DE4204451A1 - Isolierung fuer einen zylindrischen behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Isolierung für einen zylindrischen Behälter.

Bisher werden zylindrische Behälter, beispielsweise Tanks für tiefkalt verflüssigte Gase, mittels um den Zylindermantel gewickelte Bahnen aus Isoliermaterial thermisch isoliert. Die Bahnen von etwa 1 m Breite werden überlappend in mehreren Lagen um den Zylindermantel geführt. An den beiden Stirnseiten des Zylinders wird jeweils ein über den Zylinder überstehender Teil einer Bahn eingeklappt, so daß die Stirnseiten ebenfalls mit Isoliermaterial bedeckt werden. Bei diesem Einklappen des überstehenden Isolierwickels kann man den Nachteil größer werdender Materialmengen in Achsennähe des Zylinders nur durch Entfernen des überflüssigen Isoliermaterials umgehen. Dazu sind während des Isoliervorgangs mehrere Bearbeitungsschritte an den Stirnflächen des zylindrischen Behälters notwendig, die den Isoliervorgang erheblich verlangsamen.

Außerdem versagt diese Methode fast gänzlich, wenn Zylinder­ behälter großen Durchmessers (über 1 m) isoliert werden sollen. Durch Einklappen des überstehenden Isolierwickels vom Zylindermantel auf die Stirnflächen lassen sich dann nämlich nur die äußeren Teile dieser Stirnfläche isolieren, die Rest­ fläche muß angestückelt werden. Dies vergrößert nicht nur den Arbeitsaufwand erheblich, sondern führt auch zu unbefriedig­ enden thermischen Isolationsergebnissen. Die beiden Forde­ rungen einer optimalen Isolation können dann nämlich nicht genügend eingehalten werden: Jede Lage einer Isolierschicht soll eine thermodynamisch isotherme Schicht bilden und jede Stoßstelle zwischen zwei benachbarten Isolierbahnen oder -stücken soll optisch dicht sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbes­ serte Isolation für zylindrische Behälter zu entwickeln, die die genannten Nachteile vermeidet und insbesondere bei großen Behälterdurchmessern eine hohe thermische Isolationsqualität sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Stirnflächen des Behälters einzelne miteinander verbundene Kreissektoren aus Isoliermaterial die Stirnflächen bedeckend und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind.

Die Stirnflächenisolierung kann demnach erfindungsgemäß in einem eigenen Arbeitsschritt angefertigt werden. Damit entfällt das aufwendige Arbeiten am zu isolierenden Behälter, um gleichzeitig die Stirnfläche zu isolieren, während der Zylindermantel isoliert wird.

Erfindungsgemäß ist das Isoliermaterial in Kreissektoren geschnitten, die die Stirnfläche bedeckend untereinander verbunden sind. Dabei können je nach Art der Zylindermantel­ isolierung die einzelnen Lagen der Stirnflächenisolierung "scheibenweise" übereinander oder aber wendelförmig mit­ einander verbunden angeordnet sein.

Vorteilhaft ist dabei die wendelförmige Verbindung der einzelnen Lagen der Stirnflächenisolierung, wenn die Bahnen des Isoliermaterials mehrlagig und fortlaufend um den Zylindermantel geführt sind.

Weiterhin ist es günstig, wenn die einzelnen Kreissektoren des Isoliermaterials überlappend vernäht sind. Das Vernähen erfolgt mit einem Kunststoffaden, der fast keine Wärmeleitung aufweist.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Überlappungen der einzelnen Kreissektoren sich in jeder Lage der Stirnflächen­ isolierung an der gleichen Stelle befinden. Durch die über­ einanderliegenden Überlappungen entsteht jeweils von Lage zu Lage ein Zwischenraum. Dieser Zwischenraum beeinträchtigt die Wärmeleitung zwischen den Lagen, insbesondere durch Abnahme der Berührungspunkte der Lagen gegeneinander.

Um diese Zwischenräume zu vergrößern, und um die Wärmeleitung an den Überlappungsstellen weiter zu mindern, kann entlang der Verbindungslinie der einzelnen Kreissektoren jeweils ein Streifen eines Isoliermaterial angebracht sein.

