DE2219465A1 - Membrantank, insbesondere flachtank zur speicherung verfluessigter gase - Google Patents

Description

12.907/8 20/Ja

Firma Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha,
Tokio / JAPAN

Membrantank, insbesondere Flachtank-■
zur Speicherung verflüssigter Gase

Die Erfindung betrifft einen Membrantank, insbesondere einen Flachtank, zur Speicherung verflüssigter Gase, der sich . über eine thermische Isolierschicht in einem äusseren Stützgehäuse abstützt.

Die herkömmlichen Tanks zur Speicherung .verflüssigter Gase
lassen sich in zwei grundsätzliche Typen untejrscheiden, nämlich die selbsttragenden Tanks und die Membrantanks. Die
selbsttragenden Tanks sind so'ausgelegt, dass sie den Flüssigkeits- und Dampfdrücken des im Tank gespeicherten ver-

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flüssigten Gases standhalten. Sie sind aus diesem Grund jedoch relativ kompliziert in ihrem Aufbau und müssen aus teueren Werkstoffen hergestellt v/erden. Darüberhinaus erfordern sie bei der Herstellung in grossem Umfang Schweissarbeiten, die schon allein deshalb unwirtschaftlich sind, da die zur Speicherung verflüssigter Gase geeigneten Werkstoffe sehr häufig schwierig zu schweissen sind.

Bei den Membrantanks wirken die Flüssigkeits- und Dampfdrücke des verflüssigten Gases über eine Isolationsschicht auf eine äussere Stützschale oder ein Stützgehäuse. Sie haben den Vorteil, dass ihre Konstruktion einfach ist und der Bedarf an teueren Werkstoffen und Schweissarbeiten gering ist. Bei diesen Tanks ist es jedoch im allgemeinen schwierig, die aufgrund der niedrigen Temperatur der verflüssigten Gase auftretende Schrumpfung der Membran aufzufangen.'Insbesondere erweist es sich als besonders problematisch, eine auftretende Faltenbildung und Runzeln zu vermeiden.

Obviohl die flachen Membrantanks hinsichtlich ihrer Konstruktion einfach sind und sie daher aufgrund des dadurch vermittelten Vorteils, hinsichtlich Materialbedarfs und Herstellungskosten vorgezogen werden könnten, haben sie den weite-

- i ren Nachteil, dass an den Verbindungsstellen der Seitenwände, d.h. an den Kanten, Verformungskonzentrati'onen.und somit hohe Spannungen auftreten. ,

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen,Membrantank der eingangs geschilderten Gattung vorzuschlagen, bei dem eine Faltenbildung im Betrieb nicht auftritt und Spannungskonzentrationen an_den Kanten oder in einem kleinen Bereich der Kanten vermieden werden, vielmehr die Spannungen über eine relativ grosse Fläche gleichförmig verte.ilt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß die ' Verbindungsstelle von aufeinander zulaufenden Seitenwänden des Tanks aus Abschnitten gebildet ist, die eine nicht konstante Krümmung dergestalt aufweisen, dass die Krümmung von der gedachten Schnittkante der Seitenwandebenen zu den Seitenwänden hin allmählich abnimmt.

Zweckmässigerweise ist vorgesehen, dass die Krümmung durch aneinander anschliessende Abschnitte jeweils mit konstantem Krümmungsradius gebildet ist und die Krümmungsradien von der gedachten Schnittkante der Seitenwandebenen zu den Seitenwänden hin grosser werden. *"

V/eitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. * ' ·

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Es zeigen:=

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf einen Tanki anhand derer die Verformung des Membrantanks erläutert wird;

Figur 2 eine Darstellung des gekrümmten Kanten- oder Eckenbereiches, in welchem sich die flachen Seitenwände des in Figur 1 gezeichneten Tanks treffen, in vergrössertem Massstab, sowie eine Darstellung der Spannungsverteilung in diesem Bereich;

Figur 3 und

Figur 4 Ansichten, die der JSrläuterung des Erfindungsgedankens in Zusammenhang mit einem erfindungsgemässen Membrantank dienen und

Figur 5 eine Darstellung der Spannungsverteilung in einem erfindungsgemässen Membrantank.

