EP3452750B1 - Transportbehälter - Google Patents

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EP3452750B1
EP3452750B1 EP17721530.8A EP17721530A EP3452750B1 EP 3452750 B1 EP3452750 B1 EP 3452750B1 EP 17721530 A EP17721530 A EP 17721530A EP 3452750 B1 EP3452750 B1 EP 3452750B1
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EP
European Patent Office
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container
thermal shield
inner container
coolant
liquid
Prior art date
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Active
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EP17721530.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3452750A1 (de
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Heinz Posselt
Marko PARKKONEN
Hans-Einar FORSBERG
Anders Gronlund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage

Definitions

  • the invention relates to a transport container for helium.
  • Helium is mined together with natural gas. For economic reasons, transporting large quantities of helium only makes sense in liquid or supercritical form, i.e. at a temperature of around 4.2 to 6 K and under a pressure of 1 to 6 bar.
  • transport containers are used which, in order to prevent the helium pressure from rising too quickly, are thermally insulated at great expense.
  • Such transport containers can be cooled using liquid nitrogen, for example.
  • a thermal shield cooled with the liquid nitrogen is provided. The thermal shield shields an inner container of the shipping container. The liquid or cryogenic helium is accommodated in the inner container.
  • the holding time for the liquid or cryogenic helium in such transport containers is 35 to 40 days, which means that after this time the pressure in the inner container has risen to the maximum value of 6 bar.
  • the supply of liquid nitrogen lasts for about 35 days.
  • the thermal insulation of the transport container consists of high-vacuum multi-layer insulation.
  • the EP 1 673 745 B1 describes such a transport container for liquid helium.
  • the transport vessel comprises an inner vessel which houses the liquid helium, a thermal shield which partially covers the inner vessel, a coolant vessel which houses a cryogenic liquid for cooling the thermal shield, and an outer vessel which houses the inner vessel, the thermal shield and the coolant tank are arranged.
  • the JP S54 178218 U shows a transport container with an inner container, a coolant container and an outer container in which the inner container and the coolant container are accommodated.
  • the transport container includes a thermal shield that can be actively cooled using a cryogenic liquid.
  • a coolant line is also provided which is in fluid communication with the coolant reservoir and which spirals around the thermal shield.
  • the JP 2014 119058 A describes a transport container with an inner container, a coolant container, an outer container in which the inner container and the coolant container are accommodated, and a thermal shield which is cooled by means of a cooling pipe which runs in a spiral around the thermal shield.
  • the U.S. 3,698,200 A and the U.S. 5,005,362A each show a shipping container having an inner container, a coolant container, an outer container accommodating the inner container and the coolant container, and a thermal shield.
  • the object of the present invention is to provide an improved transport container.
  • the transport container comprises an inner container for accommodating the helium, a coolant container for accommodating a cryogenic liquid, an outer container in which the inner container and the coolant container are accommodated, and a thermal shield which can be actively cooled using the cryogenic liquid, the thermal shield a tubular base section, in which the inner container is accommodated, and has a cover section closing the base section at the front side, which is arranged between the inner container and the coolant tank, and wherein a gap is provided between the inner container and the coolant tank, in which the cover section of the thermal shield is arranged.
  • the thermal shield has at least one cooling line for actively cooling it, in which the cryogenic liquid can be accommodated, the at least one cooling line having oblique sections and sections running in a direction of gravity, and the oblique sections having an incline relative to a horizontal line.
  • the inner container can also be referred to as a helium container or inner tank.
  • the transport container can also be referred to as a helium transport container.
  • the helium can be referred to as liquid or cryogenic helium.
  • the helium is also a cryogenic liquid.
  • the transport container is designed in particular to the helium in cryogenic or liquid or to be transported in supercritical form.
  • the critical point is a thermodynamic state of a substance characterized by an equalization of the densities of the liquid and gas phases. The differences between the two states of matter cease to exist at this point. In a phase diagram, the point represents the upper end of the vapor pressure curve.
