DE202005006023U1

DE202005006023U1 - Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur Flüssiggas

Info

Publication number: DE202005006023U1
Application number: DE200520006023
Authority: DE
Original assignee: China International Marine Containers Group Co Ltd; Nantong CIMC Tank Equipment Co Ltd
Current assignee: China International Marine Containers Group Co Ltd; CIMC Safeway Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-04-15
Also published as: CN2702155Y; JP3111656U

Abstract

Super-Vakuum-Isolationstank (100) für Tieftemperatur-Flüssiggas, aufweisend
einen Rahmen (101) und
einen Tankkörper (102) , welcher aufweist:
eine Außenhülle (110) mit einem Zylinder (111) und zwei kuppelförmigen Enden (112; 113),
einen Innenbehälter (120) mit einem Zylinder (121) und zwei kuppelförmigen Enden (122; 123),
eine Super-Vakuum-Isolationsschicht (104) zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120), und eine Haltestruktur (210; 220; 230), welche die Außenhülle (110) mit dem Innenbehälter (120) verbindet,
wobei die Haltestruktur (210; 220; 230) eine kombinierte Haltestruktur ist und nur zwischen den kuppelförmigen Enden (112; 113; 122; 123) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) an beiden Enden des Tanks (100) vorgesehen ist, um radialgerichtete Kräfte und längsgerichtete Kräfte aufzunehmen, und wobei der Abstand zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120) nicht mehr als 50 mm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Art einer Lager- oder Transportvorrichtung für Tieftemperatur-Flüssiggas, und insbesondere einen Super-Vakuum-Isolationstank, der zum effizienten Transportieren von Tieftemperatur-Flüssiggas bei einem Tanklastzug oder bei einem Tankcontainer verwendbar ist.
Die Leistungsfähigkeit von Tieftemperaturtanks wurde durch die in 1909 hervorgebrachte Vakuum-Pulver-Isolationstechnik sehr verbessert. Bis Ende der Dreißigerjahre wurde die Vakuum-Pulver-Isolationstechnik weithin im gesamten Bereich der Tieftemperaturtechnik verwendet, mit der Luftseparations- und Verflüssigungstechnik als typische Beispiele. Zu Beginn der Fünfzigerjahre kam die Super-Vakuum-Mehrlagen-Isolationstechnik auf, welche eine signifikante Weiterentwicklung in der Geschichte der Tieftemperatur-Isolationstechnik war. Insbesondere stieg der Verbrauch von flüssigem Wasserstoff und flüssigem Helium bis Ende der Fünfzigerjahre mit der Entwicklung der Raumfahrttechnik stark an, was die Forschung und die Anwendung der Super-Vakuum-Mehrlagen-Isolationstechnik anregte, wobei Tanklastzüge und Tankcontainer für Tieftemperatur-Flüssiggas die Hauptanwendungsprodukte waren.
Auf dem Gebiet der Tieftemperaturtechnik bezieht sich Tieftemperatur-Flüssiggas auf Gas in flüssigem Aggregatzustand und mit einer Temperatur von unter –160 Grad Celsius, wie zum Beispiel auf flüssigen Sauerstoff, flüssigen Stickstoff, flüssiges Argon, flüssigen Wasserstoff, flüssiges Helium, flüssiges Methan und flüssiges Erdgas ("Liquefied Natural Gas (LNG)") usw. Weil das Volumen der oben genannten Gase im flüssigen Zustand im Vergleich zum gasförmigen Zustand auf den sechshundertsten Teil schrumpft, werden diese oft in flüssiger Form transportiert. Beispiele für Vorrichtungen zum Transportieren von Tieftemperatur-Flüssiggas sind u.a. Tanklastzüge und Tankcontainer. Der Tank ist mit einer Doppelschichtstruktur und einer Vakuum-Zwischenschicht ausgebildet, welche zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle angeordnet ist, welche mittels einer Haltestruktur miteinander verbunden sind. Aufgrund der Anforderungen der Transportvorschriften sollten alle Transportvorrichtungen (wie Tanklastzüge, Tankcontainer usw.) der Beschränkung der maximalen Gesamtgröße nachkommen, und innerhalb dieser Grenze ist das effektive Volumen für die Ladung durch die Dicke der Vakuumschicht bestimmt.
Derzeit werden Tanklastzüge und Tankcontainer mit Vakuum-Pulver-Isolation weithin als Tieftemperatur-Transportvorrichtungen verwendet. 1 zeigt die hauptsächliche Struktur einer Transportvorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, welche aufweist: eine Außenhülle 1, einen Innenbehälter 2, eine Isolationsstruktur 3, mehrere Radial-Halter 4 sowie einen vorderen und einen hinteren Längs-Halter 15 bzw. 16, welche zwischen der Außenhülle 1 und dem Innenbehälter 2 angeordnet sind, und eine Versteifungseinrichtung 6. Zwischen dem Innenbehälter 2 und der Außenhülle 1 ist eine Super-Vakuum-Schicht 8 ausgebildet, in welcher Materialien, wie zum Beispiel Perlit, enthalten sein können, um die Wärmeisolierung zu realisieren. Um einen befriedigenden Wärmeisolierungs-Effekt zu erreichen, ist die Vakuumschicht 8 derart gestaltet, dass sie eine große Dicke hat, welche oft in einem Bereich von 200 mm bis 300 mm liegt. Jedoch muss ein Teil des effektiven Ladevolumens einer solchen Vorrichtung geopfert werden, und das Perlit lagert sich während des Transportierens allmählich ab, wodurch die Leistungsfähigkeit der Wärmeisolierung beeinträchtigt wird. Daher wurde die Mehrlagen-Isolationstechnik mit ihren Verbesserungen in praktischen Anwendungen, besonders für Vorrichtungen zum Aufnehmen von Tieftemperatur-Flüssiggas, entwickelt.
