Recipiente para alojar y almacenar líquidos y sustancias viscosas y procedimiento para su fabricación así como su uso.

Recipiente para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustanciasviscosas,

con una camisa (12) y con al menos una pared de separación (14) que divide el espacio interior (16) delrecipiente (10) en al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, caracterizado porque la al menos una pared deseparación (14) está configurada en modo de construcción tipo sándwich y comprende dos capas de recubrimiento(20, 20') orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, así como unacapa intermedia (22) de espuma polímera que está dispuesta en un espacio intermedio (24) entre las dos capas derecubrimiento (20, 20') y que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce unflujo de calor, y la capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicosy que es termoaislante o reduce un flujo de calor rellena completamente o sustancialmente de forma completa elespacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') y está unida de forma adherente con las doscapas de recubrimiento (20, 20').

Recipiente para alojar y almacenar líquidos y sustancias viscosas y procedimiento para su fabricación así como su uso La presente invención se refiere a un recipiente para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustancias viscosas, y a un procedimiento para su fabricación así como a su uso.

Los cohetes portadores actuales logran una mejora de su capacidad de carga útil por el principio de escalonamiento. La capacidad de carga útil es influenciada en medida especialmente grande, además de la capacidad de rendimiento de la etapa orbital, por la masa estructural. Para garantizar una concepción eficiente de la etapa orbital, se están haciendo grandes esfuerzos para mantener lo más reducida posible la masa estructural determinada por componentes funcionales como por ejemplo el aislamiento, las paredes del depósito etc.

Independientemente del perfil de la misión, la configuración de la etapa orbital generalmente se centra siempre en una construcción con eficiencia de masa. Los componentes estructurales tienen que cumplir, con el menor peso posible, la función exigida bajo las cargas mecánicas, térmicas y químicas reinantes. Además, el espacio de construcción disponible para la etapa orbital está limitado por la arquitectura del cohete portador mismo.

En el caso de fases de vuelo libre duraderos como las que son necesarias en misiones orbitales de geotransferencia (GTO) o misiones interplanetarias, pasan más al primer plano de la tecnología de etapa orbital los requisitos térmicos.

Especialmente la función del almacenamiento de los fluidos criogénicos oxígeno / hidrógeno usados como mezcla de combustible / oxidante conduce a considerables cargas y requisitos mecánicos y térmicos.

Además, tiene un papel esencial el desacoplamiento térmico de los fluidos almacenados por un aislamiento ligero, eficiente y fiable. A partir del momento de reabastecimiento de combustible de una etapa orbital, debido a las distintas temperaturas, por ejemplo del oxígeno (-90 K) y del hidrógeno (-24 K) se puede detectar una interacción entre el fluido más caliente del oxígeno y el fluido más frío del hidrógeno. Como consecuencia, se produce una mayor evaporación y, por tanto, una mayor pérdida de hidrógeno. Este efecto perdura durante toda la fase de vuelo. Especialmente durante largas fases de vuelo libre, la pérdida de hidrógeno resulta en una clara reducción de la reserva de combustible o de la capacidad de carga útil.

