NO127229B - - Google Patents

Description

Varmeisolerende blokk for fremstilling av en varmeisolerende og væskeholdende vegg i en beholder for lagring av væske med meget lav temperatur.

Oppfinnelsen angår anordninger ved

beholdere for lagring av væske, og mer

spesielt angår oppfinnelsen en varmeisolerende blokk for fremstilling eller oppbygning av en varmeisolerende og væskeholdende vegg i en beholder for lagring av

væske med meget lav temperatur, f. eks.

— 200° C eller mindre.

Beholdere for lagring av væsker med

lav temperatur omfatter vanligvis en forholdsvis tykk varmeisolerende vegg som

danner bunnen og de indre sider av beholderen samt en ytre forsterkende ram-me, vanligvis av stål, og som omgir og un-derstøtter isolasjonsveggen. Ved lagring

av, f. eks. nitrogen, ved normale atmosfæriske temperatur- og trykktilstander vil

den isolerende vegg utsettes for tempera-turendringer i området fra ca. 30° C ved

utsiden av beholderen til en innvendig lag-ringstemperatur på ca. — 196° C. Denne

temperaturgradient forårsaker store indre

spenninger i isolasjonen som kan bevirke

sprekkdannelse og minske effektiviteten av

isolasjonen. En reduksjon av isolasjonens

effektivitet vil også nedsette styrken av

oppbygningen bak isolasjonen, idet mate-rialet her kan bli skjørt ved de meget lave

temperaturer det i så fall kan utsettes for.

På grunn av tendensen til sprekkdannelse lagres vanligvis slike væsker i beholdere av aluminium eller annet metall

som anbringes innenfor den isolerende

vegg. En slik anordning er imidlertid ikke

fordelaktig da den forårsaker en vesentlig

økning av omkostningene ved beholderens

konstruksjon.

Problemet med å skaffe en tilfredsstillende beholder for transport av flytendegjorte gasser er ennå vanskeligere. Disse vanskeligheter er særlig store ved skipsin-stallasjoner, idet slike må for det første være forholdsvis store f. eks. ca. 30 m lan-ge, 30 m brede og ca. 15 m høye og må på en eller annen måte være montert eller forbundet med skipets skrog. Det vil forståes at slike store installasjoner vil være særlig utsatt for skader som følge av vridnings- og bøyningskrefter som lett kan oppstå når båten ruller eller stamper i sjøen. Forsøk med å konstruere store beholdere for lagring og transport av flytendegjorte gasser har derfor hittil ikke vært særlig tilfredsstillende.

Formålet for oppfinnelsen er å tilveiebringe en tilfredsstillende beholder av den ovenfor anførte art.

Det er et videre formål for oppfinnelsen å tilveiebringe en beholder, fortrinnsvis uten en indre metalltank, og som kan utvide seg og trekke seg sammen fritt langs isolasjonens innervegger under tempera-turendringer uten at det vil dannes noe annet enn rent lokale spenninger som normalt ikke er i stand til å bevirke sprekker i isolasjonen. Et ytterligere formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et byggeelement eller en blokk for en beholder som ovenfor angitt og hvilken blokk videre er i stand til å motstå vridnings- og bøyningskrefter som kan oppstå som følge av at båten ruller eller stamper i sjøen.

Den varmeisolerende blokk ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at den er forsynt med front-, rygg, side- og endeflater samt dimensjonsmessig stabile lag som omfatter et frontlag, et mekanisk sterkt rygg-, lag, samt et forholdsvis tykt mellomliggen-<: >de lag av varmeisolerende materiale søm, er forbundet både med frontlaget og rygg-' laget, idet forsiden eller frontflaten ,på frontlaget 12 på i og for seg kjent måte >er gjort tett med et materiale som gjør denne1 flaten tilnærmet ugjennomtrengelig for væske.

En foretrukket utførelsesform for en blokk ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at frontlaget består av et temperaturutbalansert finerpanel med mindre transversal utvidelseskoeffisient i en retning tvers over panelet og større mekanisk styrke enn den tilliggende del av mellomlaget som frontlaget er forbundet .med.

