NL1039103C2 - Element voor het elimineren van turbulent gedrag van vloeistof in een houder. - Google Patents

Description

TITEL. Element voor het elimineren van turbulent gedrag van vloeistof in een houder

De uitvinding heeft betrekking op essentiële details van het ontwerp en op de functionele werkwijze van een door de vloeistof niet verplaatsbaar en niet 5 vervormbaar element, en het daarmee voorspelbaar en herhaalbaar kunnen elimineren van turbulent gedrag en beïnvloeden van het gedrag van een vloeistof in een houder, tank voor de opslag of het transport van vloeistoffen.

Het gedrag van vloeistoffen in houders, en met name, turbulente, bewegingen 10 van deze vloeistoffen, is normaal slechts voorspelbaar wanneer deze vloeistof zich bevindt in een niet vervormbare, niet-elastische, geheel gesloten houder en deze houder voor 100% vult. De afwezigheid van lucht voorkomt dat de vloeistof turbulent kan worden en zich relatief ten opzichte van de tankwanden kan verplaatsen. Wanneer een dergelijke 100% gevulde houder zich beweegt, versnelt of vertraagt dan zal de 15 vloeistof zich identiek aan de houder bewegen, versnellen of vertragen. Het contact tussen de houder binnenwand en de vloeistof zorgt daarbij voor de noodzakelijke overbrenging van het bij het versnellen of vertragen behorende krachten.

De overdracht van wrijvingskrachten tussen wanden en vloeistof is naast de 20 oppervlakte ruwheid onder andere afhankelijk van de kwaliteit van het contact tussen beiden. Deze kwaliteit van het contact is direct gerelateerd aan de druk die ze op elkaar uitoefenen. De wrijvingscoëfficiënt varieert van nul wanneer er geen contact is, en er geen onderlinge druk uitgeoefend wordt, tot een maximum waarde die afhankelijk is van de aard van de vloeistof en het materiaal waar de binnenwand van 25 de tank gemaakt is. Een 100% gevulde, niet-vervormbare en niet elastische, tank dient bij voorkeur enige (millibaren) overdruk te hebben om dit contact tussen wand en vloeistof voldoende te garanderen en tevens zeker te stellen dat er geen lucht, of uit de vloeistof verdampende componenten in de tank achterblijven bij het vullen dan wel ontstaan na het vullen. Door een, meestal geringe, overdruk van de vloeistof, 30 bereikt men zowel dat er geen lucht of gas in de 100% gevulde tank aanwezig is, noch kan ontstaan en dat de bovenplaat van de gesloten tank ook functioneel is in het overbrengen van krachten van de tank op de vloeistof en vice versa.

Bij versnellingen of vertragingen waarbij het totaal aan wanden van de 35 onvervormbare, niet-elastische 100% met vloeistof gevulde tank onvoldoende krachten kan overbrengen op de vloeistof (of v.v.) zal er in de versnellings- of vertragingsrichting een drukgradiënt in de vloeistof ontstaan. Zo zal, bij het afremmen 1039103 2 of vertragen van de tank, de "kop"plaat c.q de in-de-rij-richting-gezien voorste plaat van de tank, een hogere druk van de vloeistof ondervinden dan de achterste plaat, wanneer de tankwanden onvoldoende remkracht op de vloeistof kunnen overdragen om tot identieke en simultane vertraging van vloeistof en mobiele houder te komen.

5 Er treedt van voor naar achteren, in de rijrichting gezien, een drukval in de vloeistof op die er voor zorg draagt dat vloeistof en houder gelijktijdig en evenveel vertragen. Vanwege de incompressibiliteit van vloeistoffen treedt er bij een dergelijke druk gradiënt, normaal minder dan 100 millibar per meter, geen vloeistof-verplaatsing op, en daardoor treedt er dus ook geen vloeistof turbulentie en geen stabiliteitsprobleem 10 op.

Bij een rechthoekige "balk"-vormige tank die 100% gevuld is met vloeistof , bevindt zich de bovenplaat precies op wat bij afwezigheid van deze bovenplaat het vloeistof/lucht contact oppervlak zou zijn. Een vrij vloeistof/lucht oppervlak, zeker 15 wanneer dit in zijwaardse richtingen begrensd is door wanden, zal in dynamische situaties altijd instabiel zijn omdat lucht een veel lager soortelijk gewicht heeft dan vloeistof en omdat lucht veel minder weerstand biedt, c.q. massatraagheid heeft tegen vervormen dan water. Vanwege de incompressibiliteit van vloeistoffen zal ieder lokaal drukverschil in de vloeistof tot een water verplaatsing leiden welke bij voorkeur in de 20 richting van de minste weerstand dus in de richting van een vrij lucht contact zal gaan. Lucht kan, wanneer vrij aanwezig, zich veel sneller dan vloeistof verplaatsen en daardoor een lokaal ontstane onderdruk als eerste aanvullen waardoor turbulentie ontstaat. De stalen bovenplaat van een balkvormige 100%gevulde tank elimineert dit dynamische uitbreken van vloeistoffen beter naar mate de stalen plaat vormvaster en 25 minder elastisch is. Bekend is dat een elastisch en vervormbare afdekking (cellofaan) op een houder , zoals een emmer, deze weerstand bijvoorbeeld niet biedt en daardoor zal falen wanneer lokaal optredende piek spanningen, rekken en energie-overdracht hoger zijn dan dat het materiaal waarvan de afdekking gemaakt is, aan kan. De bovenplaat van de tank moet dus bij voorkeur onvervormbaar en niet-elastisch zijn, 30 om turbulent gedrag van de vloeistof te voorkomen.