Los recipientes de este tipo se conocen generalmente. Por ejemplo, en el documento US-A5085343 se describe un recipiente como depósito para un vehículo espacial. El recipiente está formado por una camisa y al menos una pared de separación que divide el espacio interior del recipiente en al menos dos cámaras contiguas para el alojamiento y almacenamiento de oxígeno e hidrógeno por separado. La pared de separación que constituye un fondo de depósito común comprende dos capas de recubrimiento orientadas respectivamente hacia una de las dos cámaras contiguas, con una estructura alveolar dispuesta entre las mismas. La estructura alveolar presenta una configuración celular y se compone de plásticos impregnados con fibras o de una aleación de aluminio. Dado que una fijación de la estructura alveolar en las dos capas de recubrimiento conlleva considerables desventajas, como se describe en detalle, la estructura alveolar está montada en una de las dos capas de recubrimiento exclusivamente a través de una capa de recubrimiento adicional de un laminado reforzado con fibras. Entre esta capa de recubrimiento adicional y la otra de las dos capas de recubrimiento está previsto eventualmente un intersticio para la compensación de imprecisiones de fabricación y de deformaciones como consecuencia de solicitaciones a presión. Además, con el intersticio que está relleno de gas inerte o en el que está aplicado un vacío, se pretende contrarrestar una transmisión. En la práctica, sin embargo, se ha demostrado que el recipiente conocido no satisface o al menos no satisface suficientemente los requisitos mecánicos y térmicos a causa de su configuración constructiva. Por una parte, se excluye totalmente la transmisión de fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos a causa del intersticio entre la capa de recubrimiento adicional de un laminado reforzado con fibra y la otra de las dos capas de recubrimiento. Por otra parte, por el tamaño del espacio hueco formado como consecuencia de la fijación de la capa de recubrimiento adicional del laminado reforzado con fibras a la otra de las dos capas de recubrimiento en la zona del ecuador de una capa de recubrimiento se reduce considerablemente el efecto de aislamiento térmico o de reducción del flujo de calor. Por la capa de recubrimiento adicional del laminado reforzado con fibras resultan además considerables desventajas en cuanto a un aumento de peso y una fabricación costosa y engorrosa.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un recipiente para alojar y almacenar líquidos y sustancias viscosas, especialmente fluidos criogénicos, con el que se consiga evitar las desventajas mencionadas anteriormente y que sea de construcción especialmente sencilla y a la vez compacta y estable y muy ligera, y que permita la transmisión de grandes fuerzas y pares y, por consiguiente, presente una alta resistencia y rigidez, proporcionando un aislamiento térmico eficiente y al mismo tiempo con una construcción ligera, pudiendo fabricarse de forma extraordinariamente económica, así como un procedimiento para su fabricación y su uso.

Este objetivo se consigue en cuanto a la técnica de dispositivos de manera sorprendentemente sencilla mediante las características de la reivindicación 1.

Mediante la configuración del recipiente según la invención para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustancias viscosas, con una camisa y con al menos una pared de separación que divide el espacio interior del recipiente en al menos dos cámaras contiguas, en el cual la al menos una pared de separación está configurada en modo de construcción tipo sándwich y comprende dos capas de recubrimiento orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras contiguas, así como una capa intermedia de espuma polímera dispuesta en un espacio intermedio entre las dos capas de recubrimiento, que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, y la capa intermedia de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor rellena completamente o sustancialmente de forma completa el espacio intermedio entre las dos capas de recubrimiento y está unida de forma adherente con las dos capas de recubrimiento, se consigue un modo de construcción especialmente sencillo y además compacto y estable del recipiente con un peso relativamente bajo. Además, es posible una transmisión de fuerzas y/o de pares a través de la pared de separación del recipiente según la invención. Al mismo tiempo, el recipiente según la invención presenta una gran resistencia y rigidez. Especialmente, el recipiente según la invención es insensible a la elevada presión interior y exterior. Por lo tanto, quedan excluidas las deformaciones plásticas del recipiente bajo una presión interior de servicio máxima, especificada. Además, el recipiente según la invención es insensible a las abolladuras. Igualmente, el recipiente según la invención presenta la ventaja esencial adicional de garantizar un aislamiento térmico eficiente con una construcción ligera, o al menos una reducción suficiente del flujo de calor como consecuencia del diferente gradiente de temperatura por los fluidos alojados y almacenados en las al menos dos cámaras contiguas. Por el relleno completo o sustancialmente completo es posible un amplio contacto entre la capa intermedia y las dos capas de recubrimiento de la pared de separación. De esta manera, las fuerzas mecánicas y/o los pares mecánicos se pueden transmitir discrecionalmente entre las dos capas de recubrimiento y entre las dos cámaras contiguas del recipiente. De esta manera, además queda garantizado un aislamiento fiable de las dos cámaras contiguas que alojan y almacenan fluidos de diferentes temperaturas. Finalmente, la fabricación del recipiente según la invención resulta fácil y menos engorrosa y, por tanto, es extraordinariamente económica.

