WO2014127840A1 - Tank für kryogene fluide - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a cryogenic fluid tank having a steel outer container and a steel inner container arranged in the outer container, the outer container having a connection for a device for generating a vacuum, in particular a high vacuum.
  • Such tanks for cryogenic liquids are known, for example, from the German utility model DE 20 201 2 007223 111. It is a transport container for cryogenic fluids such as liquefied natural gas LNG. They are double-walled and have a Au FD concerninger with a cylindrical single-walled main body and two outwardly arched single-walled end walls, in which an inner container is arranged with slightly smaller dimensions. At the two ends of the inner container a respective holding device is arranged, which are arranged in the region of the longitudinal axis of the Au presentiviers and the inner container and cooperate with holding devices on the opposite end walls of the Au FD characteristicsers.
  • the first holding device is formed in one piece and rigid.
  • the second holding device has two holding parts, by means of which the two end walls in the axial direction are displaceable relative to each other in order to compensate for the change in length of the inner container relative to the Au foundate due to the lower temperature of the fluid.
  • the object of the invention is to design the tank so that the contents of the inner container is well insulated against the ingress of heat from the outside. This object is achieved in that at least one reflection foil is applied to the surface of the inner container.
  • the device for generating a vacuum is connected to the connection of the outer container.
  • This device can, for example, a mechanical pump for generating an advance vacuum in the pressure range of 0.01 to 1 mbar.
  • a turbo molecular pump or a cryopump to the terminal is connected, in order to generate a high vacuum of about 1 0 "7 mbar.
  • a high vacuum in the space between the inner container and the Au DT discloseer inhibits heat transfer by convection and conduction of heat.
  • the generation of an advance vacuum can be dispensed with and the vacuum can be brought to the required pressure values directly by means of a turbomolecular pump or a cryopump.
  • the reflection film on the inner container reflects the heat radiation emitted by the material of the outer container and significantly reduces the heat transferred to the inner container.
  • the inner container for example, LPG is introduced at a temperature of -1 65 ° C.
  • the inner container can have a capacity of 1 6,000 kg.
  • the heat input can be limited to 1, 0 W / m 2 . In this way, it is achieved that the temperature of the liquefied natural gas cooled to -1 65 ° C. over a period of 80 days only rises by 35 ° C. to -1 30 ° C.
  • each reflective film can be applied to a glass fiber fleece.
  • Each reflection film increases the proportion of radiation that is reflected to the outside and does not reach the inner container.
  • the glass fiber fleeces hold consecutive Reflection films at a distance and reduce or avoid heat transfer by heat conduction.
  • the reflective foil and possibly the glass fiber fleece can be glued to the underlying surface.
  • the bonding is preferably carried out in adhesive sections which are interrupted by unglued sections, so that the bonding does not delimit any enclosed regions of the reflective foil and optionally of the glass fiber fleece.
  • Successive layers of the reflective foil and possibly the glass fiber fleece may be connected by stitching threads, which are preferably made of nylon.
  • the reflective film may in practice be formed by aluminized polyester film on one side.
  • aluminized polyester film is offered for example by the company RUAG Space GmbH under the brand name Coolcat and allows a very low heat flow.
  • the inner container can be supported at a few support points relative to the outer container.
  • the inner container and the outer container can each consist of a cylindrical basic body and two end walls arranged at the ends of the basic body, the inner container and the outer container having mutually cooperating holding elements on the opposite end walls.
  • the holding elements may have superimposed bearing surfaces, of which at least one consists of a layer of heat-insulating plastic, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a holding element with upwardly directed, V-shaped mutually arranged bearing surfaces and on the end wall of the inner container a holding element with downwardly directed, V-shaped mutually arranged bearing surface be attached.
  • a bearing is adapted to compensate for changes in the length of the tank upon collapse of the cryogenic fluid and to absorb both the vertical support forces and lateral forces acting transversely to the longitudinal axis of the tank.
  • a lid filled with a thermally insulating material can furthermore be arranged, it being possible for the thermally insulating material in particular to be P U foam or mineral wool.
  • the thermally insulating material in particular to be P U foam or mineral wool.
  • the lid can in practice cover at least the area of the holding element on the outer container. Due to the heat conduction, the largest surface cooling of the outer surface of the outer container is to be expected in this area. This area should be provided with the insulating cover, which greatly reduces the risk of injury to personnel or other living beings in this area.
  • An arrangement for long-term storage of a cryogenic liquid such as LNG in an insulated tank as described above may comprise a device for generating a high vacuum.
  • a device for generating a high vacuum This can for example have a mechanical pump for generating an advance vacuum and a turbomolecular pump or cryopump with which the high vacuum is generated.
  • the device for generating a high vacuum is preferably provided at a station for refueling the tank.
  • a method for long-term storage of a cryogenic liquid can be realized, with a tank described above, wherein a device for generating a vacuum, in particular a high vacuum, is connected in time to the filling of the tank with the fluid to the connection of the Au . mattersers, in The Au . variouser a high vacuum is generated and the connection is hermetically sealed.
  • the vacuum between the containers is generated by pumping down to the required negative pressure.
  • the connection can be provided with a check valve.