Gelet op de gewenste, geringe, overdruk van de vloeistof in een 100% gevulde tank welke door voldoende wandcontact voor de overdracht van wrijvingskrachten zorgt, en welke voor het niet aanwezig kunnen zijn van lucht of damp in de tank zorgt 35 en gelet op de extra druk die in de vloeistof zou kunnen ontstaan bij krachtig versnellen of vertragen van de tank, en vanwege de noodzakelijke onvervormbaarheid en niet-elastisch mogen zijn van de tank, dient de bovenplaat van de tank vast- 3 verbonden (gelast) te zijn aan de overige wanden van de tank. De bovenplaat dient krachten over te kunnen brengen op , of op te kunnen nemen van, de overige tank constructie. Als voorbeeld: Een houder, emmer 100% gevuld met vloeistof voorzien van een niet-vervormbare, niet-elastische deksel die echter vanwege vorm en 5 afmetingen niet op de emmer geklemd kan worden maar over de rand van de houder, emmer hangt, verliest deze deksel in een dynamische situatie door de krachten die de vloeistof op deze deksel uitoefent.

De belangrijkste eigenschappen van een gesloten (stalen) tank die zonder 10 verlies van stabiliteit onbeperkt versneld dan wel vertraagd moet kunnen worden is dat deze 100% met vloeistof, dus zonder lucht, verdampte vloeistof of componenten daarvan of ander gas, en met een geringe overdruk gevuld dient te zijn en dat de wanden van een niet-elastisch materiaal ontworpen en gemaakt zijn op basis van een niet vervormbare constructie waarbij alle delen van de tank ongelimiteerd krachten op 15 elkaar kunnen overbrengen.

N.b. een uitzondering hierop is de 0% vloeistofvulling.

In de praktijk zullen mobiele vloeistof houders, tanks niet altijd, zelfs zelden of nooit, 100% gevuld zijn, zal er dus lucht of damp in de tank zijn, en treedt er 20 turbulentie en beweging (klotsen) op met het daaruit voortvloeiende verlies aan stabiliteit van het transport middel waarvan de vloeistof tank onderdeel uitmaakt. Vanwege het optreden van thermische expansie van een vloeistof bij verhoging van temperatuur wordt een tank bijvoorbeeld vaak maar tot maximaal 96 of 98% gevuld. Bekend is bij de distributie van vloeistoffen, dat een vloeistof houdend transportmiddel 25 meer dan één los-adres kan hebben of dat er bij het produceren op diverse locaties meer dan één laadadres is, waarbij tussen de adressen met een vloeistofdeellading gereden wordt. Ook kunnen klanten een ander vloeistof volume bestellen bij leveranciers dan het vaste volume van de houder of tank in een transportmiddel zoals een tanker (tank-schip), tank-spoorwagon, tank-container of tank-vrachtwagen of 30 wordt een tank slechts ten dele gevuld vanwege wettelijke beperkingen bijvoorbeeld op het maximaal toegestane totaal gewicht van een transportmiddel.

Bekend in de techniek, is een cilinder met zuiger en zuigerstang waarbij de ruimte onder de zuiger variabel is een zodanig geplaatst kan worden dat de in de 35 zuiger aanwezige vloeistof 100% van genoemde ruimte onder de zuiger vult (eventueel ook met een geringe overdruk). De zuiger is vormvast en kan dus van dezelfde vorm en maat gemaakt worden als het bij-ieder-volume constant blijvende 4 vloeistof-oppervlak. De zuiger is tevens niet-elastisch en kan middels de aan de zuiger vastverbonden zuigerstang krachten overbrengen op de cilinder. De cilinder heeft over het gehele bereik van de zuiger een constante diameter. Deze techniek is daarom niet toepasbaar voor het voorkomen van dynamisch gedrag van vloeistoffen in mobiele 5 houders. Mobiele houders, tanks hebben zelden een in verticale richting constant blijvend oppervlak, bij vrachtwagens en spoorwagons worden vloeistoffen bijna uitsluitend in horizontale cilinders vervoerd. Deze zijn tevens zelden rond maar meestal ovaal met soms bovendien van voor naar achter verschillende krommingsstralen, etc. Bij tanks in schepen treden meer rechthoekige en 10 afgeschuinde vlakken op, waardoor er nooit een constant in vorm en afmetingen blijvend vloeistof oppervlak is, dat tegen dynamisch, turbulent gedrag beschermd dient te worden. Het buiten en boven de cilinder uitsteken van een zuigerstang levert daarnaast onwerkbare situaties op wanneer dit identiek in de houder, tank van een transportmiddel toegepast zou worden, bijvoorbeeld door de hoogte van de 15 uitstekende zuigerstang.

Ook bekend in de techniek, zijn slingerschotten en scheidingswanden die in een mobiele vloeistofhouder, tank, permanent, aangebracht kunnen worden met als doel: het reduceren van dynamisch gedrag van vloeistoffen en het reduceren van de 20 effecten daarvan op de stabiliteit en het rijgedrag van het transportmiddel. Deze schotten of wanden worden dwars op de rij-richting van het transportmiddel en dus dwars op de lengte-as van de vloeistof houder geplaatst. Daardoor hebben zij slechts uitsluitend een beperkende invloed op vloeistof bewegingen in de rij-richting van het vloeistof transportmiddel, niet op andere vloeistof bewegingen in andere richtingen, 25 met name niet op vloeistof bewegingen in zijwaartse richtingen. Deze slingerschotten of scheidingswanden bereiken een reducerend effect op golfbewegingen van de vloeistof doordat zij van één groot vloeistof volume, verscheidene kleinere volumes vormen en doordat de bewegingsruimte voor deze kleinere volumes beperkter is tussen de schotten of wanden dan in de grote totale ruimte van de houder. Belangrijk 30 is echter ook dat slingerschotten en scheidingswanden extra mogelijkheden leveren voor het overbrengen van krachten (energie) van de vloeistof op de tank wand en v.v. bieden. Slingerschotten en scheidingswanden worden altijd uit niet vervormbare, niet-elastische metalen (vaak roestvast stalen) platen gemaakt identiek aan de (buiten-) wanden van de vloeistofhouder, tank hetgeen noodzakelijk is vanwege de nog altijd 35 optredende turbulentie van de vloeistof in de houder.

