DE2805229C2 - Stützanordnung für einen Behälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stützanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I. Eine Stützanordnung dieser Art ist in der DE-OS 15 31 637 beschrieben, die sich mit einer Anordnung zum Aufrechterhalten der Orientierung von Tieftemperaturbehältern in einem Schiff oder dergleichen befaßt. Dabei ist jeweils eine Stütze der Stützanordnung an dem Behälter befestigt und steht von diesem in Richtung auf die Schiffskonstruktion ab, während die zweite Stütze an der Schiffskonstruktion befestigt ist, wobei die beiden Stützen über eine dritte isolierende Stütze zusammenwirken, die fest mit einer der beiden anderen Stützen verbunden ist. Bei der bekannten Konstruktion ist für die Behälter eine feste Isolation vorgesehen, so daß die freie Beweglichkeit im Bereich der Stützanordnungen nicht durch einen beweglichen Feststoff bzw. durch lose eingefülltes Isoliermaterial beeinträchtigt werden kann.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Stützanordnung anzugeben, bei der auch bei einem zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorhandenen beweglichen bzw. partikelförmigen Feststoff als Isolator eine freie Beweglichkeit zwischen den Stützcn-

teilen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Stützanordnung gemäß dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Behälteranordnung mit einer erfindungsgemäßen Stützanordnung;
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 einen Längsschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig.4 einen Teilquerschnitt längs der Linie 4-4 in Fig.l;
F i g. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4;

F i g. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 1 und

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 1.

In den Zeichnungen ist die Behälteranordnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Ein Behälter 12 weist einen Außenbehälter 14 und einen Innenbehälter 16 auf, der sich im wesentlichen im Außenbehälter I^ befindet(Fig. 1).

Der Außenbehälter 14 kann aus relativ starrem Material hergestellt sein und besitzt die erforderliche Festigkeit zum Abstützen des Innenbehälters 16. Beispielsweise kann Jer Außenbehälter 14 aus Stahl, Aluminium oder anderen metallischen Materialien, aus vorgeformten Platten zusammengeschweißt werden. Der in der Zeichnung gezeigte Außenbehälter 14 ist ein länglicher Körper mit einem zylindrischen Abschnitt und sphärischen bzw. nach außen gewölbten Endbereichen 20 und 22. Die Gesamtlänge des Behälters 12 beträgt etwa 12 m. An der Außenseite des Außenbehälters 14 sind in Längsrichtung verlaufende Verstärkungsschienen 24, 26 angeschweißt.

Im Innenbehälter 16 sind Pralleinrichtungen 28 vorgesehen, welche die Bewegungen des auf Tiefsttemperatur herabgekühlten Materials im Innenbehälter 16 verringern und damit die Gefahren verkleinern, die sich aufgrund des bei Bewegungen des Materials wirksam werdenden Effektes der freien Oberfläche ergeben könnten. Die Pralleinrichtungen 28 können mehrere Prallbleche 30, 32 und 34 aufweisen, die im Innenbehälter asymmetrisch angeordnet sind. Ungleichmäßige Abstände zwischen den Prallplatten haben die Tendenz, das Auftreten harmonischer Wellen zu reduzieren, wie sie in Verbindung mit dem Effekt der freien Oberfläche bei auf Tiefsttemperatur herabgekühlten Flüssigkeiten im Innenbehälter 16 auftreten können. Die in Fig. 2 sichtbare Prallplatte 34 kann als typisch für sämtliche Prallplatten im Innenbehälter 16 gelten. Die Prallplatte 34 besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 36 mit einem Durchmesser von 2 bis 3 cm, die in einem konischen Bereich 38 vorgesehen sind. Eine Mittelöffnung 40 der Prallplatte 34 schafft eine Verbindung zwischen den einzelnen Abschnitten des Innenbehälters 16. Eine weitere Öffnung 42 dient zum Durchführen eines Füllrohres für das auf Tiefsttemperatur abgekühlte Material. Die Prallplatte 34 wird durch einen Verstärkungsring 44. der mit der Innenwand des Innenbehälter 16 verschweißt ist, starr gehaltert. In entsprechender Weise dienen Verstärkungsringe 46 und 48 der Halterung der Prallplattcn 30 und 32(1-'ig. 1).