  • the container can be used for a long time separated from the vacuum pump on a vehicle, such as a ship, with due to the good insulation, only a slight warming of the container filling is observed.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional overall view of a tank for cryogenic fluids
  • Fig. 2 shows a sectional view of the Au DD disposers and the inner container of the tank of FIG. 1st 3 shows an external view of the inner container from FIG. 2.
  • Fig. 4 shows a greatly magnified ßerte sectional view of the container wall of the inner container along the section line IV. -IV cut in Fig. 3.
  • FIG. 5 shows a magnification ßerte representation of the detail Z of FIG. 4th
  • FIG. 6 shows an enlarged representation of the fixed bearing between the outer container and the inner container at the right-hand end of the tank from FIG. 2.
  • Fig. 7 shows a Au dansicht the left end of the tank of FIG. 2 with a floating bearing between Au h capableer and inner container.
  • Fig. 8 shows a magnification ßerte view of the left end of the tank of FIG. 2 along the section line V l l l-l l l cut in Fig. 7.
  • FIG. 9 shows schematically an exploded view of the individual parts of the movable bearing between the left ends of the outer container and of the inner container from FIG. 2.
  • Fig. 1 0 shows the detail Y of Fig. 8, namely a magnification ßerte representation of the floating bearing between the Au .
  • the tank shown in Fig. 1 consists of a frame 1, which is assembled from steel profiles, preferably welded together.
  • an Au DT capableer 2 is attached in the frame 1.
  • an inner container 3 is arranged inside the Au .
  • Both the Au DT variouser 2 and the inner container 3 are made of stainless steel and each have a cylindrical wall portion which is closed at its two ends, each with a curved end wall.
  • the inner container 3 is intended for receiving the cryogenic fluid such as liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • baffles In his interior are several baffles.
  • connection 5 is provided, via which cryogenic fluid can be introduced into the inner container 3 and removed therefrom.
  • a port 6 for connecting a device for generating a vacuum (not shown). This connection 6 leads into the intermediate space between the inner container 3 and the outer container 2.
  • the inner container 3 is held via a fixed bearing 7 and a floating bearing 8 in the Au t matterser 2.
  • the fixed bearing 7 connects the first end wall 9 of the Au z capableers 2 with the first end wall 1 0 of the inner container 3 on the left side of Fig. 2.
  • the floating bearing 8 connects the second end wall 1 1 of Au z capableers 2 with the second end wall 1 2 of the Inner container 3 on the right side of Fig. 2nd
  • the gap between the Au h concernser 2 and the inner container 3 can be evacuated via the terminal 6.
  • powerful vacuum pumps are used.
  • turbomolecular pumps or cryopumps for generating the high vacuum in the intermediate space between the outer container 2 and the inner container 3 are suitable.
  • a cryopump of the Coolvac brand from Oerlikon-Leybold is used for the generation of the vacuum.
  • the surface of the inner container 3 is covered by reflective foil 1 3.
  • the reflection foil 1 3 is applied in segments on the surface of the inner container 3.
  • the tank shown in the drawings should have a capacity for liquefied natural gas above 1 5,000 kg.
  • the total length of the exterior container 2 and the inner container 3 is more than 1 1 m.
  • the diameter of the Au DT mattersers 2 is about 2.40 m.
  • the diameter of the inner container 3 is slightly below 2.20 m.
  • the reflective film 1 3 is applied to the cylindrical surface of the inner container 3 in strips with a width of at least 1 m, in particular glued. Adjacent strips of reflective foil 1 3 may overlap each other. Also, the edges of the applied reflective foil 1 3, which extend substantially in the container longitudinal direction, overlap each other.
  • the reflective foil 1 3 is applied in multiple layers.
  • the overlapping areas of successive layers may in practice be offset from one another.
  • bumps are avoided and achieved a substantially full-coverage with a uniform number of layers of the reflective film 1 3.
  • the reflective film 13 is to be applied in such a way and in particular to be glued so that no gas inclusions are formed under the reflective film. These would result in the evacuation of the space between the inner container and Au DT capableer to a detachment of the reflective film from the inner container and possibly to a destruction of the reflective film.
  • the bond is therefore preferably interrupted and the edges of the reflective film fixed in such a way that through the edges can still be carried out a mass transfer from the area under the reflective film to the outside Shen.
  • the structure of the insulated wall 1 4 of the inner container 3 is apparent in particular from FIGS. 4 and 5.
  • the stainless steel wall 1 4 of the inner container 3 has a wall thickness of about 9 mm.
  • the reflective film 1 3 can consist in particular of an aluminized polyester film which, for example, has a layer thickness of 9 ⁇ m (micrometers).
  • the outer reflection foil 1 3 is applied to a glass fiber fleece 1 5. sticks.
  • the glass fiber fleece 1 5 avoids the direct contact of the outer reflection film 1 3 with the underlying reflection film 1 3. As shown in FIGS.
  • ten layers of reflective foil 1 3 are arranged one above the other and each applied to a 0.5 mm thick nonwoven layer , Due to the fact that the nonwoven layer keeps the reflection foils 1 3 at a distance from each other, a heat exchange by heat conduction is largely excluded between the reflection foils 1 3. Due to the outer first reflection foil 1 3, most of the heat radiation emanating from the outer container 2 is reflected. On the other hand, the underlying layers of reflection foils 1 3 again reflect the size of the heat radiation emanating from the reflection foil 1 3 passing over it, so that hardly any thermal radiation impinges on the wall 1 4 of the inner container 3.
