船体隔热装置的制作方法

背景技术：

本发明涉及一种隔热系统和用于将船舶隔热的方法。具体地但非排他性地，本发明涉及适于运输低温液体的船舶。此类液体的例子包括液化天然气(lng)、液化丙烷气(lpg)或液化乙烯气(leg)。

本发明也能够应用于其它需要隔热的应用场合。

国际条约确定了可用于运输低温液体的船舶/船只的类型和构造。具体地，规定限定了如何安全地将低温液体容纳在船只上，以及重要地，如果舱(hold)失效，液体能如何被容纳。

根据要求密封(containment)舱具有很高的完整性的规定来设计低温运输船只。国际海事组织(imo)制定了这些规定。舱必须构造为使得舱不会失效并且允许液体被释放。这些设计要求高完整性焊接和厚舱壁，诸如imoc型和b型舱。它们极为安全但是制造和维护固有地昂贵。

由于对低温液体使用的增长，对允许以不同的量和有竞争力的价格来安全运输这些液体的运输系统的需求也日益增长。构造和操作传统低温运输船只的成本是阻止燃料被更广泛地分配和使用的障碍。

本技术的发明人设计出了允许低温运输船只以大幅降低的成本进行构造、同时又能维持极高的安全标准的系统。此外，本技术可应用于现有船只设计并且简单且高效地纳入到船只的结构中。本技术甚至可改装装配到现有船只。

技术实现要素：

根据在本文中所述的本发明的第一方面，提供了一种用于运载液化气体的船只的隔离布局，所述船只包括用于容纳液化气体的主屏障和船体，其中，船体与所述主屏障隔开以在船体和主屏障之间限定空隙，并且其中，面向船体的表面的空隙设有隔热层，所述层包括多块独立的镶嵌成棋盘花纹(tessellating)的隔热板。

根据本发明，船体可在产生于主屏障和船只的船体之间的空隙中的小块式(tiled)布局或板式布局中适宜地隔热。

实际上，隔热层用作为“次”屏障。

以此方式产生并利用空隙允许船体的任意几何形状被适宜地隔热。提供足够的空隙宽度也适宜地允许隔热层被检查和/或维护。例如，空隙可足够宽使人能沿着空隙行走。

各板有利地选自镶嵌成棋盘花纹的、即对准在一起的以形成连续表面的形状。由此，船只的船体的整个表面可以借助具有通用形状的隔热板来隔热。这简化了板的制造和安装。

例如，板可选自三角形、六边形、不规则的五边形或任何其它合适的形状中的一种。有利地，取决于船体的几何形状，板的形状可以是混合的或互换的同时又能维持连续的表面。

各板可适宜地直接连接到船体，从而使空隙最大化，并且也使主舱(tank)(其主屏障形成壁)的尺寸最大化。

各板可利用任何合适的永久的或选择性释放的连接件连接。这允许板的移除和维护。例如，螺母和螺栓可用在螺栓被焊接到船体(或到支承结构)并且设置为穿过(或部分经过)板的地方。

可为每块板提供一个或多个连接件。例如，每块板可具有位于角处的连接件，例如对于三角形是3个，对于正方形或矩形是4个，等等。替代地，板可借助单个的、位于中心的、选择性释放的附连件连接到船体。

在替代中，隔热板可借助合适的胶合剂或粘合剂连接到船体。

各板也可与船体隔开以便在船体与隔热板之间限定空隙。由此，船体暴露于第二空隙。

在这种布局中，板可位于支承结构上，该支承结构与船体隔开并且通过多根支承粱连接到船体。将意识到的是，板可用上述方法中的一种连接到支承结构。支承结构可类似地用这些方法中的一种连接到船体。

支承粱可被焊接到船体并提供框架，独立的板可定位并且固定到该框架中。

第二空隙可设置为接纳惰性气体。这通过防止任何水蒸气保持在空间中来防止船体腐蚀。例如，该空隙可充填氮气。

有利地，隔热板可以是低温屏障，如果存在主屏障失效或泄漏，则其可以容纳从主屏障释放的液化气体。板可以是多层的并且防止液化气体在预定的时间内排出。

在以下的详细描述中描述了一种合适的板布局。这种板可根据本发明在镶嵌成棋盘花纹的布置中适宜地使用。应注意到的是，以下布局涉及单个的、位于中心的连接件。然而，读者会理解的是，中心连接件可用如上所述的多个连接件等同地替代，同时又能在材料和层方面保持板结构的宗旨。

