DE202005006024U1

DE202005006024U1 - Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas

Info

Publication number: DE202005006024U1
Application number: DE200520006024
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: JP3111660U; CN2695767Y

Abstract

Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas, aufweisend:
einen Rahmen (101), und
einen Tankkörper (102), der 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-Vakuumisolationsschicht (104) zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120), und
eine Stützstruktur, die die Außenhülle (110) und den Innenbehälter (120) miteinander verbindet,
wobei die Stützstruktur eine kombinierte Stützstruktur ist, die nur zwischen den kuppelförmigen Enden (112, 122; 113, 123) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) an beiden Enden des Tanks (100) vorgesehen ist und die Kräfte in Radialrichtung und in Längsrichtung aufnehmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Art einer Lager- oder Transportvorrichtung für Tieftemperatur-Flüssiggas, und insbesondere einen Super-Vakuum-Isolationstank, der zum effizienten Transportieren und Lagern von Tieftemperatur-Flüssiggas bei einem Tanklastzug oder bei einem Tankcontainer verwendbar ist.
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-Vakuumisolationstechnologie 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-Vakuumisolationstechnologie 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-Vakuumisolationslagen der Wärmeeintrag über die Stützstruktur sehr hoch ist, noch das Problem, dass durch eine Wärmeausdehnung oder eine Kälteschrumpfung die mehreren Super-Vakuumisolationslagen 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 mit einem Vakuum-Superisolations-Tank für Tieftemperatur-Flüssiggas erreicht, der einen Rahmen und einen Tankkörper mit einem Außengehäuse, das einen Zylinder und zwei kuppelförmige Enden aufweist, einem Innenbehälter, der einen Zylinder und zwei kuppelförmige Enden aufweist, einer Super-Vakuumisolationsschicht zwischen der Außenhülle und dem Innenbehälter, und einer Stützstruktur aufweist, die die Außenhülle und den Innenbehälter miteinander verbindet, wobei die Stützstruktur eine kombinierte Stützstruktur ist, die zum Aufnehmen von Kräften in Radialrichtung und in Längsrichtung nur zwischen den kuppelförmigen Enden der Außenhülle und des Innenbehälters an beiden Enden des Tanks vorgesehen ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand zwischen der Außenhülle und dem Innenbehälter nicht größer als 50 mm.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Super-Vakuum-Isolationstanks für Tieftemperatur-Flüssiggas ist die Mitte des kuppelförmigen Endes des Innenbehälters in den Innenbehälter hinein abgesenkt 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.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind an der Außenseite der Außenhülle eine Mehrzahl von Versteifungs- oder Verstärkungsringen vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist der Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas mit einem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende in der Mitte des jeweiligen kuppelförmigen Endes des Innenbehälters ausgebildet und weist zum gleichzeitigen Abfangen von Radialkräften und Längskräften in dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende und zwischen den kuppelförmigen Enden der Außenhülle und der Innenhülle eine kombinierte Stützstruktur auf, welche im Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme infolge der Beschränkungen und der Nachteile des Standes der Technik löst.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Super-Vakuum-Isolationstanks ist, dass er eine hervorragende Isolationsleistung aufrechterhalten kann und gleichzeitig über eine dünnere Isolationsschicht verfügt, um das effektive Volumen des Tanks zu erhöhen.
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-Vakuumisolationsschicht 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-Vakuumstützstruktur 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-Vakuumisolationsschicht 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-Vakuumisolationsschicht 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-Vakuumisolationsschicht 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-Vakuumisolationsstruktur 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.
Ferner 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-Vakuumisolationsschicht 104 ausgebildet. Danach werden die Versteifungs- oder Verstärkungsringe 103 der Außenhülle 110 an die Außenfläche der Außenhülle 110 angeschweißt.
Zusammenfassend weist ein Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas 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.

