WO2007147595A1

WO2007147595A1 - Tankvorrichtung und verfahren zum speichern und/oder transportieren einer substanz bei einer kryotemperatur

Info

Publication number: WO2007147595A1
Application number: PCT/EP2007/005473
Authority: WO
Inventors: Harald Hansmann; Christian Siefert
Original assignee: Hochschule Wismar University Of Technology, Business And Design
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2007-12-27
Also published as: DE102006029575A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Tankvorrichtung zum Speichern und/oder Transportieren einer Substanz bei einer Kryotemperatur unterhalb von -150 °C, insbesondere von verflüssigtem methanhaltigem Gas, mit einem einen Aufnahmeraum bildenden Mantel (13), der mit einer auf der Innenseite des Mantels (13) angeordneten isolierenden Auskleidung (14) versehen ist, wobei die Auskleidung (14) mindestens eine Isolierschicht (17, 17a, 17b, 19, 20, 33, 34) aus einem Isoliermaterial und mindestens eine flexible, gas- und flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht (16, 18, 18a, 18c; 35, 36, 36a, 36b, 36c, 37, 38, 39) aufweist. Die Sperrschicht besteht aus einem Polymermaterial mit einem Molekulargewicht von mehr als 100 kg/mol. Die Anmeldung betrifft weiterhin ein mit mindestens einer derartigen Tankvorrichtung ausgestattetes Tankschiff und ein Verfahren zum Speichern und/oder Transportieren einer Substanz bei einer Kryotemperatur unterhalb von -150 °C.

Description

Hochschule Wistnar, University of Technology, Business and Design, 23966 Wismar, DE

Tankvorrichtung und Verfahren zum Speichern und/oder

Transportieren einer Substanz bei einer Kryoteraperatur

Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung zum Speichern und/oder Transportieren einer Substanz bei einer Kryotempera- tur nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren.

Es ist bekannt, Erdgas in verflüssigter Form (Liquefied Natu- ral Gas, LNG) bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts von etwa -161 ⁰C zu lagern und zu transportieren. Um Verluste insbesondere durch Vergasung möglichst gering zu halten, ist eine effiziente Wärmeisolierung von LNG-Tanks, beispielsweise in Tankschiffen, von erheblicher Bedeutung. Als Isoliermaterial für wärmeisolierende Tankauskleidungen in LNG-Tankschiffen werden verwendet: Polyurethan (PU) -Schaumplatten; Perlite als Schüttung in Kastenkonstruktionen aus speziellen Sperrholzplatten; Polystyrolschäume und Mineralwolle. Zur Vermeidung von Wärmebrücken an den Fugen der Isolierplatten infolge thermischer Kontraktion bei der Tankbefüllung sind aufwendige Fü- geverbindungen zwischen den Isolierplatten erforderlich.

Um ein Austreten der Substanz zu verhindern, ist in bekannten LNG-Tanks eine Sperrschicht (Diffusionssperrschicht; Membran) vorgesehen, die beispielsweise aus Edelstahlblech bestehen kann. Um thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion der Sperrschicht beim Befüllen bzw. Entleeren des Tanks ausgleichen zu können, müssen Sicken in das Edelstahlblech eingearbeitet werden, was einen hohen Herstellungsaufwand bedeutet. Der zur Herstellung von Sicken erforderliche Aufwand kann durch die Verwendung von Invar (Mi36) vermieden werden, da Invar einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, jedoch ist Invar sehr teuer.

US 2 328 647 betrifft einen Tank zur Speicherung von LNG, wobei eine Korkisolierung zwischen zwei Stahlwänden eingesetzt wird. Da die innere Stahlwand nicht auf der Innenseite isoliert ist, können Probleme aufgrund der Kältekontraktion der Stahlwand nicht gelöst werden. Ähnliches gilt für die innere tragende Wand des Tanks nach GB 976 198 und die innere Stahl- wand des Tanks nach FR 0 022 384 Al.

DE-AS 1 205 995 offenbart einen Tank für ein LNG-Tankschiff mit einem Stahlmantel, der auf seiner Innenseite eine aus

Platten bestehende Auskleidung aufweist. Die Platten weisen eine Isolierschicht beispielsweise aus Korkplatte und eine innere Sperrschicht aus hartem Sperrholz auf.

US 2 393 964 offenbart einen Tank zum Speichern von LNG mit einem Stahlmantel, einer Isolierschicht aus Kork und einer dünnen flexiblen und gasdichten Membran aus Bahnen von kalt- dehnbarem Metall, beispielsweise einer hohen Nickellegierung.

