DE2128720C3

DE2128720C3 - Thermal insulation to reduce the transfer of heat from the surface of a container to a liquid contained in it

Info

Publication number: DE2128720C3
Application number: DE19712128720
Authority: DE
Inventors: Jay LJrimger; GiTIe Jolin Paul; Littleton CoI. McGrew (V.St.A.)
Original assignee: Martin Marietta Corp., Denver, CoI. (V.St.A.)
Priority date: 1970-06-09
Filing date: 1971-06-09
Publication date: 1977-01-27

Description

Es bedeutetIt means

K] = 3,36 (eine dimensionslose empirische Konstante für kreisrunde Löcher), K] = 3.36 (a dimensionless empirical constant for circular holes),

S = Oberflächenspannung der Flüssigkeit-Gas-Zwischenfläche unter Arbeitsbedingungen (IbtLrih'ft). S = surface tension of the liquid-gas interface under working conditions (IbtLrih'ft).

R = Unterschied zwischen der Dichte der Flüssigkeit und der Dichte des Gases (lt>t,u_Sie/ffi). R = difference between the density of the liquid and the density of the gas (lt> t, u _Sie / ffi).

G = Schwerkraftsvektor, erzeugt durch die Anziehung und/oder Beschleunigung der Behälterwand (Erd-Anziehungseinheiten mit den Dimensionen VOn /ÖKraflZ/ÖMasse). Und G = gravity vector, generated by the attraction and / or acceleration of the container wall (earth attraction units with the dimensions VOn / ÖKraflZ / ÖMasse). and

K₂S ROHK ₂ S RAW

(b)(b)

Es bedeutetIt means

4 (eine dimensionslose Konstante für kreisrunde Löcher),4 (a dimensionless constant for circular holes),

H = maximaler Abstand zwischen jeweils zwei Öffnungen in der gleichen Zelle in Richtung des Schwerkraftsvektors (ft). H = maximum distance between any two openings in the same cell in the direction of the gravity vector (ft).

2. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung (24) eine kontinuierliche Krümmung besitzt.2. Insulation according to claim 1, characterized in that that each opening (24) has a continuous curvature.

Die Erfindung geht von einem Stand der Technik aus, e er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und s der DT-AS 11 65 625 sowie den US-Patentschriften 438 und 29 37 780 bekannt ist.The invention is based on a prior art, e it is described in the preamble of claim 1 and s of DT-AS 11 65 625 and US Patents 438 and 29 37 780 is known.

