Gase im
flüssigen
Zustand im Vergleich mit dem im gasförmigen Zustand um das mehr
als 600fache verringert, werden diese oft in flüssigem Zustand transportiert.
Die Vorrichtungen zum Transportieren von Tieftemperatur-Flüssiggas
umfassen Tanklastzüge,
Tankcontainer usw. Der Tank ist mit einer Doppelschichtstruktur und
einer Vakuum-Zwischenschicht ausgebildet, die zwischen dem Innenbehälter und
der Außenhülle angeordnet
sind, welche mittels einer Stützstruktur
miteinander verbunden sind. Wegen dem Erfordernis von Transportbestimmungen
sollten alle Transportvorrichtungen (wie beispielsweise Tanklastzüge, Tankcontainer
usw.) die Beschränkung
der maximalen Gesamtgröße einhalten,
und innerhalb der Beschränkung
wird das effektive Volumen für
die Ladung durch die Dickenabmessung der Vakuumschicht bestimmt.
-
Derzeit
sind Tanklastzüge
und Tankcontainer mit Vakuum-Pulver-Isolation
als Tieftemperatur-Transportvorrichtungen weit verbreitet. 1 zeigt
die Hauptstruktur einer gemäß dem Stand
der Technik ausgebildeten Transportvorrichtung 10, welche
eine Außenhülle 1,
einen Innenbehälter 2,
eine Isolationsstruktur 3, mehrere Radialabstützungen 4 sowie
eine vordere Längsabstützung 15 und
eine hintere Längsabstützung 16 zwischen
der Außenhülle 1 und
dem Innenbehälter 2,
und eine Versteifungseinrichtung 6 aufweist. Zwischen dem
Innenbehälter 2 und
der Außenhülle 1 ist
eine Super-Vakuumschicht 8 ausgebildet,
in welcher Materialien, wie beispielsweise Perlit, enthalten sein
können,
um die Wärmeisolation
zu realisieren. Um einen zufriedenstellenden Wärmeisolationseffekt zu erzielen,
ist die Super-Vakuumschicht 8 so
gestaltet, dass sie eine große
Dickenabmessung aufweist, welche oft in einem Bereich von 200 mm
bis 300 mm liegt. Jedoch ist das tatsächliche Ladevolumen einer solchen
Vorrichtung reduziert, und das Perlit setzt sich während des Transports
allmählich
ab, was die Leistungsfähigkeit der
Wärmeisolation
beeinträchtigt.
Aus diesem Grund wurde die Mehrschicht-Isolationstechnologie mit
ihrer Verbesserung in der praktischen Anwendung, insbesondere hinsichtlich
der das Tieftemperatur-Flüssiggas
aufnehmenden Vorrichtungen, entwickelt.
-
Gemäß der Mehrlagen-Isolationstechnologie sind
bei der oben genannten Transportvorrichtung 10 Wärmeisolationsmaterialien
außen
um den Innenbehälter 2 herumgewickelt,
und die Isolationsschicht wird durch Leerpumpen der mehrere Lagen
von Wärmeisolationsmaterial
aufweisenden Vakuum-Zwischenschicht
zu einem Super-Vakuum-Zustand gebildet. Je dünner die Vakuum-Zwischenschicht
ist, desto mehr Ladung kann der Tank aufnehmen und transportieren.
Jedoch liegt die Schwierigkeit darin, dass mit dünner werdender Isolationsschicht
die Stützstruktur
zwischen dem Innenbehälter
und der Außenhülle schwieriger
auszubilden ist, der Vakuumgrad geringer ist und mehr Wärme von
der Außenhülle zum
Innenbehälter übertragen
wird.
-
Derzeit
muss bei den meisten Mehrschicht-Isolationstechniken,
wie sie beispielsweise in den chinesischen Patentschriften ZL 00249960.6 und
ZL 01272605.2 offenbart sind, zum Anbringen der Radialabstützung in
der Vakuumschicht die Dickenabmessung der Vakuumschicht etwa 100
mm betragen.
-
Tatsächlich sollte
die Stützstruktur
zwischen dem Innenbehälter
und der Außenhülle nicht
nur die Last der Flüssigkeit,
das Gewicht des Tanks und die durch Stoßbeschleunigung verursachten
Kräfte
aufnehmen, sondern ferner so gut wie möglich den durch sie selbst
verursachten Wärmeeintrag
reduzieren, weshalb es eine Schlüsselaufgabe
ist, die Stützstruktur
eines Tieftemperaturtanks zu konstruieren. Bei der oben genannten
Transportvorrichtung 10 weist die Stützstruktur Radialabstützungen 4,
die vordere Längsabstützung 15 und
die hintere Längsabstützung 16 auf.
Nimmt man die hintere Längsabstützung 16 als
ein Beispiel, so weist diese eine Verstärkungsplatte 23 und
ein Stahlstützrohr 24 für den Innenbehälter 2,
einen Isolier-Stützring 26 und
dessen Haltering 25, ein Stahlstützrohr 32 für die Außenhülle 1 und
eine Verstärkungsrippe 33 auf.