从另一方面来看，提供了一种运载液化气体的船只，包括用于容纳液化气体的主屏障和船体，其中，船体与所述主屏障隔开以在船体和主屏障之间限定空隙，并且其中，面向船体的表面的空隙设有隔热层，所述层包括独立的、镶嵌成棋盘花纹的多个隔热板。

液化气体可选自液化天然气(lng)、液化乙烯气(leg)或液化丙烷气(lpg)中的一个。

从还有一方面看，提供了一种使船只隔热的方法，包括应用如在本文中所述的隔热布局，并且其中，独立的板镶嵌成棋盘花纹，以便覆盖包围主屏障的船体的内表面。

由此，根据在本文中所述的本发明的第一方面，提供了一种用作组合的次屏障以及隔热系统的屏障系统。由此，液体可既被容纳、又被与船只的结构、主要是船体隔开。隔热装置位于船舶的船体结构上、空隙空间内部，舱位于该处。

术语“不透(impervious)”在上下文中是指不允许低温液体穿过其处的层并且如由imo规定所限定的。

在lng例子中，运输lng(作为一个例子)所需要的温度是-163摄氏度，并且重要的是船只的船体永不暴露于如此低的温度。根据本发明，隔热板可在舱空间内连接到船只的船体结构。这有利地允许舱自身被检查和维护，而不会被隔热层所遮蔽。这使得主舱的操作寿命和船舶的使用寿命最大化。安全性也内在地提高了。同样，根据本发明的具有次屏障的隔热装置总是能进入的，并且当要求时能被检查和修理。

此外，如果主屏障(lng舱)经受泄漏或灾难性的失效，则由屏障提供的不透层提供了次密封屏障。

由此，根据在本文中所述的发明，提供了组合的并成一体的低温隔热和次屏障系统。次屏障允许imoa型船舶用于运输lng，这从实质上减少了制造时间及成本。根据本发明的屏障允许维持运送lng所需的安全标准。

例如，隔热层可包括由可选的中间层隔开的主隔热层和次隔热层，其中，主隔热层和次隔热层不相互连结或连结到中间层。允许在板内的两个隔热层以此方式隔开有利地给予了板改进的热膨胀和机械运动性能。大型船舶沿不同的方向挠曲以及随着热条件而改变形状。以此方式允许多块板中的每一块板适应少量的运动以防止隔热装置或不透层发生应力和断裂。

隔热材料自身会被针对于具体的应用场合和所预期的货物而被限定。一种合适的材料是具有合适的热特性的聚氨酯层。每块板的材料厚度和材料类型会根据所给定的应用场合来选择。

不透层会类似地根据应用场合和所预期的液体来选择。然而，发明人已经确定的多种合适的材料中的一种是铝箔材料。该材料是浸渍并涂覆有货物铝层的玻璃纤维织布。这种材料对液态天然气是不透的并且可长时间承受极端低温。

值得注意的是，imo要求规定在主密封舱部分或完全失效后，次屏障系统必须能够容纳lng货物15天。

船舶的热膨胀和收缩以及在运动中船舶的挠曲意味着屏障系统可有利地适应这些热引导的尺寸变化以及机械引导的船舶的运动。

由此，各板可有利地设置为使得它们不直接地抵靠相邻的板，而是在每一块相邻的板之间提供间隙或空间。这是反直觉的，因为沿着舱空间的表面特意在相邻的、镶嵌成棋盘花纹的板之间提供空间。

然而，一旦每块板在原位处，则在相邻的板之间的空间中的每一个就设置为充填膨胀的泡沫或类似的隔热材料。每块板被制造为在所有抵靠相邻的板的侧部上具有矿物棉的柔性层。该膨胀的泡沫(诸如聚氨酯)充填相邻的板之间的整个空间。附加地，泡沫的膨胀在每块板上施加了压缩矿物棉的较小的压缩力并提供密封，而且还牢固地接合在板之间的空间内的泡沫。这提供了在泡沫层与每块板之间的牢固且弹性的连接，并且防止热量朝向船体通过该空间。连结到聚氨酯板以及在板之间的原位处膨胀的泡沫的被压缩的矿物棉将会允许沿所有方向的运动。