5

De uitvinding beoogt daarom een voorziening, c.q. inrichting, element voor een vloeistofhouder, tank van enigerlei vorm of maat te verschaffen, geschikt om aan te brengen in houders, tanks voor het transport van vloeistoffen, zodat deze inrichting, ook wanneer de vloeistof niet voor 100% de vloeistofhouder, tank vult, toch iedere 5 vorm van vloeistofturbulentie c.q. -dynamica voorkomt en daarmee dus de stabiliteit van het vloeistoftransportmiddel kan handhaven identiek aan een met geringe overdruk 100% met vloeistof gevulde niet-elastische onvervormbare gesloten tank of identiek aan de stabiliteit van een transportmiddel met een vaste lading welke door ladingszekeringsproducten, zoals spanbanden, gemeenschappelijk bewegen.

10

Hiertoe voorziet de uitvinding in een opblaasbaar element voor toepassing in het inwendige van een vloeistofhouder, waarbij het element één of meer kamers omvat, en de wanden van de kamers zijn gevormd van een flexibel, vervormbaar, bijna niet elastisch, lucht ondoorlatend materiaal, 15 waarbij de eerste kamer zich vanuit een niet gevulde, vormloze beginsituatie, kan vullen met het opblaasmedium waarbij het volume van de eerste kamer nagenoeg drukloos toeneemt tot een punt dat een verdere volumetoename van de eerste kamer slechts zeer gering en met een snel toenemende drukverhoging in de eerste kamer mogelijk is, en 20 waarbij de eerste kamer, bij een vulling met opblaasmedium tot het volume waarbij er een geringe overdruk, in een bereik van 5 tot 200 millibar, in de eerste kamer is ontstaan, het gehele vloeistofoppervlak in de vloeistofhouder afdekt.

Meer in het bijzonder betreft het een opblaasbaar element, welk niet door de vloeistof 25 in verticale richting vervormbaar is, waarbij het element bij ieder vloeistofniveau en bij ieder vloeistofvolume ten minste het gehele horizontale vloeistof oppervlak afdekt en daartoe zowel in grootte als in vorm kan veranderen wanneer dit door de geometrie, de vorm of de afmetingen van de vloeistofhouder, tank noodzakelijk is, wanneer het element in een onvervormbare, niet-elastische vloeistof houder, tank 30 geplaatst is. Dit patent voorziet daartoe in drie varianten van dergelijke elementen.

In de "vaste volume" vorm bestaat het element dat in een mobiele vloeistofhouder, tank geplaatst wordt in zijn geheel uit een niet-elastische kunststofzak die afgezien van een lucht-aansluiting verder geheel gesloten is en van een materiaal met lage 35 (geen) permeabiliteit gemaakt is. Wanneer deze kunststof zak niet met lucht gevuld is, kan deze via een normale "mangat" voorziening in de tank gebracht worden. Na het in-de-tank gebracht zijn wordt deze kunststofzak vervolgens gevuld met lucht. In 6 eerste instantie loopt de druk in de zak niet op aangezien het volume toe neemt. Dit gaat door tot het moment dat de zak het ontwerp-volume heeft bereikt, dan loopt de druk vanwege de niet-elasticiteit van het materiaal snel op. Het verder verhogen van de druk door meer lucht (of ander opblaasgas) toe te voegen is niet noodzakelijk 5 aangezien de kunststof zak op dit punt, voldoende, vormvast is geworden. Een niet-elastische kunststofzak kan vervaardigd worden van een niet-elastische kunststof of van een elastische kunststof die op een niet-elastische drager is geplaatst. Dit laatste zal vooral geschieden wanneer er vanwege de chemische resistentie een voorkeur is voor het gebruik van een normaal elastisch zijnde kunststof. Het element dient 10 bovendien van een geometrie voorzien en geproduceerd te worden die identiek is aan de vorm van de vloeistof houder en in gevulde toestand maximaal iets kleinere afmetingen (0,1 tot 2% kleiner) dan de houder dient te hebben.

Het volume van de geheel met lucht (of opblaasgas) gevulde kunststofzak en het vloeistof-volume zijn gezamenlijk precies gelijk aan het volume van de 15 vloeistofhouder. De met lucht (of opblaasgas) gevulde kunststofzak heeft met het gehele buitenoppervlak van de zak, dus maximaal, contact met de vloeistofhouder en de vloeistof en zorgt daarmee met het gehele oppervlak voor kracht-overbrenging tussen vloeistof en vloeistofhouder.

20 In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de delen van de wand van de tweede kamer in contact met de binnenkant van de wand van de vloeistofhouder, en met al die delen van de wand van de eerste kamer die niet in contact zijn met de vloeistof of de binnenwand van de vloeistofhouder.

Bij voorkeur is het element is vervaardigd uit een materiaal dat chemisch 25 resistent tegen de vloeistof in de houder en niet of nauwelijks permeabel is.

In het bijzonder heeft het materiaal waarvan de eerste en/of de tweede kamer van het element vervaardigd is een elasticiteitsmodulus (E) van tenminste 250 MPa.

Meer in het bijzonder is de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de eerste kamer, dat vaak bestaat uit een niet-elastisch textiel of uit polyamide dragermateriaal 30 met daarop aangebracht een lucht- en vloeistofdichte thermoplastische enkel- of dubbelzijdige coating die chemisch resistent is tegen de vloeistof die zich in de houder kan bevinden waarin het opblaasbare element geplaatst kan worden, veel hoger dan die van de gebruikelijke opblaasbare ballonvormige producten welke in de orde van 1 MPa liggen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm bestaat de eerste kamer uit meer dan één deelkamer of uit diverse compartimenten, zodanig dat het vloeistofoppervlak, wanneer 35 7 dit in grootte en/of vorm afhangt van de vullingsgraad van de vloeistofhouder of verschilt in grootte en/of vorm over het gehele bereik aan vloeistofniveaus die in de houder kunnen optreden, te allen tijde geheel afgedekt wordt door één of meer deelkamers of compartimenten van de eerste kamer.