Ved beholdere oppbygget av varmeisolerende blokker ifølge oppfinnelsen kan de forskjellige lag anordnes på slik måte at det mellomliggende lag tilveiebringer stør-stedelen av den ønskete eller den nødven-dige varmeisolerende effekt, mens rygglaget skaffer den nødvendige mekaniske styrke som er nødvendig for at blokkene uavhengig av hverandre kan understøttes på understøttelseskonstruksjonen, men frontlaget tilveiebringer den mekaniske styrke som er nødvendig for å regulere -og å bringe sammentrekningen til et mini-mum samt væskeugjennomtrengelighet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i forbindelse med vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 er et snitt av lasterommet i en båt som er konstruert i henhold til oppfinnelsen, idet snittet viser mer eller .mindre skjematisk forholdet mellom beholderen og båtens lasterom. Fig. 2—4 er perspektivriss av blokker henholdsvis sett ved hjørnekanten, bunnen og hjørneveggene. Fig. 5 er et perspektivriss av en del av en blokk og som viser dens indre konstruksjon. Fig. 6 er et riss i forstørret målestokk som delvis i snitt viser finerpanelet som anvendes for å danne front i en blokk iføl-ge oppfinnelsen. Fig. 7 er et riss, delvis i snitt, som viser hvordan blokken monteres på en under-støttelse eller et 'rammeverk eller eventuelt en vegg. Fig. 8 og 9 viser en plugg samt tet lokk som anvendes for å stenge åpninger i blokken. Fig. 10 er et detaljriss i forstørret målestokk som viser forskjellige festeanord-ninger som anvendes til å feste blokken til understøttelsen. Ved bygging av en beholder som er forsynt med varmeisolerende blokker iføl-ge oppfinnelsen kan en anvende et hvilket .som helst passende rammeverk dersom det .er i stand til å omgi og å understøtte beholderen ved meget lave temperaturer. Beholderen vist på fig. 1 er montert i et skip, •og følgelig kan det ytre rammeverk fortrinnsvis omfatte: Et system 1 bestående av bærende metalldeler som er forbundet med hverandre slik at det tilveiebringes en gjennombrutt understøttelse mellom det ytre skrog 2 og en indre metallmantel 3 hvis innerflate danner en robust under-støttelsesflate for veggpanelene. Det anvendes ifølge oppfinnelsen et stort antall blokker som dekker beholderens fire sidevegger samt bunnen. Selve •blokkene kan utformes på en rekke forskjellige måter, men ifølge en foretrukken utførelsesform ifølge oppfinnelsen utformes blokkene ved hjørnene sammenhen-gende, dvs. slik at det unngås langsgående skjøter ved hjørnene. Således består hjør-neblokkene av paneler med tre plan 5 (se fig. 2), mens langsidene omfatter blokker med to plan 8 (se fig. 4). I den øvrige delen av bunnen samt sideveggene anvendes pla-ne blokker 7. (Se fig. 3).

Hver blokk omfatter en oppbygging bestående av flere sjikt eller lag, hvert av hvilke består av dimensjonsstabilt- og varmeisolerende materiale. Lagene omfatter: Finerlag, 10 og 12 på panelets for- og bakside, hvilket lag :på baksiden er mekanisk sterkt, idet finerlaget på forsiden fortrinnsvis består av hård ved eller en annen tresort som er så tett som mulig, idet blokken videre omfatter et forholdsvis tykt mellomliggende lag .11 som er festet til fi-nerlagene 10 og .12. Blokker med en slik oppbygning er fordelt over hele understøt-telsesflaten 3 i beholderen, slik at blokkenes bakside ligger an mot understøttelses-flaten og slik at sidekantene eller sidefla-tene ved værelsestemperatur ligger tett an mot de tilstøtende sideflater på de om-kringliggende blokker.

