DE2103290C - Tieftemperatur-Flössiggasbehälter - Google Patents

Description

5. Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung befriedigt ist:

r < ~OP see (-), (Θ Φ 0).

6. Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung befriedigt ist:

r = fl(17-cos40).

•7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den minimalen Krümmungsradius gebildete Abschnitt der Kurve eine begrenzte Länge hat.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tieftemperatur-Flüssiggasbehäfter. bestehend aus einem äußeren starren Mantel, einer druckfesten, die Innenoberfläche des Mantels überdeckenden Wärmeisolationsschicht und einem flexiblen membranartigen Innentank, der sich bei Aufnahme des auf tiefer Temperatur befindlichen Flüssiggases auf der Wärmeisolationsschicht abstützt, wobefdie ebenen Seitenwände des Innentanks in ihrem unteren Bereich über gekrümmte Kanten in die ebene Bodenwand übergehen.

Der InnenUnk unterliegt zahlreichen Wechseln physikalischer Zustände, und zwar infolge Einfüllens und Entnehmens des Flüssiggases, so daß Wechsel von einem Leerzustand bei Normaltemperatur zu einem Füllstand bei Tieftemperatur und zu einem Leerzustand bei Tieftemperatur oder umgekehrt auftreten. Befindet sich der Innentank auf Normaltemperatur ohne Druckbeanspruchung oder im Leerzustand, liegt er im wesentlichen dicht an der Wärmeisolationsschicht an. wobei die gekrümmte Kante zwischen den Seitenwänden und der Bodenwand einer entsprechend gekrümmten Kante der Wärmeisolationsschicht fofgt. die die Seitenwände und die Bodenwand der Wärmeisolationsschicht verbindet. Wird der Innentank mit einer sehr kleinen Menge an Flüssiggas gefüllt, z. B. zurr· Zeitpunkt des Beginns des Füllens, bei dem sich der Innentank in einem Tieftemperatur-Leerzustand befindet, schrumpft der Innentank aus dem Normalzustand und nimmt eine andere Form an. die sich von derjenigen im Normalzustand unterscheidet. Wird dann der Innentank weiter mit Flüssiggas gefüllt, kommt er in den Tieftemperatur-Vollzustand, in dem er gegen die Innenoberfläche der Wärmeisolationsschicht gepreßt wird, so daß der Innentank erneut die der Innenoberfläche der Wärmeisolationssehicht folgende Kontur annimmt. Durch die hierdurch bedingten Wechsel in der Krümmung der Kanten tritt eine Biegenxmentkonzentration in den Übergangsbereichen der gekrümmten Kanten zu den Seitenwänden und dei Bodenwand auf. Das Biegemoment ist umgekehrt proportional zum Biegungskrümmungsradius. Es wird daher bei dem bekannten Innentank ein spezieller Abschnitt dieses Innentanks wiederholt einem relativ großen Biegemoment ausgesetzt, so daß dieser Abschnitt früher ermüdet und die Gefahr des Bruchs des Innentanks im Kantenbereich besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gestaltung des Innentanks zu finden, die eine Konzentrierung des Biegemoments bei den auftretenden Formwechseln verhindert und damit die Haltbarkeit des Innentanks erhöht.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die gekrümmten Kanten eine Kurve beschreiben, deren Krümmungsradius auf einem sich von den Seitenwänden entfernenden Abschnitt bis zu einem Minimalwert stetig abnimmt und anschließend auf einem sich der Bodenwand nähernden Abschnitt stetig zunimmt.

Bei dieser Ausgestaltung tritt kein abrupter Wechsel im Krümmungsradius zwischen der Kante und den ebenen Seitenwänden bzw. der Bodenwand auf. weil der Krümmungsradius allmählich aus dem Unendlichen auf den Minimalwert zur Mitte der gekrümmten Kante sich verändert, so daß das Biegemoment über einen verhältnismäßig großen Bereich.der gekrümmten Kante verteilt und dadurch gemindert wird, womit vorzeitige Ermüdung des Innentankts vermindert und dessen Lebensdauer erhöht wird.