在每块相邻的板之间的空间还必须设有不透层或盖件，以在各板之间以及跨过屏障的整个表面提供均匀的不透层。

可设有从一块板的内接触表面延伸跨过该空间或连结部并且到相邻的板的内表面的强化的柔性铝或低温涂覆层。这加盖于泡沫已经被引入其中的空间并且防止例如lng的进入。

层可以任何合适的方式连结，但有利的是用低温胶合剂连结，以牢固地将该层连接或连结到两块相邻的板。

尽管柔性材料能够适应板之间的横向运动(归因于其柔性和形状)，发明人已经认识到，该层有利地应设置为使得过量的材料用于覆盖相邻的板之间的每个相应的连结部实际上，通过提供过量的材料、即比要求的更大长度的材料以精确地达到连结部，设置了凹入或凸出部分，或“下沉”、顶部或突出部。

有利地，形成连结部的最终的凹入/凸出部分附加地适应相邻的板的横向运动。板因而能够在每块板的每侧上适应沿每个方向的+-3.5毫米的运动。

附图说明

现将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的各个方面，在附图中：

图1a示出了穿过根据本发明第一实施例的空隙的横截面；

图1b示出了穿过根据本发明第二实施例的空隙的横截面；

图2a至2c示出了隔热板的各种形状以及它们是如何镶嵌成棋盘花纹的；

图3示出了船舶的内表面的横截面；

图4示出了可在本发明中使用的示例板的分解图；

图5示出了图4所示实施例的示例联接件布置；

图6以剖视图示出了图4所示联接件和板；

图7示出了图4所示板组件框架的分解图，包括4块板及相关联的密封件和部件；

图8是示出了衬有根据本发明的板的舱空间的内部的示意图；

图9示出了根据本发明一种实施方式的次屏障密封件布置；

图10示出了板的横截面，其示出了低温连结部；

图11a、11b和11c示出了在4块相邻的板之间的角连结部；

图12至16示出了根据最佳方式的屏障布置；

图12示出了根据最佳方式的两块相邻的板；

图13以剖视图示出了图12所示的板；

图14以剖视图示出了在图12所示的相邻的板之间的连结部；

图15a以剖视图示出了图12所示的中心连接构件，并且分别在图15b中更为详细地示出；

图16以剖视图示出了结合部盖密封件。

尽管本发明易于各种改型和替代形式，但是具体的实施例通过示例的方式在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应理解的是，本文中所附的附图和具体描述不是用于将本发明限制为所公开的特定形式，而是本发明要覆盖落入所要求保护的发明的精神和范围中的所有改型、等同和替代。

此外，会理解的是，每个实施例的各种特征可相互组合使用，而每个实施例的特征、以及各实施例之间的特征和最佳方式不受限于或限制于以某一给定的实施例来使用。

具体实施方式

图1示出了本文中所述的本发明第一实施例的横截面。本发明包括与海水8接触的船体1。与船体1隔开的是主屏障2，该主屏障是容纳液化气体3的主密封舱(未全部示出)的壁。

在船体1与主屏障2之间限定空隙5。该空隙是可能例如对于检查平台足够宽的空间。

面向空隙5的船体表面还包括由多块隔热板4a、4b、4c和4d构成的隔热层4。这些板借助一个或多个连接件直接连接到船体。

连接件的一个例子是焊接到船体的螺栓，其延伸到相应的板中，并且固定螺母可附连于其上。其它例子在下文中描述。

隔热板4a-4d构造为使得它们会防止液化气体通过它们、即它们对液化气体是不透的。

在使用中，主舱充填液化气体并且由主屏障的壁保持。如果存在诸如断裂或泄漏之类的屏障的失效，则隔热层用作为次屏障并在空隙5中容纳液化气体。

由于隔热层在船体的整个表面上接近主舱镶嵌成棋盘花纹，因而整个船体由隔热层保护。

本发明由此提供了一种用于对运载液化气体的船只或海事工程隔热的模块化系统。其允许整个船体被保护，并且便于安装、制造是经济的(许多板具有相同的形状)、能在空隙中方便地检查并易于修理与维护。