Diese bekannten Isolationen sind an den vertikalen Seitenwänden des die Flüssigkeit enthaltenden Behälters vorgesehen, wobei die Öffnungen in dem Verschlußkörper jeweils an der untersten Stelle der Taschen angeordnet sind und die Taschen sich von diesen Öffnungen nach oben sowie gegen die Oberfläche bzw. Außenwand des Behäkers erstrecken. Die in dem Behälter gespeicherte Flüssigkeit tritt durch diese öffnungen in die Taschen ein, verdampft in diesen und steigt bis zu einer Stelle nach oben, an der der Druck des in den Taschen eingeschlossenen Gases gleich ist dem hydraulischen Druck der Flüssigkeit. Durch die teilweise Ausfüllung jeder Tasche mit Flüssigkeit wird jedoch die thermische Isolationseigenschaft verringert. Wenn ferner der thermisch zu isolierende Behälter heftigen Bewegungen, z. B. während des Transports auf einem Fahrzeug ausgesetzt ist, spritzt die Flüssigkeit im Inneren der Taschen umher, benetzt sämtliche Wände der Taschen und reduziert dadurch die thermischen Isolationseigenschaften noch weiter. Wenn dann noch ein solcher Behälter geneigt wird, kann die in diesem enthaltene Flüssigkeit bestimmte Taschen vollständig ausfüllen und somit in eine direkte Berührung mit der Oberfläche bzw. Außenwand des Behäkers gelangen. Im übrigen sind diese bekannten thermischen Isolationen nur für die Seitenwände eines Behäkers geeignet, nicht dagegen zur Verwendung am Behälterboden, da in diesem Fall die Flüssigkeit die Taschen vollständig ausfüllen kann.These known insulations are provided on the vertical side walls of the container containing the liquid, the openings in the closure body being arranged in each case at the lowermost point of the pockets and the pockets extending upwards from these openings and against the surface or outer wall of the container. The liquid stored in the container enters the pockets through these openings, evaporates in them and rises to a point at which the pressure of the gas enclosed in the pockets is equal to the hydraulic pressure of the liquid. By partially filling each pocket with liquid, however, the thermal insulation property is reduced. Furthermore, if the container to be thermally insulated is subject to violent movements, e.g. B. is exposed during transport on a vehicle, the liquid splashes around inside the bags, wets all the walls of the bags and thereby further reduces the thermal insulation properties. If such a container is then tilted, the liquid contained in it can completely fill certain pockets and thus come into direct contact with the surface or outer wall of the container. In addition, these known thermal insulation are only suitable for the side walls of a container, but not for use on the container bottom, since in this case the liquid can completely fill the pockets.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolation der eingangs bezeichneten An derart weiterzubilden, daß ein Eintreten der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit in die Taschen der Isolation, unabhängig von deren Lage, in jedem Fall vermieden und somit die Isolation auch zur Anwendung an der Bodenwand eines Behäkers geeignet ist und daß insgesamt verbesserte thermische Isolationseigenschaften erreicht werden.The invention is therefore based on the object of providing thermal insulation of the type indicated at the outset to be developed in such a way that the liquid contained in the container can enter the pockets of the insulation, Regardless of their location, avoided in any case and thus the isolation can also be used on the Bottom wall of a container is suitable and that overall improved thermal insulation properties can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die KapHlaröffnungen mit den kritischen Abmessungen, die sich zwischen dem Gas in jeder Tasche und der Flüssigkeit im Behälter befinden, führen vorteilhaft zur Ausbildung stabiler kapillarer Flüssigkeits-Gas-Zwischenflächen zwischen dem Gas in jeder Tasche und der Flüssigkeit. Diese Zwischenflächen bilden vorteilhaft eine Membrane, die das Eindringen von Flüssigkeit in die Taschen verhindert und unabhängig von der jeweiligen Lage der Taschen vorhanden ist, so daß die erfindungsgemäßc thermische Isolation nicht nur für die Seitenwände eine? Behäkers, sondern auch für dessen Bodenwand geeignei ist. Regelmäßig verhindern diese Membranen eir Eintreten der Flüssigkeit in die Taschen selbst dann wenn der Behälter stark gerüttelt oder geneigt wird. Die erfindungsgemäße thermische Isolation ist daher sehi leistungsfähig. Sie bringt ferner den Vorteil, daß si« Druckveränderungen innerhalb des Behäkers selbsttä tig kompensiert. Wenn z. B. der Innendruck absinkt entweicht Gas aus den Taschen, so daß sich ein neuei Gleichgewichtszustand einstellt. Erhöht sich anderer seits der Innendruck im Behälter, tritt eine klein« Flüssigkeitsmenge in jede Tasche ein, verdampft dor und erhöht den Gasdruck in den Taschen so stark, dal die stabilen kapillaren Zwischcnfläclien wieder herge stellt werden. Mit Ausnahme von sehr kurzer Übergangszeitspannen während des Druckwechsel: sind folglich die Taschen frei von jeglicher Flüssigkeit Diese selbsttätige Wiederherstellung der ZwischenfläThis object is achieved by the characterizing features of claim 1. The capillary openings with the critical dimensions between the gas in each pocket and the liquid in the container are, lead advantageously to the formation of stable capillary liquid-gas interfaces between the gas in each pocket and the liquid. These intermediate surfaces advantageously form a membrane that prevents the ingress of liquid into the pockets and regardless of the respective position of the Pockets is present, so that the thermal insulation according to the invention is not only effective for the side walls? Behäkers, but also for the bottom wall is suitable. These membranes regularly prevent eir Entry of the liquid into the pockets even if the container is strongly shaken or inclined. the Thermal insulation according to the invention is therefore very efficient. It also has the advantage that Pressure changes within the container are automatically compensated. If z. B. the internal pressure drops gas escapes from the pockets so that a new state of equilibrium is established. Increases other On the side of the internal pressure in the container, a small amount of liquid enters each pocket and evaporates and increases the gas pressure in the pockets so much that the stable intermediate capillary surfaces are restored will be presented. With the exception of very short transition periods during the pressure change: The pockets are consequently free of any liquid

chen fördert vorteilhaft die Isolationswirkung und ist über lange Zeitspannen wirksam. Die Flüssigkeit im Behälter wird ferner vorteilhaft über die stabilen kapillaren Zwischenflächen bzw. Merrjjranen durch die Gassäulen in den Taschen getragen, die somit praktisch die Flüssigkeit abstützen, so daß die Taschenkonstruktion entlastet ist und demzufolge aus einem dünnwandigen, leichten Material hergestellt werden kann, das die Wärmeleitung sowie die Herstellungskosten für die Isolation reduziert.Chen advantageously promotes the insulation effect and is effective over long periods of time. The liquid in the container is also advantageous over the stable capillary interfaces or Merrjjranen through the Gas columns carried in the pockets, which thus practically support the liquid, so that the pocket construction is relieved and can therefore be made of a thin-walled, lightweight material that the Thermal conduction and the manufacturing costs for the insulation are reduced.

Das im Anspruch 2 angegebene Merkmal begünstigt die Ausbildung von stabilen kapillaren Zwischenflächen zwischen dem Gas und der Flüssigkeit.The feature specified in claim 2 favors the formation of stable capillary intermediate surfaces between the gas and the liquid.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen ausführlich beschrieben. EsThe invention will now be described in detail with reference to the drawings of exemplary embodiments. It

ze:gt
F i g. 1 eine Seitenansicht eines Behälter, teilweise imze: gt
F i g. 1 is a side view of a container, partly in FIG

Schnitt, um die Isolation gemäß der vorliegendenCut to the isolation according to the present

Erfindung freizulegen,
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der IsolationTo expose invention,
Fig. 2 is a partial perspective view of the insulation

gemäß F i g. 1 im vergrößerten Maßstab, Fig. 3 einen Querschnitt in einem noch weiteraccording to FIG. 1 on an enlarged scale, FIG. 3 shows a cross section in an even further

vergrößerten Maßstab im allgemeinen entlang der Linieenlarged scale generally along the line

3-3 der F i g. 2,
F i g. 4 einen Querschnitt einer Tasche der Isolation in3-3 of FIG. 2,
F i g. 4 shows a cross section of a pocket of the insulation in FIG

einem vergrößerten Maßstab, die einen Füllstoff enthält.an enlarged scale that includes a filler.

um die Gaskonvektion und Strahlung innerhalb der Tasche zu verringern, undto reduce gas convection and radiation inside the pocket, and

Fig. 5 einen der Fig.4 ähnlichen Querschnitt einerFIG. 5 shows a cross section similar to FIG

Tasche, die jedoch Füllstoffe enthält, die die Konvektion und Strahlung durch die Tasche hindurch verringern.Bag but containing fillers that reduce convection and radiation through the bag.