Das Stahlstützrohr 24 für den Innenbehälter 2 ist
durch die Verstärkungsplatte 23 hindurch
mit der Außenfläche des
hinteren, kuppelförmigen
Endes des Innenbehälters 2 verschweißt, und
das Stahlstützrohr 32 für die Außenhülle 1 ist
mit der Innenfläche
des hinteren, kuppelförmigen
Endes der Außenhülle 1 verschweißt. Das
Stahlstützrohr 24 für den Innenbehälter 2 erstreckt
sich durch den Isolier-Stützring 26 und
den Haltering 25 hindurch und wird über diese von dem Stahlstützrohr 32 für die Außenhülle 1 gehalten.
Die Versteifungsvorrichtung 6 weist einen Isolationsfüllblock 28,
eine Innenmutter 27 sowie eine Druckmutter 29 für den Isolationsfüllblock 28,
einen Achstragzapfen 30 und einen Tragdeckel 31 auf.
Die Versteifungseinrichtung 6 ist mittels der Innenmutter 27 mit dem
Stahlstützrohr 24 gekuppelt,
wobei die Druckmutter 29 mit dem Tragdeckel 31 verschweißt ist und der
Tragdeckel 31 mit dem Stahlstützrohr 32 für die Außenhülle 1 verschweißt ist.
Es ist ersichtlich, dass die Struktur des oben genannten Isolationsfüllblocks 28 zwischen
dem Innenbehälter 2 und
der Außenhülle 1 weder
das Problem, dass wegen des engen Spalts zwischen den mehreren Super-Vakuum-Isolationslagen
der Wärmeeintrag über die
Stützstruktur sehr
hoch ist, noch das Problem, dass durch eine Wärmeausdehnung oder eine Kälteschrumpfung
die mehreren Super-Vakuum-Isolationslagen beschädigt oder unterbrochen werden,
wirksam lösen
kann. Zweitens ist es sehr schwierig, das Überschieberohr aus rostfreiem
Stahl zwischen den kuppelförmigen Enden
des Innenbehälters 2 und
der Außenhülle 1 auszubilden.
Schließlich
ist der Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden des Innenbehälters 2 und der
Außenhülle 1 groß und die
Stoßfestigkeit
ist gering.
-
Eine
andere Stützstruktur
für Tieftemperaturbehälter wird
als „Hänge"-Struktur bezeichnet,
welche jedoch nicht wirksam das Problem beseitigen kann, dass die
Stoßfestigkeit
infolge von Wärmeausdehnung
oder von Kälteschrumpfung
nachlässt. Wenn
die Stützfähigkeit
der Hängestruktur
aus rostfreiem Stahl erhöht
wird, nimmt die Wärmeübertragung
zu, und daher werden die Verdampfungsverluste des Tieftemperaturbehälters zunehmen
und die Speicherungseffizienz für
Tieftemperaturflüssigkeit wird
abnehmen.
-
Das
chinesische Patent ZL 00216678.X offenbart eine Art einer Stützstruktur 40 für den Tieftemperaturbehälter zum
Abfangen starker Stöße, wie in 2 gezeigt.
Die Stützstruktur 40 weist
eine Radialabstützung,
die an der Innenfläche
der Außenhülle 44 jedes
Endes des Tieftemperaturbehälters
vorgesehen ist, und eine Längsabstützung auf,
die an dem einen Ende des Tieftemperaturbehälters vorgesehen ist, wohingegen
dessen anderes Ende als freies Ende ausgebildet ist. Die Radialabstützung weist einen
Radialstützring 41,
ein Stützrohr 42 für die Außenhülle 44 und
eine Verstärkungsrippe 43 auf.
Ein Ende eines Stützrohrs 51 für den Innenbehälter 50 ist in
der Mitte der Außenfläche jedes
kuppelförmigen Endes
des Innenbehälters 50 angeschweißt, und
das andere Ende ist in den Radialstützring 41 eingesetzt. Das
Stützrohr 42,
die Verstärkungsrippe 43 und
die Außenhülle 44 sind
zu einer Einheit verbunden. Die Längsabstützung weist eine Längsstützstange 45, eine
Längsstützplatte 47,
welche mit dem Stützrohr 51 verschraubt
ist und mittels Schweißens positioniert
ist, eine glasfaserverstärkte
Kunststoffstützplatte 46,
welche an jedes Ende der Längsstützplatte 47 montiert
ist, eine Druckleiste 48, welche mit der Längsstützplatte 47 derart
zusammenwirkt, dass sie die glasfaserverstärkte Kunststoffstützplatte 46 fest zusammendrückt, und
ein Übergangs-Verbindungselement 49 auf,
mittels welchem die Längsstützstange 45 mit
dem kuppelförmigen
Ende der Außenhülle 44 verschweißt ist.