US 3 101 861 offenbart einen Tank für ein Tankschiff zum

Transportieren von verflüssigten Kohlenwasserstoffen wie Pro- pan, Butan etc. bei Temperaturen bis unterhalb von -60 ⁰C, mit einem Stahlmantel, einer Isolierschicht aus Kunststoffschäum, insbesondere PU-Schaum, einer weiteren Schicht aus Kork und einer gas- und flüssigkeitsdichten, nichtmetallischen Sperrschicht insbesondere aus den Kunststoffen Mylar oder Piasite No. 9120. Diese Kunststoffe sind bei zum Transport von verflüssigtem Methan auftretenden Temperaturen ungeeignet . DE 20 2004 007319 Ul offenbart einen vakuumisolierten Kryobe- hälter. GB 853 144 offenbart eine Rohrleitung mit einer externen Isolierschicht. US 1 371 428 betrifft eine Gasleitung für eine Schweißvorrichtung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern und Transportieren einer Substanz bei einer Kryotemperatur mit guter Sperrwirkung und reduziertem Herstellungsaufwand bereitzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln der Ansprüche 1 und 19. Demnach umfasst die Auskleidung mindestens eine flexible Sperrschicht aus einem hochmolekularen Polymermaterial, was erheblich kostengünstiger ist als mit Sicken versehenes

Edelstahlblech oder Invar. Die Erfindung überwindet das technische Vorurteil (siehe beispielsweise US 3 101 861, Spalte 2 Zeilen 23 bis 27) , dass Polymermaterialien bei Kryotemperatu- ren unterhalb von -150 ⁰C als Sperrschicht generell ungeeignet seien. Zwar wurde im Stand der Technik Kunststoff als denkbares Material für eine Sperrschicht gegenüber einer auf Kryo- temperaturen gekühlten Substanz erwähnt, ohne dass jedoch ein tatsächlich geeignetes Material angegeben worden wäre. Die Erfinder haben herausgefunden, dass hochmolekulares Polymermate- rial aufgrund hoher Festigkeit, Zähigkeit und chemischer Beständigkeit auch bei Kryotemperaturen unterhalb von -150 ⁰C als Sperrschicht-Material geeignet ist und ein zufriedenstellendes Ermüdungsverhalten gegenüber Temperaturwechselbeanspruchung um 200 ⁰C aufweist.

Die flexible Sperrschicht kann insbesondere als Folie oder als dünne Schicht ausgebildet sein. - A -

Kryotemperatur bedeutet eine Temperatur unterhalb von -150 ⁰C. Besondere Bedeutung hat die Erfindung im Hinblick auf verflüssigte Gase. Die Erfindung betrifft insbesondere das Speichern und/oder Transportieren einer Flüssigkeit bei einer Kryotempe- 5 ratur. Methanhaltige Gase sind insbesondere Gase, deren hauptsächlicher Volumenbestandteil Methan ist, insbesondere Erdgas.

In Versuchen hat sich hochmolekular vernetzendes Silikonmaterial, insbesondere selbstverlaufendes, räumtemperaturvernet- lo zendes (RTV) , kältestabiles Silikongummi als besonders geeignetes Polymermaterial für die Sperrschicht erwiesen. Bei Applikation auf eine horizontale Schicht aus Presskork hat sich eine Schichtdicke von 2 bis 3 mm selbständig und blasenfrei eingestellt. Die Vernetzungsreaktion führt hierbei bei Raum- i5 temperatur zur Bildung von chemischen Vernetzungen zwischen den Ausgangspolymerketten, so dass sich ein Makromolekül mit ultrahohem Molekulargewicht bildet .

Die Verwendung von RTV-Silikon für die Sperrschicht erscheint 20 überraschend, weil RTV-Silikon aus Sicht der Durchlässigkeit gegenüber Methan kein idealer Werkstoff für eine Barriereschicht zu sein scheint. Jedoch wird angenommen, dass die relativ hohe Schichtstärke von bis zu 3 mm in Kombination mit der bei -160 ⁰C nur noch geringen Permeabilität zu einer aus- 5 reichenden Barrierewirkung führt .

RTV-Silikon weist eine gegenüber Methan und anderen Chemikalien hohe Beständigkeit auf, sodass aus chemischer Sicht eine Eignung gegeben ist. Silikon ist einfach zu verarbeiten und o kann gleichzeitig als Klebstoff für die Befestigung der Auskleidung an der tragenden Struktur bzw. von Isolierelementen untereinander verwendet werden. Ein anderes geeignetes Material ist eine Folie aus hochmolekularem Polyethylen (HMW-PE, mehr als 100 kg/mol) , insbesondere ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE, mehr als 1000 kg/mol, insbesondere 3000-6000 kg/mol) . Hochmolekulares PoIy- 5 ethylen weist eine gute Diffusionssperrwirkung insbesondere gegen LNG bei ausreichender Foliendicke auf. Weitere Vorzüge sind hohe mechanische Festigkeit und Belastbarkeit bei ausreichender Foliendicke; hohe Kälteflexibilität; Schweißbarkeit, insbesondere VerSchweißbarkeit von PE-Bahnen zu großflächigen lo Schichten und Verschweißbarkeit mit PE-Elementen, beispielsweise Befestigungselementen.