Der Innenbehälter 16 besteht beispielsweise aus einem leichten Material, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Aluminium besitzt ein niedriges spezifisches Gewicht, andererseits jedoch ei-

nen relativ hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten. Im allgemeinen ist die Ausdehnung des Innenbehälters 16 bei Erwärmung und seine Zusammenziehung bei Abkühlung wesentlich größer als beim Außeiibehäher 14, was auf die Unterschiede der linearen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien für den Außenbehälter 14 und den Innenbehälter 16 und/oder auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß der Innenbehälter 16 in unmittelbarem Kontakt mit der auf Tiefsttemperatur befindlicben Flüssigkeit steht. Der Innenbehälter 16 wird üblicherweise durch Verschweißen von Platten bzw. Blechen hergestellt

Der Innenbehälter J6 krümmt sich, wenn er mit einer Flüssigkeit sehr tiefer Temperatur gefüllt ist, zu einer schwach konvexen Form mit nach oben hochstehenden Enden; dieser Effekt wird gelegentlich als »Bananen-Effekt« bezeichnet. Der Innenbehälter 16 wird durch den Aüßenbehälter 14 abgestützt und im Abstand von diesem gehalten, so daß der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern m?t einer Isolation 50, beispielsweise aus Perlit, Glasfasermaterial oder anderen bekannten Isolationsniaterialien gefüllt werden kann. Isolationsblöcke 52 sind auf der Außenseite des Zwischenraums zwischen dem Innenbehälter 16 und dem Außenbehälter 14 angeordnet und dauerhafter gehaltert, als die Isolation 50, welche — in gewissem Umfang — verschiebbar bleibt. Es versteht sich, daß eine Isolation auch zwischen den gewölbten Endbereichen 20, 22 des äußeren Behälters 14 und den gewölbten Endbereichen 82, 84 des inneren Behälters 16 vorgesehen sein kann.

In Fig.4 der Zeichnung sind erste Halterungs- oder Stützeinheiten 54 besonders deutlich dargestellt. Die Stützeinheit 54 besitzt eine erste Stütze 56, die mit dem Innenbehälter 16 im Bereich einer Verstärkungsplatte 58 verschweißt ist, und zwar über eine Basisplatte 60. Die erste Stützeinheit 54 umfaßt ferner eine zweite Stütze 62, welche im Bereich einer Öffnung 64 mit dem Außenbehälter 14 verschweißt ist. Die erste Stütze 56 steht in das Innere der zweiten Stütze 62 vor und wird von dieser im wesentlichen, wie von einem Rahmen, umgeben. Die erste Stützeinheit 54 weist ferner eine dritte Stütze 66 auf, welche Füllstücke 68 umfassen kann und mit der ersten und der zweiten Stütze 56 bzw. 62 in Kontakt steht, um die erste Stützeinheit 54 zu bilden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 besitzt die zweite Stütze 62 einen nach innen abgewinkelten Schenkel 70, welcher die Bewegungen der dritten Stütze 66 im Zusammenwirken mit Isolierstoffblöcken 72 begrenzt. Weitere Isolierstoffblöcke 74 und 76 sorgen für eine zusätzliche Isolation und dienen gleichzeitig dem Zweck, zu verhindern, daß Material aus der Isolation 50, wie z. B. Perlit, in die erste Stützeinheit 54 gelangt.