In der Fig. 1 ist ein Behälter in der Form eines Kessels 10 gezeigt, der eine Flüssigkeit 12 mit einem niedrigen Siedepunkt enthält, z. B. verflüssigtes Naturgas, verflüssigter Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserstoff. Der Kessel 10 weist eine thermische Isolation 16 auf, die an seiner Innenseite 11 angebracht ist, z. B. durch Verklebung. Das Klebemittel muß in der Lage sein, das spezielle, für die Isolation ausgewählte Material mit dem Kessel zu verbinden, und es muß ferner mit der gespeicherten Flüssigkeit verträglich sein.In Fig. 1, a container in the form of a kettle 10 is shown, the a liquid 12 with a contains low boiling point, e.g. B. liquefied natural gas, liquefied nitrogen, oxygen or hydrogen. The boiler 10 has a thermal insulation 16 which is attached to its inside 11, for. B. by Bonding. The adhesive must be able to combine the specific material selected for the insulation with the To connect boiler, and it must also be compatible with the stored liquid.

Die Isolation 16 besteht aus einer zellenförmigen Konstruktion 18, die am besten in F i g. 2 dargestellt und aus leichtem Material hergestellt ist, welches mit der zu isolierenden Flüssigkeit verträglich ist und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, v.'ie dies z. B. bei Kunststoffen der Fall ist. Geeignete Kunststoffe für die zellenförmige Konstruktion 18 sind Polyamide, Mylar (zäher, durchsichtiger, kältebeständiger Polyesterfilm aus Äthylenglykol und Terephthalsäure), »Nomex« und »Nylon« (Nomex und Nylon sind eingetragene Warenzeichen) und mit Kunststoffen imprägniertes Kraftpapier. Polyamid wird bevorzugt für Anwendungsfälle mit hohen Kesseltemperaturen (bis zu 387 Γ C) und Mylar wird für Anwendungsfälle mit niedriger Temperatur vorgezogen. Beide Werkstoffe besitzen die folgenden hervorragenden Eigenschaften: Verträglichkeit mit einer niedrigen Temperatur, niedrige Wärmeleitfähigkeit, hohe Scherfestigkeit, Biegsamkeit bzw. Formbarkeit bei niedriger Temperatur und im Handel leicht erhältlich.The insulation 16 consists of a cellular structure 18, which is best shown in FIG. 2 and is made of lightweight material, which is compatible with the liquid to be isolated and a low Has thermal conductivity, v.'ie this z. B. is the case with plastics. Suitable plastics for the Cellular construction 18 are polyamides, Mylar (tough, clear, cold-resistant polyester film from ethylene glycol and terephthalic acid), "Nomex" and "Nylon" (Nomex and nylon are registered trademarks) and Kraft paper impregnated with plastics. Polyamide is preferred for applications with high boiler temperatures (up to 387 Γ C) and Mylar is used for low temperature applications preferred. Both materials have the following excellent properties: Compatibility with low temperature, low thermal conductivity, high shear strength, flexibility or formability at low temperature and easily available commercially.

Die zellenförmige Konstruktion 18 kann in verschiedenen geometrischen Formen ausgeführt sein, weist jedoch im dargestellten Ausführungsbeispiel eine honigwabenähnliche Struktur mit einer Anzahl von sechseckigen Zellen oder Taschen 20 auf, die an der einen Seite durch die Innenseite 111 der Kesselwand verschlossen sind. Bei einer Alternaitivlösung kann das zellenförmige Material an einem anderen Teil angeklebt werden, das an der Kesselwand befestigt ist.The cell-shaped construction 18 can be designed in various geometric shapes, has however, in the illustrated embodiment a honeycomb-like structure with a number of hexagonal cells or pockets 20 on one side through the inside 111 of the boiler wall are locked. In an alternative solution, the cellular material can be glued to another part attached to the boiler wall.

Die Taschen 20 sind an der Flüssigkeitsseite durch einen Verschlußkörper 22 im wesentlichen verschlossen. Der Verschlußkörper 22 kann z, B. aus folgenden Materialien hergestellt sein: Mylar-Folie mit einer Dicke von 0,025 mm, mit Kunststoffen imprägniertes Glasfasertuch oder einer »Kapton«-Folie (Kapton ist eingetragenes Warenzeichen) mit einer Dicke von ίο 0,025 mm. Mylar-Folie wird jedoch wegen ihrer Festigkeit, Verformbarkeit und Biegsamkeit bei sehr niedriger Temperatur bevorzugt. Der Verschlußkörper 22 wird an der Flüssigkeitsseite der Konstruktion 18 z. U. durch eine Klebstoffbindung befestigt.
Die Konstruktion 18 bildet mit dem Verschlußkörper 22 und der Innenseite 11 im wesentlichen abgeschlossene Bereiche oder Hohlräume in Form der Taschen 20, in denen sich ein Gas ansammein und zahireiche getrennte Gassäulen bilden können, die sich zwischen der Innenseite 11 und der Flüssigkeit 12 erstrecken. Es ist unbedingt erforderlich, eine Kommunikation zwischen den Taschen zu vermeiden, die die einzelnen Gassäulen zerstören -vürde.The pockets 20 are essentially closed on the liquid side by a closure body 22. The closure body 22 can, for example, be made of the following materials: Mylar film with a thickness of 0.025 mm, glass fiber cloth impregnated with plastics or a "Kapton" film (Kapton is a registered trademark) with a thickness of ίο 0.025 mm. However, Mylar film is preferred because of its strength, ductility and flexibility at very low temperatures. The closure body 22 is on the liquid side of the structure 18 z. U. attached by an adhesive bond.
The construction 18 forms with the closure body 22 and the inside 11 essentially closed areas or cavities in the form of the pockets 20, in which a gas can collectively and numerous separate gas columns can form, which extend between the inside 11 and the liquid 12. It is imperative to avoid any communication between the pockets, which would destroy the individual gas columns.