In einer fertigungstechnischen Variante ist die Stirnflächen­ isolierung auf einem oder mehreren Metallgittern, deren Querschnitt dem des zylindrischen Behälters entspricht, fixiert. Die Stirnflächenisolierung kann getragen von dem Metallgerüst an den zylindrischen Behalter herangefahren werden und anschließend kann die Stirnflächenisolierung mit der Zylindermantelisolierung verwoben werden. Zwischen den einzelnen Metallgittern, z. B. auf Vorder- und Rückseite einer Stirnflächenisolierung darf selbstverständlich keine thermisch leitende Verbindung hergestellt werden.

Bei einer Isolierung für einen zylindrischen Behälter, bei dem der Zylindermantel mit einem bahnförmigen Isoliermaterial mehrlagig umwickelt ist, erweist es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft, wenn der Querschnitt der angefertigten Stirn­ flächenisolierung größer dem des Zylinders ist, wobei die über den Zylinderquerschnitt ragenden Teile der Lagen der Stirn­ flächenisolierung nacheinander zwischen jeweils zwei Lagen des um den Zylindermantel gewickelten Isoliermaterials geklappt sind. Diese lagengleiche Anordnung der Isolierschichten erfüllt gut die thermodynamische Forderung der Isothermie der Einzelschichten.

Eine derartige Isolierung ist in einem Arbeitsgang herstell­ bar: Nachdem die beschriebenen Stirnflächenisolierungen angefertigt sind, werden diese an die beiden Stirnflächen des Zylinders geführt. Während der einer Stirnfläche nächste Teil des Zylindermantels isoliert wird, wird der überstehende Teil der ersten Lage der Stirnflächenisolierung auf den Zylinder­ mantel geklappt und die Bahn mit Isoliermaterial darüber abgerollt. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis alle Lagen der Stirnflächenisolierung mit denen der Zylindermantel­ isolierung verwoben sind.

Werden die Bahnen kontinuierlich um den Zylindermantel gewickelt, ist eine wendelförmige Anordnung der einzelnen Lagen der Stirnflächenisolierung erforderlich. Die Isolier­ bahnen des Zylindermantels können dann spiralenförmig zwischen die Lagen der Stirnflächenisolierung eingefügt werden.

Um eine dauerhafte Verbindung von Stirnflächen- und Zylindermantelisolierung zu besitzen, sind die Lagen der Zylindermantelisolierung mit den Lagen der Stirnflächen­ isolierung im Überlappungsbereich verklebt.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel das Herstellungs­ verfahren und die Vorteile der erfindungsgemäßen Isolierung näher erläutern.

In Fig. 1 ist schematisch ein Metallgitter 2 mit zugehörigem Rahmen 1 gezeigt, auf das einige Kreissektoren 3 aus Isolier­ material aufgebracht sind. Die Überlappungsstellen 4 der einzelnen Kreissektoren 3 sind vernäht. Das Metallgitter 2 weist eine Durchtrittsöffnung 5 für ein Zuleitungsrohr zum zylindrischen Behälter auf.

Fig. 2 stellt wiederum schematisch die Lagen 6 der Stirn­ flächenisolierung dar, wobei jede Lage 6 aus mehreren Kreis­ sektoren 3 besteht, die untereinander vernäht sind. Ein Metallgitter 2 mit Durchtrittsöffnung 5 trägt die Lagen 6 aus Isoliermaterial.

Um einen 270 m³-Tank für tiefkalt verflüssigten Wasser­ stoff mit den Abmessungen 25 m Länge und 3,8 m Durchmesser qualitativ hochwertig zu isolieren, wird zunächst in einem unabhängigen Arbeitsgang eine erfindungsgemäße Stirnflächen­ isolierung angefertigt.

Dazu wird auf ein Metallgerüst, bestehend aus einem Metall­ gitter 2 auf einem Rahmen 1, eine Vielzahl von Kreissektoren 3 eines Isoliermaterials aufgebracht, welche untereinander überlappend mit einem Kunststoffaden vernäht werden (Fig. 1). Das gesamte Metallgerüst, dessen Querschnitt dem des zylindrischen Wasserstofftanks entspricht, wird auf diese Weise mit Kreissektoren 3 belegt, welche ihrerseits mit dem Metallgitter 2 thermisch nicht leitend verbunden sind. Anschließend wird eine zweite Lage 6 von Kreissektoren 3 an die erste Lage 6 angeknüpft, wobei die Überlappungsstellen 4 jeweils übereinander zu liegen kommen und eine wendelförmige Struktur entsteht. Die Lagen 6 überragen, wie aus den Figuren ersichtlich, den Querschnitt des Metallgerüstes. Je nach gewünschter Güte der Isolierung werden etwa 50 bis 150 solcher Lagen 6 übereinander, wendelförmig fortlaufend gebildet.