图1b示出了替代实施例，其中，由隔热层4所限定的次屏障与船体2隔开，以便在船体与隔热层4之间限定第二间隙6。在此，隔热层和用于该层的板支承在合适的框架上(未示出)，该框架由支承梁7连接到船体2。应意识到的是，可使用接纳镶嵌成棋盘花纹的板的任何合适的框架或结构来将隔热层与船体隔开。

空隙6可接纳诸如氮气的惰性气体，以便防止引起船体或支承梁腐蚀的水蒸气的进入。

图2a至2c示出了安装在船体表面上的板的不同的布局(layout)。例如，在图2a中可使用六边形板。在图2b中是三角形，而在图2c中则是不规则的五边形。这些仅仅是例子。应理解的是，重要的是形状镶嵌成棋盘花纹以覆盖船体的表面。

应理解的是(如在下文中进一步讨论的)，独立的板或小块可不直接彼此邻抵而是提供间隙，该间隙继而被充填合适的隔热材料。一旦充填并且施加了可选的表面层，则该表面就是连续的、即在它的不透性方面是不间断的。

现在将描述隔热板的一实施例的安装和构造。在下文中描述的示例涉及具有单个中心联接件的镶嵌成棋盘花纹的板。然而，应意识到的是，每块板可采用多个类似的联接件，并且本发明不限于具有单个联接件的镶嵌成棋盘花纹的板-可采用任何便利的联接件布局或任何数量的联接件布局。

还应意识到的是，所描述的每块板的特征(就材料和逐层构成而言)可与任何与各板的镶嵌成棋盘花纹的概念组合来适宜地使用。

图3示出了在没有主密封舱2的情况下的图2b所示船舶的横截面。

如在上文中阐述的，本发明提供了包括多个多层的隔热板的船舶低温屏障。每块板设置为在船舶的舱空间10的内表面上与相邻的板对齐，并且每块板具有位于板的中心处的单个或多个联接装置。该联接件设置为将相应的板联接至船舶的舱空间的内表面。

每块板的单个联接件可用图13所示的联接件位置13来示出。联接件13限定用于要安装以沿船舶的舱空间排成行的正方形板的矩阵。联接件位置中的每一个位置表示直接或经由框架连接到船舶的船体4的联接件，下文中对其作进一步讨论。如图所示，该联接件矩阵沿着舱空间10的整个区域延伸。

现在将描述低温屏障系统的第一布局。

图4示出了根据本发明实施例的独个板的分解图。板的构成部件在不同的阶段组装。图4示出了完全组装的板的构成部件。

图4的右手侧表示板接近船舶的船体4的部分，而左手侧则表示接近lng舱2的板。它们可分别称作暖侧和冷侧。

板包括连接到船体(或在下文中描述的船体连接框架)的螺纹联接杆14。杆14设置为穿过板的中心。每块板设置单个杆。杆设有支承盘15，以便抵靠船体或框架支承板。

多层板由以下层形成。首先，设置止裂层17，以便密封板的外表面并且防止开裂和劣化。

由聚氨酯泡沫形成的暖侧隔热板18，接着是胶合板表面保护和收缩层19。

锁定螺母21将暖侧组件固定在一起并且由垫圈22密封。应注意的是，一旦组装，则锁定螺母21实际上将会比将在下文中描述的锁定螺母16离船体壁更近。

接着在冷侧隔热板24的外表面上设置第二止裂层23，其是板的实质隔热层。

应注意的是，第一板子组a不跨越它的表面连结到第一组b。这两个子组仅仅借助位于中心的联接装置连接在一起。因此，各相应的对的热运动和机械运动不施加机械载荷到彼此上，由此可减少应力和最终的损坏/疲劳。此力由船舶的运动以及热膨胀和收缩引起。

主板24包括放大的中心圆柱形腔室25，当组装板时，螺纹杆14的远端延伸到该腔室中。如图6所示以及在下文中所述，该腔室25部分(part-way)延伸通过主板的宽度。