  • the heat transfer by convection or heat conduction is largely suppressed in the space between Au h historieser 2 and inner container 3 by the Hochvakuu m.
  • the heat input into the inner tank can be limited to 1, 0 W / m 2 , so that the liquefied natural gas in the described tank over a period of two and a half months only by 35 ° C. from -1 65 ⁇ to -1 30 ° C is heated.
  • Fig. 6 shows the fixed bearing 7, which consists essentially of a cylinder sleeve 1 6, which DD capableers with the first end wall 9 of the Au 2 and the first end wall 1 0 of the inner container 3 is welded.
  • a lid 1 7 is attached on the front wall 9 of the Au DT mattersers 2 .
  • the lid 1 7 can be filled in practice with an insulating material, in particular with P U foam or mineral wool.
  • the cover 1 7 reduces the heat transport to the floating bearing 8. On the other hand, it covers the coldest area of the Au founders 2 and reduced to This way on the one hand, the risk of injury to personnel and on the other hand, excessive icing.
  • the floating bearing 8 is shown in Figs. 7-1 0.
  • a second cover 1 8 covers the floating bearing 8.
  • This cover 1 8 is filled with insulating material, in particular PU foam or mineral wool.
  • the floating bearing 8 consists of holding elements 1 9,20 on the end wall 1 2 of the inner container 3 and on the end wall 1 1 of Au x mattersers 2, which cooperate with each other.
  • a first holding member 1 9 is welded iess.
  • the holding member 1 9 consists of four arranged along the sides of a square sheets, which extend substantially parallel to the axis of the tank and HC concerningers from the end wall 1 1 of Au to the end wall 1 2 of the inner container 3 protrude.
  • a corresponding holding member 20 is welded on which consists of four along the sides of a square plates arranged on the end wall 1 2 of the inner container 3 are welded and WH mattersers to the end wall 1 1 of Au 2 extend.
  • the square formed by the outside of the sheets of the holding member 20 on the inner container 3 is slightly smaller than the square formed by the inside of the sheets of the holding member 19 on the outer container 2.
  • the two lower legs or plates of the holding element 1 9 on the end wall 1 1 of Au (7) constituteers 2 form V-shaped bearing surfaces facing up, the angle of the Vs is below.
  • plastic plates 21 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) are inserted between the surfaces of the holding member 20 on the inner container 3 and the holding member 1 9 on Au z.
  • the two lower legs of the retaining element 20 on the end wall 1 2 of the inner container 3 rest on the plastic plates 21.
  • the plastic plates 21 made of PTFE lie on the two lower legs of the support member 1 9 on the end wall 1 1 of Au z mattersers 2 on.
  • the respective upper legs hold at accelerations up the inner container 3 in its position for Au t matterser 2. Such accelerations are to be observed for example on ships at high sea state.
  • the PTFE plates 21 provide for a low-resistance sliding of the holding member 20 on the end wall 1 2 of the inner container 3 with respect to the holding element 1 9 on the end wall 1 1 of Au x mattersers 2 simultaneously for a significant reduction of heat transfer by heat conduction between these two holding elements ,
  • the insulation measures at the bearings contribute to the efficient insulation of the inner container 3 relative to the Au xotwithstandinger 2 at.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tank für kryogene Fluide mit einem Außenbehälter aus Stahl und einem in dem Außenbehälter angeordneten Innenbehälter aus Stahl, wobei der Außenbehälter einen Anschluss für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums, aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, den Tank so auszubilden, dass der Inhalt des Innenbehälters gut gegen das Eindringen von Wärme von außen isoliert ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf der Oberfläche des Innenbehälters mindestens eine Reflexionsfolie aufgebracht ist.

Description

Tank für kryogene Fluide
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Tank für kryogene Fluide mit einem Au ßenbehälter aus Stahl und einem in dem Au ßenbehälter angeordneten Innenbe- hälter aus Stahl, wobei der Au ßenbehälter einen Anschluss für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums, aufweist.
Deartige Tanks für kryogene Flüssigkeiten sind beispielsweise bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 201 2 007223 111 . Es handelt sich dabei um einen Transportbehälter für kryogene Fluide wie Flüssigerdgas LNG. Sie sind doppelwandig ausgebildet und weisen einen Au ßenbehälter mit einem zylindrischen einwandigen Grundkörper und zwei nach au ßen gewölbten einwandigen Stirnwänden auf, in dem ein Innenbehälter mit geringfügig kleineren Abmessungen angeordnet ist. An den zwei Enden des Innenbehälters ist je eine Haltevorrichtung angeordnet, die im Bereich der Längsachse des Au ßenbehälters und des Innenbehälters angeordnet sind und mit Haltevorrichtungen an den gegenüberliegenden Stirnwänden des Au ßenbehälters zusammenwirken. Die erste Haltevorrichtung ist einteilig und starr ausgebildet. Die zweite Haltevorrichtung weist zwei Halteteile auf, mittels der die beiden Stirnwände in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, um die Längenänderung des Innenbehälters gegenüber dem Au ßenbehälter aufgrund der niedrigeren Temperatur des Fluides ausgleichen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Tank so auszubilden, dass der Inhalt des Innenbehälters gut gegen das Eindringen von Wärme von au ßen isoliert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Oberfläche des Innenbehälters mindestens eine Reflexionsfolie aufgebracht ist.
