DE2112007A1 - Tieftemperatur-Fluessiggasbehaelter der Membranbauart und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Tieftemperatur-Fluessiggasbehaelter der Membranbauart und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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8000 Manchen 15 12. März 1971
Bridgestone Liquefied Gas Company/ Ltd. Tokyo (Japan)
Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart
und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter
der Membranbauart und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Behälter besteht aus einem äußeren starren
Gefäß, einer kompressionsbeständigen, wärmeisolierenden Schichtauskleidung
der inneren Oberfläche des äußeren Gefäßes und einem inneren, flexiblen, membranartigen Gefäß, welches im
allgemeinen dicht an der Innenoberfläche der wärmeisolierenden Schicht gehalten wird und bei niedriger Temperatur verflüssigte
Gase wie flüssiges Methan, Äthan, Äthylen, Propan usw. aufnehmen soll, welche normalerweise bei Raumtemperatur
gasförmig sind und bei niedriger Temperatur und atmosphärischem Druck verflüssigt werden.
Bei herkömmlichen Behältern dieaer Bauart wird das innere
defäß an seinen oberen Teilen gestützt, indem es aufgehängt
101§ 3 9,/1.2.31
"bzw. mittels Bolzen eo angeklammert ist, daß der Dachteil
des inneren Gefäßes infolge seiner eigenen Schwerkraft nach abwarte hängend gehalten wird. Jedoch verändert das innere
Gefäß seine physikalische Beschaffenheit in komplizierter V/eise gemäß verschiedener Bedingungsänderungen, welchen es
unterliegt, beispielsweise Änderung von normaler Temperatur in ungefülltem Zustand auf niedrige Temperatur in gefülltem
Zustand über eine Tieftemperatur bei ungefülltem Zustand
oder umgekehrt. Daher ist es ungünstig, auf das innere Gefäß irgendeine Einschränkung anzuwenden, welche die Deformierung
des inneren Gefäßes infolge der Veränderung seines physikalischen Zustandes verhindert, weil eine solche Einschränkung eine
Belastungskonzentrierung im inneren Gefäß herbeiführt.
Um eine solche Belastungskonzentrierung, wie sie oben erwähnt ist, zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, ein inneres
Gefäß zu bauen, welches beispielsweise nur an seinem Umfang rings um den Hals an einem starren äußeren Gef£ß befestigt
ist, während der Rest seiner gesamten Oberfläche unbefestigt ist, um Bewegungsfreiheit längs der inneran Oberfläche
einer wärmeisolierenden Schicht zu schaffen, wobei das innere Gefäß mit halbzylindrischen Kanten und halbkugeligen Ecken versehen
ist, welche flexibel genug ausgebildet sind, um die Füllung durch die Wirkung einer Ringspannung zu halten, mit Ausnahme
jener halbzylindrischen Kanten und halbkugsligen Ecken,
welche sich am Boden des inneren Gefäßes befinder. In diesem
Falle unterliest jedoch die Membrane, welche die ge-
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krümmten Bereiche wie die halbzylindrischen und halbkugeligen Kanten des inneren Gefäßes bildet, einer Biegebeanspruchung
infolge der Biegedeformation, welche durch die Kontraktion
der Membrane bei niedriger Temperatur verursacht wird, und zwar zusätzlich zu der Belastung infolge der Ringspannung. Daher besitzt
dieser bekannte Behälteraufbau solche Nachteile hinsiehtlieh
der Festigkeit des inneren Gefäßes, daß dieses an seinen gekrümmten Teilen übermäßig beansprucht wird.