Gemäß der Mehrlagen-Isolationstechnik sind in obiger Transportvorrichtung 10 die Wärmeisolationsmaterialien außen um den Innenbehälters 2 herumgewickelt und die Isolationsschicht wird ausgebildet mittels Leerpumpens der Vakuumzwischenschicht, welche mehrere Lagen von Wärmeisolationsmaterial aufweist, zu einem Super-Vakuum-Zustand. Je dünner die Vakuumzwischenschicht ist, desto mehr Nutzlast kann der Tank beinhalten und transportieren. Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, dass es desto schwieriger ist, die Haltestruktur zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle anzuordnen, je dünner die Isolationsschicht ist, und dass je dünner die Isolationsschicht ist, um so geringer der Grad des Vakuums ist und um so mehr wärme von der Außenhülle zum Innenbehälter übertragen wird.
Zur Zeit muss bei den meisten Mehrlagen-Isolationstechniken, um die Radial-Halter in der Vakuumschicht anzuordnen, die Dicke der Vakuumschicht ca. 100 mm betragen, wie zum Beispiel in den Isolierungstechniken, welche in den chinesischen Patentschriften ZL 00249960.6 und ZL 01272605.2 offenbart sind.
Tatsächlich sollte die Haltestruktur zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle nicht nur die Last der Flüssigkeit, das Gewicht des Tanks und die durch die Stoßbeschleunigung verursachten Kräfte aufnehmen, sondern auch die durch sie selbst verursachte Wärmeleckage so gut wie möglich reduzieren, weshalb es eine Schlüsselaufgabe ist, die Haltestruktur eines Tieftemperatur-Tanks zu gestalten. Bei der oben erwähnten Transportvorrichtung 10 weist die Haltestruktur Radial-Halter 4, den vorderen Längs-Halter 15 und den hinteren Längs-Halter 16 auf. Den hinteren Längs- Halter 16 als Beispiel genommen weist dieser eine Verstärkungsplatte 23, ein Stahlhalterohr 24 für den Innenbehälter 2, einen Isolier-Stützring 26 und dessen Haltering 25, ein Stahlhalterohr 32 für die Außenhülle 1 und eine Verstärkungsrippe 33 auf. Das Stahlhalterohr 24 für den Innenbehälter 2 ist mit der Außenfläche des hinteren kuppelförmigen Endes des Innenbehälters 2 durch die Verstärkungsplatte 23 hindurch verschweißt, und das Stahlhalterohr 32 für die Außenhülle 1 ist mit der Innenfläche des hinteren kuppelförmigen Endes der Außenhülle 1 verschweißt. Das Stahlhalterohr 24 für den Innenbehälter 2 wird über den Isolier-Stützring 26 und den Haltering 25 vom Stahlhalterohr 32 für die Außenhülle 1 gehalten. Die Versteifungseinrichtung 6 weist einen Isolationsfüllblock 28, eine Innenmutter 27 und eine Druckmutter 29 für den Isolationsfüllblock 28, einen Halte-Achsen-Bolzen 30 und einen Haltedeckel 31 auf. Die Versteifungseinrichtung 6 ist über die Innenmutter 27 mit dem Stahlhalterohr 24 verbunden, die Druckmutter 29 ist mit dem Haltedeckel 31 verschweißt, und der Haltedeckel 31 ist mit dem Stahlhalterohr 32 für die Außenhülle 1 verschweißt. Es ist ersichtlich, dass die Struktur des obigen Isolationsfüllblocks 28 zwischen dem Innenbehälter 2 und der Außenhülle 1 weder das Problem, dass die Wärmeleckage wegen des schmalen Spalts zwischen den mehreren Super-Vakuum-Isolationslagen sehr groß ist, noch das Problem, dass die mehreren Super-Vakuum-Isolationslagen aufgrund einer Wärmeausdehnung oder einer Kälteschrumpfung des Innenbehälters 2 beschädigt oder unterbrochen werden, tatsächlich lösen kann. Zweitens ist es sehr schwierig das Überschieberohr aus rostfreiem Stahl zwischen den kuppelförmigen Enden des Innenbehälters 2 und der Außenhülle 1 herzustellen. Schließlich ist der Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden des Innenbehälters 2 und der Außenhülle 1 groß and die Stoßfestigkeit gering.
Eine andere Haltestruktur für Tieftemperaturbehälter ist die sogenannte "Hänge"-Struktur ("suspender"-structure), diese kann jedoch das Problem, dass die Stoßfestigkeit aufgrund der Wärmeausdehnung und der Kälteschrumpfung nachlässt, nicht tatsächlich bewältigen. Wenn die Haltefähigkeit der Edelstahl-Hängestruktur verbessert wird, wird die Wärmeübertragung ansteigen, und daher werden die Verdampfungsverluste des Tieftemperaturbehälters ansteigen und die Speicherungseffizienz für Tieftemperatur-Flüssigkeit wird abnehmen.