Bei der oben genannten Stützstruktur
muss, da jedes Ende des Tieftemperaturbehälters sowohl mit einer Radialabstützung als
auch mit einer Längsabstützung versehen
ist, zwischen den kuppelförmigen
Enden ein größerer Abstand
gelassen werden, was die Stoßfestigkeit
vermindert, und der Kontaktspalt vergrößert sich während des Übergangs von einer normalen
bzw. umgebungsgemäßen Temperatur
zu einer niedrigen Temperatur.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Speicher oder einen Transporttank
für Tieftemperatur-Flüssiggas
zu schaffen, bei dem innerhalb der beschränkten Gesamtgröße des Tanks
ein größeres effektives
Volumen für
das Tieftemperatur-Flüssiggas
zur Verfügung
steht und dessen Stoßfestigkeit
verbessert ist.
-
Dies
wird nach einem Aspekt der Erfindung mit einer Stützstruktur
eines Super-Vakuum-Isolationstanks für Tieftemperatur-Flüssiggas
erreicht, aufweisend eine Radialabstützung, die zwischen einer Außenhülle und
einem Innenbehälter
des Tanks vorgesehen ist, wobei ein kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende
durch Absenken in der Mitte eines kuppelförmigen Endes des Innenbehälters gebildet
wird und die Radialabstützung
an der gewölbten
Fläche des
kleinen, umgekehrt kuppelförmigen
Endes vorgesehen ist, und wobei die Radialabstützung ferner eine Radialstützplatte
und zwei Befestigungsringe beiderseits der Radialstützplatte
aufweist, der Befestigungsring an der Außenseite der Radialstützplatte an
dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen
Ende befestigt ist, und ein selbstanpassender Spalt zwischen der
Radialstützplatte
und dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende ausgebildet ist.
-
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird der Durchmesser des kleinen, umgekehrt
kuppelförmigen
Endes in der Absenkrichtung kleiner wird.
-
Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Stützstruktur
sind die Radialstützplatte
und der Befestigungsring mit deren Innenseite an dem kleinen, umgekehrt
kuppelförmigen
Ende festgepresst.
-
Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist der Befestigungsring an der Außenseite der Radialstützplatte
als Eckstoßverbindung
mit dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende verschweißt ist.
-
Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Stützstruktur
zwischen zwei Enden eines Super-Vakuum-Isolationstanks ist es, Radial- und Längskräfte gleichzeitig
abzustützen,
was im Wesentlichen das Problem der Konstruktion beim Stand der
Technik löst,
indem der Vakuumisolationstank über
eine dünnere
Wärmeisolationsschicht
verfügt,
um eine hervorragende Isolationsleistung aufrechtzuerhalten und
das effektive Volumen des Tanks zu erhöhen.
-
Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas
vorgesehen, aufweisend einen Rahmen und einen Tankkörper, der
eine Außenhülle mit einem
Zylinder und zwei kuppelförmigen
Enden, einen Innenbehälter
mit einem Zylinder und zwei kuppelförmigen Enden, eine Super-Vakuum-Isolationsschicht
zwischen der Außenhülle und
dem Innenbehälter,
und eine Stützstruktur
aufweist, die die Außenhülle und
den Innenbehälter
miteinander verbindet, wobei ein kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende durch
Absenken in der Mitte des kuppelförmigen Endes des Innenbehälters gebildet
wird und die Stützstruktur
an der gewölbten
Fläche
des kleinen, umgekehrt kuppelförmigen
Endes vorgesehen ist, und wobei die Radialabstützung ferner eine Radialstützplatte
und zwei Befestigungsringe beiderseits der Radialstützplatte
aufweist, der Befestigungsring an der Außenseite der Radialstützplatte
an dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende befestigt ist,
und ein selbstanpassender Spalt zwischen der Radialstützplatte
und dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende ausgebildet ist.
-
Der
Super-Vakuum-Isolationstank unter Verwendung der kombinierten Stützstruktur
löst im
Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme infolge der Beschränkungen
und der Nachteile des Standes der Technik.
-
Erfindungsgemäß ist die
kombinierte Stützstruktur
nur zwischen dem inneren kuppelförmigen Ende
und dem äußeren kuppelförmigen Ende
an beiden Enden des Tanks vorgesehen, und die Radialabstützung hat
keinen direkten Kontakt mit der Außenhülle, was die Wärmeleitungsfläche der
Abstützung zwischen
dem Innenbehälter
und der Außenhülle reduziert,
wodurch eine bessere Isolierleistung erreicht wird. Gleichzeitig
ist es, weil in dem geraden bzw. zylindrischen Abschnitt des erfindungsgemäßen Tanks keine
Radialabstützung
vorhanden ist, möglich,
die Super-Vakuum-Isolationsschicht zwischen dem Innenbehälter und
der Außenhülle in der
Dickenabmessung auf 50 mm zu reduzieren, was das effektive Volumen
des Innenbehälters
vergrößert und
die Ladefähigkeit
erhöht.
