DE3001922A1 - Behaelter fuer tiefkalte verfluessigte gase - Google Patents

Behaelter fuer tiefkalte verfluessigte gase

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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 1179) H 80/01
Fa/fl 17.1.1980
Behälter für tiefkalte verflüssigte Gase
Die Erfindung betrifft einen Behälter für tiefkalte verflüssigte Gase mit einem Außenbehälter/ einem darin gelagerten Innenbehälter und einer Wärmeisolierung zwischen Innen- und Außenbehälter.
Ein Behälter dieser Art ist bereits in der DE-PS 24 57 beschrieben worden. Das Flüssiggas wird im Innenbehälter gespeichert. Der Innenbehälter ist mit Abstand von einem Außenbehälter umgeben, an dem sich der Innenbehälter mittels starrer Verbindungselemente abstützt. Gegen Kälteverluste ist der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter vakuumisoliert.
Bei derartigen Behältern müssen eine Reihe von gegensätzlichen Forderungen erfüllt werden: Einerseits muß der Behälter stabil genug! sein, um beispielsweise beim Transport auftretenden Beanspruchungen standhalten zu können, andererseits soll die Auflagefläche des Innenbehälters auf den Verbindungselementen möglichst klein sein, da diese unerwünschte Wärmebrücken darstellen. Während aus Stabilitätsgründen die Behälterwände möglichst dick sein sollen, so
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sollen aus Gewichtsgründen die Behälterwände möglichst dünn ausgeführt sein.
Neben den üblichen, beispielsweise beim Transport des Behälters auftretenden Beschleunigungskräften kann es vorkommen, daß der Behälter kurzzeitigen weit höheren Spitzenbelastungen ausgesetzt ist, die z.B. bei Erdbeben oder militärischen Kampfhandlungen auftreten.- Der Behälter muß in solchen Fällen für die während einer relativ sehr kurzen Zeit seines Betriebs auftretenden Spitzenkräfte ausgelegt sein.
Je größer aber die Anforderungen hinsichtlich der Stabilität an den Behälter sind, umso mehr müssen die genannten, mit den Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität verbundenen Nachteile in Kauf genommen werden, nämlich Erhöhung des Behältergewichts, verstärkte Wärmeleitung in den Innenbehälter durch zusätzliche Halteelemente, und außerdem Erhöhung der Material- und Fertigungskosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art zu entwickeln, der sich durch hohe Stabilität bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten, geringem Gewicht und einer niedrigen Verdampfungsrate auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch teilelastische Halteelemente zur Lagerung des Innenbehälters, die bis zu einer vorgegebenen am Behälter angreifenden Kraft starr und für stärkere Kräfte elastisch reagieren.
Für Beschleunigungskräfte, die unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegen, sind die Halteelemente vollkommen starr. Als Schwellenwert wird beispielsweise eine bei üblichen Transportbeanspruchungen größtmögliche auf den
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Behälter einwirkende Kraft gewählt. Ist der erfindungsgemäße Behälter Beschleunigungskräften ausgesetzt, die über dem Schwellenwert liegen·, so reagieren erfindungsgemäß die Halteelemente elastisch. Dadurch kann der Innenbehälter den Kräften elastisch ausweichen. Auf diese Weise werden auch für hohe Schockbeanspruchungen die dabei auftretenden Kräfte schonend in die Wand des Innenbehälters eingeleitet. Ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen am Innenbehälter ist der erfindungsgemäße Behälter weitaus stabiler als ein Behälter konventioneller Bauart.
Die teilelastischen Halteelemente enthalten z.B. Gummipuffer, Schwingungsdämpfer aus Elastomeren, oder elektromagnetische
Dämpfungselemente.
15
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwi'esen, daß in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes die Halteelemente vorgespannte Federn enthalten.
Die Halteelemente verhalten sich starr, solange die an ihnen angreifenden Kräfte kleiner als die Vorspannkraft sind. Für größere Kräfte verhalten sich die Halteelemente elastisch.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der Innenbehälter einen zylindrischen Mittelteil mit Böden an seinen Stirnseiten auf, wobei die Halteelemente im Bereich der Böden des Innenbehälters angeordnet sind.
In Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß eines der Halteelemente in axialer und ein anderes in radialer Richtung elastisch auslenkbar ist. Bei dieser Bauweise können Kräfte in jeder beliebigen Richtung gleichzeitig elastisch aufgenommen werden.
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— ΟΙ Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist das horizontale Rückstellkräfte ausübende Halteelement durch eine mit einem Gelenk am Innenbehälter und an entgegengesetzt vorgespannten Federn beweglich am Außenbehälter befestigte Stange gebildet. Die entgegengesetzt vorgespannten Federn bewirken, daß das Halteelement in zwei entgegengesetzten horizontalen Richtungen elastisch auslenkbar ist. Das Gelenk bewirkt, daß die Stange einer radialen Auslenkung des Innenbehälters aus seiner Ruhelage leicht folgen kann. Hierzu ist es erforderlich, daß die Stange relativ .zur Achse des Außenbehälters gekippt- werden kann.
Wie weiterhin vorgeschlagen wird, ist das radial auslenkbare Halteelement durch ein rohrförmiges, mittels einer vorgespannten Tellerfeder am Außenbehälter befestigtes Bauteil gebildet, das in Ausnehmgungen des Innenbehälters eingreift und dort als Auflager für den Innenbehälter dient.
Wird die Tellerfeder an der vertikalen Stirnfläche des Außenbehälters befestigt, so erstreckt sich das rohrförmige Auflager etwa in horizontaler Richtung. Diese Anordnung kann nicht nur in vertikaler Richtung, sondern in jeder beliebigen Richtung senkrecht zur Rohrachse ausgelenkt werden. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn zwei derartige Halteelemente koaxial angeordnet und an den einander entgegengesetzten Stirnseiten des Außenbehäxters befestigt sind. Der Innenbehälter ist lose, d.h. in horizontaler Richtung verschiebbar, auf die Halteelemente aufgelegt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zur Unterstützung der Halteelemente der Raum zwischen Innen- und Außenbehälter mit einem elatisch deformierbaren, wärmeisölierenden Material gefüllt ist.
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Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Hierbei zeigt die Figur einen erfindungsgemäßen Flüssiggasbehälter.
Der mit 1 bezeichnete Behälter setzt sich zusammen aus einem zylindrischen Außenbehälter 2, einem mit Abstand dazu im Außenbehälter 2 angeordneten Innenbehälter 3 und einer im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter angeordneten Wärmeisolierung 4. Außenbehälter 2 und Innenbehälter 3 sind an ihren Stirnseiten mit Böden 5, 6 verschlossen.
Als Wärmeisolierung ist im vorliegenden Fall Isolierwolle mit einer Stopfdichte von 250 bis 300 kg/m3 im zylindrischen Bereich und von 300 bis 350 kg/m3 im Bodenbereich des Behälters 1 vorgesehen. Zur Verbesserung der Wärmeisolierung ist der Zwischenraum zwischen Außenbehälter 2 und
Innenbehälter 3 auf etwa 5.10— mbar evakuiert.
Der Innenbehälter ist erfindungsgemäß mit teilelastischen Halteelementen 7, 8 im Außbenbehälter gelagert, wobei die Halteelemente 7 in allen Richtungen senkrecht zur Behälterachse auslenkbar sind und das Halteelement 8 in Richtung der Behälterachse auslenkbar ist.
Jedes Halteelement 7 setzt sich zusammen aus einem rohrförmigen Bauteil 9, das zur Stabilisierung an einer Seite konisch aufgeweitet ist, einer an der Stirnseite des aufgeweiteten Rohrendes befestigten Platte 12, die an einer Platte im Boden 5 des Außenbehälters anliegt, ferner einer Tellerfeder 13, die vorgespannt ist und sich an einem mit dem Außenbehälter 2 verbundenen Ring 14 abdrückt. Die
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Tellerfeder 13 drückt die Platte 12 mit dem Rohr 9 an die Platte im Boden 5 des Außenbehälters 2. Anstelle einer einzigen Tellerfeder 13 können auch mehrere über den Umfang des Rohres 9 verteilte Tellerfedern vorgesehen sein. Das Rohr 9 wird dadurch in horizontale Lage gezwungen.