5 In het bijzonder bestaat de tweede kamer uit meer dan één deelkamer of uit diverse compartimenten, zodanig dat het deel van binnenwand van de vloeistofhouder, dat niet door de eerste kamer en niet door vloeistof wordt afgedekt, te allen tijde en geheel afgedekt wordt door één of meer deelkamers of compartimenten van de tweede kamer.

10

Voorkeur verdient de uitvoeringsvorm waarbij de eerste en/of tweede kamer inwendig is voorzien van draadverbindingen tussen de bovenwand en de onderwand.

In het bijzonder is de eerste en/of tweede kamer voorzien van punt- of lijncontacten tussen de bovenwand en de onderwand.

15 Bij voorkeur staan de kamers onderling met elkaar in verbinding; waarbij bij voorkeur de eerste kamer een centraal kanaal is, die van een fluidumverbinding is voorzien met de tweede kamer, waarbij de tweede kamer in het bijzonder wordt gevormd door deelkamers, ieder voorzien van een fluidumverbinding met het centrale kanaal.

20 Meer in het bijzonder omvat het element een permanente of tijdelijke pneumatische inrichting voor toepassing / gebruik in het inwendige van een houder die voor minder dan 100% met vloeistof gevuld is, waarbij het element ten minste en ten alle tijde vormvaste bogen vormt op het contact-oppervlak met de vloeistof, van een niet-elastisch materiaal vervaardigd is en een dusdanig volume heeft dat dit 25 tezamen met het volume van de vloeistof identiek aan het volume van de houder is en waarbij het element bewerkstelligt dat de vloeistof zich niet relatief ten opzichte van de houder beweegt of versnelt.

Meer in het bijzonder zijn extra voorzieningen voorzien voor het veranderen van de contact-eigenschappen met de wand van de houder, en waarbij deze 30 voorzieningen het contactoppervlak kunnen vergroten of verkleinen en de krachtoverbrenging kunnen vergroten of verkleinen.

Meer in het bijzonder zijn extra voorzieningen voorzien voor het verwijderen van eventueel zich onder het element en boven de vloeistof bevindende lucht, damp of ander gas; in de vorm van een eventueel samendrukbare slang of vormvaste leiding 35 of door ruwheid of oppervlakte oneffenheden van de buitenwand van het element.

8

Voordeel biedt de uitvoeringsvorm waarin permanente of tijdelijke voorzieningen voor het toevoegen of ontrekken van lucht of ander vulgas zijn voorzien, ter handhaving van de benodigde werkdruk van het element of voor het compenseren van volume veranderingen van de vloeistof in de houder zodat het 5 volume van het element en de vloeistof in de houder gelijk blijft aan het volume van de houder, de vorm van één of meer binnenkamers van het element onder hoge krachtenbelasting zodanig verandert dat de bolvorm van de wand van het element of het vloeistofcontactoppervlak zich in zijn geheel verticaal verplaatst en dat het volume van en de druk in de binnenkamer vrijwel constant blijft door een gelijktijdige 10 vervorming van die wanddelen die deze binnenkamer scheiden van de naast gelegen kamer(s).

In het bijzonder omvat de tweede kamer van het element wanddelen; één of meer element- of kamer-wanddelen, die niet in contact zijn met de vloeistof, niet vormvast zijn en/of elastisch gedrag zouden kunnen vertonen en/of extra materiaal 15 hebben, zodanig dat hiermee een volumeverandering van het element bewerkstelligd kan worden.

De uitvinding zal hierna met behulp van de tekening met enkele uitvoeringsvoorbeelden van het opblaasbaar element, nader worden toegelicht, 20 waarbij kenmerken en andere voordelen naar voren zullen treden.

Fig. la. (zijaanzicht) en figuur lb. (isometrisch aanzicht) tonen het inbrengen van een kunststofzak (1) in een horizontale cilindrische vloeistofhouder (2);

Fig. 2a. (zijaanzicht), 2b. (isometrisch aanzicht) en 2c. (vooraanzicht) tonen de 25 kunststofzak (1) in gevulde toestand in een met vloeistof (3) gevulde vloeistofhouder (2).

In de "matras" vorm bestaat het element dat in een mobiele vloeistofhouder, tank geplaatst wordt, ook in zijn geheel uit een niet-elastische kunststofzak, gemaakt van 30 een materiaal met een lage (geen) permeabiliteit, die afgezien van een luchtaansluiting verder geheel gesloten is. Het verschil met de vaste volume vorm is dat het vaste deel volume element slechts een relatief dunne vormvaste matras vormt die ten alle tijde en op ieder vloeistof niveau het gehele vloeistof oppervlak afdekt. Daarbij worden optredende krachten tussen de vloeistofhouder binnenwand en de 35 vloeistof overgebracht via de randen van deze matras en het contact van deze randen met de binnenwand van de vloeistofhouder. Boven de met lucht of ander opblaasgas gevulde matras kan zich "vrije" lucht, vanuit de vloeistof ontstane damp of een ander 9 gas bevinden al dan niet op een druk gelijk of groter dan de omgevingsdruk. De ruimte in de tank boven de matras is voor de vloeistof niet bereikbaar en vanwege de vormvaste en door wrijvingskrachten in de positie gefixeerde matras ook niet beschikbaar voor turbulent gedrag van de vloeistof.

5

Aan de randen van de matras kunnen contact-oppervlakte of kracht-overbrengende vergrotende segmenten aangebracht worden. Tevens kan er op de matras een extra segment, al dan niet verbonden aan of onderdeel uitmakend van de matras, geplaatst zijn of worden. Dit extra segment dient ter verbetering (vergroting) van de krachten-10 overbrenging tussen tankwand en vloeistof en voor het op de vloeistof drukken van de matras, onder andere ter voorkoming van lucht, damp of gasvorming onder de matras.