-
Ferner
weist die Außenhülle des
erfindungsgemäßen Tanks
zwei kuppelförmige
Enden, einen Zylinder und eine Mehrzahl von Versteifungs- oder Verstärkungsringen
auf. Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Verstärkungsringe
an der Außenseite
der Außenhülle vorgesehen,
was für
die Außenhülle einen
geringeren Materialverbrauch, ein geringeres Gewicht und geringere
Kosten bewirkt, während
die Voraussetzungen erfüllt
sind, dass die Außenhülle den
gleichen Innendurchmesser aufweist und die Verstärkungsringe die gleiche Größe haben. Gleichzeitig
wirken die Verstärkungsringe
als Schutzvorrichtung für
die Außenhülle. Die
kuppelförmigen Enden
des Innenbehälters
und der Außenhülle (im Folgenden
als die inneren und die äußeren kuppelförmigen Enden
bezeichnet) sind in entgegengesetzten Richtungen angeordnet, und
der Innenbehälter ist
mit mehreren Lagen von Wärmeisolationsmaterial umwickelt.
Der Innenbehälter
ist mit der Außenhülle mittels
der zwischen den inneren und den äußeren kuppelförmigen Enden
an beiden Enden des erfindungsgemäßen Tanks ausgebildeten kombinierten Stützstruktur
verbunden, welche gleichzeitig Kräfte in Radialrichtung und in
Längsrichtung
aufnimmt. Da die kuppelförmigen
Enden des Innenbehälters
und der Außenhülle in entgegengesetzten
Richtungen angeordnet sind, kann die kombinierte Stützstruktur innerhalb
des inneren kuppelförmigen
Endes vorgesehen werden, was den Abstand zwischen den inneren und
den äußeren kuppelförmigen Enden
verringert. Daher erreicht bei gleicher Größe der Außenhülle der Innenbehälter des
erfindungsgemäßen Tanks ein
größeres effektives
Volumen.
-
Der
erfindungsgemäße Tank
weist eine innere Super-Vakuum-Stützstruktur
mit mehreren Isolationslagen auf, die eine sehr gute Stoßfestigkeit
und Wärmeisolierfähigkeit
aufweist. Folglich erfüllt
die Beständigkeit
hinsichtlich Stößen gegen
die Lager- oder Transportvorrichtung für Tieftemperatur-Flüssiggas
und die Beständigkeit
hinsichtlich Temperaturveränderungen
der Ladung die Anforderungen an das Lagern und das Transportieren
von Tieftemperatur-Flüssiggas.
Ferner ist die Super-Vakuum-Isolationsschicht zwischen dem Innenbehälter und
der Außenhülle des
Tieftemperaturtanks sehr dünn,
wodurch schließlich
eine erhöhte
Ladefähigkeit
für Tieftemperatur-Flüssiggas
erreicht wird.
-
Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittansicht eines Tanks für Tieftemperatur-Flüssiggas
gemäß dem Stand
der Technik;
-
2 eine
schematische Ansicht einer stoßfesten
Stützstruktur,
die in einem Tieftemperaturbehälter
gemäß dem Stand
der Technik vorgesehen ist;
-
3 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Super-Vakuum-Isolationstanks
für Tieftemperatur-Flüssiggas;
-
4 eine
schematische Vertikalschnittansicht des in 3 dargestellten
Tanks;
-
5 eine
perspektivische Schnittansicht eines ersten kuppelförmigen Endes
des in 3 dargestellten Tanks;
-
6 eine
perspektivische Schnittansicht eines zweiten kuppelförmigen Endes
des in 3 dargestellten Tanks.
-
Mit
Bezug auf die Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
-
3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrlagen-Super-Vakuum-Isolationstanks
für Tieftemperatur-Flüssiggas. Wie
in 3 gezeigt ist, weist der erfindungsgemäße Tank 100 einen
Rahmen 101 und einen Tankkörper 102 auf, welche
in spezieller Weise miteinander verschweißt sind. Bezüglich eines
Tanklastzuges betrifft der Rahmen 101 die Struktur, die
den Tankkörper 102 an
dem Automobil-Fahrgestell befestigt. Bezüglich eines Tankcontainers
betrifft der Rahmen 101 die Struktur, die den Tankkörper 102 in
dem vorbestimmten Bereich des Containers befestigt. Ferner sind
an der Außenfläche des
Tanks 100 eine Mehrzahl von Versteifungs- oder Verstärkungsringen 103 vorgesehen.
-
4 zeigt
eine schematische Vertikalschnittansicht des in 3 gezeigten,
erfindungsgemäßen Tanks 100.