jede Tasche 20 kommuniziert mit der Flüssigkeit 12 über wenigstens eine Öffnung in der Form einereach pocket 20 communicates with the liquid 12 via at least one opening in the form of a

Kapillar-Öffnung 24 im Verschlußkörper 22. JedeCapillary opening 24 in the closure body 22. Each

Kapillar-Öffnung 24 ist im allgemeinen kleiner als die Breiie ihrer zugeordneten Tasche und so bemessen, daß sich eine beständige kapillare Zwischenfläche oderCapillary opening 24 is generally smaller than the pulp of its associated pocket and sized so that a permanent capillary interface or

jo Membran 26 zwischen den Gassäulen und der Flüssigkeit 12 ausbilden kann, wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist. Die kapillaren Zwischenflächen oder Membranen 26 verhindern, daß die Flüssigkeit 12 in die Gassäulen in den Taschen 20 eindringen kann, so daß die Gassäulen erhalten bleiben und als Isolatoren für die Flüssigkeit wirken sowie Flächen schaffen, auf die der Druck der Flüssigkeit lasten kann, um die Flüssigkeit 12 von der Isolation 16 getrennt zu halten. Schließlich wird die Flüssigkeit 12 über die Gassäulen durch den Kessel 10 getragen. Die Isolation 16 kann somit aus einem Material mit verhältnismäßig geringer Festigkeit hergestellt werden. jo membrane 26 can form between the gas columns and the liquid 12, as best shown in FIG. The capillary interfaces or membranes 26 prevent the liquid 12 from penetrating the gas columns in the pockets 20, so that the gas columns are preserved and act as insulators for the liquid as well as create areas on which the pressure of the liquid can bear, around the To keep liquid 12 separated from the insulation 16. Finally, the liquid 12 is carried through the boiler 10 via the gas columns. The insulation 16 can thus be made of a material with a relatively low strength.

Die Schaffung bzw. Erhaltung einer beständigen kapillaren Zwischenfläche oder Membran hängt von zahlreichen Parametern ab, z. B. dem Durchmesser der Öffnung, die die Kommunikation zwischen der Gassäule und der Flüssigkeit ermöglicht, dem Berührungswinkel, der Oberflächenspannung und Dichte der Flüssigkeit und der Schwerkraft.The creation or maintenance of a persistent capillary interface or membrane depends on numerous parameters, e.g. B. the diameter of the opening that allows communication between the gas column and the liquid allows the contact angle, surface tension and density of the liquid and gravity.

Zum besseren Verständnis des Einflusses der obenerwähnten Parameter bei der Schaffung und Aufrcchterhaltung der beständigen kapillaren Zwischenfläche diene das folgende Beispiel: Man kann beobachten, daß, wenn man mit einem Finger das eine Ende eines Rohres mit einem Durchmesser von etwa 0,25 cm verschließt, das in eine Flüssigkeit eingetaucht ist und dann herausgenommen wird, die Flüssigkeit in dem Rohr hängenbleibt, da eine beständige Membrane ausgebildet worden ist, so daß der atmosphärische fo Druck auf das freigelegte Ende der Flüssigkeit einwirken und eine so große Kraft auf die Flüssigkeit ausüben kann, daß diese abgestützt bzw. getragen wird. Der atmosphärische Druck reicht bei diesem Beispiel aus, um die Flüssigkeitssäule zu tragen, da durch das Verschließen des einen Endes ein Teil-Vakuum in dem Rohr vorhanden ist, welches dazu beiträgt, die Flüssigkeit abzustützen.
Wenn der Finger entfernt wird, wird das Teil-VakuumTo better understand the influence of the above parameters in creating and maintaining the permanent capillary interface, consider the following example is immersed in a liquid and then taken out, the liquid gets stuck in the tube because a permanent membrane has been formed so that the atmospheric fo pressure can act on the exposed end of the liquid and exert such a great force on the liquid that this is supported or carried. In this example, the atmospheric pressure is sufficient to support the column of liquid, since the closure of one end creates a partial vacuum in the tube, which helps to support the liquid.
When the finger is removed, the part becomes vacuum

durch den atmosphärischen Druck ersetzt, der zusammen mit der Schwerkraft den atmosphärischen Druck überwindet, der die Flüssigkeit in dem Rohr trägt, was zur Folge hat, daß die Flüssigkeit aus dem Rohr herausläuft. Trotz der Tatsache, daß ein Druckunterschied bei dem Beispiel die Abstützung der Flüssigkeit unterstützt, trägt jedoch keine Größe eines Luftdrucks die Flüssigkeit, wenn eine beständige Membrane fehlt, da dann nichts vorhanden ist, gegen das der Druck wirken könnte.replaced by the atmospheric pressure, which together with the force of gravity the atmospheric pressure that carries the liquid in the tube, with the result that the liquid out of the tube runs out. Despite the fact that there is a pressure difference in the example, the support of the liquid supports, however, no size of air pressure carries the liquid, if a permanent membrane is missing, since then there is nothing against which the pressure could work.