Figuur 3a. (vooraanzicht) en 3b. (zijaanzicht) tonen een kunststof matras (4) in 15 gevulde toestand in een met vloeistof (3) gevulde vloeistofhouder (2). en

Figuur 3c. toont een kunststof matras (4) in gevulde toestand, met aan de bovenzijde van de matras aangebrachte contact-oppervlakte of kracht-overbrengende vergrotende segmenten (6) in een met vloeistof (3) gevulde vloeistofhouder (2).

Figuur 3d. toont eenzelfde kunststof matras (4) in gevulde toestand, met aan de 20 bovenzijde van de matras aangebrachte contact-oppervlakte of kracht-overbrengende vergrotende segmenten (6), bij een lager vloeistof (3) niveau gevulde vloeistofhouder (2).

Een teveel aan matras element materiaal dat er op enig vloeistofniveau in de vloeistofhouder zou kunnen optreden, vanwege de veranderingen in vorm of 25 afmetingen van de houder, kan zowel naar boven in de lucht- of het dampdeel in de houder geplaatst worden, als naar beneden in het vloeistofdeel in de houder of tank. Daarbij zal een verplaatsing van dit teveel aan materiaal naar beneden in het vloeistofdeel voor betere aandrukkrachten van de matras tegen de houderwand resulteren. Een verplaatsing naar boven dus naar het lucht of dampdeel kan tot een 30 hogere wrijvingscoëfficiënt leiden.

Figuur 4. toont de kunststof matras (4) in gevulde toestand in de vloeistofhouder (2) en vloeistof (3) met aan de randen van de matras aangebrachte contact-oppervlakte of kracht-overbrengende vergrotende segmenten (6).

35 Figuur 5. toont de kunststof matras (4) in gevulde toestand in de vloeistofhouder (2) en vloeistof (3) met een extra segment (7), al dan niet verbonden aan of onderdeel uitmakend van de matras.

10

De dunne platte vorm van de matras is van nature in een groot oppervlak niet vormvast. Vandaar dat vormvastheid op de volgende werkwijze bereikt kan worden: Figuur 6. toont dit door zeer veel onrekbare draad verbindingen (8) tussen de niet-5 luchtdoorlatende onder en bovenlaag (9) van de matras (4).

Figuur 7. toont dit door veel vorm- of kracht- gesloten punt- of lijnverbindingen (10) tussen de niet-luchtdoorlatende onder en bovenlaag (9) van de matras (4).

Figuur 8.toont dit door kamervorming binnen de matras (4) met lucht of ander opblaasbaar gas doorstroom verbindingen (12) tussen deze interne kamers van de 10 matras.

In de "variabele volume" vorm bestaat het element dat in een mobiele vloeistofhouder, tank geplaatst wordt, ook in zijn geheel uit een niet-elastische kunststofzak, gemaakt van een materiaal met een lage (geen) permeabiliteit, die i5 afgezien van een lucht-aansluiting verder geheel gesloten is. Het totaal van het volume dat een element van de "variabele volume vorm" en het volume van de in-de-vloeistofhouder aanwezige vloeistof is ten alle tijde identiek aan het totale volume van de vloeistof houder. Het belangrijkste verschil met de vaste volume vorm is hierbij dat het volume van de vloeistof kan variëren waarbij het volume van het variabele volume 20 element omgekeerd evenredig toe- of afneemt zodat het totaal van beide volumes identiek blijft aan het totale volume van de vloeistofhouder. Hierbij kan het werk-bereik van het volume van het variabele volume element mogelijk beperkt worden tot een deel van het totaal volume van de vloeistofhouder, bijvoorbeeld 10-96% omdat er nooit minder dan 10% vloeistof vulling in de te transporteren vloeistofhouder zal zijn 25 en er vanwege thermische expansie nooit meer dan 96% vloeistof vulling in de vloeistofhouder zal zijn.

Het element van de variabele volume vorm is ontworpen met binnen- of deelkamers welke onderling middels openingen met elkaar in verbinding staan zodat lucht of enig 30 ander opblaasgas van de ene naar een daarmee in verbinding staande andere kamer kan stromen.

Figuur 9a. toont, in bovenaanzicht, een variabele volume matras (5) in niet-gevulde toestand, dus zonder vloeistofhouder, bestaande uit twee identieke niet-elastische 35 lucht of gas-dichte kunststof lagen die ter plekke van de getekende lijnen aan elkaar verbonden zijn door bijvoorbeeld ultrasoon lassen of lijmen. Figuur 9a. toont een lucht of het opblaasgas toe- en afvoer-mogelijkheid (15) en interne lucht of opblaasgas 11 stroommogelijkheden tussen en in de binnen- oftewel deelkamers (16) via de openingen (17) waarbij een eventueel centraal kanaal (18) voor voldoende en snelle verplaatsing van de lucht of het opblaasgas zorg draagt.

5 Figuur 9b. toont het voor-aanzicht van het variabel volume matras (5) zoals in figuur 9a. maar dan in een met lucht of opblaasgas gevulde toestand, buiten de vloeistofhouder met een eerste kamer oftewel centraal kanaal (18) en twee tweede kanalen (16).

10 Deze binnen- oftewel deelkamers van een variabel volume element vormen het belangrijkste verschil tussen het ontwerp van een opblaasbaar element met een vaste volume en een variabele volume vorm.