Zur Verbesserung der Sperrwirkung kann Folie aus hochmolekularem Polymermaterial mit einer Schicht aus Metall bedampft wer- i5 den. Dabei kann eine einseitige Beschichtung vorteilhaft sein, insbesondere um die Verschweißbarkeit der Folie auf der unbeschichteten Seite zu ermöglichen. Die metallische Beschichtung kann auch zur Ableitung statischer Aufladungen dienen, um den Schutz vor Funkenbildung insbesondere beim Be- und Entladen

20 sowie vor elektrischen Überschlägen insbesondere infolge elektrostatischer Aufladung durch die Eigenbewegung des Produkts zu verbessern.

Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung weist 5 die Auskleidung des Tanks mindestens eine Isolierschicht aus einem Korkmaterial auf. Korkmaterial, d.h. aus der Rinde der Korkeiche gewonnenes Material, weist einen außerordentlich niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2 • 10^~8 pro Kelvin auf (vergleiche Polyurethan 6 • 10^"5 / K,- Stahl 11 • 10^"6 o / K; Invar 1 ^• 10^"6 / K) . Daher treten selbst bei einer Temperaturänderung um fast 200 K, wie sie beispielsweise beim Be- füllen bzw. Entleeren von LNG-Tanks auftritt, keine nennenswerten Längenänderungen der erfindungsgemäßen Korkschicht in der Auskleidung auf. Es sind daher keine zusätzlichen Maßnahmen zur Kompensation derartiger Längenänderungen erforderlich, was den Herstellungsaufwand der Auskleidung signifikant reduziert .

5

Im Fall von plattenförmigen Isolierelementen können Wärmebrücken an den Stoßstellen ohne aufwendige Fügeverbindungen vermieden werden.

lo Presskork, d.h. aus Korkgranulat gepresstes Material, weist im Vergleich zu Polyurethan-Schaum ein signifikant besseres Rückstellvermögen auf. Dadurch können Setzbewegungen infolge lang anhaltender statischer Belastungen, wie sie beispielsweise in LNG-Tanks zu erwarten sind, durch die Verwendung von Presskork i5 erheblich reduziert werden. Weiterhin weist Presskork im Vergleich zu Polyurethanschaum eine erheblich verbesserte Sperrwirkung gegenüber LNG auf . Dies führt im Falle einer Leckage in der eigentlichen Sperrschicht zu einem geringeren Substanzverlust.

20

Die Verwendung von Korkmaterial als Isoliermaterial bei diesen niedrigen Temperaturen erscheint überraschend, weil die Wärmeleitfähigkeit von Kork signifikant höher ist als die bekannter Isoliermaterialien für LNG-Tanks, beispielsweise etwa doppelt 5 so hoch wie die von üblichem Polyurethan. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Kork ausreichend niedrig ist, um die Wärmeverluste insbesondere durch Vergasung in praktisch vertretbaren Grenzen zu halten. Insbesondere bezogen auf gleiches Raumgewicht, das vorzugsweise kleiner 200 o kg/m³ und/oder im Hinblick auf eine ausreichende Festigkeit vorzugsweise größer als 100 kg/m³ ist, weisen Presskorkplatten und Polyurethanschaumplatten sogar praktisch die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf. Im Übrigen sind die mechanischen Eigenschaften von Kork und die chemische Beständigkeit insbesondere gegenüber LNG vergleichbar mit denen von Polyurethanschaum. Bezogen auf glei- 5 ches Raumgewicht sind die mechanischen Eigenschaften von

Presskork denen von Polyurethanschaum sogar überlegen: die Steifigkeit des Presskorks ist um den Faktor 2 höher als die von Polyurethanschaum; die Druckfestigkeit von Presskork sowie das Rückstellvermögen von Presskork nach langzeitiger Druckbe- lo lastung sind denen von Polyurethanschäumen deutlich überlegen.

Besonders vielversprechend erscheint die Kombination einer Isolierschicht aus Presskork mit einer darauf aufgetragenen Sperrschicht aus einem RTV-Silikon. Denn RTV-Silikon weist i5 auch bei Kryotemperaturen einen nur geringen Elastizitätsmodul auf, sodass die durch die Korkschicht aufgezwungenen Schrumpfungsbehinderungen nur zu geringen Spannungen in der Silikonschicht führen. Abkühlversuche mit flüssigem Stickstoff haben folgende Ergebnisse erbracht: 1.) Die Haftung des RTV auf dem

2o Presskork ist ausreichend, so dass es aufgrund der thermischen Spannungen nicht zu Ablösungserschienungen kommt. 2.) Die E- lastizität des Silikon ist ausreichend hoch, so dass durch die thermischen Spannungen durch Abkühlung auf -160 ⁰C in der Silikonschicht keinerlei Rissbildung einsetzt. 5

Die Erfindung ist jedoch nicht auf Isolierschichten aus Korkmaterial beschränkt, sondern auch auf Dämmschichten aus konventionellem Isoliermaterial, beispielsweise PU, anwendbar.