Demzufolge sollen erfindungsgemäß in erster Linie die oben erwähnten Probleme bei den herkömmlichen Tieftemperatur-Plüssiggasbehältern
der Membranbauart gelöst und ein verbesserter Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart geschaffen
werden, bei welchem das innere membranartige Gefäß von überbeanspruchung an seinem gekrümmten Bereich durch die
kombinierte Beanspruchung infolge der Biegedeformierung der
den gekrümmten Bereich bildenden Membrane, verursacht durch die Kontraktion des inneren Gefäßes bei niedriger Temperatur,
und der Ringspannung, welche die innere Füllung des Behälters trägt, befreit ist. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren
zum wirksamen Aufbau des verbesserten Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters der Membranbauart geschaffen werden.
Die Erfindung schafft einen Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart, welcher ein äußeres, starres Gefäß,
eine druckbeständige, wärmeisolierende Schicht, welche die
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innere Oberfläche des äußeren Gefäßes auskleidet und ein inneres, flexibles, membranartiges Gefäß, welches im wesentlichen
dicht an der inneren Oberfläche der wärmeisolierenden Schicht gehalten wird, aufweist, wobei dich der Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter
dadurch auszeichnet, daß ein gekrümmter Bereich des inneren membranartigen Gefäßes so ausgebildet ist, daß er bei
normaler Temperatur einer solchen Biegebeanspruchung unterliegt, welche bei niedriger Temperatur verschwindet, wodurch
der gekrümmte Bereich im Zustand einer Tieftemperaturfüllung nur einer Ringspannung unterliegt.
Durch den Aufbau des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart unterliegen
die gekrümmten"Bereiche des inneren, membaranartigen Gefäßes
nicht mehr einer Biegebeanspruchung bei niedriger Temperatur und daher besteht keine Gefahr, daß die gekrümmten Bereiche
infolge der Gleichzeitigkeit der Biegung durch die Kontraktion und der Ringspannung bei einem Zustand der Tieftemperaturfüllung
übermäßig beansprucht werden. Die Verläßlichkeit des inneren Gefäßes hinsichtlich seiner Festigkeit ist daher
sehr stark verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbauen des oben beschriebenen
Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters der Membranbauart besteht darin, daß man ein gekrümmtes Teil einer Membrane
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verformt, welches bei normaler Temperatur eine Krümmung besitzt, die. durch den gekrümmten Bereich des inneren Gefäßes tfei
niedriger Temperatur definiert wird, und daß man das gekrümmte Teil an einem benachbarten Wandungsbereich des inneren Gefäßes
befestigt, nachdem das gekrümmte Teil in Bezug auf den.Wandungsbereich
so viel deformiert worden ist, wie es der Deformierung des gekrümmten Bereichs infolge der Kontraktion des
inneren Gefäßes bei niedriger Temperatur entspricht.
Durch das Deformieren des gekrümmten Teils in Bezug auf den benachbarten Wandungsbereich des inneren Gefäßes in einem
solchen Ausmaß, wie dies der Deformierung des gekrümmten Bereichs infolge der Kontraktion des inneren Gefäßes bei niedriger
Temperatur entspricht, bevor man das gekrümmte Membranteil an dem benachbarten Wandungsbereich des inneren Gefäßes
bei normaler Temperatur befestigt, wird das wirksame Aufbauen eines Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters der Membranbauart
erreicht, bei welchem der gekrümmte Bereich bei normaler Temperatur durch eine solche Biegebeanspruchung vorgespannt ist,
welche verschwindet, wenn der gekrümmte Bereich infolge der Kontraktion des inneren Gefäßes bei niedriger Temperatur in
umgekehrter Richtung deformiert worden ist.
Im folgenden seien einige bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 der Zeichnung ist eine vertikale Schnittansicht
einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters der Membranbauart;
Pig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Aufbauen des in Pig. 1 gezeigten
Behälters;
Pig. 3 zeigt, eine modifizierte Ausführungsform des in
Fig. 2 dargestellten Verfahrens.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Querschnittes eines Behälters
mit einer Doppelhülle 1, welche als äußeres starres Gefäß des Tieftemperatur-Flüssiggasfeehälters der Membranbauart dient.