Hver blokk utføres fortrinnsvis med rettvinklete side- og endeflater unntatt hvor spesielle tilstander krever en annen utførelsesform. Blokkene er utført med et passende antall festehuli 13 som strekker seg fra frontflaten helt gjennom til den bakre overflaten og videre er hver blokk forsynt med et tilnærmet sentralt anordnet pumpehull 14 som strekker seg fra blokkens forside helt til baksiden. Videre er hver blokk forsynt med fortrinnsvis .to endeløse riller 15 som strekker seg helt rundt blokkens sidekant i en viss .avstand fra hverandre og fra de respektive bak- og forsider. På tegningene er av hensyn til klarheten bare vist en.enkelt rille 15 på hver blokk.

Fig. 6 viser finerlaget 12 på forsiden av blokken og som det fremgår er dette sammensatt av et ulikt antall sjikt, fortrinnsvis tre sjikt, som på tegningen henholdsvis er betegnet med «f» for frontsjikt, «c» for et sentralt sjikt og med bokstaven

«r» for et bakre sjikt. Disse sjiktene er anordnet på vanlig kryssfinermaner, slik at front- og baksjiktene «f» >og «r» .har fiberlinjene løpende parallelt, mens det sentrale sjiktet «c» har fiberlinjene løpende på tvers av de forannevnte laminater. Videre utføres det sentrale sjiktet fortrinnsvis tykkere enn de andre sjiktene og nærmere bestemt så tykt at finerlaget er varmeav-balansert.

Med «varmeutbalansering» skal forstås at, på grunn av det forhold at varmesammentrekningen av det bakre sjiktet og frontsjiktet er mindre i fiberretningen enn sammentrekningen av det sentrale sjiktet i den samme retningen, utføres overflate-sjiktene sterke nok til å begrense sammentrekningen av det sentrale sjiktet slik at den omtrent tilsvarer sammentrekningen av overflatesjiktet i en retning som er parallell med fiberretningen av dette sjiktet. Varmesammentrekningen av det sentrale sjiktet i fibrenes lengderetning er på den annen side mindre enn sammentrekningen av overflatesj iktene i den samme retningen. Det sentrale sjiktet får følgelig en slik tykkelse, vanligvis den dobbelte av tyk-kelsen av overflatesjiktet, at det er i stand til å begrense sammentrekningen av overflatesjiktet til sammentrekningsverdien av det sentrale sjiktet i en retning som er parallell med fiberretningen av det sentrale sjiktet.

Finerlaget 10 på baksiden av blokken kan også utføres som et tre-sjiktlag som er varmeutbalansert på lignende måte som finerfrontlaget. Om ønsket kan det utføres ugjennomtrengelig, men dette har ikke no-en særlig betydning. Normalt skal det være tykkere enn finerfrontlaget. Ved en blokk som f. eks. er 2 m lang, 80 cm bred og 30 cm tykk kan det bakre finerlaget 10 f. eks. gis en tykkelse av ca. 2 cm, idet finerfrontlaget 12 fortrinnsvis utføres med en mindre tykkelse, f. eks. bare 3 mm.

Det mellomliggende lag 11 i hver blokk kan 'bestå av en passende plateisolasjon, f. eks. en korkplate, trefiberplater, mineral-ull e.l. Laget bør naturligvis være dimen-sjons-stabilt og tilveiebringes effektiv var-meisolasjon. Utmerkete resultater er opp-nådd med et mellomliggende lag bygget opp av et lett materiale med gode varmeisolerende egenskaper og .tilstrekkelig .styrke. Blokken vist på fig. 5 består således av 6 lag balsatre som hver er sammensatt av sammenlimte lameller eller staver med firkantet tverrsnitt.

Enkeltlagene i det mellomliggende lag 11 er plasert på tvers av hverandre slik at

fibrene vekselvis krysser hverandre i 90° vinkel. Det forreste laget i det mellomliggende lag 11 er fortrinnsvis anordnet slik at fiberlinjene løper parallelt med fiberlinjene 1 det tilstøtende laget i finerfrontlaget 12, slik at disse lag bindes sammen med fiberlinjene liggende parallelt. Dette er å foretrekke fordi den, som angitt i US patent nr. 2 413 912, skaffer en sterkere binding enn den som vanligvis oppnås når fiberlinjene i tilstøtende flater ligger i vinkel i forhold til hverandre.