o Nach einem unabhängigen Aspekt der Erfindung umfasst die Auskleidung eine Sperrschicht aus einem Korkmaterial . Dies ist insofern überraschend, als Presskork eine Durchtrittsrate insbesondere für Erdgas aufweist, die es als Durchtrittssperre ungeeignet erscheinen lässt . Zur Erzeugung einer ausreichenden Sperrwirkung wird die Trägerschicht aus Presskork mit einer Schicht aus Metall, vorzugsweise Aluminium bedampft.

s Erst durch die erfindungsgemäße Metallbeschichtung der Press- korkschicht kann die geforderte Dichtigkeit der Sperrschicht erreicht werden. Andererseits können durch den praktisch vernachlässigbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägerschicht aus Kork und die Dehnbarkeit der dünnen Metallbe- lo Schichtung Einrichtungen zur Kompensation der Wärmeausdehnung, insbesondere Sicken, vermieden werden. Scherspannungen bzw. thermische Spannungen in der Metallschicht können mittels geringer Metallschichtdicken vorzugsweise unter 1 μm reduziert werden. Dabei ist Kork im Vergleich zu Invar erheblich preis- i5 günstiger. Die Metallbeschichtung kann ebenfalls zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen dienen. Zur Verbesserung der Flammbeständigkeit und der Sperrwirkung wird die Korkschicht vor dem Aufdampfen des Metalls vorzugsweise mittels geeigneter Oberflächenschichten vorbehandelt, beispielsweise mittels Was-

20 serglas auf Basis Natrium oder Kalium und vorzugsweise in einer Schichtdicke unter 5 μm.

Weitere vorteilhafte Merkmale gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbei- 5 spiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Zeichnung eines Tanks für verflüssigtes Erdgas; 0

Fig. 2, 2a, 2b: eine Querschnittszeichnung durch einen Abschnitt einer Tankauskleidung in verschiedenen Ausfüh- r ung s formen; r

Fig. 3: eine Querschnittszeichnung durch einen Abschnitt einer Tankauskleidung in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4-7: eine perspektivische Ansicht einer aus Presskorkplatten zusammengesetzten Dämmschicht in unterschiedlichen Ausführungsformen;

Fig. 8-11: eine perspektivische Ansicht einer Presskorkplatte in unterschiedlichen Ausführungsformen;

Fig. 12-14: Querschnitte durch einen Tankmantel mit Auskleidung in verschiedenen Ausführungsformen;

Fi. 15: eine Querschnittszeichnung durch einen Abschnitt einer Tankauskleidung in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 16, 17: schematische perspektivische Ansichten von Ver- bindungen zweier Kunststoff-Sperrfolien;

Fig. 18: perspektivische Ansicht eines Dämmelements mit Kunststoff-Sperrfolie,^•

Fig. 19: perspektivische Ansicht eines Befestigungselements für Kunststoff-Sperrfolie; und

Fig. 20: perspektivische Ansicht eines Halteelements für die Tankauskleidung .

Fig. 1 zeigt einen Tankvorrichtung 10 zum Speichern und Transportieren eines Produkts 15, hier von verflüssigtem Erdgas (LNG), das eine Temperatur unterhalb von -161 ⁰C aufweist. Derartige Tanks werden in Tankschiffen für den Hochseetransport von verflüssigtem Erdgas verwendet. Der Tankvorrichtung 10 kann von einem Laderaum eines Tankschiffs gebildet werden oder als separater Tankvorrichtung ausgeführt sein. Der Tank- 5 Vorrichtung 10 ist zweckmäßigerweise im wesentlichen geschlossen, um eine vollständige Isolierung des Tankinhalts gegen die Tankumgebung zu ermöglichen. Im wesentlichen geschlossen bedeutet abgesehen von einer Einfüllöffnung 11, einer Entnahme- Öffnung 12 (die mit der Einfüllöffnung zusammenfallen kann) lo und gegebenenfalls weiteren Funktionsöffnungen, die zweckmäßigerweise dichtend und wärmeisolierend verschließbar sind.

Der Tankvorrichtung 10 umfasst eine tragende Struktur in Form eines Mantels 13, wobei es sich vorzugsweise um einen Stahl- i5 mantel handeln kann, und eine mit dem Mantel 13 in Verbindung stehende Auskleidung 14. Die Auskleidung 14 besteht aus einer oder mehreren Schichten. Sie dient insbesondere zur thermischen Isolierung des Tankinhalts gegen die Tankumgebung. Die Auskleidung 14 umfasst daher mindestens eine aus einem Iso-

20 liermaterial bestehende Schicht und kleidet vorzugsweise den Tankvorrichtung 10 vollständig oder im wesentlichen vollständig aus .