Stehen Seitenwände und Bodenwand im rechten Winkel zueinander, so werden vorteilhaft für den übergangspunkt zwischen den Seilenwanden und den gekrümmten Kanten bzw. letzleren und der Bodenwand die folgenden Bedingungen einuehalten:

= o

*l\

wobei der übergangspunkt zwischen den Seitenwänden und den gekrümmten Kanten mit P und der Übergangspunkt zwischen der Bodenwand und den gekrümmten Kanten mit Q bezeichnet ist. O den Schnittpunkt der an den Punkten P und Q auf den Seiienwänden bzw. der Bodenwand errichteten Normalen darstellt, r den Abstand von Punkt O zu einem Punkt Λ/ auf der gekrümmten Kante bezeichnet und <-> den 4 MOP bedeuiet und angenr Timen wird, daß

der -i POO den Wert , hat. Hierduich wird weicher

übergang der gekrümmten Kante in die ebenen Wände gewährleistet.

Da der Krümmungsradius mit zunehmendem Absiand vom Übergangspunkt auf der gekrümmten Kante verringert werden muß, muß r eine monoton anwachsende Funktion von (-) sein, wobei zur Vermeidung einer Unterschneidung zwischen gekrümmter Kante und ebener Wand die Bedingung

r < OP see (-), ((-) = 0)

/u erfüllen ist. Es lassen sich zahlreiche Kurvenarten vorstellen, die die vorgenannten Bedingungen befriedigen. Ein Beispiel für eine solche Kurve ist

r = a (17 - cos 4 (-)),

worin α eine geeignete Konstante ist, die in Abhängigkeit von den spezifischen Ausführungsformen des Tanks zu bestimmen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

F i ". 1 ist ein Vertikalschnitt durch die gekrümmte Kante zwischen Seitenwand und Bodenwand eines bekannten Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters;

F i g. 2 ist ein der F i g. 1 entsprechender Vertikalschnitt bei einem e.findungsgemäßen Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter.

Dei Flüssiggasbehälter besteht aus einem äußeren starren, nicht dargestellten Mantel, einer druckfesten die Innenoberfläche des Mantels überdeckenden Wärmeisolationsschicht 2 und einem flexiblen membranartigen Innen tank, wobei die ebenen Seiten wände des Innentanks in ihrem unteren Bereich über gekrümmte Kanten in die ebene Bodenwand übergehen.

Wie man aus F i g. I ersieht, schrumpft der Innenlank, der im Normaltemperatur-Leerzustand die Form einnimmt, wie sie durch die der Innenoberfläche der Wärmeisolationsschicht 2 folgenden ausgezogenen Linie 1 gezeigt ist, im Tieftemperatur-Leerzusland zu der Form gemäß der gestrichelten Linie V. Im Tieftemperatur-VoIizustand wird der Innentank ausgedehnt, so daß er wieder dieselbe Form gemäß der ausgezogenen Linie 1 annimmt, wobei jedoch der Innentank fest gegen die Innenoberfläche der Wärme-

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40 isolationsschicht 2 gepreßt wird. Auf diese Weise wird der Innentank wiederholt zwischen der durch die ausgezogene Linie 1 und die gestrichelte Linie Γ verdeutlichten Form beim Einfüllen und Entnehmen des Tieftemperatur-Flüssiggases verformt.

Bei einer solchen Deformierung des Innentanks wird ein gekrümmter Ubergangsabschnitt A der gekrümmten Kante im Leerzustand bei Normaltemperatur zu einem ebenen Übergangsabschnitt A im Leerzustand bei tiefer Temperatur verformt und dann im Vollzustand bei tiefer Temperatur zu dem gekrümmten Ubergangsabschnitt TÜckgeformt. In ähnlicher Weise wird ein ebener Ubergangsabschnitt B des Normaltemperatur-Leerzustands zu einem gekrümmten Ubergangsabschnitt B' in dem Tieftemperatur-Leerzustand verformt und dann wieder im Tieftemperatur-Vollzustand zu dem ebenen Ubergangsabschnitt rückgeformt.