Claims

Super-Vakuum-Isolationstank für Tieftemperatur-Flüssiggas, aufweisend: einen Rahmen (101), und einen Tankkörper (102), der 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-Vakuumisolationsschicht (104) zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120), und eine Stützstruktur, die die Außenhülle (110) und den Innenbehälter (120) miteinander verbindet, wobei die Stützstruktur eine kombinierte Stützstruktur ist, die nur zwischen den kuppelförmigen Enden (112, 122; 113, 123) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) an beiden Enden des Tanks (100) vorgesehen ist und die Kräfte in Radialrichtung und in Längsrichtung aufnehmen kann.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der Außenhülle (110) und dem Innenbehälter (120) nicht mehr als 50 mm beträgt.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitte der kuppelförmigen Enden (122, 123) des Innenbehälters (120) jeweils in den Innenbehälter (120) hinein abgesenkt ist und jeweils ein kleines, umgekehrt kuppelförmiges Ende (1222, 1232) bildet, und wobei die gewölbte Fläche des jeweiligen kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Endes (1222, 1232) zur gewölbten Fläche des korrespondierenden, kuppelförmigen Endes (112, 113) der Außenhülle (110) entgegengesetzt ist.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 3, wobei die Stützstruktur aufweist: eine Stützplatte (2103, 2203), die mit dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende (1222, 1232) in Kontakt steht, jedoch einen selbstanpassenden Kontaktspalt aufrechterhält, und zwei Befestigungsringe (2101, 2102; 2201, 2202), die zum Halten der Stützplatte (2103, 2203) an beiden Seiten der Stützplatte (2103, 2203) angeordnet sind.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, wobei ein Verlängerungsansatz (1223, 1233) zwischen dem jeweiligen, kuppelförmigen Ende (122, 123) des Innenbehälters (120) und dem zugeordneten kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende (1222, 1232) vorgesehen ist, und wobei die Stützstruktur an der Position des Verlängerungsansatzes (1223, 1233) angeordnet ist.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 4, wobei die Stützstruktur ferner eine Längsstützstruktur (230) aufweist, die zwischen den kuppelförmigen Enden (122, 112) des Innenbehälters (120) und der Außenhülle (110) vorgesehen ist und die sich durch ein mittiges Loch in der Stützplatte (2103) hindurch erstreckt, wobei die Längsstützstruktur (230) aufweist: ein Stützrohr (2301), das an seiner Innenfläche mit einer Vergrößerung (2302) versehen ist und das an der Innenseite des kuppelförmigen Endes (112) der Außenhülle (110) montiert ist, eine Stützachse (2303), die sich durch die Vergrößerung (2302) hindurch in das Stützrohr (2301) hinein erstreckt und die an dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende (1222) befestigt ist, ein Verschließelement (2304), das am Ende der Stützachse (2303) befestigt ist, einen ersten Füllblock (2305), der zwischen dem Verschließelement (2304) und der Vergrößerung (2302) gehalten wird, und einen zweiten Füllblock (2306), der zwischen dem kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Ende (1222) und der Vergrößerung (2302) des Stützrohrs (2301) gehalten wird.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 6, wobei der Abstand zwischen den kuppelförmigen Enden (122; 112) 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.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 6, wobei zusätzlich ein Verstärkungsrohr (1123, 1134) an das kuppelförmige Ende (112, 113) der Außenhülle (110) montiert ist, und wobei das Verstärkungsrohr (1123, 1134) außerhalb des Stützrohrs (2301, 1132) angeordnet ist.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 8, wobei zwischen dem Verstärkungsrohr (1123, 1134) und dem Stützrohr (2301, 1132) eine Verstärkungsplatte (1124, 1135) vorgesehen ist.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1, wobei das eine Ende (1232) der kleinen, umgekehrt kuppelförmigen Enden (1222, 1232) des Innenbehälters (120) mit einem horizontalen Montageprozessrohr versehen ist, das mit dem Stützrohr (1132) zusammenwirkt, um während eines horizontalen oder eines vertikalen Montierens ein Führen und ein Positionieren zu gewährleisten.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1, wobei an der Innenseite der kuppelförmigen Enden (112, 113; 122, 123) der Außenhülle (110) und des Innenbehälters (120) jeweils eine Verstärkungsplatte (1126, 1136; 1224, 1234) vorgesehen ist.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1, wobei die kombinierte Stützstruktur 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.
Super-Vakuum-Isolationstank gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei an der Außenseite der Außenhülle (110) eine Mehrzahl von Verstärkungsringen (103) vorgesehen sind.