Die Auskleidung 14 umfasst weiterhin vorzugsweise mindestens 2s eine Sperrschicht zum Verhindern des Durchtretens (Permeation) des Tankinhalts durch die Auskleidung 14 nach außen. Die Auskleidung 14 ist zweckmäßigerweise auf der Innenseite des Tanks 10 bzw. des Mantels 13 angeordnet, um den Mantel 13 thermisch gegen die niedrigen Temperaturen des Tankinhalts zu isolieren o und damit die Materialanforderungen an den Mantel 13 zu reduzieren, sowie den Wärmefluss von außen in das Tankinnere zu reduzieren. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Auskleidung 14 sind von innen nach außen eine innere Sperrschicht 16, eine innere Isolierschicht 17, eine äußere Sperrschicht 18 und eine äußere Isolierschicht 19 vorgesehen. In LNG-Tankschiffen sind 5 aus Sicherheitsgründen in der Regel mindestens zwei Sperrschichten 16, 18 vorgesehen. Die Isolierschichten 17, 19 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Korkmaterial. Die Wärmedämmung in der Auskleidung 14 wird daher im wesentlichen vollständig mittels Korkmaterial erreicht. Die innerste lo Sperrschicht 16 ist zum Schutz der Auskleidung 14 vor dem Produkt vorzugsweise an der Innenseite der Auskleidung 14 in Kontakt mit dem Produkt angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

i5 In dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel der Auskleidung 14 sind von innen nach außen eine innere Sperrschicht 18c, eine innere Isolierschicht 17, eine äußere Sperrschicht 18, eine rückwärtige Sperrschicht 18a sowie eine seitlich umlaufende Sperrschicht 18b und eine äußere Isolierschicht 19

2o vorgesehen. Die äußere Sperrschicht 18a kann vorzugsweise aus einem Klebstoff, vorzugsweise Polyurethan oder Epoxidharz, bestehen, die zur flächigen Verklebung mit dem Stahlmantel 13 dient .

5 In dem in Fig. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel der Auskleidung 14 sind von innen nach außen eine innere Isolierschicht 17, eine äußere Sperrschicht 18, eine rückwärtige Sperrschicht 18a sowie eine seitlich umlaufende Sperrschicht 18b und eine äußere Isolierschicht 19 vorgesehen. 0

Die äußere Sperrschicht 18a kann vorzugsweise aus einem Klebstoff, hierbei vorzugsweise RTV-Silikon, Polyurethan oder Epo- xidharz bestehen, die zur flächigen Verklebung mit dem Stahl- mantel 13 dient .

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel betrifft eine Aus- 5 kleidung 14, bei der das Isoliermaterial teilweise von Korkmaterial (innerer Teil 17a der inneren Isolierschicht) und teilweise von einem oder mehreren anderen Isoliermaterialien (äußerer Teil 17b der inneren Isolierschicht, äußere Isolierschicht 19) , bspw. polymeren Schaumstoffen, insbesondere PoIy- lo urethan, EPS oder XPS, gebildet wird. In derartigen Kombinati- onssystemen befindet sich die oder eine Korkisolierung aufgrund des praktisch verschwindenden Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise auf der kalten Seite der Auskleidung 14, um die thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion des anderen Isolierma- i5 terials zu reduzieren.

In der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 7 ist eine Isolier- bzw. Dämmschicht 20, die beispielsweise die Auskleidung 14 oder eine Isolierschicht 17, 17a, 19 in den Ausführungsfor- 20 men gemäß Fig. 1 bis 3 bilden kann, aus plattenförmigen Elementen 21 aus Presskork in Modulbauweise zusammengesetzt.

Die plattenförmigen Elemente 21 werden an der tragenden Struktur 13 befestigt und sind aufgrund der Steifigkeit der Kork- 5 platten in sich selbsttragend. Es ist daher keine zusätzliche tragende Schicht in den plattenförmigen Elementen 21 erforderlich. Insbesondere muss eine Sperrschicht keine tragende Funktion übernehmen. Eine innere Sperrschicht 16, die in Kontakt zu dem Produkt 15 steht, kann ohne tragende Zwischenschicht o direkt auf einer Isolierschicht aus Korkmaterial aufgetragen sein. Die Platten 21 sind vorzugsweise rechteckig und werden vorzugsweise in versetzter Anordnung verlegt, wie aus den Fig. 4 bis 7 ersichtlich, weiter vorzugsweise mit einem Kanten- Längen-Verhältnis von 2:1, wie in Fig. 5 gezeigt. Aufgrund der s versetzten Anordnung kommt es zu der Bildung von T-Stößen 22 zwischen den Platten, die Bildung von Kreuzstößen, die anfälliger für Undichtigkeiten sind, kann vermieden werden.

Zur Vermeidung eines Versatzes der Plattenelemente 21 senk- lo recht zu der Ebene der Dämmschicht 20 können die Platten formschlüssig, insbesondere mittels Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen 23 in einfacher (Ausführungsform gemäß Fig. 6) oder vorzugsweise, um den Dichtweg zu verlängern, mehrfacher Ausführung (Ausführungsform gemäß Fig. 7) miteinander verbunden i5 sein. Dabei kann ein geringes Übermaß der Feder senkrecht zu der Plattenebene vorteilhaft sein, um die entsprechende geringe Wärmeschwindung durch die Stossfuge auszugleichen.