Det vil forstås at langs blokkenes sidekanter vil det forekomme flater med blottlagte endefibre. Når derfor en blokk er ferdig bygget og forsynt med omkretsril-lene 15, bør sidekantene på såvel front-., bak- som de mellomliggende lag forsynes med et egnet tetningsmiddel, f. eks. ani-malsk klebestoff, for å øke blokkens mot-standsevne mot inntrengning av gass og væske gjennom de blottlagte endefibre. Det forhold at det mellomliggende laget 1 hver blokk er bygget opp av lag som foran be-skrevet resulterer i at alle blokkens sidekanter må belegges med klebemidlet. Dette medfører den store fordel at gass eller væske som eventuelt trenger inn i en blokk kan lokaliseres og begrenses til denne be-stemte blokk.

Om ønsket kan en anvende tettere og sterkere balsatre langs de motstående sider av de mellomliggende lagene samt et mindre tett, m.a.o. mer porøst og mekanisk svakere balsatre, henimot lagenes sentrum. Ved en hensiktsmessig konstruksjon kan man slik øke den nyttiggjorte andelen av balsatrevirket i ethvert tre fra ca. 40— 50 % til opptil 70 % av treets totale tre-virkeinnhold.

Hver blokk monteres på det understøt-tende rammeverk ved at dets bakre del er festet til understøttelsesflaten 3 og ved at det øvrige av blokken ligger fritt, slik at den kan utvide og trekke seg sammen, såvel i forhold til blokkens egne festemidler som i forhold til de tilstøtende blokker uten at festemidlene utsettes for annen belastning enn den som forårsakes av blokkens egen vekt. Under blokkens mon-tering på understøttelsesflaten 3 føres en bolt 17 inn .gjennom partiene «a» og «b» i hullet 13, settes inn i åpningen «c» og svei-ses umiddelbart til understøttelsesflaten 3. Hulrommet rundt bolten 17 i det åpne partiet «c» tettes deretter ved hjelp av et passende plastisk stoff 18, idet en tetningsski-ve anbringes over bolten, hvoretter frontsiden åv det bakre laget 10 skrues fast inn mot understøttelseslaget 3 ved hjelp av en mutter 19.

Partiene «a» og «b» av hullet 13 skal, når veggen er ferdigmontert, plugges igjen ved hjelp av en passende konisk plugg 20 som anbringes i partiet «b», samt med en kapselformet plugg 21 som anbringes i partiet «a». Disse pluggene består fortrinnsvis av det samme materialstykket som ble fjernet fra panelet under dannel-sen av de åpne partiene «a» og «b» i hullet 13. Pluggen 20 og kapselen 21 kan om ønsket tørkes til et fuktighetsinnhold som ligger lavere enn fuktighetsinnholdet av det materiale som danner veggene av partiene «a» og «b», og kan maskinbearbeides slik at de passer tett inn i disse partiene etter tørkningen. Under disse betingelser vil pluggene absorbere fuktigheten fra det omgivende materiale og utvide seg slik at det dannes et fast anlegg mellom pluggene og det omkringgivende materiale.

Frontflaten på frontlaget er på i og for seg kjent måte forseglet med et materiale som gjør denne flaten tilnærmet ugjennomtrengelig for væske. Dette gjelder såvel selve frontoverflaten som skjøtene mellom de enkelte blokker. De væskeugjen-nomtrengelige anordningene omfatter føl-gende: Et væskeugjennomtrengelig materiale som tetter frontoverflaten 12 på hver blokk samt en ekspansjonsskjøt som un-derstøttes ved samvirkning mellom tilstø-tende blokker slik at denne skjøten spen-ner over skjøtelinjen mellom blokkene langs frontoverflatene. Tetningsmaterialet kan bestå av en passende forbindelse som anbringes som et overflatebelegg eller som et impregneringsmiddel. Det består imidlertid fortrinnsvis av et væskeugjennomtrengelig ark som dekker frontoverflaten 12 og som fortrinnsvis bendes til eller kle-bes til denne overflaten.