Como resultado, el recipiente según la invención que aprovecha el modo de construcción tipo sándwich se caracteriza por una multitud de ventajas. Una pared de separación común entre dos cámaras contiguas del recipiente, que alojan y almacenan oxígeno o hidrógeno, conduce... [Seguir leyendo]

1. Recipiente para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustancias viscosas, con una camisa (12) y con al menos una pared de separación (14) que divide el espacio interior (16) del recipiente (10) en al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, caracterizado porque la al menos una pared de separación (14) está configurada en modo de construcción tipo sándwich y comprende dos capas de recubrimiento (20, 20') orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, así como una capa intermedia (22) de espuma polímera que está dispuesta en un espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') y que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, y la capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor rellena completamente o sustancialmente de forma completa el espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') y está unida de forma adherente con las dos capas de recubrimiento (20, 20') .

2. Recipiente según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, presenta un espesor que aumenta de forma continua desde el centro (56; 60) hacia una zona (58; 62) marginal o circunferencial de las dos capas de recubrimiento (20, 20') .

3. Recipiente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, está provista en la zona (58; 60) marginal o circunferencial de las dos capas de recubrimiento (20, 20') con una cavidad

(64) o escotadura y dos zonas de transición (66, 66') con una forma y/o un espesor decrecientes, formadas por la cavidad (64) o escotadura, fijadas respectivamente a una de las capas de recubrimiento (20, 20') .

4. Recipiente según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa intermedia (22) que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor está formada por una espuma polímera de poros abiertos o cerrados, especialmente por espuma de poliuretano.

5. Recipiente según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa intermedia (22) que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor está unida de forma adherente con las dos capas de recubrimiento (20, 20') mediante un adhesivo (67) , especialmente mediante un adhesivo espumante, preferentemente un adhesivo pastoso, un adhesivo de película o una resina epoxi.

6. Recipiente según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pared de separación (14) comprende un elemento de unión (32) realizado de forma separada, que une las dos capas de recubrimiento (20, 20') orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, delimitando el elemento de unión (32) de la pared de separación (14) especialmente el espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') por el lado marginal o circunferencial.

7. Recipiente según la reivindicación 6, caracterizado porque el elemento de unión (32) de la pared de separación (14) está fijado a las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) indirectamente a través de dos elementos anulares (36, 36') realizados aproximadamente en forma de Y, especialmente rígidos o reforzados con nervios de refuerzo (68) y montados en la camisa (12) del recipiente (10) , o bien, está fijado directamente a los dos elementos anulares (36, 36') realizados aproximadamente en forma de Y o está fijado a las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) por medio de una unión por pernos (38) , sin o con disposición intermedia de elementos duplicadores (70) .

8. Recipiente según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el elemento de unión (32) de la pared de separación (14) está hecho de un material de alta resistencia y de baja termoconductividad, especialmente de metal, especialmente de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, una aleación de éstos y/o una combinación de éstos.

9. Recipiente según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el elemento de unión (32) de la pared de separación (14) está estanqueizado exteriormente por separado mediante un revestimiento (42) , especialmente una lámina de metal.

10. Recipiente según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas están fabricadas mediante conformación por rotación.

11. Recipiente según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el recipiente (10) , especialmente la camisa (12) y los elementos anulares (36, 36') realizados aproximadamente en forma de Y del recipiente (10) está/n realizado/s en construcción ligera estando hecho/s preferentemente de metal, especialmente de acero, de acero inoxidable, aluminio, titanio, una aleación de éstos y/o una combinación de éstos.