Figuur 10a. (vooraanzicht) toont een opblaasbaar element volgens de uitvinding in de 15 vorm van een variabel volume matras (5) zoals in figuur 9b. maar in een deels met lucht of opblaasgas gevulde toestand in een met vloeistof (3) gevulde horizontale cilindrische vloeistofhouder (2). De zij- oftewel deelkamers (16) worden gevuld met opblaasgas vanuit de met de deelkamers in verbinding staande centrale kamer (18). Door de opwaartse kracht van de vloeistof zal de wand van de centrale kamer tegen 20 de vloeistofhouder gedrukt worden. Daarnaast liggen de kamerwanden (19) aan de binnenwand van de vloeistofhouder (2) waarbij materiaal van het opblaasbaar element dat niet gebruikt is voor het verkrijgen van het volume eveneens in plooien aan de wand gedrukt wordt. De kamerwanden vormen op het vloeistof contactvlak "bogen" (20).

25

Figuur 10b. (zijaanzicht) toont hetzelfde variabel volume matras (5) zoals in figuur 10a., in een met vloeistof (3) gevulde horizontale cilindrische vloeistofhouder (2) met wanden (21) die een afscheiding vormen tussen de tweede kamers(s) of verschillende zij- oftewel deelkamers (16).

30

Figuur 10c. toont eenzelfde variabel volume matras (5) zoals in figuur 10a. in een met vloeistof (3) gevulde horizontale cilindrische vloeistofhouder (2) in een isometrisch aanzicht.

De functie en de werkwijze van ieder wanddeel van een opblaasbaar variabel volume 35 element is afhankelijk van de bovengenoemde positie die het op enig moment inneemt.

12

Daar waar het variabele volume element in contact is met de vloeistof, wordt de wand van het opblaasbaar element en de kamers convex, dus bol, en wordt het vloeistof-oppervlak, concaaf ingedrukt, vanwege de geringe overdruk van de lucht of het opblaasgas in het element. De lengte en breedte van de binnen- of deelkamers, 5 welke onderling in het ontwerp en de constructie mogen verschillen, bepalen de krommingsstraal (/stralen) van de boog of bol die gevormd wordt. Deze krommingstralen mogen variabel zijn, afhankelijk van het vloeistofniveau en de vorm van de tank. De totale lengte en breedte van een variabel volume element worden zo ontworpen en geconstrueerd dat het variabele volume element bij ieder vloeistof-10 niveau in de houder het vloeistof oppervlak afdekt met een volume vulling met lucht of opblaasgas dat tezamen met het op dat moment in de vloeistofhouder aanwezige vloeistof volume gelijk is aan het volume van de houder. De convexe vorm van het variabele volume element daar waar er contact is met de vloeistof in de houder heeft een hoge mate van onvervormbaarheid vooral ook relatief ten opzichte van de 15 vervormbaarheid van de wanddelen van het element en/of de kamers, die een afscheiding vormen tussen twee binnen- of deelkamers. De convexe vorm van het wanddeel van een variabele volume element daar waar er contact is met de vloeistof in de houder zorgt er tevens voor dat het element krachten op de vloeistof kan overbrengen en vice versa. De stijfheid en vormvastheid van de boog ter plekke van 20 het contact met het vloeistof oppervlak wordt bevorderd door het gebruik van niet, of minder elastische materialen, door een grotere wanddikte van het materiaal of een voorziening zoals eerder beschreven in de matras-vorm, of door een hogere werkdruk. Bij voorkeur worden materialen toegepast voor de wanden van het opblaasbaar element en/of de kamers met een elasticiteitsmodulus van groter dan 250 MPa.

25 Daar waar het variabele volume element in contact is met de binnenwand van de houder, draagt de wand van het element zorg voor het overbrengen van krachten tussen de houder binnenwand en het element. Belangrijk hierbij is dat de elementwand zich, ter plaatse waar deze aan de houder binnenwand aanligt, niet zal verplaatsen ten opzichte van de houderwand, ook niet bij veranderende snelheden of 30 versnellingen van de houder. Hiermee leveren deze wanddelen van het variabele volume element, die aan de houderwand liggen, de basisondersteuning voor de boog, bolvorming van het wanddeel van het element en/of de (deel)kamer dat contact maakt met de vloeistof.

35 En in de derde mogelijkheid voor de positie van de wand van het variabele volume element vormt deze wand de scheiding tussen twee binnen- oftwel deelkamers. Dit deel van de element wand heeft relatief ten opzichte van de overige wanddelen de 13 hoogste mate van vervormbaarheid. De vervormbaarheid van deze wanddelen neemt toe naar mate de afstand van de houderwand groter is.

De "boog"-vorming van het variabele volume element ter plaatste van het contact met 5 het vloeistof oppervlak heeft een beperkende invloed op de mogelijkheden van turbulentie van de vloeistof in de houder. Vanwege de krommingstralen die de bogen voor de vloeistof veroorzaken zal ieder vloeistofdeel in het vloeistof-oppervlak een andere initiële voorkeursrichting van bewegen en een andere massa van een dergelijk volumedeeltje met een identieke bewegingsvoorkeur hebben. Het variabele volume 10 element zal hierdoor random verdeelde lokale belastingen van het boog-vormige contact oppervlak zien die zich over het totale contact oppervlak dusdanig nivelleren dat de stijfheid en vormvastheid van het variabele volume element ruimschoots weerstand biedt aan eventueel resterende verticale belastingscomponent welke vanuit de vloeistof zou kunnen resulteren.

15

In dit opzicht wordt er gerefereerd naar de in de techniek bekend zijnde varianten in de bruggenbouw waarbij een overspanning tussen twee oevers of twee bergen in één overspanning gerealiseerd kan worden (zoals een vast volume element één boog vormt op het vloeistof contact oppervlak) of door een brug met verscheidene bogen 20 die allen rusten op pilaren opgebouwd vanuit het onder de overspanning liggende rivierbed of dal.

In relatie wordt ook gerefereerd aan de golf- en trillingstheorieën waarin een golfbeweging eenvoudig bij een plat vlak (of rechte lijn, als afgeleide hiervan) geïntroduceerd kan worden, edoch zich veel minder uitgesproken, of niet, op een niet-25 plat vlak kan manifesteren.