Vor dem Befüllen des Innenbehälters wird an den Anschluss des Au ßenbe- hälters die Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums angeschlossen. Diese Vorrichtung kann zum Beispiel eine mechanische Pumpe zur Erzeugung eines Vorvakuums im Druckbereich von 0,01 bis 1 mbar. Anschließend wird eine Turbomolekularpumpe oder eine Kryopumpe mit dem Anschluss verbunden, um ein Hochvakuum von etwa 1 0"7 mbar zu erzeu- gen. Ein Hochvakuum in dem Raum zwischen dem Innenbehälter und dem Au ßenbehälter unterbindet den Wärmetransport durch Konvektion und Wärmeleitung. Wenn der Zwischenraum bereits evakuiert ist, kann das Erzeugen eines Vorvakuums entfallen und direkt durch eine Turbomolekularpumpe oder eine Kryopumpe das Vakuum auf die erforderlichen Druck- werte gebracht werden.
Die Reflexionsfolie auf dem Innenbehälter reflektiert die von dem Material des Au ßenbehälters abgestrahlte Wärmestrahlung und reduziert erheblich die auf den Innenbehälter übertragene Wärme.
In dem Innenbehälter wird zum Beispiel Flüssiggas mit einer Temperatur von -1 65 ° C eingebracht. Für die Bevorratung von Flüssigerdgas für den Betrieb eines Schiffsmotors kann der Innenbehälter eine Aufnahmekapazität von 1 6.000 kg aufweisen. Bei optimaler Wärmeisolierung kann der Wärme- eintrag auf 1 ,0 W/m2 begrenzt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Temperatur des auf -1 65 ° C gekühlte Flüssigerdgases über einen Zeitraum 80 Tagen lediglich um 35 ° C auf -1 30 ° C anseigt.
In der Praxis können auf die Oberfläche des Innenbehälters mehrere Lagen Reflexionsfolie aufgebracht sein. In der Praxis kann ferner jede Reflexionsfolie auf ein Glasfaservlies aufgebracht sind. Jede Reflexionsfolie steigert den Anteil der Strahlung, die nach Au ßen reflektiert wird und den Innenbehälter nicht erreicht. Die Glasfaservliese halten aufeinander folgende Reflexionsfolien auf Abstand und reduzieren oder vermeiden einen Wärmeübergang durch Wärmeleitung.
In der Praxis kann die Reflexionsfolie und ggf. das Glasfaservlies mit der darunterliegenden Fläche verklebt sein. Dabei ist vorzugsweise die Verklebung in Klebeabschnitten ausgeführt, die von unverklebten Abschnitten unterbrochen sind, so dass die Verklebung keine abgeschlossenen Bereiche der Reflexionsfolie und ggf. des Glasfaservlieses eingrenzen. Hierdurch wird ein Gaseinschluss zwischen der Reflexionsfolie und der darunterlie- genden Fläche vermieden sondern ermöglich eine vollständige Evakuierung des Raums zwischen Innenbehälter und Au ßenbehälter. Die aneinanderliegenden Lagen Reflexionsfolie und ggf. Glasfaservlies können in der Praxis ferner an den Rändern unverschlossen sein. Auch diese Maßnahme sorgt dafür, dass während der Evakuierung sämtliche Gasmoleküle zwischen aufeinander folgenden Schichten abgepumpt werden können.
Aufeinanderfolgende Lagen der Reflexionsfolie und ggf. des Glasfaservlieses können durch Heftfäden verbunden sein, die vorzugsweise aus Nylon bestehen.
Die Reflexionsfolie kann in der Praxis von auf einer Seite aluminisierter Polyesterfolie gebildet sein. Eine derartige Folie wird beispielsweise von der Firma RUAG Space GmbH unter der Markenbezeichnung Coolcat angeboten und ermöglicht einen sehr geringen Wärmefluss.
Wie aus dem eingangs genannten Gebrauchsmuster bekannt, kann der Innenbehälter an wenigen Stützpunkten gegenüber dem Au ßenbehälter abgestützt sein. Der Innenbehälter und der Au ßenbehälter können jeweils aus einem zylindrischen Grundkörper und zwei an den Enden des Grund- körpers angeordneten Stirnwänden bestehen, wobei der Innenbehälter und der Au ßenbehälter an den einander gegenüberliegenden Stirnwänden miteinander zusammenwirkende Halteelemente aufweisen. Die Halteelemente können aufeinanderliegende Auflageflächen aufweisen, von denen zumindest eine aus einer Schicht aus wärmeisolierendem Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), besteht. I m Vergleich zu Metall hat ein Kunststoff wie PTFE eine sehr viel niedrigere Wärmeleitzahl, so dass die im Bereich der Lagerung durch Wärmeleitung übertragene Wär- memenge auch reduziert ist.