Die Stützanordnung umfaßt ferner Isoliertinrichtungen 78 als Wärmeicolation für den Innenbehälter 16 gegenüber dem Außenbehälter 14 im Bereich der Stützeinheit 54. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 werden die Isoliereinrichtungen 78 dadurch erhalten, daß man die dritte Stütze 66 aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit herstellt, beispielsweise aus einem verstärkten Kunststoffmaterial. Eine Abdeckplatte 80 auf der Außenseite des Außenbehiilters 14 schützt die erste Stützeinheil 54 gegen Einflüsse von außen. F i g. 5 zeigt einen Blick auf die erste Stützeinheit 54 bei abgenommener Abdeckplatte 80.

F i g. 1 verdeutlicht die Anordnung der Stützeinheiten 54 an dem Behalter 12. Dabei ist zu beachten, daß der Behälter 12 in der zeichnerischen Darstellung durch Unterbrechungen verkürzt ist Wie oben beschrieben, kann der Innenbehälter 16 aus einem Material hergestellt werden, welches einen linearen Ausdehnungskoeffizienten (und damit Schrumpfungskoeffizienten) besitzt, der größer ist als derjenige des Materials, welches für die Herstellung des Außenbehälters 14 verwendet wird. Das Einfüllen von auf Tiefsttemperatur gekühltem Material in den Innenbehälter 16 führt dazu, daß dieser sich in Längsrichtung und in radialer Richtung zusammenzieht. Wenn der Innenbehälter 16 beispielsweise aus Aluminium besteht, dann verkürzt er sich um etwa V₃ cm/m in der Länge. Der Behälter 12 gemäß Fig. 1 besitzt zwei erste Stützeinheiten 54, die nach innen bezüglich des Endbereichs 22 des Außenbehälters 14 bzw. des Endbereichs 84 des Innenbehälters 16 versetzt sind. Die Endbereiche 22 und 84 des Behälters 12 können dabei als festes Ende bzw. als dasjenige Ende desselben angesehen werden, an welchem Rohrleitungen angeschlossen werden können. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die ersten Stützeinheiten 54 sowohl in Richtung der Längsachse des Behälters 12 wirkende Kräfte als auch senkrechte Kräfte aufgrund der Schwerkraft aufnehmen sowie senkrechte Kräfte, die auf Bewegungen des Behälters 12 bei einem Transport desselben zurückzuführen sind.

Die Anordnung 10 kann zusätzlich Einrichtungen 86 aufweisen, die eine Bewegung der ersten Stütze 56 gegenüber der zweiten Stütze 62 ermöglichen, wenn sich der Innenbehälter 16 gegenüber dem Außenbehälter 14 aufgrund von Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht. F i g. 7 zeigt derartige Einrichtungen 86 in Form zweiter Halterungseinrichtungen bzw. einstellbarer Stützeinheiten 88, die den Innenbehälter 16 gegenüber dem Außenbehälter 14 beweglich haltern. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel einer Anordnung 10 sind sechs einstellbare Stützeinheiten 88 vorgesehen. Der Innenbehälter 16 besitzt mindestens eine veränderliche Abmessung, im vorliegenden Fall seine Längsachse, weil er sich, wie oben erläutert, in Abhängigkeit von Temperaturänderungen dehnt und zusammenzieht. Im einzelnen besitzt jede der einstellbaren bzw. zweiten Stützeinheiten 88 wieder, wie jede erste Stützeinheit 54, eine erste, eine zweite und eine dritte Stütze 56, 62 bzw. 66 und zusätzlich einen Bewegungsraum 90. Aufgrund dieser Ausgestaltung führt eine Kontraktion des Innenbehälters 16 in Längsrichtung und in radialer Richtung zu Bewegungen der ersten Stütze 56 in dem Bewegungsraum 90, und zwar in Richtung der Pfeile in den F i g. 4, 6 und 7. Dabei zeigt F i g. 6 eine

so abgewandelte Ausführungsform für eine zweite Stützeinheit 88, bei der der Bewegungsraum 90 zwischen der zweiten Stütze 62 und der dritten Stütze 65 vorgesehen ist.