Figuur 11. toont het contact tussen een convexe wand van het opblaasbaar element of van een tweede kamer of deelkamer (16) van een variabel volume matras (5) en een met vloeistof (3) gevulde vloeistofhouder (2), waarbij het variabel volume matras 30 verbonden is met de eerste oftewel centrale kamer (18). Hierbij bestaat de vloeistof uit verschillende massadelen (22) aan het oppervlak en hun diverse voorkeurs-verplaatsingsrichtingen (23).

Essentieel voor de functionaliteit van een element van de variabele volume vorm is 35 tevens dat er kortstondig, relatief kleine, drukverschillen tussen de verschillende (eerste en/of tweede) kamers van het element kunnen ontstaan. Bij krachtig remmen c.q. vertragen van een mobiele vloeistofhouder kan de kamer, of kunnen de (eerste 14 en/of tweede) kamers, van het variabele volume element die zich het dichtst bij het voorste deel van de houder bevindt (of -en) een hogere druk op het boog-vormige contact oppervlak met de vloeistof ondervinden dan de verder naar achtergelegen kamers. Hierdoor zal de boog van de tweede kamer, of zullen de bogen van de tweede 5 kamers, zonder vormverandering, in geringe mate, omhoog gedrukt worden. De volume verkleining die hierdoor van betreffende kamer(s) zou moeten ontstaan wordt gecompenseerd doordat de wanden, naarmate ze verder van de wand of vloeistof contactlijnen verwijderd, uitbuigen in de richting waarin de druk afneemt (in dit voorbeeld dus naar achteren).

10

Figuur 12a. (zijaanzicht) en 12b. (bovenaanzicht) tonen de verandering in vorm van een zij- oftewel deelkamer (16) wanneer het bol- of boogvormige wanddeel van het element dat contact maakt met de vloeistof (3), naar binnengedrukt (24) wordt. Deze vorm veranderingen treden op als gevolg van grote optredende versnellingen, die niet 15 geheel via de wanden van het element overgedragen kunnen worden en tot een lokale drukverhoging in de vloeistof leiden. Hierbij vormen de zij- oftewel deelkamers (16) en de centrale (eerste) kamer (18) het variabel volume matras (5) welke zich in een met vloeistof (3) gevulde vloeistofhouder (2) bevindt.

20 In dit verband noemen wij graag het in de techniek bekend zijnde "bubble"-plastic waarin vaste producten verpakt worden, waarbij iedere bubble op zich vervormbaar is, edoch het geheel van bubbles het product op zijn plaats houdt.

Elementen van alle der bovenstaande vormen kunnen voorzien worden van een al-25 dan-niet aan het element verbonden of integraal daarvan gevormd onderdeel waardoor eventuele lucht, damp of ander gas dat zich onder het element op of boven het vloeistof oppervlak zou kunnen bevinden, kan ontsnappen. Dit onderdeel kan een slang van de onderzijde naar de bovenzijde van het element zijn maar kan ook een in de vloeistof bevestigde, geperforeerde buis zijn. Ook zou het element om een beperkt 30 deel van omtrek van een oneffenheid forse ruwheid voorzien kunnen zijn, bijvoorbeeld een geknoopt net dat op de buitenwand van het element is aangebracht of in de wand verwerkt is, waardoor het element ter plekke niet lucht of gas afsluitend aan de binnenwand van de vloeistofhouder ligt.

Deze onderdelen zouden ook kunnen dienen ter voorkoming van een eventueel risico 35 van een drukopbouw in de vloeistof onder het element, waarbij het element een belemmering zou kunnen vormen voor het functioneren van de op de vloeistofhouder aangebrachte overdruk beveiliging(-en).

15

Elementen van identieke beschrijving als bovenstaand kunnen toegepast worden wanneer de vloeistof zich in een flexibele houder in de vloeistofhouder bevinden. Een dergelijke flexibele houder zou bijvoorbeeld vanwege de hygiëne eisen aan de 5 vloeistof of ter voorkoming van de noodzaak van schoonmaken van de vloeistofhouder na het lossen of verwijderen van de vloeistof, toegepast kunnen worden. In de economische voorkeursvorm is een dergelijke flexibele vloeistof houder dunwandig en niet bestendig tegen het dynamische gedrag van de vloeistof in een mobiele situatie. De toevoeging van een element van bovenvermelde vorm en beschrijving zou elk voor 10 de flexibele vloeistofhouder ongewenste dynamisch gedrag elimineren.

De verzorging van lucht of andere gas geschiedt op basis van pneumatische systemen welke op basis van in-de-industrie bekende componenten samengesteld kunnen worden en die zowel een gewenste werkdruk kunnen handhaven als lucht of ander gas 15 kunnen toevoeren aan of afvoeren van het element.

De elementen kunnen, ongeacht hun bouwvorm, zowel bevestigd zijn aan de vloeistofhouder als niet bevestigd zijn en daarbij zonder beïnvloed te worden door de vloeistof, het dynamisch gedrag van deze vloeistof elimineren. In de voorkeursvorm is 20 het element niet aan de houder bevestigd. Het bevestigen kan om andere dan vloeistof stabiliteitsredenen een voorkeur hebben, bijvoorbeeld het schoonmaken of het belasten van de houder.