Bezugnehmend auf 4 weist der Tankkörper 102 eine
Außenhülle 110 mit
einem Zylinder 111, einem ersten kuppelförmigen Ende 112 und
einem zweiten kuppelförmigen
Ende 113, die dazu dienen, den Zylinder 111 an
seinen beiden Enden jeweils zu verschließen, und einen Innenbehälter 120 auf,
der in der Außenhülle 110 angeordnet
ist und einen Zylinder 121, ein erstes kuppelförmiges Ende 122 und
ein zweites kuppelförmiges 123 aufweist,
die dazu dienen, den Zylinder 121 an seinen beiden Enden
jeweils zu verschließen.
Zwischen der Außenhülle 110 und
dem Innenbehälter 120 ist
eine Super-Vakuum-Isolationsschicht 104 ausgebildet, wobei
mehrere Lagen von Isolationsmaterial 105 um die Außenfläche des
Innenbehälters 120 gewickelt sind.
-
Nun
wird auf die 4 und 5 Bezug
genommen, wobei die 5 eine perspektivische Schnittansicht
eines ersten kuppelförmigen
Endes des in 3 dargestellten Tanks ist. wie
in den 4 und 5 gezeigt ist, weist das erste
kuppelförmige Ende 122 des
Innenbehälters 120 einen
ersten Hauptkörper 1221,
ein erstes kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende 1222,
welches von der Mitte des ersten Hauptkörpers 1221 in den
Innenbehälter 120 hinein
abgesenkt ausgebildet ist, so dass demzufolge die gewölbte Fläche des
ersten kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Endes 1222 zu
der gewölbten
Fläche
des korrespondierenden, kuppelförmigen Endes 112 der
Außenhülle 110 entgegengesetzt
ist, und einen ersten Verlängerungsansatz 1223 auf,
der zwischen das erste kleine, umgekehrt kuppelförmige Ende 1222 und
den ersten Hauptkörper 1221 geschweißt ist und
der eine Abrundungsstruktur bildet und die Innenspannung des Innenbehälters 120 reduziert.
Ferner kann zusätzlich
eine Versteifungs- oder Verstärkungsplatte 1224 an
der Innenseite des kuppelförmigen Endes 122 des
Innenbehälters 120 vorgesehen
sein, um die Stoßfestigkeit
zu erhöhen. Bezugnehmend
auf die 4 und 6 weist
das zweite kuppelförmige
Ende 123 des Innenbehälters 120 einen
zweiten Hauptkörper 1231,
ein zweites kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende 1232,
welches von der Mitte des zweiten Hauptkörpers 1231 in den
Innenbehälter 120 hinein
abgesenkt ausgebildet ist, so dass demzufolge die gewölbte Fläche des zweiten
kleinen, umgekehrt kuppelförmigen
Endes 1232 zu der gewölbten
Fläche
des korrespondierenden, kuppelförmigen
Endes 113 der Außenhülle 110 entgegengesetzt
ist, und einen zweiten Verlängerungsansatz 1233 auf,
der zwischen das zweite kleine, umgekehrt kuppelförmige Ende 1232 und
den zweiten Hauptkörper 1231 geschweißt ist und
der eine Abrundungsstruktur bildet und die Innenspannung des Innenbehälters 120 reduziert.
Ferner kann zusätzlich
eine Verstärkungsplatte 1234 an
der Innenseite des kuppelförmigen
Endes 123 des Innenbehälters 120 vorgesehen
sein, um die Stoßfestigkeit zu
erhöhen.
-
Um
eine ausreichende Festigkeit zu garantieren, weist das erste kuppelförmige Ende 112 der Außenhülle 110 ferner
einen Hauptkörper 1121,
eine Versteifungsplatte 1122, die in der Mitte des Hauptkörpers 1121 vorgesehen
ist, ein Verstärkungsrohr 1123,
das an die Versteifungsplatte 1122 angefügt ist, und
eine daran vorgesehene Verstärkungsplatte 1124 zum
Verstärken
der Struktur auf. Bevorzugt ist an der Innenseite des ersten kuppelförmigen Endes 112 eine
Verstärkungsplatte 1126 vorgesehen,
um die Festigkeit des ersten kuppelförmigen Endes 112 zu
erhöhen.
Um die Montageanforderungen zu erfüllen, weist das zweite kuppelförmige Ende 113 der
Außenhülle 110 einen
Hauptkörper 1131,
ein Stützrohr 1132,
das von innen mittig an den Hauptkörper 1131 montiert
ist, eine Versteifungsplatte 1133, die in der Mitte des
Hauptkörpers 1131 vorgesehen
ist und an das Stützrohr 1132 angefügt ist,
ein Verstärkungsrohr 1134,
das an die Versteifungsplatte 1133 angefügt ist und
das Stützrohr 1132 umgibt
und an dem eine Verstärkungs-
oder Versteifungsplatte 1135 vorgesehen ist, um die Festigkeit
der Struktur zu erhöhen,
und eine Verstärkungsplatte 1136 auf,
die an der Innenseite des zweiten kuppelförmigen Endes 113 vorgesehen
ist. Die oben genannte, erfindungsgemäße Ausbildung des Tankkörpers 102 ermöglicht es,
unter vorteilhafter Ausnutzung des Abstandes zwischen dem kuppelförmigen Ende
der Außenhülle 110 und dem
kuppelförmigen
Ende des Innenbehälters 120 eine
kombinierte Stützstruktur
anzuordnen.