Plattenelemente 21 können kompakt, d.h. einstückig sein (Aus- 20 führungsform gemäß Fig. 8) oder aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet sein (Ausführungsform gemäß Fig. 9), die beispielsweise mittels Klebstoff miteinander verbunden sein können. Im letzteren Fall können die Schichten vorzugsweise zur Bildung der Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen dienen, wie in 5 Fig. 9 gezeigt.

Die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform zeigt ein plattenför- miges Element 21 mit mindestens einer, im gezeigten Fall zwei Aussparungen 24 zur Aufnahme von Vakuumisolationspaneelen 25 0 zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit der Platte 21.

Wie in den Fig. 11 bis 14 gezeigt kann die Dämmschicht 20 bzw. die Auskleidung 14 mittels Befestigungsankern 29, die durch Durchgangsbohrungen 28 in der Dämmschicht 20 bzw. in der Auskleidung 14 greifen, an der insbesondere wandförmigen tragenden Struktur 13 befestigt sein. Die Befestigungsanker 29 weisen vorzugsweise einen stiftförmigen Teil 27 und einen teller- förmigen Kopf 26 auf. Die Befestigungsstifte 27 haben vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt und können zur Verbesserung der Dichtwirkung vorzugsweise ein leichtes Übermaß gegenüber den Bohrungen 28 aufweisen. Falls erforderlich können nach dem Einsetzen der Befestigungsanker 29 verbleibende Ver- tiefungen 30 in den Durchgangsbohrungen 28 mittels entsprechender Verschlusselemente 31 beispielsweise aus Kork verschlossen werden, wie aus Fig. 13 ersichtlich.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 14 verdeutlicht, dass in der Dämmschicht 20 bzw. in der Auskleidung 14 eine Schicht 32 aus einem Material, das eine größere Steifigkeit bzw. Festigkeit als Kork aufweist, beispielsweise einem Holzwerkstoff, enthalten sein kann. Eine solche Schicht 32 mit erhöhter Festigkeit kann insbesondere die Festigkeit der Verbindung zwischen der Dämmschicht 20 bzw. der Auskleidung 14 und der tragenden

Struktur 13 erhöhen. Die Dämmschicht 20 kann beispielsweise aus einer inneren Schicht 20a und einer äußeren Schicht 20b bestehen, welche die Schicht 32 mit erhöhter Festigkeit in Form einer Sandwich-Struktur einschließen.

In den in Fig. 15, 15a und 15b gezeigten Ausführungsbeispielen besteht eine Sperrschicht der Auskleidung 14 vorzugsweise aus einem hochmolekularen Polymermaterial .

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 wird die innere Sperrschicht 35 und/oder die äußere Sperrschicht 36 beispielsweise von Folie aus UHMW-Polyethylen mit einem Molekulargewicht zwischen 3000 und 6000 kg/mol gebildet. Die Folie aus UHMW- Polyethylen kann zur Verbesserung der Sperrwirkung mit einer vorzugsweise einseitigen metallischen Beschichtung versehen sein. Die Isolierschichten 33, 34 bestehen aus einem geeigneten Isoliermaterial. Die Erfindung ist in dieser Ausführungs- form nicht auf bevorzugtes Korkmaterial beschränkt; die Isolierschichten 33, 34 können beispielsweise aus PU-Schaum bestehen.

In dem in Fig. 15a gezeigten Ausführungsbeispiel besteht eine innere, mit der Flüssigkeit in Kontakt befindliche Sperrschicht 36c der Auskleidung 14 vorzugsweise aus einer hochmolekularen Klebstoffschicht, insbesondere aus einem RTV- Silikon, die auf die Isolierschichten 33 und 34 aufgebracht ist. In Fig. 15a ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die Klebstoffschicht 36, 36a, 36b, 36c als Sperrschicht auf die Isolierschichtplatten 33, 34 rundum vollflächig aufgetragen ist. In Fig. 15b ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die Klebstoffschicht auf die Isolierschicht 34 vollflächig (KlebstoffSchicht 36, 36a, 36b) und auf Isolier- schicht 33 nur auf allen Stirnseiten (Klebstoffschicht 36b) sowie auf der rückseitigen, der Schicht 34 zugewandten Seite (Klebstoffschicht 36) aufgetragen ist. In diesem Ausführungsbeispiel dienen die Sperrschichten aus Klebstoff (vorzugsweise RTV-Silikon) gleichzeitig der flächigen Befestigung der Iso- lierschichten aufeinander (Verklebung) und der einzelnen Isolierplatten innerhalb der Fläche untereinander, wobei die stirnseitig aufgebrachte Klebstoffschicht neben der Sperrwirkung eine mechanische Verbindung der Isolierplatten untereinander ermöglicht, auch wenn keine formschlüssige Verbindung zwischen den Isolierplatten (wie z. B. Nut- und Federkonstruktionen) vorgesehen ist. Die Klebstoffbeschichtung 36a kann auch als Befestigungselement dienen, mit dem die Befestigung der Isolierschicht 34 (Verklebung) auf dem Tankmaterial (üblicher Stahl) vorgenommen wird.