Fig. 2 zeigt schematisch die fertiggestellte Stirnflächen­ isolierung mit etwa 50 Lagen 6 für die Isolierung des Wasserstofftanks. Die Überlappungsstellen 4 der einzelnen Kreissektoren 3 sind zusätzlich durch etwa 50 mm breite Streifen des Isoliermaterials verstärkt. Dadurch wird der später evakuierte Zwischenraum zwischen den einzelnen Lagen 6 vergrößert, wodurch die Güte der thermischen Isolierung weiter zunimmt. Als Isoliermaterial wird beispielsweise eine Folie aus Aluminium mit einem Glas-Vlies verwendet.

Es werden pro Behälter zwei derartiger Stirnflächen­ isolierungen angefertigt, wobei die Lagen 6 der einen eine linksgängige, die der anderen eine rechtsgängige Wendel bilden.

Die erfindungsgemäßen Stirnflächenisolierungen werden nun an die Stirnflächen des zylindrischen Behälters geführt, der seinerseits mit etwa 1 m breiten Bahnen des Isolationsmaterials isoliert wird. An den beiden den Stirnflächen am nächsten gelegenen Teilen des Zylindermantels werden jeweils die Bahnen des Isoliermaterials auf die auf den Zylindermantel geklappten überstehenden Teile der Lagen 6 der Stirnflächenisolierung aufgebracht. Der Überlappungsbereich wird verklebt.

Die beiden Überlappungsbereiche der Stirnflächen- und der Zylindermantelisolierung bilden somit eine links- bzw. rechtgängige Spirale.

Lage für Lage 6 der Stirnflächenisolierung ist somit erfin­ dungsgemäß mit den Lagen der Zylindermantelisolierung ver­ woben. Jede Isolierlage bildet über den gesamten Behälter eine isotherme Schicht und die Stoß- oder Verbindungsstellen der einzelnen Isolierbahnen sind optisch dicht. Dies bewirkt eine gegenüber herkömmlichen Isolationen deutlich erhöhte Qualität. Der erfindungsgemäß isolierte Behälter wird in einen zweiten Behälter eingefahren und der Raum zwischen den beiden Behältern wird evakuiert.

Der erfindungsgemäß isolierte Wasserstofftank besitzt neben dem Vorteil einer erhöhten Isolierqualität einen wesentlich vereinfachten Herstellungsprozeß mit verkürzten Montagezeiten.

Claims (8)

1. Isolierung für einen zylindrischen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stirnflächen des Behälters einzelne miteinander verbundene Kreissektoren (3) aus Isoliermaterial die Stirnflächen bedeckend und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind.

2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (6) der Stirnflächenisolierung wendelförmig angeordnet sind.

3. Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kreissektoren (3) des Isoliermaterials überlappend vernäht sind.

4. Isolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsstellen (4) der einzelnen Kreissektoren (3) sich in jeder Lage (6) der Stirnflächenisolierung an der gleichen Stelle befinden.

5. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Verbindungslinie der einzelnen Kreissektoren (3) jeweils ein Streifen eines Isoliermaterials angebracht ist.

6. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächenisolierung auf einem oder mehreren Metallgittern (2), deren Querschnitt dem des zylindrischen Behälters entspricht, fixiert ist.

7. Isolierung für einen zylindrischen Behälter, bei dem der Zylindermantel mit einem bahnförmigen Isoliermaterial mehrlagig umwickelt ist, unter Verwendung einer Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Querschnitt der Stirnflächenisolierung größer dem des Zylinders ist, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Zylinderquerschnitt ragenden Teile der Lagen (6) der Stirnflächenisolierung nacheinander zwischen jeweils zwei Lagen des um den Zylindermantel gewickelten Isoliermaterials geklappt sind.

8. Isolierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der Zylindermantelisolierung mit den Lagen (6) der Stirnflächenisolierung im Überlappungsbereich verklebt sind.