In der Praxis kann an der Stirnwand des Au ßenbehälters ein Halteelement mit nach oben gerichteten, V-förmig zueinander angeordneten Auflageflächen und an der Stirnwand des Innenbehälters ein Halteelement mit nach unten gerichteten, V-förmig zueinander angeordneten Auflagefläche befestigt sein. Wie in dem eingangs genannten Gebrauchsmuster beschrieben, ist ein derartiges Lager dazu geeignet, Längenänderungen des Tanks beim Einfallen des kryogenen Fluids auszugleichen und sowohl die vertikalen Stützkräfte als auch quer zur Längsachse des Tanks wirkende Seitenkräfte aufzunehmen.
An der Au ßenseite jeder Stirnwand des Au ßenbehälters kann ferner ein mit einem thermisch isolierenden Material gefüllter Deckel angeordnet sein, wobei das thermisch isolierende Material insbesondere P U-Schaum oder Mineralwolle sein kann. I m Bereich der Stirnwand können Kaltflächen auftreten, die einen übermäßigen Wärmeeintrag in den Innenbehälter in diesem Bereich vermeiden. Der Deckel kann in der Praxis zumindest den Bereich des Haltelements am Au ßenbehälter abdecken. In diesem Bereich ist aufgrund der Wärmeleitung mit der grö ßten Abkühlung der Au ßenfläche des Au ßenbehälters zu rechnen. Dieser Bereich sollte mit dem isolierenden Deckel versehen sein, der die Gefahr einer Verletzung von Personal oder anderen Lebewesen in diesem Bereich weitgehend reduziert.
Die Au ßenseite des Au ßenbehälters kann in der Praxis mit einer reflektie- renden Beschichtung, insbesondere einem reflektierenden Anstrich, versehen sein. Diese reduziert die Erwärmung durch einfallende Strahlung, z. B. Sonnenstrahlung. Eine Anordnung zur Langzeitlagerung von einer kryogenen Flüssigkeit wie LNG in einem isolierten Tank wie oben beschrieben kann eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Hochvakuums umfassen. Diese kann beispielsweise eine mechanische Pumpe zur Erzeugung eines Vorvakuums und eine Turbomolekularpumpe oder Kryopumpe aufweisen, mit der das Hochvakuum erzeugt wird. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Hochvakuums ist vorzugsweise an einer Station zur Betankung des Tanks vorgesehen. So wird vor oder während der Betankung durch Anschließen der Vakuumpumpe der Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Au ßenbehälter leergepumpt um die erforderliche Qualität des Vakuums zu erhalten.
Mit dieser Anordnung lässt sich ein Verfahren zur Langzeitlagerung einer kryogenen Flüssigkeit realisieren, mit einem oben beschriebenen Tank, wobei eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums, zeitnah zum Befüllen des Tanks mit dem Fluid an den Anschluss des Au ßenbehälters angeschlossen wird, in dem Au ßenbehälter ein Hochvakuum erzeugt wird und der Anschluss luftdicht verschlossen wird. Vorzugsweise vor dem Betanken oder während des Betankens wird das Vakuum zwischen den Behältern durch Abpumpen bis auf den erforder- liehen Unterdruck erzeugt. Zum Verschließen kann der Anschluss mit einem Rückschlagventil versehen sein. Anschließend kann der Behälter für lange Zeit von der Vakuumpumpe getrennt auf einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schiff, verwendet werden, wobei aufgrund der guten Isolierung nur eine geringe Erwärmung der Behälterfüllung zu beobachten ist.
Ausführungsformen und Details des Tanks für kryogene Fluide wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Gesamtansicht eines Tanks für kryogene Fluide,
Fig. 2 zeigt eine geschnittene Darstellung des Au ßenbehälters und des Innenbehälters des Tanks aus Fig. 1 . Fig. 3 zeigt eine Au ßenansicht des Innenbehälters aus Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine stark vergrö ßerte Schnittansicht der Behälterwand des Innenbehälters entlang der Schnittlinie IV. -IV in Fig. 3 geschnitten.
Fig. 5 zeigt eine vergrö ßerte Darstellung der Einzelheit Z aus Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine vergrö ßerte Darstellung des Festlagers zwischen Au ßen- behälter und Innenbehälter am rechten Ende des Tanks aus Fig. 2.
Fig. 7 zeigt eine Au ßenansicht des linken Endes des Tanks aus Fig. 2 mit einem Loslager zwischen Au ßenbehälter und Innenbehälter. Fig. 8 zeigt eine vergrö ßerte Ansicht des linken Endes des Tanks aus Fig. 2 entlang der Schnittlinie Vl l l-Vl l l in Fig. 7 geschnitten.
Fig. 9 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung der Einzelteile des Loslagers zwischen den linken Enden des Au ßenbehälters und des Innen- behälters aus Fig. 2.