Die KlebstoffSchicht 36b, die umlaufend auf alle stirnseitigen 5 Flächen der Isolierplatten aufgebracht sein kann, dient der zusätzlichen mechanischen Befestigung der Isoliermodule untereinander sowie einer zusätzlichen Sperrwirkung gegenüber dem zu transportierenden Gas. Die Klebstoffbeschichtung 36c kann aufgebracht werden, um eine innere Sperrwirkung zu erzielen lo (erste Sperrschicht) .

Die Klebstoffschichten 36a, 36b, 36c können beispielsweise auch aus Polyurethan oder Epoxidharz bestehen.

i5 Zur Herstellung einer Sperrschicht aus UHMW-Polyethylen können Bahnen von geschälter UHMW-Polyethylen-Folie, die eine vorgegebene Breite aufweisen, zu breiteren Folien verschweißt werden. Die Verschweißung zweier UHMW-PE-Bahnen 37, 38 kann beispielsweise mittels Warmgas-Überlappschweißen gemäß Fig. 16

20 oder mittels Heizkeilschweißen gemäß Fig. 17 insbesondere zum Verschweißen metallisch beschichteter PE-Folien erfolgen. In jedem Fall ist der Überlapp zwischen den Bahnen 37, 38 ausreichend, um eine dichte Verbindung herzustellen. Eine andere Möglichkeit ist die Verbindung von UHMW-PE-Bahnen mittels 5 Niet-, Schraub- oder Klemmverbindungen.

Die Befestigung von UHMW-PE-Folie 39 auf dem Trägermaterial, insbesondere einer Dämmschicht 20, in Fig. 15 beispielsweise die Befestigung der UHMW-PE-Sperrfolie 35 auf der Isolier- o schicht 33 aus Kork oder PU-Schaum, kann mithilfe von Befestigungselementen 40 erfolgen, wie in Fig. 18 gezeigt. Ein Ausführungsbeispiel eines Befestigungselements 40 ist in Fig. 19 gezeigt. Es weist vorzugsweise einen tellerförmigen Kopf 41 zum Andrücken der Folie 39 und einen insbesondere schraubenförmigen Verankerungsteil 42 zum formschlüssigen Verankern des Befestigungselements 40 in einer Dämmschicht 20 auf. Vorzugsweise besteht das Befestigungselement 40 aus einem thermoplas- 5 tischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen, um ein Verschweißen des Befestigungselements 40 mit der Folie 39 und somit eine gasdichte Anbindung der Folie 39 an das Befestigungselement 40 zu ermöglichen. Die Dämmelemente 21 können zur Aufnahme des tellerförmigen Kopfes 41 des Befestigungsteils 40 lo eine entsprechende Aussparung 43 und gegebenenfalls eine Bohrung 44 zur Aufnahme des Verankerungsteils 42 des Befestigungsteils 40 aufweisen.

Bei der Montage können entweder zunächst die Befestigungsele- i5 mente 40 in der Dämmschicht 20 befestigt werden, anschließend die Folie 39 in den Tankvorrichtung 10 eingebracht, ausgerichtet und durch Anschweißen an die Befestigungselemente 40 befestigt werden. Alternativ kann zunächst die Folie 39 in den Tankvorrichtung eingebracht und ausgerichtet werden und an- 20 schließend mittels der Befestigungselemente 40 an der Dämmschicht 20 befestigt und schließlich an den Befestigungselementen 40 angeschweißt werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 15 kann die innere Sperr- 5 schicht 35 und/oder die äußere Sperrschicht 36 alternativ aus einer metall-, insbesondere Aluminium-beschichteten Presskorkschicht bestehen. Die Trägerschicht kann aus Presskorkplatten oder Presskorkfolie bestehen. Zur Erzeugung einer vollständigen Sperrschicht können Bahnen aus metallisierter Presskorkfo- o lie miteinander verklebt werden, wobei die Verwendung eines möglichst kaltzähen Klebstoffes zweckmäßig ist . Durch folgende Maßnahmen kann die Durchlässigkeit an den Verbindungsstellen der Bahnen auf das geforderte Maß reduziert werden: Versetztes Verkleben der Bahnen, beispielsweise in der in Fig. 16 gezeigten Art; kreuzweises Verkleben von Endlosbahnen mit einer Breite von vorzugsweise mindestens 1000 mm, beispielsweise ca. 1800 mm; Erzeugung großer Diffusionswege innerhalb des Kleb- Stoffs.