Zur Demonstration dieser zuletzt gemachten Feststellung diene ein zweites Beispiel, bei dem die gleichen Vorgänge wie beim ersten Beispiel ausgeführt werden, mit der Ausnahme, daß ein Rohr ausgewählt wird. dessen Durchmesser beträchtlich größer als derjenige des ersten Rohres ist. Die gleichen Drücke wirken auf die Flüssigkeit ein, die Flüssigkeit läuft jedoch selbst dann aus dem größeren Rohr heraus, wenn das eine Ende verschlossen wird, da keine beständige Membrane ausgebildet wird, so daß der atmosphärische Druck nichts vorfindet, gegen das er einwirken könnte. Der größere Rohrdurchmesser beschränkt die Membrane auf ein kleines Krümmungsausmaß, das den Durchmesser überspannt. Je kleiner das Krümmungsausmaß der Membrane ist, desto schwächer ist jedoch die Membrane. Umgekehrt gilt folgendes: Je größer das Krümmungsausmaß der Membrane ist. desto kräftiger bzw. stärker ist die Membrane. Wenn das Krümmungsausmaß der Membrane wie im zweiten Beispiel klein ist, ist die Membrane nicht beständig und Gas strömt in dem Rohr nach oben, während Flüssigkeit nach unten fließt, bis da? Rohr leer ist.To demonstrate this last observation, let us take a second example, in which the same Perform the same operations as the first example except that a pipe is selected. the diameter of which is considerably larger than that of the first tube. The same pressures act on the liquid enters, but the liquid runs out of the larger pipe even if the one End is closed, since no permanent membrane is formed, so that the atmospheric pressure finds nothing to counteract. The larger pipe diameter restricts the membrane to a small amount of curvature that spans the diameter. The smaller the amount of curvature the The membrane is, however, the weaker the membrane. Conversely, the following applies: the bigger it is The amount of curvature of the membrane is. the stronger or stronger the membrane is. If the amount of curvature of the diaphragm is small as in the second example, if the membrane is not stable and gas flows upwards in the pipe, while liquid flows downwards, until there? Tube is empty.

Die Parameter, die den maximalen Durchmesser beeinflussen, über den sich eine beständige kapillare Zwischenfläche oder Membran ausbilden kann, sind die Oberflächenspannung, die Dichte der Flüssigkeit, die Schwerkraft und der Beriihrungswinkel der Flüssigkeit. Der Berührungswinkel der Flüssigkeit ist der Winkel, der durch die Flüssigkeit an der Schnittlinie der Flüssigkeit, des Gases und festen Materials gebildet wird, und er hängt ab von der speziellen Flüssigkeit, dem Gas und dem Material der vorhandenen festen Fläche.The parameters that affect the maximum diameter over which a permanent capillary Surface tension, the density of the liquid that can form an interface or membrane Gravity and the contact angle of the liquid. The contact angle of the liquid is the angle formed by the liquid at the intersection of the liquid, gas and solid material and it depends on the particular liquid, gas and material of the solid surface present.

Die Kapillar-Öffnung 24 erreicht man z. B. dadurch, daß man ein Material für den Verschlußkörper 22 auswählt, in dem Öffnungen in der erforderlichen Größe und Verteilung vorhanden sind, z. B. gewebtes Filtertuch oder ein siebartiges Material. Wenn man diese Art eines Verschlußkörpers verwendet, muß man jedoch darauf achten, daß die richtige Verteilung der Öffnungen relativ zu den Taschen gewährleistet ist, wie anschließend beschrieben wird. Man wählt deshalb vorzugsweise ein Material, wie z. B. »Mylar« aus, das nicht porös ist und in dem die richtig bemessenen Kapillar-Öffnungen ausgearbeitet werden, nachdem der Verschlußkörper 22 an die Konstruktion 18 angeklebt worden ist, um sicherzustellen, daß die richtige Zahl von Öffnungen an der richtigen Stelle relativ zu den Taschen vorhanden ist Die Kapillar-Öffnungen können durch den Verschlußkörper hindurch etwa an den Taschenmittelpunkten unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs ausgearbeitet werden.The capillary opening 24 can be reached z. B. by that one selects a material for the closure body 22, in the openings of the required size and distribution are in place, e.g. B. woven filter cloth or a sieve-like material. If you have this kind A closure body is used, however, care must be taken to ensure that the correct distribution of the Openings relative to the pockets is ensured, as will be described below. That's why you choose preferably a material such as. B. »Mylar«, which is not porous and in which the correctly sized Capillary openings are machined after the closure body 22 is adhered to the structure 18 has been to ensure that the correct number of openings are in the correct location relative to the pockets The capillary openings can pass through the closure body approximately at the pocket centers can be worked out using a suitable tool.