  • the helium is filled into the inner container in liquid or cryogenic form.
  • a liquid zone with liquid helium and a gas zone with gaseous helium then form in the inner container.
  • the helium therefore has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous. This means that there is a phase boundary between the liquid helium and the gaseous helium in the inner container. After a certain time, that is, when the pressure in the inner container increases, the helium in the inner container becomes single-phase. The phase boundary then no longer exists and the helium is supercritical.
  • the cryogenic liquid or cryogen is preferably liquid nitrogen.
  • the cryogenic liquid can also be referred to as a coolant.
  • the cryogenic liquid can also be liquid hydrogen or liquid oxygen, for example.
  • the fact that the thermal shield can be actively cooled or is actively cooled means that the cryogenic liquid at least partially flows through or around the thermal shield in order to cool it.
  • the thermal shield is only actively cooled in one operating state, that is to say when the inner container is filled with helium. When the cryogenic liquid is exhausted, the thermal shield can also be uncooled. Actively cooling the thermal shield allows the cryogenic liquid to boil and vaporize.
  • the thermal shield has a temperature which corresponds approximately or exactly to the boiling point of the cryogenic liquid.
  • the boiling point of the cryogenic liquid is preferably higher than the boiling point of liquid helium.
  • the thermal shield is arranged inside the outer container.
  • the inner container and in particular the insulating element preferably has a temperature on the outside which corresponds approximately or exactly to the temperature of the helium stored in the inner container.
  • the temperature of the helium depending on whether the helium is in liquid or supercritical form, is 4.2 to 6 K.
  • the cover portion of the thermal shield completely frontally closes off the base portion.
  • the base portion of the thermal shield may be circular or approximately circular in cross-section.
  • the outer container, the inner container, the coolant container and the thermal shield can be constructed rotationally symmetrically to a common axis of symmetry or central axis.
  • the inner container and the outer container are preferably made of stainless steel.
  • the inner container preferably has a tubular base section which is closed on both sides with curved cover sections.
  • the inner container is fluid-tight.
  • the outer container preferably also has a tubular base section which is closed at the front on both sides by cover sections.
  • the base section of the inner container and/or the base section of the outer container can have a circular or an approximately circular cross section.
  • the thermal shield ensures that the inner container is only surrounded by surfaces which have a temperature corresponding to the boiling point of the cryogenic liquid (boiling point of nitrogen at 1.3 bara: 79.5 K).
  • the thermal shield 79.5 K
  • the inner container temperature of helium at 1 bara to 6 bara: 4.2 K to 6 K
  • the holding time for the liquid helium can be significantly increased compared to known transport containers. Heat from the surfaces of the inner container to the thermal shield is transferred only by radiation and residual gas conduction. That is, the surface of the thermal shield does not contact the inner container.
  • the cover section of the thermal shield is arranged between the inner tank and the coolant tank, it is always ensured, even when the liquid level of the cryogenic liquid in the coolant tank is falling, that the inner tank is also in the direction of the coolant tank from surfaces that have the boiling temperature of liquid nitrogen , is surrounded.
  • the transport container has a helium holding time of at least 45 days and the supply of cryogenic liquid is sufficient for at least 40 days.
  • the thermal shield is arranged in an evacuated space provided between the inner container and the outer container.
  • the inner container preferably comprises an additional insulation element with a multilayer insulation layer and a metallically bare copper layer facing the shield.
  • the insulation layer preferably comprises several alternating layers of perforated and embossed aluminum foil as a reflector and glass paper as spacers between the aluminum foils.
  • the insulation layer can be 10 layers.
  • the layers of aluminum foil and glass paper are applied to the inner container without any gaps, i.e. pressed.
  • the insulation layer is a so-called MLI (multilayer insulation) or can be referred to as an MLI.
  • the insulation element preferably also has a temperature that corresponds at least approximately or exactly to the boiling point of helium.