Eine flächige Befestigung, insbesondere Verklebung, oder punktförmige Befestigung (siehe Fig. 18) der Sperrschicht 39 an der Dämmschicht 20 führt zu einer gleichmäßigen Verteilung von thermischen Spannungen oder Dehnungen in der Sperrschicht, nicht jedoch zu einer Dehnungs- oder Spannungsüberhöhung an den Stoßstellen der Dämmelemente 21. Daher sind keine besonderen konstruktiven Maßnahmen bezüglich der Gestaltung der Sperrschicht im Bereich der Stoßstellen der Dämmelemente 21 zur Kompensation von Dehnungs- oder Spannungsüberhöhungen erforderlich.

Im Falle eines Aufbaus der Auskleidung aus plattenförmigen Elementen 21 erstreckt sich die innere, mit der Substanz 15 in Kontakt stehende Sperrschicht 16, 18c, 35, 36c, 39 und/oder die äußere, mit der tragenden Struktur 13 in Kontakte stehende Sperrschicht 18a, 36a zweckmäßigerweise durchgehend über die plattenförmigen Elemente 21 hinweg, um Leckage an den Fugen zwischen den plattenförmigen Elementen 21 zu vermeiden.

Zum Zusammenhalten der Auskleidung 14 in sich und/oder zur Befestigung der Auskleidung 14 bzw. der plattenförmigen Elemente 21 an der Tragstruktur 13, beispielsweise einer Schiffshaut, können Halteelemente 45 gemäß Fig. 20 verwendet werden. Das Halteelement 45 umfasst durch einen Stiftteil 46 verbundene

Tellerelemente 47, 48, zwischen denen die einzelnen Schichten der Auskleidung 14 gehalten sind. Zur Befestigung des Halteelements 45 beispielsweise an einer Schiffshaut kann ein ent- sprechendes Befestigungsmittel 49 vorgesehen sein .

Claims

-2 -Ansprüche :

1. Tankvorrichtung zum Speichern und/oder Transportieren einer Substanz bei einer Kryotemperatur unterhalb von -150 ⁰C,

5 insbesondere von verflüssigtem methanhaltigem Gas, mit einem einen Aufnahmeraum bildenden Mantel (13), der mit einer auf der Innenseite des Mantels (13) angeordneten isolierenden Auskleidung (14) versehen ist, wobei die Auskleidung (14) mindestens eine Isolierschicht (17, 17a, 17b, 19, 20, lo 33, 34) aus einem Isoliermaterial und mindestens eine flexible, gas- und flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht (16, 18, 18a, 18c; 35, 36, 36a, 36b, 36c, 37, 38, 39) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht aus einem hochmolekularen Polymermaterial mit einem Molekular- i5 gewicht von mehr als 100 kg/mol besteht.

2. Tankvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sperrschicht aus einem ultrahochmolekularen Polymermaterial mit einem Molekulargewicht von mehr als 1000 kg/mol besteht.

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3. Tankvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sperrschicht auf der Innenseite der Isolierschicht in Kontakt zu der Substanz angeordnet ist.

25 4. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht aus einem hochmolekular vernetzenden Silikonmaterial gefertigt ist.

5. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo- 0 bei die Sperrschicht aus hochmolekularem Polyethylen besteht.

6. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht aus einem polymeren Klebstoff, vorzugsweise einem Polyurethanklebstoff oder

Epoxidharz, gefertigt ist.

5

7. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht eine Schicht aus Korkmaterial ura- fasst .

lo 8. Tankvorrichtung nach Anspruch 7 , wobei das Korkmaterial Elemente aus gepresstem Korkgranulat umfasst .

9. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die isolierende Auskleidung (14) plattenförmige Elemen- i5 te (21) umfasst.

10. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mantel (13) aus Metall, insbesondere Stahl besteht.

20 11. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht mit einer metallischen Beschichtung versehen ist.

12. Tankvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo- 5 bei die Auskleidung eine Schicht aus metallbeschichtetem

Presskork aufweist .

13. Tankvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Metallbeschich- tung eine Aluminiumbeschichtung ist . 0

14. Tankvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Metall- beschichtung eine Schichtdicke von weniger als 10 μm, vor- zugsweise weniger als lμm aufweist.

15. Tankvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zwischen der Metallbeschichtung und dem Kork eine Oberflä- s chenschicht vorgesehen ist .

16. Tankvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Oberflächenschicht Wasserglas auf der Basis von Natrium oder Kalium ist.

10

17. Tankvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Oberflächenschicht eine Schichtdicke von weniger als 10 μm, vorzugsweise weniger als 5 μm aufweist .

i5 18. Tankschiff umfassend mindestens eine Tankvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche .

19. Verfahren zum Herstellen einer Tankvorrichtung zum Speichern und/oder Transportieren einer Substanz bei einer Kry-

20 otemperatur unterhalb von -150 ⁰C, insbesondere von verflüssigtem methanhaltigem Gas, mit einer Auskleidung, die mindestens eine Isolierschicht und mindestens eine flexible, gas- und flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht um- fasst, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polymermate- 5 rial mit einem Molekulargewicht von mehr als 100 kg/mol für die Sperrschicht.