25 1039103

Claims (16)

1. Opblaasbaar element voor toepassing in het inwendige van een vloeistofhouder, waarbij het element één of meer kamers omvat, en de wanden van de kamers zijn 5 gevormd van een flexibel, vervormbaar, bijna niet elastisch, lucht ondoorlatend materiaal, met het kenmerk, dat de eerste kamer zich vanuit een niet gevulde, vormloze beginsituatie, kan vullen met het opblaasmedium waarbij het volume van de eerste kamer nagenoeg drukloos toeneemt tot een punt dat een verdere 10 volumetoename van de eerste kamer slechts zeer gering en met een snel toenemende drukverhoging in de eerste kamer mogelijk is, en dat de eerste kamer, bij een vulling met opblaasmedium tot het volume waarbij er een geringe overdruk, in een bereik van 5 tot 200 millibar, in de eerste kamer is ontstaan, het gehele vloeistofoppervlak in de vloeistofhouder afdekt. 15

2. Opblaasbaar element volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een tweede kamer, welke verbonden is aan eerste kamer, identiek aan de eerste kamer opgeblazen kan worden, waarbij deze tweede kamer een dusdanige bouwwijze heeft, dat het in volume toeneemt bij het vullen met het opblaasmedium totdat 20 verder groeien van deze tweede kamer belemmerd wordt door het volume van de vloeistofhouder, waarbij de vloeistofhouder geheel gevuld wordt door het volume van de vloeistof en de volumes van de eerste en tweede kamer, en dat delen van de wand van de tweede kamer in contact zijn met de binnenkant van de wand van de vloeistofhouder, en met al die delen van de wand van de 25 eerste kamer die niet in contact zijn met de vloeistof of de binnenwand van de vloeistofhouder.

3. Opblaasbaar element volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het materiaal waarvan de eerste en/of de tweede kamer van het element vervaardigd 30 is een elasticiteitsmodulus (E) van tenminste 250 MPa heeft. 1039103

4. Opblaasbaar element volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de elasticiteitsmodulus van het materiaal van de eerste kamer, dat vaak bestaat uit een niet-elastisch textiel of uit een polyamide dragermateriaal met daarop aangebracht een lucht- en vloeistofdichte thermoplastische enkel- of dubbelzijdige 5 coating die chemisch resistent is tegen de vloeistof die zich in de houder kan bevinden waarin het opblaasbare element geplaatst kan worden, veel hoger is dan die van de gebruikelijke opblaasbare ballonvormige producten welke in de orde van 1 MPa liggen.

5. Opblaasbaar element volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede kamer, ter voorkoming van vervormingen bij belasting op krachten zoals wrijvingskrachten welke tussen de binnenwand van de vloeistofhouderhouder en de tweede kamer van het opblaasbare element plaats zullen vinden, wanneer de vloeistofhouder onderhevig is aan dynamisch gedrag, uit hetzelfde materiaal als de 15 eerste kamer vervaardigd wordt.

6. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de eerste kamer uit meer dan één deelkamer of uit diverse compartimenten bestaat, zodanig dat het vloeistofoppervlak, wanneer dit in 20 grootte en/of vorm afhangt van de vullingsgraad van de vloeistofhouder of verschilt in grootte en/of vorm over het gehele bereik aan vloeistofniveaus die in de houder kunnen optreden, te allen tijde geheel afgedekt wordt door één of meer deelkamers of compartimenten van de eerste kamer.

7. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de tweede kamer uit meer dan één deelkamer (16) of uit diverse compartimenten bestaat, zodanig dat het deel van binnenwand van de vloeistofhouder, dat niet door de eerste kamer en niet door vloeistof wordt afgedekt, te allen tijde en geheel afgedekt wordt door één of meer deelkamers of 30 compartimenten van de tweede kamer.

8. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de eerste en/of tweede kamer inwendig is voorzien van draadverbindingen tussen de bovenwand en de onderwand. 35

9. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de eerste en/of tweede kamer is voorzien van punt- of lijncontacten tussen de bovenwand en de onderwand.

10. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de kamers onderling met elkaar in verbinding staan; waarbij bij voorkeur de eerste kamer een centraal kanaal (18) is, die van een fluidumverbinding (17) is voorzien met de tweede kamer, waarbij de tweede kamer in het bijzonder wordt gevormd door deelkamers (16), ieder voorzien van 10 een fluidumverbinding (17) met het centrale kanaal.

11. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1 - 10, met het kenmerk, dat de tweede kamer wordt gevormd door een of meer deelkamers (16) die in gebruik, in opgeblazen toestand, boogvormig worden. 15

12. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1-11, met het kenmerk, dat extra voorzieningen zijn voorzien zoals vergrotende segmenten (6) voor het veranderen van de contacteigenschappen met de wand van de houder, en waarbij deze voorzieningen het contactoppervlak kunnen vergroten of verkleinen 20 en de krachtoverbrenging kunnen vergroten of verkleinen.

13. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1 - 12, met het kenmerk, dat extra voorzieningen zijn voorzien voor het verwijderen van eventueel zich onder het element en boven de vloeistof bevindende lucht, damp of 25 ander gas; in de vorm van een eventueel samendrukbare slang of vormvaste leiding of door ruwheid of oppervlakte oneffenheden van de buitenwand van het element.

14. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 1 - 13, met het 30 kenmerk, dat permanente of tijdelijke voorzieningen voor het toevoegen of ontrekken van lucht of ander vulgas zijn voorzien, ter handhaving van de benodigde werkdruk van het element of voor het compenseren van volumeveranderingen van de vloeistof in de houder zodat het volume van het element en de vloeistof in de houder gelijk blijft aan het volume van de houder. 35

15. Opblaasbaar element volgens een van de voorgaande conclusies 2 - 14, met het kenmerk, dat de tweede kamer van het element wanddelen omvat, één of meer element of kamer wanddelen, die niet in contact zijn met de vloeistof, waarbij bij voorkeur de wanddelen zijn voorzien van extra materiaal, zodanig dat hiermee een 5 volumeverandering van het element bewerkstelligd kan worden.

16. Element volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de vorm van één of meer deelkamers van het element onder hoge krachtenbelasting zodanig verandert dat de bolvorm van de wand van het element of het vloeistofoppervlak zich in zijn 10 geheel verticaal verplaatst en dat het volume van en de druk in de deelkamer vrijwel constant blijft door een gelijktijdige vervorming van die wanddelen die deze deelkamer scheiden van de naast gelegen deelkamer. 1039103