  • a further multilayer insulation layer in particular also an MLI, can be arranged between the thermal shield and the outer container, which fills the gap between the thermal shield and the outer container and thus contacts the thermal shield on the outside and the outer container on the inside.
  • Layers of aluminum foil and glass paper, glass silk or glass mesh fabric of the insulating layer are preferably introduced in a fluffy manner into the intermediate space, in contrast to the previously described insulating element of the inner container. Fluffy here means that the layers of aluminum foil and glass paper, glass silk or glass mesh fabric are not pressed, so that the insulation layer and thus the gap can be evacuated without problems through the embossing and perforation of the aluminum foil. Undesirable mechanical-thermal contact between the aluminum foil layers is also reduced. This contact could disrupt the temperature gradient of the aluminum foil layers that occurs as a result of radiation exchange.
  • the thermal shield has two cover sections which close off the base section on both sides at the ends.
  • the cover sections are preferably curved.
  • the cover sections are each curved outwards with respect to the base section.
  • the thermal shield does not rest on either the inner container or the outer container.
  • the thermal shield is supported neither on the inner container nor on the outer container, better thermal insulation can be achieved. In this way, in particular, the heat input into the inner container through heat conduction can be reduced.
  • the thermal shield preferably comprises a support ring which is suspended from the outer container via support rods, in particular tension rods.
  • the inner container is preferably also suspended from the support ring via further support rods, in particular tension rods as well.
  • the thermal shield is fluid permeable.
  • the thermal shield is liquid and gas permeable.
  • the thermal shield can have openings, perforations or bores, for example.
  • the intermediate space provided between the inner container and the outer container can be evacuated.
  • the thermal shield is made of an aluminum material.
  • the thermal shield is made of a high-purity aluminum material. This results in particularly good heat transport and heat reflection properties.
  • the thermal shield For active cooling of the thermal shield, it has at least one cooling line, in which the cryogenic liquid can be accommodated.
  • the cryogenic liquid preferably does not circulate in the cooling line but stands in it.
  • the cryogenic liquid boils in the cooling line, ensuring optimal cooling of the thermal shield.
  • the cooling line can be integrally connected to the thermal shield or can be formed integrally with the thermal shield.
  • the coolant container is in fluid connection with the at least one cooling line, so that the cryogenic liquid flows from the coolant container into the at least one cooling line when the cryogenic liquid in the at least one cooling line partially evaporates. So that the cryogenic liquid completely wets the cooling line even when the filling level of the cryogenic liquid in the coolant tank is reduced, a corresponding excess pressure of 200 to 300 mbar is maintained in the coolant tank in accordance with the hydrostatic pressure to be applied.
  • gas bubbles form in the cryogenic liquid, which can be guided to a highest point of the same by an inclined arrangement of the cooling line.
  • the at least one cooling line is provided on the base section and/or on the cover section of the thermal shield and/or the base section is materially connected to the cover section.
  • cooling lines or at least sections of the cooling lines are provided on both cover sections. Due to the fact that the cover section is materially connected to the base section, the cover section can be cooled by thermal conduction. In the case of material connections, the connection partners are held together by atomic or molecular forces. Cohesive connections are non-detachable connections that can only be separated by destroying the connection means.
  • the at least one cooling line has an incline relative to a horizontal line.
  • the cooling line is inclined to the horizontal.
  • the horizontal is perpendicular to a direction of gravity.
  • the cooling line and, in particular, oblique sections of the cooling line enclose a predetermined angle with the horizontal.
  • the sections enclose an angle of greater than 3° with the horizontal.
  • the angle can be 3 to 15° or amount to more.
  • the angle can also be exactly 3°.
  • the cooling line can also have sections running in the direction of gravity.
  • the transport container also includes a phase separator for separating a gaseous phase of the cryogenic liquid from a liquid phase of the cryogenic liquid, the at least one cooling line being arranged such that it has a positive gradient in the direction of the phase separator.