Um den bei den herkömmlichen Membrantanks auftretenden, vorstehend erläuterten Problemen zu begegnen, wird erfindungsgemäss -in einer äusseren Schalen- oder Gehäusekonstruktion 4 mit einer darin angeordneten Isolationsschicht 3 eine flache Membran 1 angeordnet und der Kantenbereich, in dem die flachen Seitenwände der Membran 1 einander treffen, gekrümmt, d. h. im Querschnitt bogenförmig ausgebildet. Die Ecke, an der drei flache Seitenwände zusammenstossen, besitzt angenähert eine teilkugelförmige Gestalt. Wird flüssiges Gas in den Tank gefüllt , so schrumpft die Membran 1, wie durch die Linie 1' angedeutet ist, und wird gleichzeitig gegen die Isolations-

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schicht 3 gedruckt, so dass sie - wie durch die Linie 1 ' ' angedeutet ist - aufgrund der Flüssigkeits- und Dampfdrücke des verflüssigten Gases verformt wird. Daher drückt sich die wesentliche Verformung des Tankes aufgrund der niedrigen Temperatur und der Plüssigkeits- und Dampfdrücke des verflüssigten Gases als Deformation der Kantenbereiche aus.

Wie nun die Figur ?j zeigt, ist erfindungsgemäss in dem gekrümmten Ecken- oder Kantenbereich, in welchem sich die flachen Seitenwände der Membran 1 treffen,

der Krümmungsradius am kleinsten am Punkt Y ist, den man als Zentrum der gekrümmten "Ecke" bezeichnen kann. Von diesem Punkt aus nimmt der Krümmungsradius in Richtung auf die Punkte X und Z allmählich zu.

Wenn verflüssigtes Gas, zum Beispiel Methan, in den Membrantank eingefüllt wird, dann schrumpft die Membran Ί und zieht sich auf die durch die Linie 1' angedeutete Form aufgrund der niedrigen Temperatur des verflüssigten Gases zusammen. Infolge der auftretenden Flüssigkeits- und Dampfdrücke des verflüssigten Gases wird sie jedoch ausserdem zu der durch die Linie Ί'' angedeuteten Form verformt. Für den Fall, dass der Kantenbereich gekrümmt ist und einen konstanten Krümmungsradius bis zum übergang in die Seitenwände aufweist, stellt sich die in Figur 2 durch Bezugszeichen 2 gekennzeichnete

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Spannungsverteilung ein. Die höchste Spannung tritt in dem . Abschnitt auf, der vor dem Einfüllen-des verflüssigten Gases bei der dort herrschenden Temperatur flach ist undder in der Nähe des Punktes liegt, an welchem der gekrümmte Kantenbereich beginnt. In diesem Fall weist jedoch die Spannung in dem zentralen Abschnitt des gekrümmten Kantenbereiches ein entgegengesetztes Vorzeichen gegenüber der Maximalspannung (schraffierter Bereich 2) auf.

Im allgemeinen hängt der auftretende Spannungswert vom Gradienten der Änderung des Krümmungsradius und dessen Sichtung ab. Erfindungsgemäss wird nun jeder Anfangs-Krümmungsradius des gekrümmten Kantenbereiches so bestimmt, dass die absoluten Werte des Gradienten der Änderung des Krümmungsradius möglichst gleichförmig sind. Das bedeutet, dass gemäss der vorliegenden Erfindung der gekrümmte Kantenbereich durch eine Anzahl von Bogen definiert ist, die unterschiedliche Krümmungsradien <be-' sitzen. In Abhängigkeit von dem Ausgangszustand der Membran, dem Druck, dem Werkstoff und der Membrandicke sowie weiteren Faktoren werden die Krümmungsradien so ausgewählt, dass die Absolutwerte der Spannungen ein Minimum werden.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figur 4· erläutert, die die einfach-* ste Form eines gekrümmten Kanten- oder Eckenbereiches darstellt.