-
Bezugnehmend
auf 4 weist die kombinierte Stützstruktur separat voneinander
eine Radialstützstruktur
und eine Längsstützstruktur
auf. Die Radialstützstruktur
weist eine erste Radialstützstruktur 210,
die mit dem ersten kuppelförmigen
Ende 122 des Innenbehälters 120 zusammenwirkt,
und eine zweite Radialstützstruktur 220 auf,
die mit dem zweiten kuppelförmigen
Ende 123 des Innenbehälters 120 zusammenwirkt.
Die erste Radialstützstruktur 210 und
die zweite Radialstützstruktur 220 weisen
jeweils einen inneren Befestigungsring 2101 bzw. 2201,
einen äußeren Befestigungsring 2102 bzw. 2202 sowie
eine erste Radialstützplatte 2103 bzw. eine
zweite Radialstützplatte 2203 auf.
Der innere Befestigungsring 2101 bzw. 2201 und
der äußere Befestigungsring 2102 bzw. 2202 sind
in Reihe an vordefinierten Positionen an der Innenseite des Verlängerungsansatzes 1223 bzw. 1233 oder
an dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende 1222 bzw. 1232 befestigt.
Die jeweilige Radialstützplatte 2103 bzw. 2203 ist
zwischen dem inneren Befestigungsring 2101 bzw. 2201 und
dem äußeren Befestigungsring 2102 bzw. 2202 befestigt
und wirkt eng mit dem Übergangsrohr
(Verlängerungsansatz 1223 bzw. 1233)
oder dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende 1222 bzw. 1232 zusammen.
Da die kuppelförmigen
Enden 122, 123 des Innenbehälters 120 jeweils
eine Abrundungsstruktur aufweisen, ist klar, dass der Radiant vom
Verlängerungsansatz 1223, 1233 zum
kleinen, umgekehrt kuppelförmigen
Ende 1222, 1232 hin allmählich abnimmt, so dass der
Kontaktspalt zwischen der Radialstützplatte 2103, 2203 und
dem kuppelförmigen
Ende 122, 123 selbstanpassend ist. Daher können, wenn
vom Normaltemperaturzustand zum Tieftemperaturzustand übergegangen
wird, obwohl an dem Innenbehälter 120 ein
Wärmeausdehnungseffekt
bzw. ein Kälteschrumpfungseffekt
auftritt, die erste Radialstützplatte 2103 und
die zweite Radialstützplatte 2203 dennoch
an dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende 1222 bzw. 1232 oder
an dem Verlängerungsansatz 1223 bzw. 1233 in
Eingriff sein, ohne dass dazwischen ein Spalt ausgebildet ist. von
größerer Bedeutung
ist, dass, da die Radialabstützung
direkt an dem kuppelförmigen Ende 122, 123 des
Innenbehälters 120 vorgesehen ist,
die Super-Vakuum-Isolationsschicht zwischen dem Innenbehälter 120 und
der Außenhülle 110 in
ihrer Dickenabmessung auf 50 mm verringert werden kann, was das
effektive Volumen des Innenbehälters 120 zusätzlich erhöht.
-
Ferner
ist zwischen dem ersten kuppelförmigen
Ende 112 der Außenhülle 110 und
dem ersten kuppelförmigen
Ende 122 des Innenbehälters 120 die
Längsstützstruktur 230 vorgesehen,
die sich durch die erste Radialstützplatte 2103 hindurch
erstreckt. Die Längsstützstruktur 230 weist
ein Stützrohr 2301,
das an die Versteifungsplatte 1122 der Außenhülle 110 montiert
ist und an dessen Innenseite eine Vergrößerung bzw. ein Ringbund 2302 als
Abstandshalter vorgesehen ist, eine Stützachse 2303, die
an die Mitte des ersten kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Endes 1222 montiert
ist und die sich zum Stützrohr 2301 hin
erstreckt, ein Verschließelement 2304, das
am Ende der Stützachse 2303 vorgesehen ist,
einen ersten Füllblock 2305,
der zwischen dem Verschließelement 2304 und
dem Ringbund 2302 gehalten wird, und einen zweiten Füllblock 2306 auf, der
zwischen dem ersten kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende 1222 und
dem Ringbund 2302 des Stützrohrs 2301 gehalten
wird. Das Verstärkungsrohr 1123 und
dessen Verstärkungsplatte 1124 umgeben das
Stützrohr 2301,
um die Struktur des Stützrohrs 2301 zu
verstärken.
Während
einer Bewegung des Tanks 100 drückt eine nach links gerichtete
bzw. nach rechts gerichtete Längskraft,
die durch den Innenbehälter 120 und
die Ladung verursacht wird, den zweiten Füllblock 2306 und den
ersten Füllblock 2305 zusammen
und wird dann über
das Stützrohr 2301 an
die Außenhülle 110 übertragen.