Den ovenfor nevnte ekspansjonsskjøt omfatter fortrinnsvis følgende deler: Et indre ekspansjonsskjøtesystem samt et ytre ekspansjonsskjøtesystem, hver av hvilke systemer omfatter en tilnærmet rettlinjet ekpansjonsskjøt-forbindelse mellom hvert par tilliggende blokker langs deres front-overflateskjøtelinjer samt en ekspansjons-skjøt-forbindelse mellom skjærepunktene for rillene. Det ytre system omfatter videre ekspansjonsmidler som dekker bunnen og de vertikale hjørnene på beholderen hvor blokkstrukturen vil frembringe en sprekk i panelets frontoverflate langs hjør-nepartiene.

Det indre ekspansjonsskjøtesystemet kan eventuelt utelates, men hvis et slikt skal anvendes må det installeres før det ytre ekspansjonssystem.

Driften av en beholde?- konstruert med varmeisolerende blokker ifølge oppfinnelsen.

Det vil forståes at beholderen under konstruksjonen forsynes med væsketette forbindelser mellom alle de anvendte blokkene, slik at beholderen er væsketett under alminnelige atmosfæriske driftstilstan-der. Når imidlertid en slik beholder fylles med flytende gass, f. eks. flytende nitrogen, vil en del av det væskeugjennomtren-gelige materiale som først dekkes med den flytende gass samt de tilstøtende deler (f. eks. frontlaget 10 og ekspansjonsskjøtene mellom disse) umiddelbart trekke seg sammen. Det kan f. eks. ventes at finerfrontlaget på en slik blokk vil trekke seg sammen i lengde- henholdsvis bredderetnin-gen med f. eks. 0,7—1 cm. Denne sammentrekningen bevirker at trekilen mellom denne blokken og den tilliggende blokken vil trekkes i transversalt motsatte retnin-ger, hvorved den utvides eller ekspanderer i en slik grad at den ikke bare opptar sammentrekningen av finerfrontlagene som den er forbundet med, men også sin egen sammentrekning.

Det mellomliggende laget er, som det vil forståes, beskyttet mot å komme i plut-selig kontakt med væsken under de lave tilstedeværende temperaturene, og det vil følgelig ha tid til å trekke seg sammen langsommere enn finerfrontlaget. Men det mekanisk sterkere finerfrontlaget vil tvin-ge den tilstøtende delen av det mellomliggende laget til å trekke seg sammen med samme hastighet og i samme utstrek-ning som finerfrontlaget. Når kulden derfor trenger inn i panelet vil sammentrekningen i det mellomliggende laget ha en tendens til å bli større enn sammentrekningen av frontlaget, men frontlagets stør-re styrke vil her virke slik at sammentrekningen ikke overskrider sammentrekningen av frontlaget.

Det har vist seg at temperaturen i de bakre finerlag i to tilstøtende blokker for-blir ved eller nær omgivelsens temperatur, selv i de tilfelle hvor hvert panel er full-stendig dekket av flytende nitrogen i en tilstrekkelig lang tid til å oppnå en stabil temperaturgradient. Under disse tilstander bør panelet følgelig forbli i forholdsvis tett

anlegg langs dets bakre lag og sammentrekningen bør være så stor at frontlagene

kommer i en innbyrdes avstand på ca. 1,2

cm eller mindre, idet avstanden mellom de

mellomliggende lagene gradvis øker fra

frontsiden og henimot baksiden innenfor

de angitte grenser. Når sammentrekningen

har denne verdi vil det, for det første, forståes at festemidlene ikke utsettes for u-ønskete spenninger, og, for det annet, at

den ytre og indre ekspansjonsskjøtelinjen

samt tetningsanordningene langs blokkenes sidekanter er i stand til å oppta den

foreliggende grad av sammentrekning uten

å ta skade, og for det tredje, at sammentrekningen langs rillene vil være utilstrek-kelig for å skade den isolerende tetningen

som foreligger i form av tetningsmiddel

anbrakt i skjøterommet.