  • a positive slope means that the cooling line rises in the direction of the phase separator.
  • the gaseous phase collects in the form of gas bubbles in the phase separator.
  • the phase separator preferably comprises a float with a float coupled to a valve body. As soon as the liquid level of the liquid phase in the phase separator falls due to the introduction of the gas bubbles, the valve body is lifted off a valve seat and the gaseous phase of the cryogenic liquid is blown off. As a result, the liquid phase flows into the phase separator, whereby the floating body floats again and the valve body is pressed onto the valve seat.
  • the phase separator ensures that only evaporated, cryogenic nitrogen is released into the environment.
  • the transport container also comprises a large number, in particular six, cooling lines.
  • the number of cooling lines is arbitrary.
  • the lid portion of the thermal shield completely shields the coolant tank from the inner tank.
  • the coolant tank is arranged next to the inner tank in an axial direction of the inner tank.
  • a space is provided between the inner tank and the coolant tank, in which the lid portion of the thermal shield is arranged.
  • the thermal shield completely encloses the inner container.
  • transport container also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned.
  • the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or supplements to the respective basic form of the transport container.
  • the 1 shows a greatly simplified schematic sectional view of an embodiment of a transport container 1 for liquid helium He.
  • the 2 and 3 show further schematic sectional views of the transport container 1.
  • the transport container 1 can also be referred to as a helium transport container.
  • the transport container 1 can also be used for other cryogenic liquids.
  • the transport container 1 includes an outer container 2.
  • the outer container 2 is made of stainless steel, for example.
  • the outer container 2 can have a length I 2 of 10 m, for example.
  • the outer container 2 comprises a tubular or cylindrical base section 3 which is closed at the front on both sides with the aid of a cover section 4 , 5 , in particular with the aid of a first cover section 4 and a second cover section 5 .
  • the base section 3 can have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the cover sections 4, 5 are curved.
  • the cover sections 4 , 5 are curved in opposite directions, so that both cover sections 4 , 5 are curved outwards with respect to the base section 3 .
  • the outer container 2 is fluid-tight, in particular gas-tight.
  • the outer container 2 has a symmetry or central axis M 1 to which the outer container 2 is constructed rotationally symmetrically.
  • the transport container 1 also includes an inner container 6 for accommodating the liquid helium He.
  • the inner container 6 is also made of stainless steel, for example. As long as the helium He is in the two-phase region, a gas zone 7 with vaporized helium He and a liquid zone 8 with liquid helium He can be provided in the inner container 6 .
  • the inner container 6 is fluid-tight, in particular gas-tight, and can include a relief valve for controlled pressure reduction.
  • the inner container 6 comprises a tubular or cylindrical base section 9 which is closed on both sides at the front by cover sections 10 , 11 , in particular a first cover section 10 and a second cover section 11 .
  • the base section 9 can have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the inner container 6 like the outer container 2, is rotationally symmetrical to the center axis M1 .
  • An intermediate space 12 provided between the inner container 6 and the outer container 2 is evacuated.
  • the inner container 6 can still be in the Figures 1 to 3 have not shown insulation element.
  • the insulation element has a highly reflective copper layer on the outside, for example a copper foil or an aluminum foil vapor-deposited with copper, and a multilayer insulation layer arranged between the inner container 6 and the copper layer.
  • the insulation layer comprises several alternating layers of perforated and embossed aluminum foil as a reflector and glass paper as spacers between the aluminum foils.
  • the insulation layer can be 10 layers.
  • the layers of aluminum foil and glass paper are applied to the inner container 6 without any gaps, that is to say they are pressed.
  • the insulation layer is a so-called MLI.
  • the inner container 6 and also the insulating element have a temperature on the outside which corresponds approximately to the boiling point of helium He.
  • the transport container 1 also includes a cooling system 13 ( 2 , 3 ) with a coolant container 14.