Unter Verwendung einer Finite-Elemente-Struktur und einer Thermoanalyse-Software
wird die innere Stützstruktur,
welche die Anforderungen hinsichtlich Wärmeeintrag und Spannungen bei
maximaler Transportkapazität
erfüllt,
kontrolliert konstruiert, und der Spalt der ersten kuppelförmigen Enden 122, 123,
die mit der Längsstützstruktur
versehen sind, sollte lediglich die Montageerfordernisse erfüllen, was
in der Tat die innere Stützstruktur
erzielt, die gut mit der Mehrlagen-Super-Vakuum-Isolationsstruktur
zusammenpasst. Erfindungsgemäß wird an
dem mit der Längsstützstruktur
versehenen Ende des Tankkörpers 102 der
Abstand zwischen den kuppelförmigen
Enden 122 und 112 des Innenbehälters 120 bzw. der
Außenhülle 110 zum Übertragen
von Längskraft
durch die Flüssigkeitsdichtung
des Rohrs zum Transferieren von Flüssigkeit oder Gas und durch
den notwendigen Spalt zum Kompensieren des Wärmeausdehnungseffekts bzw.
des Kälteschrumpfungseffekts
bestimmt, wobei der Spalt beispielsweise etwa 300 mm betragen kann.
Ferner kann das Stützrohr 2301, 1132 mit einer Verstärkungsstruktur
versehen sein, um die Festigkeit des Stützrohrs 2301, 1132 zu
erhöhen.
-
Die
erste Radialstützstruktur 210 nimmt
zusammen mit der zweiten Radialstützstruktur 220 die Radialkraft
auf, die durch den Innenbehälter 120 und das
transportierte Medium verursacht wird. Der Außendurchmesser der jeweiligen
Stützplatten 2103, 2203 steht
mit dem kuppelförmigen
Ende 122 bzw. 123 an den sich in den Innenbehälter 120 hinein
erstreckenden Abschnitten in Verbindung, was zum Anordnen der Längsstützstruktur
und zum Reduzieren des durch die Längsstützstruktur verursachten Wärmeeintrags
vorteilhaft ist. Die Stützplatten 2103, 2203 sind
mit ihren Innendurchmessern an den Stützrohren 2301 bzw. 1132 in
Eingriff, welche an die kuppelförmigen
Enden 112 bzw. 113 der Außenhülle 110 montiert sind,
was die Radialkraft ausgleicht und die Zuverlässigkeit der Stützstruktur
verbessert. Gleichzeitig wird eine gute Isolierleistung erzielt,
wobei die Längs-Wärmeübertragungsfläche zwischen dem
Innenbehälter 120 und
der Außenhülle 110 nur aus
der Belastungsfläche
der inneren Stützstruktur besteht,
und in anderen Bereichen des Behälters wird
Wärme lediglich
durch Wärmeabstrahlung übertragen,
was erfolgreich das beim Stand der Technik bestehende Problem von
Wärmeeintrag
an der Längsabstützung beseitigt.
Ferner wird gleichzeitig infolge des geringen Abstands zwischen
dem inneren kuppelförmigen
Ende und dem äußeren kuppelförmigen Ende
das Transportverhältnis
verbessert. Die Stützplatte
des erfindungsgemäßen Tanks 100 ist
aus geeignetem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial hergestellt. Mittels der Finite-Elemente-Analyse
und experimentellen Tests ist es möglich, den Spalt am Innenring
und am Außenring
selbstanpassend zu machen, so dass er sich beim Übergang vom Normaltemperaturzustand
(Umgebungstemperatur) zum Tieftemperaturzustand nur wenig ändert, was die
Stoßfestigkeit
der Struktur in Radialrichtung verbessert und vorteilhaft beim Zusammenbau
und der Spaltkontrolle bei Normaltemperatur ist.
-
Feiner
werden bei dem erfindungsgemäßen Tank
die vorteilhaften Eigenschaften von glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial
ausgenutzt, bei dem das Verhältnis
von Druckfestigkeit zum Wärmeleitungskoeffizienten
größer ist
als der thermische Kontaktwiderstand, was die Fähigkeit der Stützstruktur zur
Aufnahme von Radialkraft verbessert und den Wärmeeintrag reduziert, wodurch
das schwierige, beim Stand der Technik auftretende Problem, dass die
Vergrößerung des
Spalts im Kalt-Zustand hinsichtlich der Stoßfestigkeit nachteilig ist,
beseitigt wird. Mittels des Abschnitts, an dem sich das kuppelförmige Ende
des Innenbehälters
in den Innenbehälter
hinein erstreckt, ist die Länge
des Füllblocks
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff in Längsrichtung verlängert, was
den Wärmeeintrag
der Längsstützstruktur
reduziert und das beim Stand der Technik bestehende Problem löst, wonach
es unmöglich
ist, den Wärmeeintrag
an der Stützstruktur
in Längsrichtung zu
steuern. Gleichzeitig ist das Maximalvolumen gewährleistet, mit dem Flüssigkeit
bei begrenzter Gesamtgröße des Tanks
aufgenommen werden kann, und es ist das Paradoxon zwischen der Innenspannung
und der Wärmeisolation
beseitigt.