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Dieser Kanten- oder Eckenbereich besteht lediglich aus zwei Bogen unterschiedlichen Krümmungsradius. Er ist definiert zwischen den Punkcen A und D, wobei die Linien AP und DQ die flachen Seitenwände bezeichnen. Die gekrümmten Iiinien AB und CD weisen einen KrümmungsradiuB R^ auf, während' die gekrümmte Linie BG einen Krümmungsradius IL, ,besitzt, der kleiner als der Krümmungsradius E^ ist.

Die durch Berechnung und Experimente ermittelte. Spannungsverteilung, die man durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung erhält, ist in Figur 5 durch Bezugszeichen 2¹ gekennzeichnet. Der Vergleich mit der Spannungsverteilung gemäss Figur" 2 lässt erkennen, dass die erzielte Spannungsverteilung weitgehend gleichmässig ist und keine Spitzenwerte (S bzw. S¹ in Figur 2) besitzt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand de'r Figur 4 im Zu-¹ sammenhang mit zwei, verschiedenen Bogen unterschiedlicher . Krümmungsradien erläutert worden ist, versteht sich, dass der gekrümmte Ecken- oder Kantenbereich auch durch drei oder mehrere Bogen unterschiedlicher Krümmungsradien definiert sein kann. Von Bedeutung ist nur, dass die Bogen mit zunehmender Entfernung vom "Zentrum" des gekrümmten Kantenbereichs, d. h. zunehmender Annäherung an die flachen Seitenwände,, grössere Krümmungsradien besitzen. Auf diese Weise lässt sich das Auftreten von Spitzenspannungen im Spannungsfeld weiter eliminieren. ■ .

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Das Wesen der Erfindung ist also kurz zusammengefasst folgendes: - .

Es wird ein Membrantank zur Speicherung verflüssigter Gase vorgeschlagen, ,der flache Seitenwände "besitzt und bei dem in jedem Kantenbereich, in dem sich aufeinander zulaufende Seitenwände treffen, ein Abschnitt mit einem kleinsten Krümmungsradius gebildet ist, während von dem so gebildeten "•Zentrum" aus zu den Seitenwänden hin Abschnitte mit grösseren Krümmungsradien sich anschliessen. Dadurch werden hohe Örtliche Spannungen, die an herkömmlichen !Tanks an der Verbindungsstelle zwischen.den Seitenwänden auftreten, gleichmassiger verteilt und auf ein Minimum abgesenkt. Weiterhin können die Krümmungsradien der Bogen, die den gekrümmten Kantenbereich des Membrantanks bilden, so ausgewählt werden, dass die Absolutwerte der Spannungen verringert werden. In wirtschaftlicher Hinsicht lässt sich dadurch die Brauch·*· barkeit der flachen Membrantanks erheblich verbessern.

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Claims (1)

1. Patent-(Schutz-)Ansprüche " '

   / ΊJ Membrantank, insbesondere Flachtank, zur Speicherung verflüssigter Gase, der sich über eine thermische Isolierschicht in einem äusseren Stützgehäuse abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle (ABCD)· von aufeinander zulaufenden Seitenwänden (AP, DQ) aus Abschnitten(AB, BC, CD) gebildet ist, die eine nicht konstante Krümmung dergestalt aufweisen, daß die Krümmung von der gedachten Schnittkante der Seitenwandebene zu den Seitenwänden hin allmählich abnimmt.

   Z. Membrantank nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung durch aneinander anschliessende Abschnitte (AB, BC, CD) mit jeweils konstantem Krümmungsradius (Ry], Rp )se"bilclöt ist und die Krümmungsradien von der gedachten Schnittkante der Seitenwandebenen zu den Seitenwänden grosser werden. . -

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