Die innere Oberfläche der Hülle ist mit einer wärmeisolierenden
Schicht 2 ausgekleidet, weiche aus wärmeisolierendes Material
mit kompressionsbeständiger Eigenschaft besteht, wie "beispielsweise
starrer Polyurethaiisehaum oder ein wärmeisalierendes
Material, welches durch eine angemessene Serüststruktur gegen
die Koispressionskraft verstärkt ist. Im wesentlichen dicht -gegen
die innere Oberfläche der wärmeisolierendöö Schicht gehaltenj
befindet sieh ein inneres Gefäß 3 aus einem Belag eiises
gegen tiefe Temperaturen beständigen Materials, wie Nickel-,stahl,
rostfreier- Stahls Aluminium oder dergleichen.
Das innere Gefäß 3 besteht aus einer Membrane mit gekrümmten
Bereichen an deren Kanten, welche, mit Ausnahme eines gpkrüaiiaten
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Bereiches 3a in Nachbarschaft des Bodenbereiches des inneren Gefäß&s, sich im Abstand von der wärraexsolierenden Schicht 2
befinden, beispielsweise als gekrümmter Bereich 3b, so daß die Membrane, welche den gekrümmten Bereich bildet, flexibel und
uneingeschränkt durch die innere Füllung deformiert werden kann, um den Druck zu tragen, welcher von der Membraninnenseite her
durch die Wirkung der Ringspannung der Membrane ausgeübt wird. Der gekrümmte Bereich 3b ist so ausgebildet, daß er bei niedriger
Temperatur, wo er die zusammengezogene Gestalt annimmt, wie sie durch die durchgehende Linie in Fig. 1 gezeigt ist,
keiner Biegebeanspruchung unterliegt, wohingegen dieser Bereich einer Bxegebeanspruchung unterliegt, wenn er bei normaler
Temperatur ausgedehnt ist und die Gestalt annimmt, wie sie durch eine gestrichelte Linie 3c in Fig. 1 gezeigt ist.
Ein Dachbereich 3d des inneren Gefäßes 3 ist gasdicht am Znetralbereich des Dachteiles an einem geflanschten Teil befestigt,
welcher am unteren Ende eines starren Schachts 5 vorgesehen ist, wobei der Schacht durch Träger 1J verstärkt ist.
Der Schacht 5 ist an der Doppelhtille 1 mittels Befestigungsgliedern 6 und 7 angebracht, welch letztere aus wärmeisolierendem
Material bestehen und welche mit den geflanschten Teilen des Schachts in Eingriff stehen. Der verbleibende Raum
zwischen der Hülle 1 und dem Schacht 5 ist mit wärmeisolierendem Material 8 ausgefüllt, so daß die Abkühlung im inneren
Gefäß die Festigkeit der Hülle nicht beeinträchtigt.
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Füllungs- und Entnahmeleitungen, Gasleitungen und andere (nicht gezeigte) diverse Leitungen führen durch den Schacht 5
und einen gasdichten (nicht gezeigten) Deckel hindurch, welcher zum Schließen der öffnung des Schachts 5 ausgebildet ist,
in das innere Gefäß 3 hinein und aus diesem heraus.
Wenn das innere Gefäß mit bei niedriger Temperatur verflüssigten Gasen gefüllt ist, so zieht sich das innere Gefäß nach
dessen Zentralbereich hin, welcher am Schacht 5 befestigt ist, zusammen und demgemäß wird der gekrümmte Bereich 3b, welcher
bei Normaltemperatur die durch die gestrichelte Linie 3c gezeigte Gestalt annimmt, deformiert, so daß der gekrümmte Bereich
die durch die ausgezogene .Linie gezeigte Gestalt annimmt, Daher verschwindet nunmehr die Biegebeanspruchung, welche in
dem gekrümmten Bereich wirkt.