Daher wechselt bei dem bekannten Innentank gemäß Fig. 1, bei dem die gekrümmte Kante des Innentanks zusammen mi' .1er zugehörigen gekrümmten Kante der Wärmeisulaionsschicht mit einer Krümmung mit konstantem Krümmungsradius versehen ist. der tatsächliche Krümmungsradius der Ubergangsabschnitte A. A' und B. B' im Bereich von •i bis Unendlich. Da der zwischen den Ubergangsabschnitten A und B liegende Mittelabschnitt keiner wesentlichen Änderung im Krümmungsradius unterworfen ist. tritt eine Biegemomentkonzentration in den Ubergangsabschnitten A und B auf. Das Biegemoment ist umgekehrt proportional zum Biegungskrümmungsradius. Somit wird bei dem herkömmlichen Innentank ein spezieller Teil des Innentanks wiederholt einem relativ großen Biegernoment ausgesetzt, so daß dieser Teil früher ermüdet und die Gefahr des Bruchs des Innentanks an diesem Teil besteht.

An Hand der F i g. 2 wird erläutert, wie man erfindungsgemäß die gekrümmte KantR wählt, die die Seitenwände und Bodenwand verbindet.

In der F i g. 2 bezeichnen die Punkte P und Q die Ubergangspunkte der ebenen Seitenwand und der gekrümmten Kante bzw. der ebenen Bodenwand und der gekrümmten Kante. Der Schnittpunkt der an den Ubergangspunkten P und Q auf die Seiten- und Bodenwand errichteten Normalen ist mit O bezeichnet. M sei ein beliebiger Punkt auf der gekrümmten Kante, wobei die Strecke

~ÖM = r und $ MOP = (-)

bezeichnet. Es wird angenommen, daß ;· eine Funktion von (-> ist, z. B. r ((-)). Um zu vermeiden, daß Ungleichgewichte in den Spannungen zwischen der Seitenwand und der Boden wand auftreten, ist es erwünscht, daß die Form der gekrümmten Kante äquivalent mit diesen Wänden ist. Es sei angenommen, daß die Wände im rechten Winkel zueinander stehen und daß daher die gekrümmte Kante symmetrisch mit

Bezug auf (-> = 4 ist. Es wird somit angenommen, daß

f(ö) = r y - θ

ist. Es ist somit lediglich der Bereich von O ^ (-) < -V-

zii betrachten.

Ist die gekrümmte Kante weich und geht sie weich und glatt in die Wände über, müssen die folgenden Bedingungen befriedigt werden.

= ο,

dr

= O.

Da ferner der Krümmungsradius mit zunehmendem Abstand auf der gekrümmten Kante von dem Ubergangspunkt verringert werden muß, muß r eine monoton anwachsende Funktion von θ im Bereich

von O ^ (-) ^ 4 sein. Es muß daher die Bedingung

OP = r(0)g r

befriedigt werden. Damit ferner die gekrümmte Kante nicht in die ebenen Wände unterschneidet, muß die Bedingung

r <OP see ff, (Θ φ 0)

befriedigt werden. Es lassen sich zahlreiche Kurvenarten vorstellen, die die vorgenannten Bedingungen befriedigen. In F i g. 2 ist die gekrümmte Kante des Innentanks entsprechend der Kurve

r = α(17- cos4/9)

geformt, worin α eine entsprechend der Tankausbildung zu bestimmende Konstante ist.