Die Lage der Kapillar-Öffnungen 24 relativ zu den Taschen 20 und die Form der Öffnungen sind ebenfalls kritisch bei der Ausbildung der beständigen kapillaren Zwischenflächen oder Membranen 26. Jede öffnung 24 muß relativ zu ihrer zugeordneten Tasche so angeordnet werden, daß sie sich nicht neben einer der Tascheneckcn befinde!, da sonst die Gefahr besteht, daß eine Dochtwirkung auftritt, die bewirkt, daß dii Flüssigkeit angezogen wird, wodurch die Wärmeleitfä higkeit der Tasche erhöht wird.The location of the capillary openings 24 relative to the pockets 20 and the shape of the openings are also critical in the formation of the permanent capillary intermediate surfaces or membranes 26. Each opening 24 must be arranged relative to its associated pocket so that it is not next to one of the Pocket corner, otherwise there is a risk that a wicking action occurs which causes the liquid to be attracted, thereby reducing heat conduction ability of the bag is increased.

Die Kapillar-Öffnungen 24 weisen vorzugsweise ein(The capillary openings 24 preferably have a (

kontinuierliche Krümmung auf, d. h., sie sind kreisrund Eine scharfe Kante an der Oberfläche des Materials, da; die Kapillar-Öffnung begrenzt, ist zulässig, erforder jedoch eine kleinere maximale Lochgröße.continuous curvature, d. i.e., they are circular. A sharp edge on the surface of the material because; the capillary opening limits, is permissible, required however a smaller maximum hole size.

Der größte zulässige kreisrunde Lochdurchmesser a ίο der beständige Membranen ergibt und aufrechterhält ist der aus den nachstehenden zwei Gleichungcr ermittelte kleinere Durchmesser:The largest permissible circular hole diameter a ίο which results and maintains permanent membranes is the smaller diameter determined from the following two equations:

(I₁, = (I ₁ , =

Es bedeutetIt means

- 3.36 (eine dimensionslose empirische Konstante- 3.36 (a dimensionless empirical constant

für kreisrunde Löcher),
= Oberflächenspannung der Flüssigkeit-Gas-Zwi-for circular holes),
= Surface tension of the liquid-gas intermediate

schenfläche unter Betriebsbedingungenarea under operating conditions

R ='Unterschied zwischen der Dichte der Flüssigkeit und der Dichte des Gases (76μ_μκ/ΎΡ), R = 'difference between the density of the liquid and the density of the gas (76μ _μκ / ΎΡ),

G = Schwerkraftvektor, ausgeübt durch die Erdanziehung und/oder Beschleunigung der Behälterwand (Erdanziehungseinheiten mit den Dimensionen von It/K^hllb*A-_iVC), und G = gravity vector, exerted by the gravity and / or acceleration of the container wall (gravity units with the dimensions of It / K ^ hllb * A- _iVC ), and

K₂S RGHK ₂ S RGH

Es bedeutetIt means

/C₂ = 4 (eine dimensionslose Konstante für kreisrunde Löcher)./ C ₂ = 4 (a dimensionless constant for circular holes).

R = maximaler Abstand zwischen jeweils zwei Öffnungen in der gleichen Zelle in Richtung des Schwerkraftvektors (ft). R = maximum distance between any two openings in the same cell in the direction of the gravity vector (ft).

Der kleinere aus diesen Gleichungen ermittelbare Durchmesser bildet die ideale maximale Lochgröße für die Taschen. In der Praxis wird ein Lochdurchmesser ausgewählt, der kleiner ist als der Lochdurchmesser. den man nach der obigen Gleichung erhält, um einen Sicherheitsfaktor zu erhalten. Der Wärmegradient, der durch den Pfeil H in F i g. 2 angedeutet ist. erstreckt sich von der Kesselwand 11 weg gegen die Flüssigkeit 12.The smaller diameter that can be determined from these equations forms the ideal maximum hole size for the pockets. In practice, a hole diameter is selected that is smaller than the hole diameter. obtained from the above equation to obtain a safety factor. The thermal gradient indicated by the arrow H in FIG. 2 is indicated. extends away from the boiler wall 11 towards the liquid 12.

und die Isolation kann demzufolge die Flüssigkeit 22 auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur des Kessels 10 halten.and the insulation can consequently on the liquid 22 maintain a temperature below the ambient temperature of the boiler 10.

Infolge der Eigenart der zellenförmigen Konstruktion 18 und des Verschlußkörpers 22 ist das Gewicht derDue to the nature of the cellular structure 18 and the closure body 22, the weight is the

Isolation für eine vorgegebene zu isolierende Oberflä ehe sehr klein. Die gezeigte Konstruktion 18 hat eine honigwabenförmige Gestalt welche im Handel erhältlich ist. und zwar in so kleinen Größen mit 35 Zellen pro 30,48 cm, die etwa von 303 bis 40 kg/m³ wiegen bis zu 9Isolation for a given surface to be isolated is very small. The construction 18 shown has a honeycomb shape which is commercially available. in such small sizes with 35 cells per 30.48 cm, which ^{weigh about 303 to 40 kg / m 3} up to 9

Zellen pro 30,48 cm, die weniger als 24 kg/m³ wiegen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt hat sich eine Honigwabe mit 9 Zeilen pro 30.48 cm als zufriedenstellend erwiesen Es versteht sich jedoch, daß verschiedene Materialien und Zellenformen für das zellenförmige MaterialCells per 30.48 cm weighing less than 24 kg / m ^3. At the present time, a honeycomb having 9 rows per 30.48 cm has been found to be satisfactory. However, it should be understood that various materials and cell shapes can be used for the cellular material

verwendet werden können, solange sie den erforderlichen Kriterien genügen.can be used as long as they meet the required criteria.