Das chinesische Patent ZL 00216678.X offenbart eine Art einer Haltestruktur 40 zum Abfangen starker Stöße gegen den Tieftemperaturbehälter, wie in 2 gezeigt. Die Haltestruktur 40 weist einen Radial-Halter, welcher an der Innenfläche der Außenhülle an jedem Endes des Tieftemperaturbehälters bereitgestellt ist, und einen Längs-Halter auf, welcher an dem einen Ende des Tieftemperaturbehälters bereitgestellt ist, wobei das andere Ende als freies Ende ausgebildet ist. Der Radial-Halter weist einen Radial-Haltering 41, ein Halterohr 42 für die Außenhülle und eine Verstärkungsrippe 43 auf. Ein Ende des Halterohrs 51 des Innenbehälters ist in der Mitte der Außenfläche jedes kuppelförmigen Endes des Innenbehälters 50 angeschweißt, und das andere Ende ist in den Radial-Haltering 41 eingefügt. Der Haltering 42, die Verstärkungsrippe 43 und die Außenhülle 44 sind zu einer Einheit verbunden. Der Längs-Halter weist auf: einen Längsstützstab 45, eine Längs-Halteplatte 47, welche mit dem Halterohr 51 verschraubt ist und welche mittels Anschweißens positioniert ist, eine glasfaserverstärkte Kunststoffhalteplatte 46, welche an jedes Ende der Längs-Halteplatte 47 montiert ist, eine Druckleiste 48, welche mit der Längs-Halteplatte 47 zusammenwirkt, um die glasfaserverstärkte Kunststoffhalteplatte 46 fest zusammen zu drücken, und ein Übergangs-Verbindungselement 49, mittels welcher der Längsstützstab 45 mit dem kuppelförmigen Ende der Außenhülle verschweißt ist. Bei obiger Haltestruktur muss, weil jedes Ende des Tieftemperaturbehälters sowohl mit einer Radial-Haltestruktur als auch mit einer Längs-Haltestruktur versehen ist, ein größer Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden gelassen werden, wodurch die Stoßfestigkeit vermindert wird, und der Kontaktspalt vergrößert sich während des Übergangs von normaler Temperatur zu niedriger Temperatur.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Speicher- oder Transporttank für Tieftemperatur-Flüssiggas zu schaffen, wobei innerhalb der begrenzten Gesamtgröße des Tanks dessen effektives Volumen für die Ladung vergrößert ist und dessen Stoßfestigkeit verbessert ist.
Dies wird mit einem Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas erreicht, der aufweist einen Rahmen und einen Tankkörper, welcher 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 Haltestruktur aufweist, welche das Außengehäuse mit dem Innenbehälter verbindet, wobei die Haltestruktur eine kombinierte Struktur ist und nur zwischen den kuppelförmigen Enden der Außenhülle und des Innenbehälters an beiden Enden des Tanks bereitgestellt ist, um die Kräfte in Radialrichtung und in Längsrichtung aufzunehmen, und wobei der Abstand zwischen der Außenhülle und dem Innengefäß nicht mehr als 50 mm beträgt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Mitte des kuppelförmigen Endes des Innenbehälters in den Innenbehälter hinein eingesenkt und bildet ein kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende, und die gewölbte Fläche des kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Endes ist entgegengesetzt zur gewölbten Fläche des kuppelförmigen Endes der Außenhülle ausgebildet.
Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Verstärkungsringen ist außen an der Außenhülle ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist der Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas mit einem kleinen, umgekehrtkuppelförmigen Ende in der Mitte des jeweiligen kuppelförmigen Endes des Innenbehälters ausgebildet, wobei eine kombinierte Haltestruktur im kleinen, umgekehrtkuppelförmigen Ende und zwischen den kuppelförmigen Enden der Außenhülle und des Innenbehälters angeordnet ist, um gleichzeitig radialgerichtete und längsgerichtete Kräfte aufzunehmen, wodurch im Wesentlichen eines oder mehrere Probleme, welche Aufgrund der im Stand der Technik bestehenden Beschränkungen und Nachteile verursacht werden, vermieden werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Tanks ist es, dass er eine hervorragende Isolations-Leistungsfähigkeit beibehalten kann und gleichzeitig über eine dünnere Isolationsschicht verfügt, um das effektive Volumen das Tanks zu vergrößern.
Erfindungsgemäß ist die kombinierte Haltestruktur nur zwischen dem inneren und dem äußeren kuppelförmigen Ende an beiden Enden des Tanks vorgesehen, und der Radial-Halter kontaktiert nicht direkt mit der Außenhülle, wodurch die Wärmeleitungs-Fläche der Halterung zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle reduziert ist und daher eine bessere Isolationsleistung erlangt ist. Gleichzeitig wird aufgrund der Abwesenheit von Radial-Haltern im geraden Abschnitt des Tanks die Super-Vakuum-Isolationsschicht zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle auf 50 mm verringert, was das effektive Volumen des Innenbehälters und die Beladungseffizienz vergrößert.