Der Innenbehälter 3 weist an seinen Stirnseiten Ausnehmungen 10 auf, in die die Rohre 9 eingreifen, über Verbindungselemente 11, die aus einem druckstabilen, schlecht · ^ wärmeleitenden Material gefertigt sind, ist der Innenbehälter 3 auf die Rohre 9 aufgelegt.
Das Halteelement 8 enthält eine horizontal verlaufende Stange 18, die über ein Kugelgelenk 17 am Boden 6 des Innenbehälters 3 befestigt ist. Gelenk 17 und Stange 18 befinden sich in der Behälterachse innerhalb des Rohres An der Stange 18 ist eine Scheibe 19 befestigt. Auf beiden Seiten der Scheibe 19 sind in entgegengesetzter Richtung vorgespannte Druckfedern 20, 21 z.B. Tellerfedern, vorgesehen. Die Feder 20 stützt sich an einer Ausnehmung des Außenbehälters 2 ab, die Feder 21 an der Platte 12 des Halteelements 9.
Eine Rohrleitung 15 zur Zuführung oder Entnahme von Flüssiggas verläuft innerhalb des Rohres 9 eines der Halteelemente 7. Die Rohrleitung weist in diesem Bereich einen beweglichen Abschnitt 16 zur Ermöglichung von Relativbewegungen zwischen Innenbehälter 3 und Außenbehälter 2 auf. Weitere Rohrleitungen, die zum Betrieb des erfingunsgemäßen Behälters erforderlich sind, sind der ubersichtlicher.efinDars^eftlang.rhal· ber nicht eingezeichnet.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Halteelemente 7, 8 des erfindungsgemäßen Behälters 1 näher erläutert: 35
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Hierzu wird angenommen/ daß die beim Transport auftretenden Beschleunigungen das Dreifache der Erdbeschleunigung (3 g) nicht übersteigen. Die auf die Halteelemente 7 bei liegender Anordnung des Behälters 1 wirkende Kraft beträgt daher jeweils maximal 1,5 g χ Gewicht des Innenbehälters. Die Tellerfedern 13 werden mit einer Vorspannung versehen, die ausreicht, um die Rohre 9 bis zu dieser maximalen Auflagekraft starr zu halten. Die Federn 20, 21 des Halteelements 7 sind mit einer Kraft von jeweils 3 g χ Gewicht des Innenbehälters vorgespannt.
Die Vorspannkräfte der Federn 13, 20, 21 müssen keineswegs gleich groß sein. Sie hängen von den angreifenden Kräften ab, die in verschiedenen Richtungen verschieden groß sein können. So sind z.B. beim Schienentransport die in Behälterachse auftretenden Beschleunigungen größer, wohingegen z.B. bei auf Unterseebooten oder Schiffen angeordneten Behältern die quer zur Behälterachse auftretenden Kräfte größer sind. Die Federn 13, 20, 21 sind individuell so eingestellt, daß bei den üblichen auftretenden Beschleunigungen der Innenbehälter 3 nicht ausgelenkt wird.
Treten nun am erfindungsgemäßen Behälter 1 wesentlich größere Beschleunigungswerte auf, beispielsweise bis zu 100 g, so bewirken die daraus resultierenden Kräfte ein elastisches Nachgeben der Halteelemente 7, 8. Die Kräfte werden schonend auf die Behälterwände und die Halteelemente übertragen. Greifen die Kräfte in Achsrichtung des Behälters 1 an, so gleitet der Innenbehälter 3 auf den Auflagern 11 relativ zu den Rohren 9; Kräfte in Richtungen senkrecht zur Achse bewirken, daß die Rohre 9 mit den Platten 12 aus ihrer Ruhelage kippen. Da die Stange 18 in einer an der Platte 12 befestigten Hülse geführt ist, die bei einer Verkippung des Rohres 9 ebenso aus der Ursprungslage kippt und mit einem Kugelgelenk 17 am Innenbehälter 3 befestigt ist, ist auch
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eine kombinierte Auslenkung der beiden Haltelemente 7, 8 möglich.