板借助锚定件布置26固定到杆14，该锚定件布置是具有比杆14的横截表面积更大的表面积的盘或垫圈。锁定螺母30将螺杆固定到板，并且在拧紧时使锚定板与腔室的底部接触，以便将第一和第二子组件a和b保持到船体、即锚定板将板保持在一起并将其固定到船体。

柔性区域27包围主板的周界，主板由聚氨酯泡沫构成。该柔性区域由如在下文中进一步描述的通过将泡沫注入到围绕板的连结部中而形成。该柔性区域适应由机械和/或热运动导致的相邻的板的相对运动，并且保持相邻的板之间的紧密密封和接触。

表面保护层和收缩控制层28直接地设置在主板的冷表面的顶部上，而其自身涂覆不透层29，诸如强化铝箔、低温涂层或其它不透低温液体的层。

外层具有0.05毫米的最小厚度。

为了确保所组装的板的热及机械完整性，泡沫31被引入通过控制层28和不透层29(在板的中心中设置小孔)。聚氨酯泡沫注入到该孔中，其充填腔室25，使得主板具有均匀的隔热性。在不透层29中的孔接着由不透的密封箔或低温涂层32密封。不透层29的完整性由此恢复。

图5以杆14、锚定板和锁定螺母30更为详细地示出了本实施例的联接件布置。

图6以剖视图示出了所构造的板和联接件。相同的附图标记用于示出组装的板中的构成部件。图6还示出了用于将泡沫引入到腔室31以密封腔室并恢复均匀的热隔离性的泡沫注入孔34。在附图标记35处示出了组装完成的板。

图7示出了板组件框架的分解图，包括四块板和位于相邻的板之间的相关联的密封件及部件。

示出了4块板36、37、38、39。

这些板被分离到主子组件和次子组件中(示出为a组和b组)。这是因为主板和次板未直接连结到彼此的缘故。它们借助在中心点处穿过每块板的杆14连接在一起。

相邻的板之间的连结部充填在下文将进一步描述的聚氨酯泡沫。图4所示的柔性区域由所注入的泡沫形成，限定周界密封件42。在图6中不透层29和保护层28被示出为单个层43。

在形成暖侧隔热板的板的各层之间的连结部密封件45将会参照图9至11进行描述。

图8是示出了衬有镶嵌成棋盘花纹的板的舱空间的内部的示意图。

图9示出了根据第一实施例的次屏障密封件布置45和用于沿着在相邻的板之间的连结部密封的箔布置。

图9还示出了在相邻的板之间延伸的、不透结合层的凹入部分49。该凹入部分通过用过剩的材料将该层连结到相邻的各板来形成。该凹入或弯曲部分允许在主级(level)和次级两者处的相邻的板的运动，而不使对应的不透层发生应变。

图10还示出了泡沫层41(在图7中也示出了)，其被引入到相邻的板之间的连结部，以便密封连结部并提供挠性区。

图11a、11b和11c示出了相邻的4块板之间的可能的不同的角连结部。图11a示出了板并且其角部分以大致半圆形切除。图11b和11c示出了其中限定凸顶部分的一种布置。限定凸出部分的过量的材料允许相邻的4块板沿各个方向的相对运动。由此保持了位于角部的(corned)连结部处的屏障的完整性。

低温屏障可如下进行安装：

首先，联接点连接到舱空间壁直接到船体上。每块独立的板是预先加工的并且被运送到安装部位。接着，各板对准联接杆、安装锚定板并且拧紧和固定锁定螺母。包括表面保护层和不透层的覆盖物放置就位，并且聚氨酯泡沫注入到位于锁定螺母之上的腔室中，以便密封该腔室。