Das ausgewählte zellenförmige Material sollte kräftig genug vein, um den Scherbeanspnichungen. denThe cellular material selected should be strong enough vein to keep the shiver tense. the

Wärmebelastungen und den kleinen Druckbelastungen standzuhalten, die auf den Verschlußkörper einwirken. Diese Belastungen sind jedoch sehr klein, und die baulichen Erfordernisse, die während der Herstellung und des Einbaus der Isolation auftreten, können bedeutsamer sein und schließlich die baulichen oder strukturellen Erfordernisse bestimmen.To withstand heat loads and the small pressure loads that act on the closure body. However, these loads are very small, and the structural requirements that arise during manufacture and the installation of the insulation can be more significant and ultimately the structural or determine structural requirements.

Die geringen baulichen Anforderungen, die an das «ellenförmige Material gestellt werden, ermöglichen es, daß hierfür ein Werkstoff verwendet werden kann, der ein Verhältnis der Fläche des festen Materials entlang einer Ebene durch das zellenförmige Material parallel *u dem dadurch isolierten Oberflächenbereich 11 von 0,09 oder weniger aufweist. Die kleine erforderliche Materialmenge verringert dann die Wärmeleitung durch das volle Material und reduziert demzufolge die Wärmeleitfähigkeit der Isolation. Die kleine thermische Masse des zellenförmigen Materials und des Überzugs erfordert ferner ein Minimum an Verdampfungsflüssigkeit, um die Isolation auf Betriebstemperaturen abzukühlen.The low structural requirements that are placed on the cellular material make it possible for a material to be used for this which has a ratio of the area of the solid material along a plane through the cellular material parallel to the surface area 11 insulated thereby from 0 , 09 or less. The small amount of material required then reduces the heat conduction through the full material and consequently reduces the thermal conductivity of the insulation. The small thermal mass of the cellular material and the coating also requires a minimum of evaporation liquid to cool the insulation to operating temperatures.

Der Kessel 10 wird durch eine übliche obenliegende Kühlmittelöffnung oder einen Einlaß 30 gefüllt und vor dem Füllen vermittels eines Gases ausgespült, das mit der Flüssigkeit 12 verträglich ist, z.B. Stickstoff oder Helium. Das Spül- oder Reinigungsgas gewährleistet, daß alle urerwünschten Elemente, wie z. B. Wasserdampf, verdrängt werden. Gas in den Taschen 20 wird ersetzt durch das Reinigungsgas, und zwar auf Grund der Diffusion durch die öffnungen 24.The kettle 10 is filled through a conventional overhead coolant port or inlet 30 and before purged during filling by means of a gas compatible with the liquid 12, for example nitrogen or Helium. The purge or purge gas ensures that all of the essential elements such. B. water vapor, be displaced. Gas in the pockets 20 is replaced by the cleaning gas due to the diffusion through the openings 24.

Nachdem der Spül- oder Reinigungsprozeß beendet ist, wird der Kessel mit der Flüssigkeit 12 gefüllt, die in Berührung mit dem Verschlußkörper 22 kommt, die Gassäulen in den Taschen 20 abkühlt und zusammenzieht, wobei in den meisten Fällen eine kleine Flüssigkeitsmenge in den Taschen eintreten kann. Die Flüssigkeit in den Taschen 20 verdampft und erhöht den Druck in den Gassäulen so lange, bis genügend Flüssigkeit verdampft ist. um den Druck der Gassäulen Vorkommnissen, die ähnlich denjenigen sind, die während der anfänglichen Abkühlung des Systems auftreten. Zu keinem Zeitpunkt überschreitet während des normalen Betriebs der Druckunterschied quer am Verschlußkörper 22 denjenigen, der auf Strömungsverluste durch die Öffnungen 24 zurückzuführen ist, welche so bemessen werden, daß dieser Druckunterschied auf einen kleinen Wert begrenzt ist. Die Gassäulen erneuern sich demzufolge selbst, wenn Flüssigkeit in die ίο Taschen eintritt, welche zur Isolation beiträgt, die ihrerseits über lange Zeiträume zuverlässig ist.After the rinsing or cleaning process is finished, the kettle is filled with the liquid 12 contained in Comes into contact with the closure body 22, the gas columns in the pockets 20 cools and contracts, in most cases a small amount of fluid can enter the pockets. the Liquid in the pockets 20 evaporates and increases the pressure in the gas columns until sufficient Liquid has evaporated. around the pressure of the gas columns occurrences that are similar to those that occur during the initial cool down of the system. At no point in time exceeds during of normal operation, the pressure difference across the closure body 22 is that which is due to flow losses is due to the openings 24, which are dimensioned so that this pressure difference on is limited to a small value. The gas columns therefore renew themselves when liquid enters the ίο pockets enters, which contributes to the isolation, the itself is reliable over long periods of time.

Unmittelbar im Anschluß an die Füllung des Kessels mit einer Flüssigkeil, werden die Taschen 20 mit einer Mischung aus dem Spül- oder Reinigungsgas und DampfImmediately following the filling of the kettle with a liquid wedge, the pockets 20 with a Mixture of the purge or cleaning gas and steam

is von der eingeschlossenen Flüssigkeit gefüllt. Das Spüloder Reinigungsgas entweicht schließlich, und die Taschen 20 werden vollständig mit dem Dampf der eingeschlossenen Flüssigkeit gefüllt.is filled with the enclosed liquid. The rinsing or Cleaning gas eventually escapes, and the pockets 20 are completely filled with the steam of the enclosed liquid filled.