Fig. 1 0 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 8, nämlich eine vergrö ßerte Darstellung des Loslagers zwischen dem Au ßenbehälter und dem Innenbehälter. Der in Fig. 1 dargestellte Tank besteht aus einem Rahmen 1 , der aus Stahlprofilen zusammengebaut, vorzugsweise zusammengeschwei ßt ist. In dem Rahmen 1 ist ein Au ßenbehälter 2 befestigt. Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist innerhalb des Au ßenbehälters 2 ein Innenbehälter 3 angeordnet. Sowohl der Au ßenbehälter 2 als auch der Innenbehälter 3 bestehen aus Edelstahl und weisen jeweils einen zylindrischen Wandabschnitt auf, der an seinen beiden Enden mit je einer gewölbten Stirnwand verschlossen ist. Der Innenbehälter 3 ist zur Aufnahme des kryogenen Fluids wie Flüssigerdgas (LNG) bestimmt. In seinem Innenraum sind mehrere Schwallbleche 4 angeordnet, in Englisch "Wash-Plate" genannt. I m unteren Bereich ist mindestens ein Anschluss 5 vorgesehen, über den kryogenes Fluid in den inneren Behälter 3 eingefüllt und aus diesem entnommen werden kann. Im oberen Bereich befindet sich ein Anschluss 6 zum Anschließen einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums (nicht dargestellt). Dieser Anschluss 6 führt in den Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter 3 und dem Au ßenbehälter 2.
Der Innenbehälter 3 ist über ein Festlager 7 und ein Loslager 8 in dem Au ßenbehälter 2 gehalten. Das Festlager 7 verbindet die erste Stirnwand 9 des Au ßenbehälters 2 mit der ersten Stirnwand 1 0 des Innenbehälters 3 auf der linken Seite der Fig. 2. Das Loslager 8 verbindet die zweite Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 mit der zweiten Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 auf der rechten Seite der Fig. 2.
Der Zwischenraum zwischen dem Au ßenbehälter 2 und dem Innenbehälter 3 kann über den Anschluss 6 evakuiert werden. Hierfür werden leistungsfähige Vakuumpumpen verwendet. Beispielsweise eignen sich Turbomolekularpumpen oder Kryopumpen zur Erzeugung des Hochvakuums im Zwi- schenraum zwischen Au ßenbehälter 2 und Innenbehälter 3. In der Praxis wird eine Kryopumpe der Marke Coolvac von Oerlikon-Leybold für die Erzeugung des Vakuums verwendet.
Durch die Erzeugung eines Hochvakuums von etwa 1 0"7 mbar wird ein Wärmetransport durch Konvektion oder Wärmeleitung in den Zwischenraum unterbunden.
Wie Fig. 3 zeigt, wird die Oberfläche des Innenbehälters 3 von Reflexionsfolie 1 3 abgedeckt. I m Bereich der Stirnwände 1 0, 1 2 ist die Reflexionsfolie 1 3 in Segmenten auf der Oberfläche des Innenbehälters 3 aufgebracht.
Der in den Zeichnungen dargestellte Tank soll eine Aufnahmekapazität für Flüssigerdgas von über 1 5.000 kg aufweisen. Die Gesamtlänge des Au ßen- behälters 2 und des Innenbehälters 3 liegt bei mehr als 1 1 m. Der Durchmesser des Au ßenbehälters 2 liegt bei etwa 2,40 m. Der Durchmesser des Innenbehälters 3 liegt etwas unterhalb von 2,20 m. Die Reflexionsfolie 1 3 ist auf die zylindrische Mantelfläche des Innenbehälters 3 in Streifen mit einer Breite von mindestens 1 m aufgebracht, insbesondere aufgeklebt. Aneinandergrenzende Streifen der Reflexionsfolie 1 3 können einander überlappen. Auch können die Ränder der aufgebrachten Reflexionsfolie 1 3, welche sich im Wesentlichen in Behälterlängsrichtung erstrecken, einander überlappen.
Wie nachfolgend beschrieben, wird die Reflexionsfolie 1 3 mehrlagig aufgebracht. Die Überlappungsbereiche aufeinanderfolgender Lagen können in der Praxis zueinander versetzt sein. Hierdurch werden Unebenheiten vermieden und eine im Wesentlichen ganzflächige Abdeckung mit einer gleichmäßigen Schichtzahl der Reflexionsfolie 1 3 erzielt. Die Reflexionsfolie 1 3 ist aber derart aufzubringen und insbesondere aufzukleben, dass keine Gaseinschlüsse unter der Reflexionsfolie gebildet werden. Diese würden beim Evkuieren des Raums zwischen Innenbehälter und Au ßenbehälter zu einer Loslösung der Reflexionsfolie von dem Innenbehälter und ggf. zu einer Zerstörung der Reflexionsfolie führen. Die Verklebung ist daher vorzugsweise unterbrochen und die Ränder der Reflexionsfolie derart befestigt, dass durch die Ränder hindurch noch ein Stoffaustausch aus dem Bereich unter der Reflexionsfolie nach au ßen erfolgen kann.