Überdies weist die Außenhülle des Tanks zwei kuppelförmige Enden, einen Zylinder und eine Mehrzahl von Versteifungsringen auf. Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Versteifungsringe an der Außenseite der Außenhülle bereitgestellt, wodurch die Außenhülle weniger Material verbraucht, weniger wiegt und weniger kostet, wobei die Bedingung erfüllt wird, dass die Außenhülle den gleichen Innendruchmesser aufweist und die Versteifungsringe die gleiche Größe haben. Gleichzeitig wirken die Versteifungsringe als ein Schutz für die Außenhülle. Die kuppelförmigen Enden des Innenbehälters und der Außenhülle (folgend als innere und äußere kuppelförmige Enden bezeichnet) sind in entgegengesetzten Richtungen ausgebildet, und der Innenbehälter ist mit mehreren Lagen von Wärmeisolationsmaterial umwickelt. Der Innenbehälter ist verbunden mit der Außenhülle mittels der Haltestruktur zwischen den inneren und dem äußeren kuppelförmigen Enden an beiden Seiten des Tanks, welche gleichzeitig radialgerichtete und längsgerichtete Kräfte aufnehmen. Weil die kuppelförmigen Enden des Innenbehälters und der Außenhülle in entgegengesetzten Richtungen ausgebildet sind, kann die kombinierte Haltestruktur innerhalb des inneren kuppelförmigen Endes angeordnet sein, was den Abstand zwischen den inneren und den äußeren kuppelförmigen Enden verkleinert. Daher kann bei gleicher Größe der Außenhülle der Innenbehälter ein größeres effektives Volumen erhalten.
Der erfindungsgemäße Tank weist eine innere Super-Vakuum-Haltestruktur mit mehreren Isolationslagen auf, welche eine sehr gute Leistung bezüglich Stoßfestigkeit und Wärmeisolierung hat. Demzufolge erfüllen die Stoßfestigkeit der Lager- oder Transportvorrichtung für Tieftemperatur Flüssiggas und die Temperaturveränderungen der Ladung des Tanks die Anforderungen an das Lagern und das Transportieren von Tieftemperatur-Flüssiggas. Ferner ist die Super-Vakuum-Schicht zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle des Tieftemperatur-Tanks sehr dünn, wodurch schließlich eine erhöhte Effizienz hinsichtlich der Beladung mit Tieftemperatur-Flüssiggas erreicht ist.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Tanks für Tieftemperatur-Flüssiggas gemäß dem Stand der Technik,
2 eine schematische Ansicht einer stoßfesten Haltestruktur, welche innerhalb eines Tieftemperaturbehälters gemäß dem Stand der Technik vorgesehen ist,
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Super-Vakuum-Mehrlagen-Isolationstanks für Tieftemperatur-Flüssiggas,
4 eine schematische Vertikalschnittdarstellung des in 3 gezeigten Tanks,
5 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten kuppelförmigen Endes des in 3 gezeigten Tanks und
6 eine perspektivische Schnittdarstellung eines zweiten kuppelförmigen Endes des in 3 gezeigten Tanks.
Nun wird mit Bezug auf die Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Super-Vakuum-Mehrschicht-Isolationstanks für Tieftemperatur-Flüssiggas gemäß der Erfindung. Wie in 3 gezeigt, weist der Tank 100 einen Rahmen 101 und einen Tankkörper 102 auf, welche auf besondere Weise zusammengeschweißt sind. In Bezug auf einem Tanklastzug, betrifft der Rahmen 101 die Struktur, die den Tankkörper 102 an einen Automobil-Fahrgestell befestigt. In Bezug auf einen Tankcontainer, betrifft der Rahmen 101 die Struktur, die den Tankkörper 102 im vorgesehenen Bereich des Containers befestigt. Außerdem sind eine Mehrzahl von Versteifungsringen 103 an der Außenfläche des Tanks vorgesehen.
4 zeigt eine schematische Vertikalschnittdarstellung des in 3 gezeigten Tanks. Bezugnehmend auf 4 weist der Tankkörper 102 auf: eine Außenhülle 110, welche einen Zylinder 111 sowie ein erstes kuppelförmiges Ende 112 und ein zweites kuppelförmiges Ende 113 aufweist, um den Zylinder 111 jeweils an seinen beiden Enden zu verschließen, und einen Innenbehälter 120, welcher innerhalb der Außenhülle 110 angeordnet ist und welcher einen Zylinder 121 sowie ein erstes kuppelförmiges Ende 122 und ein zweites kuppelförmiges Ende 123 aufweist um den Zylinders 121 an seinen beiden Enden zu verschließen. Eine Super-Vakuum-Isolationsschicht 104 ist zwischen der Außenhülle 110 und dem Innenbehälter 120 gebildet, wobei mehrere Lagen von Isolationsmaterial 105 um die Außenfläche des Innenbehälters 120 herumgewickelt sind.
Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen, wobei 5 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten kuppelförmigen Endes des in 3 gezeigten Tanks ist. Insbesondere weist das erste kuppelförmige Ende 122 des Innenbehälters 120 auf: einen ersten Hauptkörper 1221, ein erstes kleines, umgekehrt-kuppelförmiges Ende 1222, welches in einer eingedrückten Weise von der Mitte des ersten Hauptkörpers 1221 aus in den Innenbehälter hinein ausgebildet ist, das heißt, die gewölbte Fläche des ersten kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Endes 1222 ist folglich dem korrespondierenden, kuppelförmigen Ende 112 der Außenhülle 110 entgegengesetzt ausgebildet, und einen zwischen dem ersten kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Ende 1222 und dem ersten Hauptkörper 1221 eingeschweißten ersten Verlängerungsansatz 1223, welcher eine Abrundungsstruktur bildet und die Innenspannung des Innenbehälters 120 verringert. Außerdem kann zusätzlich eine 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 gleichermaßen auf: einen zweiten Hauptkörper 1231, ein zweites kleines, umgekehrt-kuppelförmiges Ende 1232, welches in einer eingedrückten Weise von der Mitte des zweiten Hauptkörpers 1231 aus in den Innenbehälter hinein ausgebildet ist, das heißt, die gewölbte Fläche des zweiten umgekehrtkuppelförmigen Endes 1232 ist folglich dem korrespondierenden, kuppelförmigen Ende 113 der Außenhülle 110 entgegengesetzt ausgebildet, und einen zwischen dem zweiten umgekehrten kuppelförmigen Ende 1232 und dem zweiten Hauptkörper 1231 eingeschweißten Verlängerungsansatz 1233, welcher eine Abrundungsstruktur bildet und welcher die Innenspannung des Innenbehälters 120 verringert. Außerdem kann zusätzlich eine Verstärkungsplatte 1234 an der Innenseite des kuppelförmigen Endes 123 des Innenbehälters 120 vorgesehen sein, um die Stoßfestigkeit zu erhöhen.
Um eine genügende Stabilität zu gewährleisten, weist das erste kuppelförmige Ende 112 der Außenhülle 110 ferner auf: einen Hauptkörper 1121, eine Versteifungsplatte 1122, welche in der Mitte des Hauptkörpers 1121 ausgebildet ist und ein Verstärkungsrohr 1123, welches mit der Versteifungsplatte 1122 verbunden ist, mit einer daran vorgesehenen Verstärkungsplatte 1124, um die Struktur zu festigen. Verzugweise ist eine Verstärkungsplatte 1126 an der Innenseite des ersten kuppelförmigen Endes 112 vorgesehen, um die Stabilität des ersten kuppelförmigen Endes 112 zu erhöhen. Um den Montageanforderungen zu entsprechen, weist das zweite kuppelförmige Ende 113 der Außenhülle 110 auf: einen Hauptkörper 1131, ein Halterohr 1132, welches von innen mittig an den Hauptkörper 1131 montiert ist, eine Versteifungsplatte 1133, welche an der Mitte des Hauptkörpers 1131 ausgebildet ist und welche mit dem Halterohr 1132 verbunden ist, ein Verstärkungsrohr 1134, welches an die Versteifungsplatte 1133 angefügt ist und das Halterohr 1132 umgibt und an welchem eine Verstärkungsplatte 1135 vorgesehen ist, um die Festigkeit der Struktur zu erhöhen, und eine Verstärkungsplatte 1136, welche an der Innenseite des zweiten kuppelförmigen Endes 113 vorgesehen ist. Mit der oben genannten erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Tankkörpers 102 ist es möglich, den Abstand zwischen dem kuppelförmigen Ende der Außenhülle und dem kuppelförmigen Ende des Innenbehälters voll auszunutzen, um eine kombinierte Haltstruktur anzuordnen.
Bezugnehmend auf 4, weist die kombinierte Haltestruktur eine Radial-Haltestruktur und eine gesonderte Längs-Haltestruktur auf. Die Radial-Haltestruktur weist eine erste Radial-Haltestruktur 210, welche mit dem ersten kuppelförmigen Ende 122 des Innenbehälters 120 zusammenwirkt, und eine zweite Radial-Haltestruktur 220 auf, welche mit dem zweiten kuppelförmigen Ende 123 des Innenbehälters 120 zusammenwirkt. Die erste/zweite Haltestruktur 210/220 weisen jeweils auf: einen inneren Befestigungsring 2101/2201, einen äußeren Befestigungsring 2102/2202, und eine erste bzw. zweite Radial-Halteplatte 2103/2203. Der innere Befestigungsring 2101/2201 und der äußere Befestigungsring 2102/2202 sind in Reihe an vordefinierten Positionen an der Innenseite des Verlängerungsansatzes 1223/1233 oder des kleinen umgekehrt-kuppelförmigen Endes 1222/1232 befestigt, und die Radial-Halteplatte 2103/2203 ist zwischen dem inneren Befestigungsring 2101/2201 und dem äußeren Befestigungsring 2102/2202 befestigt und wirkt eng mit dem Übergangsrohr 1223/1233 oder dem umgekehrt-kuppelförmigen Ende 1222/1232 zusammen. Da das kuppelförmige Ende des Innenbehälters eine Abrundungsstruktur hat, ist es offensichtlich, dass der Radius vom Verlängerungsansatz 1223/1233 aus zum kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Ende 1222/1232 hin allmählich abnimmt, das heißt, der Kontaktspalt zwischen der Radial-Halteplatte und dem kuppelförmigen Ende ist selbstanpassend. Daher kann beim Übergehen vom Normaltemperatur-Zustand in den Tieftemperatur-Zustand, obgleich ein Wärmeausdehnungseffekt oder ein Kälteschrumpfungseffekt bei dem Innenbehälter 120 vorhanden ist, die erste und die zweite Radial-Halteplatte immer noch dicht an dem umgekehrt-kuppelförmigen Ende oder dem Verlängerungsansatz in Eingriff sein, ohne einen Spalt dazwischen. Noch bedeutsamer ist, dass, da der Radial-Halter direkt am kuppelförmigen Ende des Innenbehälters vorgesehen ist, die Super-Vakuum-Isolationsschicht zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle auf 50 mm verringert werden kann, wodurch zusätzlich das effektive Volumen des Innenbehälters vergrößert wird.