Die gekrümmten Bereiche der obigen Konstruktion, wie beispielsweise
der gekrümmte Bereich 3b, sind auch an den vertikalen Kanten und Ecken des inneren Gefäßes 3 vorgesehen. An
diesen gekrümmten Bereichen wird die innere Füllung durch die Wirkung der Ringspannung der Membrane gehalten, welche die
gekrümmten Bereiche ausmachen, während in anderen flachen
Bereichen wie auch in den gekrümmten Bereichen in Nachbarschaft des Bodenteiles des inneren Gefäßes, wie beim gekrümmten
Bereich 3a, die innere Füllung durch das äußere Gefäß ■bzw. Hülle 1 über die wärmeisolierende Schicht 2 getragen
wird, deren Innenweite in dichter Berührung mit dem inneren
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Gefäß 3 steht.
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß das.innere Gefäß 3 in
dem äußeren, mit der wärmeisolierenden Schicht ausgekleideten Gefäß bei Tieftemperatur-Eüllzustand stabil gehalten -wird,
wo im inneren Gefäß ein innerer Druck auf .dessen innere Oberfläche
ausgeübt wird. Ferner kann erfindungsgemäß das innere
Gefäß auch in seiner konstruierten Gestaltung gehalten werden, und zwar selbst bei normaler Temperatur in nicht gefülltem
Zustand, wo auf das innere Gefäß kein innerer Druck ausgeübt wird, weil infolge der Expansion des inneren Gefäßes die Biegebeanspruchung
im gekrümmten Bereich erneut in Erscheinung tritt und der gekrümmte Bereich wiederum zu seiner konstruierten Gestalt
deformiert wird. Das Befestigen des Zentralbereichs des inneren Gefäßes am Schacht trägt für das innere Gefäß dazu bei,
daß es seine konstruierte Gestalt behält.
Die Methode des Aufbaues des oben beschriebenen Behälters ist unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert. Nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird ein gekrümmtes Teil 3p zunächst
vorgebildet, welches bei normaler Temperatur eine solche Krümmung aufweist, welche einer Krümmung entspricht, die vom gekrümmten
Bereich bei niedriger Temperatur angenommen wird.Das gekrümmte Teil 3p wird dann an einer entsprechenden Ecke des
Schnittes von benachbarter Wand und Dach des Behälters angebracht, und zwar in einer Weise, daß die Kantenbereiche des
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gekrümmten Teiles auf den Kantenbereichen der Membranen aufliegen,
welche dazu ausgebildet sind, benachbarte Wand- und Dachbereiche 3s und 3s1 des inneren Gefäßes zu bilden. Dann
werden bei der in Pig. 2 gezeigten Ausführungsform die Kantenbereiche
des gekrümmten Teiles 3p in Bezug auf die benachbarten Wandungs- und Dachbereiche 3s und 3sr gemäß q ~ bzw.J .
verschoben, wobei dies so erfolgt, daß die Gesamtheit von J.
+ rjp der Verschiebung des gekrümmten Bereiches entspricht,
welche erwartungsgemäß durch die Kontraktion des inneren Gefäßes bei niedriger Temperatur verursacht wird. In diesem verschobenen
Zustand werden die Kantenbereiche des gekrümmten Teiles 3p an den entsprechenden Kantenteilen der benachbarten
Wandungs- und Bachbereiche 3s und 3s1 befestigt, indem man
verschweißt .oder andere angemessene, an sich bekannte Maßnahmen
der Verbindung anwendet.
Das oben erwähnte Verschieben des gekrümmten Teiles erreicht man leicht durch Ausbuchten des gekrümmten Teiles in
Pfeilrichtung von der konkaven Seite her, indem man geeignete (nicht gezeigte) Stoßvorrichtungen anwendet und das Befestigen
der Kantenbereiche kann vollzogen werden, während man die Stoßvorrichtungen
angelegt hält. Wenn die StoßvDrrichtuKgen entfernt werden, kann sich die Biegedeformierung des gekrümmten
Teiles 3p leicht zurückbilden, wobei die durch die Rückbildung verursachte Abweichung durch die benachbarten Wandungs- und
Dachbereiche 3s und 3s1 absorbiert wird. Jedoch verbleibt die
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Biegebeanspruchung im wesentlichen im gekrümmten Teil bei
normaler Temperatur und unterstützt das innere Gefäß darin, seine konstruierte Gestalt bei normaler Temperatur in ungefülltem
Zustand beizubehalten.