12. Procedimiento para la fabricación de un recipiente para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustancias viscosas, con una camisa (12) y con al menos una pared de separación (14) que divide el espacio interior (16) del recipiente (10) en al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, especialmente según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende los siguientes pasos:

a) la fabricación de dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas y configuradas en forma de coquilla, especialmente en forma de semiesfera, en forma de caperuza esférica, en forma de calota, en forma de calota elipsoidal, de forma cónica, de forma elíptica, en forma de Cassini o con otras formas de sección transversal,

b) la alineación de las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) una respecto a otra con sus superficies (28, 28') cóncavas hacia arriba,

c) la fijación de las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) una respecto a otra,

d) la introducción de una capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, en un espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) mediante una lanza de llenado o de dosificación (46) , y

e) el endurecimiento de la capa intermedia (22) de espuma polímera introducida en el espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) .

13. Procedimiento para la fabricación de un recipiente para alojar y almacenar fluidos criogénicos, especialmente líquidos criogénicos y sustancias viscosas, con una camisa (12) y con al menos una pared de separación (14) que divide el espacio interior (16) del recipiente (10) en al menos dos cámaras (18, 18') contiguas, especialmente según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende los siguientes pasos:

a) la fabricación de dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) orientadas respectivamente hacia una de las al menos dos cámaras (18, 18') contiguas y configuradas en forma de coquilla, especialmente en forma de semiesfera, en forma de caperuza esférica, en forma de calota, en forma de calota elipsoidal, de forma cónica, de forma elíptica, en forma de Cassini o con otras formas de sección transversal.

b) la aplicación o pulverización de una capa intermedia (22) de espuma polímera que transmite fuerzas mecánicas y/o pares mecánicos y que es termoaislante o reduce un flujo de calor, sobre la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) o sobre la superficie (28') cóncava de la capa de recubrimiento (20') superior de la pared de separación (14) ,

c) el endurecimiento de la capa intermedia (22) de espuma polímera aplicada o pulverizada sobre la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) o sobre la superficie (28') cóncava de la capa de recubrimiento (20') superior,

d) la alineación y fijación de las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) una respecto a otra, o e) la aplicación de un adhesivo (67) , especialmente de un adhesivo espumante, preferentemente de un adhesivo pastoso, de un adhesivo de película o de una resina epoxi sobre la capa de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) y/o sobre la superficie (28') cóncava de la capa de recubrimiento (20') superior de la pared de separación (14) o sobre la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) , y

f) la alineación y fijación de las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) una respecto a otra para el endurecimiento del adhesivo (67) .

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque se introduce adhesivo (67) adicional, especialmente un adhesivo espumante, preferentemente un adhesivo pastoso, un adhesivo de película o una resina epoxi, entre la capa intermedia (22) endurecida de la pared de separación (14) y la superficie (28') cóncava 45 de la capa de recubrimiento (20') superior de la pared de separación (14) o la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) , para la compensación de tolerancias.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) se elaboran según el paso a) mediante conformación por rotación.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque una espuma polímera de poros abiertos o cerrados se introduce como capa intermedia (22) de espuma polímera en el espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) o se aplica o se pulveriza sobre la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) o sobre la 5 superficie (28') cóncava de la capa de recubrimiento (20') superior de la pared de separación (14) .

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque se aplica o se pulveriza una espuma de poliuretano como capa intermedia (22) de espuma polímera en el espacio intermedio (24) entre las dos capas de recubrimiento (20, 20') de la pared de separación (14) o sobre la superficie (28) convexa de la capa de recubrimiento (20) inferior de la pared de separación (14) o sobre la superficie (28') cóncava de la capa de recubrimiento (20') superior de la pared de separación (14) .

18. Uso de un recipiente según una de las reivindicaciones anteriores para alojar y almacenar líquidos y sustancias viscosas, especialmente fluidos criogénicos, preferentemente oxígeno e hidrógeno, en vehículos, especialmente en vehículos aéreos o aparatos aéreos de la aeronáutica y la astronáutica, preferentemente en aviones y aparatos aeronáuticos, especialmente en vehículos acuáticos, preferentemente en un submarino o un aerodeslizador (hovercraft) , o especialmente en vehículos terrestres, preferentemente en un turismo, un camión o una autocaravana, especialmente para alojar y almacenar líquidos y sustancias viscosas, especialmente fluidos criogénicos, para depósitos de combustible de cohetes o depósitos de satélites.