Darüberhinaus ist die Längs-Haltestruktur 230 zwischen dem ersten kuppelförmigen Ende 112 der Außenhülle und dem ersten kuppelförmigen Ende 122 des Innenbehälters bereitgestellt und erstreckt sich durch die erste Radial-Halteplatte 2103 hindurch. Die Längs-Haltestruktur 230 weist auf: ein Halterohr 2301, welches an die Versteifungsplatte 1122 der Außenhülle 110 montiert ist und an dessen Innenseite eine Vergrößerung ("blow-up") bzw. ein Ringbund als Abstandshalter ausgebildet ist, eine Halteachse 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 Halteachse vorgesehen ist, einen ersten Füllblock 2305, welcher zwischen dem Verschließelement 2304 und der Vergrößerung 2302 eingeschlossen ist, und einen zweiten Füllblock 2306, welcher zwischen dem kleinen, umgekehrtkuppelförmigen Ende 1222 und der Vergrößerung 2302 des Halterohrs eingeschlossen ist. Das Verstärkungsrohr 1123 und dessen Verstärkungsplatte 1124 umgeben das Halterohr 2301 derart, dass die Struktur des Halterohrs 2301 gefestigt wird. Demzufolge werden während einer Bewegung des Tanks 100 die linksgerichteten und die rechtsgerichteten Längskräfte, welche durch den Innenbehälter 120 und die Ladung verursacht werden, auf den ersten Füllblock und den zweiten Füllblock Druck ausüben, um dann mittels des Halterohrs zur Außenhülle übertragen zu werden. Unter Verwendung einer Finite-Elemente-Struktur und einer Thermoanalyse-Software wurde die innere Haltestruktur, welche die Anforderungen hinsichtlich Wärmeleckage und Spannung bei maximaler Transportkapazität erfüllt, kontrolliert gestaltet, und der Spalt der ersten kuppelförmigen Enden, welche mit einem Längs-Halter vorgesehen sind, sollte lediglich die Montageanforderungen erfüllen, wodurch tatsächlich die innere Haltestruktur erzielt ist, die gut an die Super-Vakuum-Mehrlagen-Isolationsstruktur angepasst ist. Erfindungsgemäß wird an dem Ende, welches mit einer Längs-Haltestruktur versehen ist, der Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden des Innenbehälters und der Außenhülle zum Übertragen von Längskraft durch die Flüssigkeitsdichtung des Rohrs zum Transferieren von Flüssigkeit oder Gas und durch den notwendigen Spalt zur Kompensation einer Wärmeausdehnung und einer Kälteschrumpfung bestimmt, beispielsweise kann der Spalt ungefähr 300 mm breit sein. Außerdem kann, um die Festigkeit des Halterohrs zu verbessern, das Halterohr mit einer Verstärkungsstruktur versehen sein.
Die erste Radial-Haltestruktur 210 nimmt zusammen mit der zweiten Radial-Haltestruktur 220 die radialgerichteten Kräfte auf, welche durch den Innenbehälter 120 und das transportierte Medium verursacht werden. Die Außenumfänge der Halteplatten 2103 und 2203 kontaktieren mit den kuppelförmigen Enden 122 und 123 an den Stellen, welche sich in den Innenbehälter 120 hinein erstrecken, was günstig zum Anordnen des Längs-Halters und zum Reduzieren der durch den Längs-Halter verursachten Wärmeleckage ist. Die Innenumfänge der Halteplatten 2103 und 2203 sind an den Halterohren 2301 und 1132 in Eingriff, welche an die kuppelförmigen Enden 112 bzw. 113 der Außenhülle 110 montiert sind, wodurch ein Ausgleich der radialgerichteten Kräfte und ein Erhöhen der Funktionssicherheit der Haltstruktur erreicht wird. Gleichzeitig wird eine gute Isolationsleistung erreicht. Die längslaufende wärmeleitende Fläche zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle wird lediglich durch die Belastungsfläche der inneren Haltstruktur gebildet, und an anderen Flächen des Gefäßes wird Wärme lediglich mittels Strahlung übertragen, wodurch das im Stand der Technik bestehende Problem der Wärmeleckage an der Längs-Haltestruktur erfolgreich bewältigt wird. Außerdem wird wegen des kleinen Abstands zwischen den inneren und äußeren kuppelförmigen Enden gleichzeitig das Transportverhältnis verbessert. Die Halteplatte des erfinderischen Tanks 100 ist aus einem geeigneten Glasfaser-Kunststoffmaterial gebildet. Mittels der Finite-Elemente-Analyse und experimenteller Tests ist es möglich, den Spalt am Innenring und am Außenring selbstanpassend und wenig veränderlich beim Übergehen vom Normaltemperatur-Zustand in den Tieftemperatur-Zustand zu machen, wodurch die Stoßfestigkeit der Struktur in radialer Richtung verbessert wird und was vorteilhaft für die Montage und die Kontrolle des Spalts bei normaler Temperatur ist.
Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Tank 100 die vorteilhaften Eigenschaften des Glasfaser-Kunststoffmaterials, dass das Verhältnis der Druckfestigkeit zum Wärmeleitungskoeffizient größer als der thermische Kontaktwiderstand ist, voll ausgenutzt, womit die Eignung der Haltestruktur, radialgerichtete Kräfte aufzunehmen, verbessert wird und die Wärmeleckage reduziert wird, wodurch das schwierige, im Stand der Technik bestehende Problem, gelöst wird, dass die Expansion des Spalts unter kalten Bedingungen unvorteilhaft für die Stoßfestigkeit ist. Der Bereich in dem sich das kuppelförmige Ende des Innenbehälters in den Innenbehälter hinein erstreckt, vergrößert die Länge des Glasfaser-Kunststoff-Füllblocks in Längsrichtung, wodurch die Wärmeleckage an der Längs-Haltestruktur reduziert wird und das Problem des Standes der Technik, dass es unmöglich ist, die Wärmeleckage der Haltestruktur in Längsrichtung zu steuern, gelöst wird. Gleichzeitig sind das maximale Volumen für die Aufnahme von Flüssigkeit innerhalb der beschränkten Gesamtgröße des Tanks sichergestellt und der Widerspruch zwischen der Innenspannung und der Wärmeisolierung gelöst.
Der erfindungsgemäße Tank ist sehr bequem 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 zusammengeschweißt, um den Innenbehälter 120 zu bilden. Dann werden mehrere Lagen von Wärmeisolationsmaterial um die Außenfläche des Innenbehälters 120 herumgewickelt. Während der weiteren Montierens wird zuerst die zweite Radial-Halteplatte 2203 und der Befestigungsring 2201 an deren Innenseite in den Innenbehälter 120 eingesetzt, dann wird der äußere Befestigungsring 2202 eingesetzt und der Innenumfang des äußeren Befestigungsrings 2202 wird mittels Verwendens eines Spezialwerkzeugs festgepresst, und dann wird der äußere Befestigungsring 2202 mittels Eckverbindungsschweißen mit dem zweiten Verlängerungsansatz des Innenbehälters 120 verschweißt, um bequem das Zusammenbauteil der Außenhülle 110 so zu installieren, dass es unter Führung des horizontalen Montageprozessrohrs die zweite Radial-Halteplatte 2203 einschließt. Als zweites wird die erste Radial-Halteplatte 2103 und der Befestigungsring 2101 an deren Innenseite in den Innenbehälter 120 eingesetzt, dann wird der äußere Befestigungsring 2102 eingesetzt und der Innenumfang des äußeren Befestigungsrings wird mittels eines Spezial-Überziehwerkzeugs festgepresst, und der äußere Befestigungsring 2102 wird mittels Eckverbindungsschweißen mit dem ersten Verlängerungsansatz verschweißt, dann wird der zweite Füllblock 2306 auf die Halteachse 2303 aufgesetzt. Abschließend wird das erste kuppelförmige Ende 112 der Außenhülle 110 montiert, um die erste Radial-Halteplatte 2103 einzuschließen, und das erste kuppelförmige Ende 112 wird mit dem Zusammenbauteil der Außenhülle verschweißt. Im folgenden Schritt wird der erste Füllblock 2305 in das Halterohr 2301 eingesetzt und mittels des Verschließelements 2304 auf der Halteachse 2303 festgeklemmt, um den ersten Füllblock 2305 und den zweiten Block 2306 zusammen zu drücken, und das Verschließelement 2304 wird mittels Eckverbindungsschweißen mit der Halteachse 2303 verschweißt, um die Montage der kombinierten Haltestruktur zu verwirklichen. Als Letztes wird die erste Abdichtungsplatte 1125 mittels Eckverbindungsschweißen mit der ersten Versteifungsplatte 1122 verschweißt, und die zweite Versteifungsplatte 1133 wird mittels Eckverbindungsschweißen mit der zweiten Abdichtungsplatte 1137 verschweißt, wodurch der erfindungsgemäße Tank gebildet wird. Mittels Abpumpens in den Super-Vakuum-Zustand wird eine Super-Vakuum-Isolationsschicht 104 zwischen der Außenhülle 110 und dem Innenbehälter 120 ausgebildet. Dann werden die Versteifungsringe 103 der Außenhülle 110 an die Außenfläche der Außenhülle 110 angeschweißt.
Zusammenfassend weist der Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas einen Rahmen und einen Tankkörper auf, welcher ein Außengehäuse, einen Innenbehälter und eine kombinierte Haltestruktur aufweist, welche das Außengehäuse mit dem Innenbehälter verbindet. Die kombinierte Haltestruktur, welche radialgerichtete und längsgerichtete Kräfte aufnehmen kann, ist nur zwischen den kuppelförmigen Enden der Außenhülle und des Innenbehälters an beiden Enden des Tanks vorgesehen. Die wärmeleitende Fläche zwischen dem Innenbehälter und der Außenhülle ist klein, aber die Haltestruktur kann eine starke Belastung aufnehmen, und das effektive Transportvolumen des Innenbehälters ist groß.