Bei der in Fig. 3 gezeigten modifizierten Ausführungsform
des Verfahrens wird das vorgeformte gekrümmte Teil 3p zunächst an dem benachbarten Wandungsbereich 3s an einem Kantenbereich
D des gekrümmten Teiles befestigt und dann wird der andere Kantenbereich des gekrümmten Teiles in bezug auf den
benachbarten Dachbereich 3s1 um den Betrago>.. +J <->
verschoben. In diesem Fall kann das gekrümmte Teil ebenfalls mittels angemessener Etoßvorrichtungen in Pfeilrichtung so weit ausgebuchtet
werden, bis die erforderliche Verschiebung J. + Jo
erreicht ist, und dieses andere Ende kann man am benachbarten Dachbereich 3s1 befestigen, während man die Stoßvorrichtungen
angewendet hält.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein gekrümmter Bereich des inneren Gefäßes des erfindungsgemäßen Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters
der Membranbauart wirksam davon befreit ist, bei Tieftemperatur-Füllbedingung durch Biegedeformation
beansprucht zu sein, indem dem gekrümmten Bereich bei normaler Temperatur zur Zeit des Aufbaus des Behälters eine
solche Biegedeformation erteilt wird, daß sie durch die Deformation des inneren Gefäßes infolge von dessen Kontraktion
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bei niedriger Temperatur aufgehoben wird. Auf diese Weise wird
.es wirksam vermieden, daß bei Tieftemperatur-Füllbedingung
der gekrümmte Bereich durch gleichzeitige. Biegedeformation und Ringspannung überbeansprucht wird. Durch diese Verbesserung
werden die Beanspruchung, welcher der gekrümmte Bereich unterliegt, bzw. die Verläßlichkeit des inneren Gefäßes hinsichtlich
seiner Festigkeit extrem erhöht.
Es ist auch ersichtlich, daß ein solcher gekrümmter Bereich, welcher bei normaler Temperatur in oben erwähnter Weise vorgespannt
ist, sehr wirksam nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden kann, indem man ein vorgeformtes, gekrümmtes
Teil, welches den gekrümmten Bereich bilden soll, durch Kraft deformiert, bevor man das gekrümmte Teil an einem benachbarten
Wandungsbereich des inneren Gefäßes bei normaler Temperatur befestigt.
Tieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart, bestehend aus einem äußeren, starren Gefäß; einer kompressionsbeständigen,
wärmeisolierenden Schicht, welche die Innenseite des.äußeren Gefäßes auskleidet; und einem inneren, flexiblen,
membranartigen Gefäß, welches im wesentlichen dicht an der inneren Oberfläche der wärmeisolierenden Schicht gehalten wird;
wobei ein gekrümmter Bereich des inneren, membranartigen Gefäßes, welcher dazu ausgebildet ist, die innere Füllung durch
Ringspannung zu tragen, unter Vorspannen leicht ausgebuchtet istν durch dessen Biegen bei normaler Temperatur in der Weise,
daß der gekrümmte Bereich eine konstruierte normale Gestalt
.Biegebeanspruchung annimmt und lediglich einer Ringspan-103333/1231
nung unterliegt, wenn das innere Gefäß infolge Abkühlene
durch die darin enthaltenen bei niedriger Temperatur verflüssigten Gase sich kontrahiert hat. Die Erfindung bezieht sich
auch auf ein Verfahren zum Aufbauen eines solchen Behälters.