Det har videre vist seg at den progres-sive måten på hvilken sammentrekningen

innenfor beholderen finner sted, dvs. fra

bunnen av beholderen og oppover, ikke forårsaker noen skade på beholderen, fordi

tilstøtende blokker bare har en tendens til

å fjerne seg fra hverandre mens bøyelig-heten av de mellom blokkene anvendte

materialer kan oppta sammentreknings-forskj ellen som kan forekomme i disse om-råder i beholderen.

Videre har det i praksis vist seg at når

en båt eller et skip bøyer seg eller vrir seg,

er den grad hvormed bøyningen eller vrid-ningen foregår i en bestemt blokk forholdsvis liten selv om den totale bøyning resp.

vridning er stor. En bestemt blokk vil føl-gelig ikke trykkes i berøring med en tilstø-tende blokk bortsett fra langs det bakre

finerlag, og selv her vil elastisiteten av

lagene være mer enn tilstrekkelig til å oppta denne art bevegelser.

Når en beholder konstruert med blokker ifølge oppfinnelsen er fylt, kan den til-dekkes med hvilken som helst passende

form for deksel fremstilt av tre, fiberglass

eller eventuelt med paneler av den ovenfor

beskrevne art. Når de flytendegjorte gasser

fordamper, kan de om ønsket ledes bort og

på ny gjøres flytende.

Claims (7)

1. Varmeisolerende blokk for fremstilling av en varmeisolerende og væskeholdende vegg i en beholder for lagring av væsker med meget lav temperatur, karakterisert ved at blokken (7) er forsynt med

front-, rygg-, side- og endeflater samt dimensjonsmessig stabile lag omfattende et frontlag (12), et mekanisk sterkt rygglag (10), og et forholdsvis tykt mellomliggende lag (11) av varmeisolerende materiale bundet til både frontlaget (12) og. rygglagene (10), idet frontflaten på frontlaget (12) på i og for seg kjent måte er gjort tett med et materiale som gjør denne flaten tilnærmet ugjennomtrengelig for væske.

2. Blokk som angitt i påstand 1, karakterisert ved at frontlaget (12) består av et temperaturutbalansert finerpanel med mindre transversal utvidelseskoeffisient i en retning tvers over panelet og større mekanisk styrke enn den tilstøtende del av mellomlaget til hvilket frontlaget er forbundet.

3. Blokk som angitt i hvilken som helst av foregående påstander, karakterisert ved at rygglaget (10) er utformet med et hull (13a) for innføring av en festebolt (17), idet mellom- og frontlagene er utformet med et hull (13) for innføring av en varmeisolerende plugg (20), idet plugghullet (13) står i forbindelse med, er i flukt med, og har et større tverrsnittsareal enn bolt-hullet (13a).

4. Blokk som angitt i hvilken som helst av foregående påstander, karakterisert ved at det mellomliggende lag (11) består av sammensatte lag eller sjikt bestående av lameller, innbefattende et balsatresjikt i tilstøtning med frontlaget (12), et annet balsatresjikt i tilstøtning med rygglaget (10) samt et tredje balsatresjikt plasert mellom de forannevnte sjikt.

5. Blokk som angitt i påstand 4, karakterisert ved at balsatreet i nevnte mel-lomsjikt har mindre tetthet enn balsatreet i sjiktet i tilstøtning med rygglaget (10).

6. Blokk som angitt i påstand 1, karakterisert ved at hver sidekant eller side-flate på mellomlaget (11) er utført med en rille (15) som er stort sett parallell med kanten på det tilstøtende rygglag (10) og anbrakt i avstand fra dette.

7. Blokk som angitt i påstand 6, karakterisert ved at rillene (15) samvirker slik at de danner en endeløs rille som om-slutter sidekanten på mellomlaget (11).