-
Der
erfindungsgemäße Tank
ist sehr günstig zu
montieren. Zuerst wird das zweite kuppelförmige Ende 113 mit
dem Zylinder 111 verschweißt, so dass ein Zusammenbauteil
gebildet wird. Als Zweites werden das erste kuppelförmige Ende 122,
das zweite kuppelförmige
Ende 123 und der Zylinder 121 so zusammen geschweißt, dass
sie den Innenbehälter 120 bilden.
Als Nächstes
werden mehrere Lagen von Wärmeisolationsmaterial
um die Außenfläche des
Innenbehälters 120 herumgewickelt.
Während
der weiteren Montage werden zuerst die zweite Radialstützplatte 2203 und
der an deren Innenseite angeordnete, innere Befestigungsring 2201 in
den Innenbehälter 120 eingesetzt,
und danach wird der äußere Befestigungsring 2202 eingesetzt,
und der äußere Befestigungsring 2202 wird
an seinem Innendurchmesser unter Verwendung eines Spezialwerkzeugs
festgepresst. Danach wird der äußere Befestigungsring 2202 als
Eckstoßverbindung
mit dem zweiten Verlängerungsansatz 1233 des
Innenbehälters 120 verschweißt, um bequem
das Zusammenbauteil der Außenhülle 110 so
zu installieren, dass es unter Führung
des horizontalen Montageprozessrohrs die zweite Radialstützplatte 2203 einschließt. Als
Zweites werden die erste Radialstützplatte 2103 und
der an deren Innenseite angeordnete, innere Befestigungsring 2101 in
den Innenbehälter 120 eingesetzt, und
danach wird der äußere Befestigungsring 2102 eingesetzt,
und der äußere Befestigungsring 2102 wird
an seinem Innendurchmesser mittels eines Spezial-Überziehwerkzeugs
festgepresst. Der äußere Befestigungsring 2102 wird
als Eckstoßverbindung mit
dem ersten Verlängerungsansatz 1223 verschweißt, und
dann wird der zweite Füllblock 2306 auf
die Stützachse 2303 aufgesetzt.
Abschließend wird
das erste kuppelförmige
Ende 112 der Außenhülle 110 so
installiert, dass es die erste Radialstützplatte 2103 einschließt, und
das erste kuppelförmige Ende 112 wird
mit dem Zusammenbauteil der Außenhülle 110 verschweißt. Beim
nächsten
Schritt wird der erste Füllblock 2305 in
das Stützrohr 2301 eingesetzt und
auf der Stützachse 2303 mittels
des Verschließelementes 2304 so
festgeklemmt, dass der erste Füllblock 2305 und
der zweite Füllblock 2306 zusammengedrückt werden,
und das Verschließelement 2304 wird
als Eckstoßverbindung
mit der Stützachse 2303 verschweißt, so dass
die Baugruppe einer kombinierten Stützstruktur realisiert ist.
Als Letztes wird eine erste Dichtplatte 1125 als Eckstoßverbindung mit
der ersten Versteifungsplatte 1222 verschweißt, und
eine zweite Dichtplatte 1137 wird mit der zweiten Versteifungsplatte 1133 als
Eckstoßverbindung
verschweißt,
wodurch der Tankkörper 102 vollendet
ist. Durch Pumpen eines Super-Vakuums wird zwischen der Außenhülle 110 und
dem Innenbehälter 120 eine Super-Vakuum-Isolationsschicht 104 ausgebildet. Danach
werden die Versteifungs- oder Verstärkungsringe 103 der
Außenhülle 110 an
die Außenfläche der Außenhülle 110 angeschweißt.
-
Zusammenfassend
betrifft die Erfindung eine Stützstruktur
eines Super-Vakuum-Isolationstanks und einen Super-Vakuum-Isolationstank
unter Verwendung derselben. Der Tank weist einen Rahmen und einen
Tankkörper
mit einer Außenhülle, einem Innenbehälter und
einer kombinierten Stützstruktur auf,
die die Außenhülle und
den Innenbehälter
miteinander verbindet. Die kombinierte Stützstruktur ist nur zwischen
den kuppelförmigen
Enden der Außenhülle und
des Innenbehälters
an beiden Enden des Tanks vorgesehen und kann Kräfte sowohl in Radial- als auch
in Längsrichtung
aufnehmen. Die Wärmeleitungsfläche zwischen
dem Innenbehälter
und der Außenhülle ist
klein, jedoch kann die Stützstruktur
eine starke Belastung aufnehmen, und das effektive Transportvolumen
des Innenbehälters
ist groß.