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Claims (10)
- Patentansprüche/ lATieftemperatur-Flüssiggasbehälter der Membranbauart, bestehend aus einem äußeren starren Gefäß; einer kompressionsbeständigen, wärmeisolierenden Schicht, welche die innere Oberfläche des äußeren Gefäßes auskleidet; und einem inneren flexiblen, membranartigen Gefäß, welches im wesentlichen dicht an der Innenseite der wärmexsolierenden Schicht gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein gekrümmter Bereich (3b) des inneren membranartigen Gefäßes (3) so ausgebildet ist, daß er bei normaler Temperatur einer solchen Biegebeanspruchung unterliegt, welche bei Tieftemperatur verschwindet, wodurch der gekrümmte Bereich bei Tieftemperatur-Füllbedingung nur einer Ringspannung unterliegt.
- 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß der gekrümmte Bereich (3b) sich iia Abstand von der inneren Oberfläche der wärmeisclierenden Schicht (2) befindet.
- 3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2S dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Bereich (3b) bei normaler Temperatur, im Vergleich zu seiner Form bei Tieftemperatur, sich in ausgebuchteter Form befindet.109839/1231
- 4. Behälter nach Anspruch 1 Tdis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Bereich aus einem vorgeformten, gekrümmten Teil einer Membrane hergestellt ist, welches an den benachbarten Wandbereichen des inneren Gefäßes in seinen beiden Kantenbereichen befestigt ist.
- 5. Behälter Bach Anspruch 4< dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Teil in bezug auf die benachbarten Wandbereiche an dessen beiden Kantenbereichen bei normaler Temperatur so weit verschoben ist, daß die Gesamtverschiebungen (£+<£) an beiden Kantenbereichen der Deformation des gekrümmten Bereiches infolge Kontraktion des inneren Gefäßes bei Tieftemperatur entspricht.
- 6. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Teil in bezug auf den benachbarten Wandungsbereich an einem seiner Kantenbereiche bei normaler Temperatur so weit verschoben ist, daß die Verschiebung der Defo*- mierung des gekrümmten Bereiches infolge der Kontraktion des inneren Gefäßes bei Tieftemperatur entspricht.
- 7. Verfahren zur Herstellung des Tieftemperatur-Flüssiggasbehälters der ^erabranbauart naph Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gekrümmte^ Teil einer Membrane vorforists welches bei normaler Temperatur eine Krümmung besitzt, die durch den gekrümmten Bereich des inneren Gefäßes109839/1231bei Tieftemperatur definiert wird, und daß man das gekrümmte Teil an einem benachbarten Wandungsbereich des- inneren Gefäßes befestigt, nachdem das gekrümmte Teil in Bezug auf den Wandungsbereich so weit deformiert worden ist wie es der Deformierung des gekrümmten Bereiches infolge der Kontraktion des inneren Gefäßes bei Tieftemperatur entspricht.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Teil in bezug auf den benachbarten Wandungsbereich dadurch verschoben wird, daß man das gekrümmte Teil mittels Stoßvorrichtungen ausbuchtet, welche an der Konkavseite des gekrümmten Teiles angelegt werden.
- 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das gekrümmte Teil in bezug auf den benachbarten Wandungsbereich an beiden Kantenbereichen des Teils bei normaler Temperatur vor dem Befestigen so weit verschiebt, daß die Sesamtverschiebungen an beiden Kantenbereichen der Deformierung des gekrümmten Bereiches infolge der Kontraktion dee inneren Gefäßes bei Tieftemperatür entspricht.
- 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das gekrümmte Teil in bezug auf den benachbarten Wandungsbereich an einen der Kantenbereiche des gekrümmtenTeils bei normaler Temperatur vor dem Befestigen des gekrümmten Teils so weit verschiebt, daß die Verschiebung der Deformierung des gekrümmten Bereiches infolge der Kontraktion des inneren Gefäßes bei Tieftemperatur entspricht.109839/1231AtLeerseite
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