Der Aufbau der isolierten Wandung 1 4 des Innenbehälters 3 geht insbesondere aus den Fig. 4 und 5 hervor. Die Edelstahlwandung 1 4 des Innenbehälters 3 hat eine Wandstärke von etwa 9 mm. Auf der Au ßenseite der Edelstahlwandung 1 4 sind mehrere Schichten aufgebracht, wobei die äu ßerste Schicht von einer Reflexionsfolie 1 3 gebildet wird. Die Reflexionsfolie 1 3 kann in der Praxis insbesondere aus einer aluminisierten Polyesterfolie bestehen, die beispielsweise eine Schichtstärke von 9 μ (Mikrometer) aufweist. Die äu ßere Reflexionsfolie 1 3 ist auf ein Glasfaservlies 1 5 aufge- klebt. Das Glasfaservlies 1 5 vermeidet den direkten Kontakt der äu ßeren Reflexionsfolie 1 3 mit der darunter liegenden Reflexionsfolie 1 3. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, sind zehn Schichten Reflexionsfolie 1 3 übereinander angeordnet und jeweils auf einer 0,5 mm starken Vliesschicht aufgebracht. Dadurch, dass die Vliesschicht die Reflexionsfolien 1 3 im Abstand zueinander hält, ist zwischen den Reflexionsfolien 1 3 ein Wärmeaustausch durch Wärmeleitungen weitgehend ausgeschlossen. Durch die äu ßerste Reflexionsfolie 1 3 wird der grö ßte Teil der von dem Au ßenbehälter 2 ausgehenden Wärmestrahlung reflektiert. Die darunter liegenden Lagen Reflexionsfolien 1 3 reflektieren I hrerseits wieder den Gro ßteil der von der darüber gehenden Reflexionsfolie 1 3 ausgehenden Wärmestrahlung, so dass auf der Wandung 1 4 des Innenbehälters 3 kaum Wärmestrahlung auftrifft. Die Wärmeübertragung durch Konvektion oder Wärmeleitung wird im Zwischenraum zwischen Au ßenbehälter 2 und Innenbehälter 3 durch das Hochvakuu m weitgehend unterbunden. Durch die Unterdrückung der Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung mittels der schichtweise aufgebrachten Reflexionsfolie 1 3 kann der Wärmeeintrag in den Innentank auf 1 ,0 W/m2 begrenzt werden, so dass das Flüssigerdgas in dem beschriebenen Tank über einen Zeitraum von zweieinhalb Monaten lediglich um 35 ° C von -1 65 Ό auf -1 30 ° C erwärmt wird.
Auch im Bereich der Lagerungen des Innenbehälters 2 am Au ßenbehälter 3 sind Isolierungsmaßnahmen vorgesehen. Die Fig. 6 zeigt das Festlager 7, welches im Wesentlichen aus einer Zylindermanschette 1 6 besteht, welche mit der ersten Stirnwand 9 des Au ßenbehälters 2 und der ersten Stirnwand 1 0 des Innenbehälters 3 verschwei ßt ist. An der Stirnwand 9 des Au ßenbehälters 2 ist ein Deckel 1 7 angebracht. Der Deckel 1 7 kann in der Praxis mit einem isolierenden Material, insbe- sondere mit P U-Schaum oder Mineralwolle gefüllt sein. Der Deckel 1 7 reduziert zum einen den Wärmetransport zum Loslager 8. Zum anderen deckt er den kältesten Bereich des Au ßenbehälters 2 ab und reduziert auf diese Weise zum einen die Verletzungsgefahr für Personal und zum anderen eine übermäßige Vereisung.
Auch im Bereich des Loslagers 8 sind zusätzliche Isoliermaßnahmen vorgesehen. Das Loslager 8 ist in den Fig. 7-1 0 dargestellt. Ein zweiter Deckel 1 8 deckt das Loslager 8 ab. Auch dieser Deckel 1 8 ist mit Isoliermaterial, insbesondere PU-Schaum oder Mineralwolle gefüllt.
Wie insbesondere in Fig. 7 erkennbar, besteht das Loslager 8 aus Halte- elementen 1 9,20 an der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 und an der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2, die miteinander zusammenwirken. An der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 ist ein erstes Halteelement 1 9 angeschwei ßt. Das Halteelement 1 9 besteht aus vier entlang den Seiten eines Quadrats angeordneten Blechen, die sich im Wesentlichen parallel zur Achse des Tanks erstrecken und von der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters zur Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 ragen. An der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 ist ein entsprechendes Halteelement 20 aufgeschwei ßt, welches aus vier entlang der Seiten eines Quadrats angeordneten Blechen besteht, die auf die Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 aufgeschwei ßt sind und sich zur Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 hin erstrecken. Das von der Au ßenseite der Bleche des Halteelements 20 am I nnenbehälter 3 gebildete Quadrat ist etwas kleiner als das von der Innenseite der Bleche des Halteelements 1 9 am Au ßenbehälter 2 gebildete Quadrat. Die zwei unteren Schenkel oder Bleche des Halteelements 1 9 an der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 bilden V-förmig angeordnete Auflageflächen, die nach oben weisen, wobei der Winkel des Vs unten liegt. Die zwei unteren Schenkel oder Bleche des Halteelements 20 an der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 bilden dagegen nach unten gerichtete V-förmig angeordnete Auflageflächen. Zwischen die Flächen des Halteelements 20 am Innenbehälter 3 und des Halteelements 1 9 am Au ßenbehälter 2 sind Kunststoffplatten 21 aus Polytetraflurethylen (PTFE) eingefügt. Die zwei unteren Schenkel des Halteelements 20 an der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 liegen auf den Kunststoffplatten 21 auf. Die Kunststoffplatten 21 aus PTFE liegen auf den zwei unteren Schenkeln des Halteelements 1 9 an der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 auf. Die jeweiligen oberen Schenkel halten bei Beschleunigungen nach oben den Innenbehälter 3 in seiner Position zum Au ßenbehälter 2. Derartige Beschleunigungen sind beispielsweise auf Schiffen bei hohem Seegang zu beobachten.