Die ersten und zweiten Stützeinheiten 54 bzw. 88 behindern also eine radiale Kontraktion des Innenbehällers 16 nicht. Wie aus der Zeichnung deutlich wird, können sich nämlich die Stützen 56 in radialer Richtung frei bewegen. Die axialen Kräfte werden in beiden Richtungen von den ersten Stützeinheiten 54 auf beiden Seiten des Behälters 12 aufgenommen. Vertikale Kräfte werden von den ersten Stützeinheiten 54 und von den beiden einstellbaren Stützeinheiten SSA aufgenommen (von denen eine in F i g. 1 gezeigt ist und von denen die andere der sichtbaren Stützeinheit diametral gegenüberliegt). Zusätzlich ermöglichen zweite einstellbare Stützeinheiten 88S eine Aufwärtsbewegung des Innenbehälters 16 gegenüber dem Aüßenbehälter 14 beim Eintreten des »Bananen-Effekts« und nehmen anderer-

seits Querkräfte und Längskräfte in jeweils einer Richtung auf. Schließlich nehmen zweite Stützeinheiten SSC nur Querkräfte auf.

Obwohl für den Innenbehälter 16 keine Längsaussteifungen erforderlich sind, da die Stützeinheiten 54 nach innen versetzt sind, ergibt sich an den Enden des Behälters 12 eine Biegebewegung.

Die Behälteranordnung 10 kann Längsverstärkungen 92 aufweisen, welche die im Bereich der ersten Stützeinheiten 54 auftretenden Längskräfte verteilen. Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform für Längsverstärkungen 92, welche die Verstärkungsplatte 58 umfassen, die mit dem Innenbehälter 16 verschweißt oder auf andere Weise fest verbunden ist. Außerdem ist ein ringförmiges Verstärkungselement 94 im Inneren des Innenbehälters 16 vorgesehen und mit ditsem vorzugsweise verschweißt. Ein Teil des ringförmigen Verstärkungselementes 94 liegt der Verstärkungsplatte 58 gegenüber, und in diese in Bereich ist auch eine Verstärkung 96 vorgesehen. Zwischen der Verstärkung % und der Verstärkungsplatte 58 liegt ein Teil der Wandung des Innenbehälters 16. Die Verstärkung % ist als Verstärkungsschiene mil zwei in Längsrichtung verlaufenden Stegen 102 und 1104 und mit quer dazu verlaufenden Querstreben 98 und 100 ausgebildet. Der Verstärkungsring 46 zum Haltern der Prallplatte 38 kann in ähnlicher Weise wie das ringförmige Verstärkungselement 94 im Bereich der Versiärkungsplatten 58 angeordnet sein. Die Verstärkungsringe 46 und 94 besitzen öffnungen 106 bzw. 108, welche demselben Zweck dienen wie die jo öffnungen 36, welche also ein Fließen der auf Tiefsttemperatur gekühlter! Flüssigkeit im Innenbehälter 16 ermöglichen. Es ist zu beachten, daß die Längsverstärkung 92 die Verstärkungselemente 94 und 96 sowie die Verstärkungsplatte 58 paarweise auf gegenüberliegenden Seiten des Innenbehälter 16 umfassen kann, wie dies Fig. 2 zeigt. Für den Außenbehälter 14 sind mehrere Verstärkungsringe 110 vorgesehen, die an seiner Innenwandung in Umfangsrichtung befestigt sind und der Aufrechterhaltung des Abstands zwischen dem Innenbehälter 16 und dem Außenbehälter 14 dienen. Die Verstärkungsringe 110 erteilen außerdem der gesamten Anordnung 10 eine zusätzliche Festigkeit.