泡沫注入通过的孔接着用不透的贴片密封，该贴片覆盖该孔并且用耐低温胶合剂连结。

接下来，位于相邻的板之间的连结部充填聚氨酯泡沫。

现在将描述较佳实施例(或者称为最佳模式)。

较佳实施例表示在上述实施例上整体改进的实施方式。然而，应意识到的是，每个实施例的各方面和特征可有利地互换。

图12示出了根据本发明较佳实施例的两块相邻的板。每块板包括暖板121和冷板122。

外表面由次屏障层123覆盖，该外表面是板的被设置为面朝船舶(船只)的主舱的面。相邻的板之间的间隙借助柔性次屏障条124密封。

柔性板连结部125充满相邻的板之间的空间。在下文中更详细地描述这些特征。

图13以剖视图示出了图12所示的板。应注意的是，a区域是以剖视图示出的，而b区域则是延伸到板的顶部该段距离(参见图12)。

该横截面与上述第一实施例有多个相似之处，并且应意识到的是，每个特征是可互换的。

着重于图13所示的a区域，其代表了图12所示板的暖部和冷部。从外部(下表面)开始，板由下列层构造：

131–嵌入玻璃网的裂纹屏障

132–刚性聚氨酯层

133–胶合板支承层

134–嵌入玻璃网的第二裂纹屏障

135–刚性聚氨酯层

136–第二胶合板支承层

次屏障137(在图12中为123)位于第二胶合板支承层的顶部上。

在相邻的板之间设有由矿物棉形成的柔性填充物139(在图12中为125)。

每块板适宜地围绕图13所示的位于中心的单个支承固定件138构造。将在下文更详细地描述它。

例如，可在各板的角处(或任何合适的位置)形成上述的多个连接件，并且本发明不限于单个中心连接件。

图14更详细地示出了在相邻的板之间的低温连结部。同样，如图13那样，该视图是局部剖视图。

当连续的板设置在位时，如图8所示，在相邻的板之间限定了空间，该空间必须被充填并且密封，以便提供内屏障表面的完全的低温完整性。这通过将矿物棉141定位在相邻的暖板之间来实现，

膨胀的聚氨酯泡沫142定位在相对的压缩的两个矿物棉层143之间，这两个矿物棉层接着与相邻的板的相应的暖层相接触。

为了在板的内表面上设置密封表面，在相邻的板之间的间隙用柔性的次屏障144(在图12中的附图标记为124)密封。

如图14所示，柔性次层144是天然凹入的，以便允许相邻的板的运动。例如，运动可能由于在行进过程中船体的热膨胀和/或挠曲而发生。

图15a以剖视图示出了图13所示中心连接构件，并且分别在图15b中为更详细地示出。

单个联接件有利地用于多个目的。

首先，它允许如图3和8所示的将板适宜地联接到船体。中心连接件使对船体的干涉最小化。其次，单个中心连接件允许各板相对于船体的热运动和/或机械运动。这维持了屏障的完整性和长寿命。第三，它便于安装和维护，仅仅要求单一操作以完成在板与船体之间的连接。

此外，单个连接件允许预先制造板，并且中心联接件将板的子部件保持在一起。

参照图15a，该联接件包括穿过暖板和冷板的第一不锈钢双头螺栓151。暖板借助锁定螺母和垫圈152联接到螺栓。

冷板设有位于中心的圆柱形凹槽，锚定件杯153位于其中。参照图15b更为详细地描述它。

锚定件153可由玻璃强化塑料形成。该锚定件借助第二锁定螺母和垫圈154联接到螺栓151。一旦第二锁定螺母和垫圈定位，则膨胀的聚氨酯泡沫155就可引入到锚定件的圆柱形中心中，以便恢复冷板层。由此，冷板层包含位于由螺栓151限定的板的中心周围的一体的锚定件。

接着，次屏障固定件覆盖垫156位于嵌入的锚定件上，以便提供次屏障表面，并且再次保持表面的完整性。

图15b示出了锚定件布置的分解图，示出了螺栓以及它是如何定位到锚定件153中的。还示出了膨胀的聚氨酯泡沫155和次屏障156。

重要的是，锚定件153设有径向延伸的凸缘，该凸缘与板的内部(图15a中的上表面)接合，并且当锁定螺母和垫圈154接合时，该凸缘有利地保持板处于压缩状态。

与锚定件和凸缘协配的锁定螺母和垫圈对将各板层牢固地紧固在一起。

图16以剖视图示出了如图11a-11c所示的在相邻的板之间的另一替代的角连接件。金属密封构件的预成形的玻璃强化塑料用螺钉和粘合剂固定到胶合板层。在船舶上安装之后可涂覆整个表面。