Claims

Super-Vakuum-Isolationstank (100) für Tieftemperatur-Flüssiggas, aufweisend einen Rahmen (101) und einen Tankkörper (102) , welcher aufweist: eine Außenhülle (110) mit einem Zylinder (111) und zwei kuppelförmigen Enden (112; 113), einen Innenbehälter (120) mit einem Zylinder (121) und zwei kuppelförmigen Enden (122; 123), eine Super-Vakuum-Isolationsschicht (104) zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120), und eine Haltestruktur (210; 220; 230), welche die Außenhülle (110) mit dem Innenbehälter (120) verbindet, wobei die Haltestruktur (210; 220; 230) eine kombinierte Haltestruktur ist und nur zwischen den kuppelförmigen Enden (112; 113; 122; 123) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) an beiden Enden des Tanks (100) vorgesehen ist, um radialgerichtete Kräfte und längsgerichtete Kräfte aufzunehmen, und wobei der Abstand zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120) nicht mehr als 50 mm beträgt.
Tank (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Mitte des kuppelförmigen Endes (122) des Innenbehälters (120) in den Innenbehälters (120) hinein eingesenkt ist und ein kleines, umgekehrt-kuppelförmiges Ende (1222) bildet, und wobei die gewölbte Fläche des kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Endes (1222) entgegengesetzt der gewölbten Fläche des kuppelförmigen Endes (112) der Außenhülle (110) ausgebildet ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Haltestruktur (210) versehen ist mit einer Halteplatte (2103) , welche mit dem kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Ende (1222) über einen selbstanpassenden Kontaktspalt kontaktiert, und zwei Befestigungsringen (2101; 2102), welche an beiden Seiten der Halteplatte (2103) angeordnet sind, um die Halteplatte (2103) zu halten.
Tank (100) gemäß Anspruch 3, wobei ein Verlängerungsansatz (1223) zwischen dem kuppelförmigen Ende (122) des Innenbehälters (120) und dem kleinen, umgekehrtkuppelförmigen Ende (1222) des Innenbehälters (100) bereitgestellt ist, und wobei die Haltestruktur (210) an der Position des Verlängerungsansatzes (1223) bereitgestellt ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Haltestruktur (210; 220; 230) ferner eine Längs-Haltestruktur (230) aufweist, welche zwischen den kuppelförmigen Enden (112; 122) des Innenbehälters und der Außenhülle bereitgestellt ist und welche sich durch das mittige Loch der Halteplatte (2103) hindurch erstreckt, wobei die Längs-Haltestruktur (230) aufweist: ein Halterohr (2301), welches mit einer Vergrößerung (2302) an seiner Innenfläche ausgebildet ist und welches an die Innenseite des kuppelförmigen Endes (112) der Außenhülle (110) montiert ist, eine Halteachse (2303), welche sich durch die Vergrößerung (2302) hindurch und in das Halterohr (2301) hinein erstreckt, um am kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Ende (1222) befestigt zu sein, ein Verschließelement (2304) , welches am Ende der Halteachse (2303) vorgesehen ist, einen ersten Füllblock (2305), welcher zwischen dem Verschließelement (2304) und der Vergrößerung (2302) gehalten ist, und einen zweiten Füllblock (2306), welcher zwischen dem kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Ende (1222) and der Vergrößerung (2302) des Halterohrs (2301) gehalten ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 5, wobei der Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden (112; 122) des Innenbehälters (120) und der Außenhülle (110) am Stützende zum Übertragen der Längskraft durch den erforderlichen Abstand für die Flüssigkeitsdichtung des Rohrs zum Transferieren von Flüssigkeit oder Gas und durch die Kompensation für den Wärmeausdehnungseffekt und den Kälteschrumpfungseffekt bestimmt wird.
Tank (100) gemäß Anspruch 5, wobei ferner ein Verstärkungsrohr (1123) am kuppelförmigen Ende (112) der Außenhülle montiert ist, und wobei dass Verstärkungsrohr (1123) außerhalb des Halterohrs (2301) angeordnet ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 7, wobei eine Verstärkungsplatte (1122) zwischen dem Verstärkungsrohr (1123) und dem Halterohr (2301) bereit gestellt ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 1, wobei eines der kleinen, umgekehrt-kuppelförmigen Enden (1222) des Innenbehälters (120) mit einem horizontalen Montageprozessrohr versehen ist, welches mit dem Halterohr (2301) zusammenwirkt, um ein Führen und ein Positionieren während einer horizontalen oder einer vertikalen Montage zu gewährleisten.
Tank (100) gemäß Anspruch 1, wobei jeweils eine Verstärkungsplatte (1126; 1224) an der Innenseite der kuppelförmigen Enden (112; 122) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) bereitgestellt ist.
Tank (100) gemäß Anspruch 1, wobei die kombinierte Haltestruktur (210; 230) aus Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften und einem geringen Wärmeleitungskoeffizienten, wie beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial oder dergleichen, gebildet ist, so dass sie alle auftretenden Kräfte aufnehmen und übertragen kann, jedoch gegen Wärmeübertragung isoliert und zum zusätzlichen Reduzieren der Wärmeübertragung den Vorteil des thermischen Kontaktwiderstandes ausnutzt.
Tank (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Verstärkungsringen (103) an der Außenseite der Außenhülle (110) bereitgestellt ist.