Jede Tasche 20 kann mit einem Futter ausgefülltEach pocket 20 can be filled with a lining

ίο werden, um die Konvektion und Strahlung innerhalb der Tasche 20 zu verringern, wie dies in den Fig.4 und 5 dargestellt ist. In Fig.4 besteht das Futter aus einem Füllstoff 32, der in die Tasche eingebracht wird, um diese auszufüllen, bevor der Verschlußkörper 22 auf dieser angeordnet wird. Der Füllstoff 32 muß derart beschaffen sein, daß er den in der ganzen Tasche stattfindenden Druckausgleich nicht verhindert, daß er leicht ist. preiswert ist und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt. Beispiele geeigneter Füllstoffe sind lose Polystyraschaumschnitzel (Schaum-Polystyren), Gesteinswollelagen (z. B. Fasern), Glasfasern, keramischer Filz, geschnitzeltes Papier und aufgeblähtes Perlit. ίο be to reduce the convection and radiation within the pocket 20, as shown in FIGS. In FIG. 4, the lining consists of a filler material 32 which is introduced into the pocket in order to fill it out before the closure body 22 is placed on it. The filler 32 must be such that it does not prevent the pressure equalization taking place throughout the pocket, that it is light. is inexpensive and has a low thermal conductivity. Examples of suitable fillers are loose polystyrene foam chips (foam polystyrene), layers of rock wool (e.g. fibers), glass fibers, ceramic felt, shredded paper and puffed perlite.

In F i g. 5 besteht das Futter 34 aus einer Kombination eines Füllstoffes 32, der zwischen einer reflektierenden Folie 38, z. B. Aluminiumfolie, aluminisiertes »Mylar« oder aluminisiertes »Kapton« eingelegt ist. Der Füllstoff 32 verringert die Konvektion, während die Folie 38 die Strahlung durch die Taschen hindurch reduziert. Eine andere wirksame Maßnahme zur VerringerungIn Fig. 5, the lining 34 consists of a combination of a filler 32 between a reflective Slide 38, e.g. B. aluminum foil, aluminized "Mylar" or aluminized "Kapton" is inserted. The filler 32 reduces convection while film 38 reduces radiation through the pockets. Another effective measure to reduce

in bezug auf den Druck der Flüssigkeit auszugleichen, 40 der Konvektion und Strahlung in der Tasche 20 bestehtto equalize the pressure of the liquid, 40 of which there is convection and radiation in the pocket 20

wodurch der Aufbau der beständigen kapillaren Zwisehenfläche oder Membrane 26 ermöglicht wird. Die Membrane 26 kann sich an verschiedenen Positionen relativ zu der Oberfläche des Verschlußkörpers 22 ausbilden, wie in gestrichelten Linien in F i g. 3 dargestellt ist. Solange die Bedingungen verhältnismäßig konstant bleiben, isolieren die Gassäulen und tragen die Flüssigkeit 12. Wenn der Kessel druckentlastet wird, nachdem beständige kapillare Membranen 26 erzeugt worden sind, entweichen Gasblasen aus den Taschen 20. um ein neues Druckausgleichsstadium herzustellen- Ein Druckanstieg in dem Kessel führt zu einer Folge von darin, die Abmessung quer zur Tasche im Verhältnis zur Länge der Tasche sehr klein zu halten. Diese Lösung erhöht jedoch das Gewicht und die Wärmeleitung durch das zellenförmige Material hindurch.thereby permitting the permanent capillary intervening surface or membrane 26 to be constructed. The membrane 26 can form at various positions relative to the surface of the closure body 22, as shown in dashed lines in FIG. 3 is shown. As long as the conditions remain relatively constant, the gas columns isolate and carry the liquid 12. When the boiler is depressurized after permanent capillary membranes 26 have been created, gas bubbles escape from the pockets 20. to establish a new pressure equalization stage - a pressure increase in the boiler results as a result of keeping the dimension across the pocket very small in relation to the length of the pocket. However, this solution increases the weight and the heat conduction through the cellular material.

Es ist somit erkennbar, daß die beschriebene Isolation die folgenden Vorteile aufweist: ein geringes Gewicht, zuverlässig auf Grund des selbstregenerierenden Merkmals und einfach montierbar. Sie verbraucht ferner nur minimale Mengen der gespeicherten Flüssigkeit zur Kühlung der Isolation, was alles zu einet wirtschaftlichen thermischen Isolation einer Flüssigkeil mit niedriger Temperatur beiträgt It can thus be seen that the insulation described has the following advantages: low weight, reliable due to the self-regenerating feature and easy to assemble. It also uses minimal amounts of the stored liquid to cool the insulation, all of which contributes to an economical thermal insulation of a low temperature liquid wedge

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

609 684/lS609 684 / lS

Claims

Patent claims:

1. Thermal insulation for reducing heat transfer from the surface of a container to a liquid contained therein, with a device comprising a number of gas-containing pockets extending between the surface of the container and the interior of the container, and an in Contact with the liquid standing closure body, which closes the inner end of each bag, v / if the closure body has an opening which establishes communication between the interior of the bag and the interior of the container and furthermore the device has a cellular construction which has a number of separate cells extending between the surface of the container and the closure body ^, characterized in that the opening (24) in the closure body (22) is in the form of a capillary opening so that a stable capillary interface is formed between the gas and the liquid i st, and the largest circular hole diameter of each orifice ² S (24), which makes and maintains permanent membranes, is the smaller diameter {df,) determined from the following two equations (a and b).