Bei dieser Ausführungsform nach F i g. 2 schrumpft der Innentank, der im Normaltemperatur-Leerzustand die durch ausgezogene Linie 3 dargestellte Form annimmt, ebenfalls und nimmt im Tieftemperatur-Leerzustand die durch die gestrichelte Linie 3' dargestellte Form an und wird erneut in die durch die ausgezogene Linie 3 dargestellte Form beim Tieftemperalur-Vollzusland expandiert. Bei einer derartigen Deformierung des Innentanks wird ein im Normaltemperatur-Leerzustand neben der ebenen Seitenwand liegender gekrümmter Abschnitt der gekrümmten Kante und ein im Normaltemperatur-Leerzustand neben der gekrümmten Kante liegender ebener Abschnitt der Bodenwand zu einem ebenen Abschnitt bzw. gekrümmten Abschnitt im Tieftemperatur-Leerzustand verformt und im Tieftemperatur-Vollzustand zu dem gekrümmten bzw. ebenen Abschnitt rückgeformt. Da jedoch der Krümmungsradius allmählich aus dem Unendlichen auf den Minimalwert im übergang von der ebenen Seitenwand oder der ebenen Boden wand zur Mitte der gekrümmten Kante geändert

ίο wird, wird das Biegemoment dezentralisiert, weit verteilt und verhältnismäßig abgemindert.

Es sei bei der Ausführungsform nach F i g. 2 angenommen, daß der Deformationsabstand A den Wert 10 cm annimmt, OP = r(0) = 16a den Wert 250 cm annimmt; dann betrug das errechnete und nachgewiesene maximale Biegemoment Vio desjenigen des herkömmlichen Tanks mit konstantem Krümmungsradius von 250 cm.
Da somit erfindungsgemäß das am Innentank infolge Deformation antretende Biegemoment über einen verhältnismäßig großen Bereich der gekrümmten Kante verteilt und dadurch gemindert wird, wird die Ermüdung des Innentanks vermindert und seine Lebensdauer erhöht.

Bei der vorbeschriebenen Ausfuhrungsform wird der Krümmungsradius der gekrümmten kante allmäi !ich von der Seitenwand und der Bodenwand in Richtung auf den Zentralpunkt der gekrümmten Kante vermindert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf

diese Konstellation beschiänkt. Zum Beispiel kann das Merkmal der allmählichen Verringerung des Krümmungsradius lediglich bei den Abschnitten der gekrümmten Kante vorgesehen werden, die neben den Seitenwänden bzw. der Bodenwand liegen, während der Mittelabschnitt der gekrümmten Kante als eine Kurve mit konstantem Krümmungsradius ausgebildet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter, bestehend aus einem äußeren starren Mantel, einer druckfesten, die Innenoberfläche des Mantels überdeckenden Wärmeisolationsschicht und einem flexiblen membranartigen Innentank, der sich bei Aufnahme des auf tiefer Temperatur befindlichen Flüssiggases auf der Wärmeisolationsschicht abstützt, wobei die ebenen Seitenwände des Innentanks in ihrem unteren Bereich über gekrümmte Kanten in die ebene Bodenwand übergehen, d adurrh gekennzeichnet, daß die gekrümmten Kanten eine Kurve beschreiben, deren Krümmungsradius auf einem sich von den Seitenwänden entfernenden Abschnitt bis zu einem Minimalwert stetig abnimmt und anschließend auf einen, ich der Bodenwand nähernden Abschnitt stetig zunimmt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung befriedigt wird:

dr

(AL) ₌ 0 .

wobei der Übergangspunkt zwischen den Seitenwänden und den gekrümmten Kanten mit P und der Ubergaugspunkt zwischen der Bodenwand und den gekrümmter Kanten mit Q bezeichnet ist, O den Schnittpunkt der an den Punkten P und Q auf den Seitenwänden bzw. de Bodenwand errichteten Normalen darstellt, r den Abstand vom Punkt O zu einem Punkt M auf der gekrümmten Kante bezeichnet und Θ den ·$ MOP bedeutet und angenommen wird, daß der $ POO den Wert-^hat.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung befriedigt ist:

= 0.

4. Behälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen befriedigt sind:

= 0.

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