Da überdies als Wärmeisolierung ein elastisches Material, wie beispielsweise Glaswollematten/ verwendet wird, werden die Kräfte, die zu einer Auslenkung des Innenbehälters 3 aus seiner Ursprungslage führen, über die gesamte Auflagefläche des Innenbehälters 3 durch das Isolationsmaterial auf den Außenbehälter 2 übertragen.
Die komprimierten Glaswollematten wirken wie eine progressive Feder. Beträgt der Flächendruck der Glaswollematten auf die Behälterwände 1kp/cm2 (bei einer Stopfdichte von 250 kp/m3, so wird bei einer Schockbelastung unter dem Gewicht des Innenbehälters die Glaswolle um 50 mm ausgelenkt, wobei sich die Stopfdichte auf 375 kp/m3 und entsprechend die auf den Innenbehälter 3 wirkende Rückstellkraft auf 5 kp/ms erhöht.
Obwohl somit der erfindungsgemäße Behälter 1 wie ein normaler Transportbehälter konventioneller Bauart dimensioniert ist, ist die Gefahr einer Beschädigung des erfindungsgemäßen Behälters auch bei extremen Schockbelastungen weit geringer. So kann in einem Behälter, der bis 100 g Beschleunigung stabil ist, eine Verdampfungsrate unter 1 % pro Tag eingehalten werden.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für den erfindungsgemäßen Behälter ist z.B. bei einem statisch liegenden Behälter. Die Halteelemente 7, 8 sind so dimensioniert, daß sie den leeren Behälter beim Transport starr fixieren, während das. Gewicht des vollen Innenbehälters im Betrieb auf der Isolierung lastet.
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Claims (7)

  1. (H 1179) H 80/01
    Fa/fl 17.1.1980
    Patentansprüche
    ί 1y Behälter für tiefkalte verflüssigte Gase mit einem Außenbehälter, einem darin gelagerten Innenbehälter und einer Wärmeisolierung zwischen Innen- und Außenbehälter, gekennzeichnet durch teilelastische Halteelemente (7,8) zur Lagerung des Innenbehälters (3), die bis zu einer vorgegebenen am Behälter (1) angreifenden Kraft starr und für stärkere Kräfte elastisch reagieren.
  2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (7,8) vorgespannte Federn (13,20,21) enthalten.
  3. 3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (3) einen zylindrischen Mittelteil mit Böden (6) an seinen Stirnseiten aufweist um die Halteelemente /7,8) im Bereich der Böden (6) des Innenbehälters (3) angeordnet sind.
  4. 4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Halteelemente (8) in axialer und ein anderes (7) in radialer Richtung elastisch auslenkbar ist.
    Form. 5729 7.78
    130030/0565
  5. 5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das horizontal auslenkbare Halteelement (8) durch eine mit einem Gelenk (17) am Innenbehälter (3) und an entgegengesetzt vorgespannten Federn (20,21) beweglich am Außenbehälter (2) befestigte Stange (18) gebildet ist.
  6. 6. Behälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikal auslenkbare Halteelement (7) durch ein. rohrförmiges, mittels einer vorgespannten Tellerfeder (13) am Außenbehälter (2) befestiges Bauteil (9) gebildet ist, das in Ausnehmungen (10) des Innenbehälters (3) eingreift und dort als Auflager für den Innenbehälter (3) dient.
  7. 7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Innenbehälter (3)
    und Außenbehälter (2) mit einem elastisch deformierbaren, wärmeisolierenden Material (4) gefüllt ist, das bei Auslenkung der Halteelemente (7,8) als zusätzliches elastisches Auflager für den Innenbehälter (3) dient. 20
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