Die Kunststoffplatten 21 aus PTFE bewirken zum einen eine effiziente Lagerung der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 zur Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2. Diese Lagerung ist erforderlich, weil aufgrund der hohen Temperaturunterschiede des Innenbehälters 3 in ungenutztem Zustand, beispielsweise kurz nach der Produktion und in befülltem Zustand (-1 60 ° C) erheblich Längenänderungen zwischen dem Au ßenbehälter 2 und dem Innenbehälter 3 ausgeglichen werden müssen. Die PTFE-Platten 21 sorgen für ein widerstandarmes Gleiten des Halteelements 20 an der Stirnwand 1 2 des Innenbehälters 3 in Bezug auf das Halteelement 1 9 an der Stirnwand 1 1 des Au ßenbehälters 2 gleichzeitig für eine erhebliche Reduktion des Wärmeübergangs durch Wärmeleitung zwischen diesen beiden Halteelementen. Die Isoliermaßnahmen an den Lagerstellen tragen zur effizienten Isolierung des Innenbehälters 3 gegenüber dem Au ßenbehälter 2 bei.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Bezugszeichenliste
1 Rahmen
2 Außenbehälter
3 Innenbehälter
4 Schwallblech
5 Anschluss zum Einfüllen und Entnehmen des Fluids
6 Anschluss für Vakuumpumpe
7 Festlager
8 Loslager
9 erste Stirnwand des Außenbehälters
10 erste Stirnwand des Innenbehälters
11 zweite Stirnwand des Außenbehälters
12 zweite Stirnwand des Innenbehälters
13 Reflexionsfolie
14 Edelstahlwandung des Innenbehälters
15 Glasfaservlies
16 Zylindermanschette des Festlagers
17 Deckel
18 Deckel
19 Halteelement an der Stirnwand des Außenbehälters
20 Halteelement an der Stirnwand des Innenbehälters
21 PTFE-Platten
* * * * * * *

Claims

Patentansprüche
1 . Tank für kryogene Fluide mit einem Au ßenbehälter aus Stahl und einem in dem Au ßenbehälter angeordneten Innenbehälter aus Stahl, wobei der Au ßenbehälter einen Anschluss für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Innenbehälters mindestens eine Reflexionsfolie aufgebracht ist.
2. Tank nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Innenbehälters mehrere Lagen Reflexionsfolie aufgebracht ist.
3. Tank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reflexionsfolie auf ein Glasfaservlies aufgebracht ist.
4. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfolie und ggf. das Glasfaservlies mit der darunterliegenden Fläche verklebt ist, wobei vorzugsweise die Verklebung in Klebeabschnitten ausgeführt ist, die von unverklebten Abschnitten unterbrochen sind, so dass die Verklebung keine abgeschlossenen Bereiche der Reflexionsfolie und ggf. des Glasfaservlieses eingrenzen.
5. Tank nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfolie und ggf. das Glasfaservlies durch Heftfäden verbunden sind, wobei vorzugsweise die Heftfäden aus Nylon bestehen.
6. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reflexionsfolie von auf einer Seite aluminisierter Polyesterfolie gebildet wird.
7. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderliegenden Lagen Reflexionsfolie und ggf. Glasfaservlies an den Rändern unverschlossen sind.
8. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter an wenigen Stützpunkten gegenüber dem Au ßenbehälter abgestützt ist.
9. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Innenbehälter und der Au ßenbehälter jeweils aus einem zylindrischen Grundkörper und zwei an den Enden des Grundkörpers angeordneten Stirnwänden besteht und dass der Innenbehälter und der Au ßenbehälter an den einander gegenüberliegenden Stirnwänden miteinander zusammenwirkende Halteelemente aufweisen
1 0. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente aufeinanderliegende Auflageflächen aufweisen, von denen zumindest eine aus einer Schicht aus wärmeisolierendem Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), besteht.
1 1 . Tank nach Anspruch 9 oder 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnwand des Au ßenbehälters ein Halteelement mit nach oben gerichteten, V-förmig zueinander angeordneten Auflageflächen und an der Stirnwand des Innenbehälters ein Halteelement mit nach unten gerichteten, V-förmig zueinander angeordneten Auflagefläche befestigt ist.
1 2. Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Au ßenseite jeder Stirnwand des Au ßenbehälters ein mit einem thermisch isolierenden Material gefüllter Deckel angeordnet ist, wobei der Deckel vorzugsweise zumindest den Bereich des Haltelements am Au ßenbehälter abdeckt und wobei das thermisch isolierende Material vorzugsweise P U-Schaum oder Mineralwolle ist.
1 3. Anordnung zur Langzeitlagerung einer kryogenen Flüssigkeit wie LNG in einem isolierten Tank nach einem der vorangehenden Ansprüche auf einem
Schiff, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Hochvakuums umfasst.
1 4. Anordnung nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung eines Hochvakuums eine Turbomolekularpumpe oder eine Kryopumpe aufweist.
1 5. Verfahren zur Langzeitlagerung einer kryogenen Flüssigkeit in einem Tank für kryogene Fluide gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums, zeitnah zum Befüllen des Tanks mit dem Fluid an den Anschluss des Au ßenbehälters angeschlossen wird, in dem Au ßenbehälter ein Hochvakuum erzeugt wird und der Anschluss luftdicht verschlossen wird.
* * * * * * *
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