Im Betrieb wird der Innenbehälter 16 mit einem auf Tiefsttemperatur gebrachten Material gefüllt, welches mil dem Material des Innenbehälters verträglich ist. Beispielsweise kann ein Innenbehälter 16 aus Aluminium mit flüssigem Stickstoff gefüllt werden. Im Verlauf des Füllvorganges zieht sich der Innenbehälter 16 zusammen, da er durch die auf Tiefsttemperatur gekühlte Flüssigkeit aufgrund der Wärmeleitung abgekühlt wird. Die ersten Stützeinheiten 54 halten dabei das eine Ende des Innenbehälters 16 fest, während die zweiten Stützeinheiten 88 den Innenbehälter 16 derart verstellbar bzw. verschieblich haltern, daß dieser sich zusammenziehen kann. Die Lage der ersten und zweiten Stützeinrichtungen 54, 88 verringert den »Bananen-Effekt« auf ein Minimum, so daß die Enden des Innenbehälters 16 nicht an die Innenwand des Außenbehälters 14 anstoßen. Die Isolationsblöcke 52, die Isolation 50 und die Isoliereinrichtungen 78 verhindern weitgehend, daß Wärme aus der Umgebung in die Flüssigkeit im Inneren des Innenbehälters 16 gelangt. Die Längsverstärkungen 92 verteilen die Biegemomente aufgrund der Längskräfte an den ersten und zweiten Stützeinheiten 54, 88. wobei diese Längskräfte von den Endbereichen 82 und 84 des Innenbehälters 16 bzw. den Endbereichen 20 und 22 des Außenbehälters 14 ausgehen. Eine Erwärmung der Anordnung 10 zum Verdampfen von Feuchtigkeit führt zu einer schwachen Ausdehnung des Innenbehälters 16. Eine solche Ausdehnung hat zur Folge, daß die ersten Stützen 56 oder die dritten Stützen 66 der zweiten Stützeinheit 88 in dem Bewegungsraum 90 entgegen der in den Fig. 6 und 7 mit Pfeilen angezeigten Richtung bewegt werden. Außerdem bewegen sich in diesem Fall die ersten Stützen 56 in radialer Richtung entgegen dem Richtungspfeil in F i g. 4.

Der Behälter 12 kann als stationärer Behälter aufgebockt sein oder als transportabler Behälter auf einem Anhänger, einem Eisenbahnwaggon, in einem Wasserfahrzeug oder in einem Luftfahrzeug montiert sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stützanordnung für einen Behälter mit einem Außenbehälter und einem Innenbehälter und mit einem beweglichen Feststoff, der ein schlechter Wärmeleiter ist, zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter,

mit einer ersten Stütze, welche an dem Innenbehälter befestigt ist und davon in Richtung auf den Außenbehälter absteht,

mit einer zweiten Stütze, die am Außenbehälter befestigt ist und davon in Richtung auf den Innenbehälter absteht,

mit einer dritten Stütze, die mit der ersten und mit der zweiten Stütze in Kontakt steht und zusammen mit diesen eine Stützeinheit bildet, welche den Außenbehälter im wesentlichen außer Kontakt mit dem Innenbehälter hält,

mit Isoliereinrichtungen für eine Wärmeisolation zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter im Bereich der Stützeinheit und
mit Führungseinrichtungen zum Führen der ersten Stütze gegenüber der zweiten Stütze in einer vorgegebenen Richtung bezüglich des Innenbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß Rückhaltecinrichtungen (70, 77) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Wandern des beweglichen Feststoffs aus dem Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter (16) und dem Außenbehälter (14) zu den Führungseinrichtungen verhinderbar ist.

2. Stützanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stütze (66) die erste Stütze (56) umgibt und daß die zweite Stütze (62) die dritte Stütze (66) im wesentlichen umgibt.

3. Stützanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzielung der relativen Beweglichkeit der ersten Stülze (56) ein Bewegungsraum (90) zwischen jeweils der erstnn und dritten beziehungsweise der zweiten und dritten Stütze (56, 66 bzw. 62,66) vorgesehen ist.