  • a coolant container 14 In the coolant container 14 is a cryogenic liquid, such as liquid nitrogen N 2 , accommodated.
  • the coolant tank 14 includes a tubular or cylindrical base section 15 which can be constructed rotationally symmetrically to the central axis M 1 .
  • the base section 15 can have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the base section 15 is closed at the front by a cover section 16, 17 in each case.
  • the Cover sections 16, 17 can be curved. In particular, the cover sections 16, 17 are curved in the same direction.
  • the coolant container 14 can also have a different structure.
  • a gas zone 18 with vaporized nitrogen N 2 and a liquid zone 19 with liquid nitrogen N 2 can be provided in the coolant tank 14 .
  • the coolant tank 14 is arranged next to the inner tank 6 in an axial direction A of the inner tank 6 .
  • An intermediate space 20 which can be part of the intermediate space 12 , is provided between the inner container 6 , in particular the cover section 11 of the inner container 6 , and the coolant container 14 , in particular the cover section 16 of the coolant container 14 . That is, the gap 20 is also evacuated.
  • the transport container 1 also includes a thermal shield 21 assigned to the cooling system 13 .
  • the thermal shield 21 is arranged in the evacuated intermediate space 12 provided between the inner container 6 and the outer container 2 .
  • the thermal shield 21 can be actively cooled or is actively cooled with the aid of the liquid nitrogen N 2 .
  • active cooling means that the liquid nitrogen N 2 for cooling the thermal shield 21 is conducted through it or along it.
  • the thermal shield 21 is in this case cooled to a temperature which approximately corresponds to the boiling point of nitrogen N 2 .
  • the thermal shield 21 comprises a cylindrical or tubular base section 22 which is closed off on both sides by a cover section 23, 24 which closes off this end face. Both the base section 22 and the cover sections 23, 24 are actively cooled with the aid of nitrogen N 2 .
  • the base section 22 can have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the thermal shield 21 is preferably also constructed rotationally symmetrically to the central axis M 1 .
  • a first cover section 23 of the thermal shield 21 is arranged between the inner container 6 , in particular the cover section 11 of the inner container 6 , and the coolant tank 14 , in particular the cover section 16 of the coolant tank 14 .
  • a second lid portion 24 of thermal shield 21 faces away from coolant reservoir 14 .
  • the thermal shield 21 is self-supporting.
  • the thermal shield 21 does not support either on the inner container 6 nor on the outer container 2.
  • a support ring can be provided on the thermal shield 21, which is suspended from the outer container 2 via support rods, in particular tension rods.
  • the inner container 6 can be suspended from the supporting ring via further support rods, in particular tension rods.
  • the heat input from the mechanical support rods is partly realized by the support ring.
  • the support ring has pockets that allow for the greatest possible thermal length of the support rods.
  • the coolant reservoir 14 has passages for the mechanical support rods.
  • a further multilayer insulation layer in particular an MLI, can be arranged between the thermal shield 21 and the outer container 2, which completely fills the intermediate space 12 and thus contacts the thermal shield 21 on the outside and the outer container 2 on the inside.
  • Layers of aluminum foil and glass paper, glass silk or glass mesh fabric of the insulation layer are introduced in a fluffy manner into the intermediate space 12, in contrast to the previously described insulation element of the inner container 6 .
  • fluffy means that the layers of aluminum foil and glass paper, glass silk or glass mesh fabric are not pressed, so that the insulation layer and thus the intermediate space 12 can be evacuated without problems by embossing and perforating the aluminum foil. Since this minimizes the thermal-mechanical contact between the reflector layers, the temperature gradient of the reflector layers adjusts itself approximately according to the pure radiation exchange, which minimizes the heat transport.
  • the thermal shield 21 is fluid permeable. That is, a gap 25 between the inner container 6 and the thermal shield 21 is in fluid communication with the gap 12. This allows the gaps 12, 25 to be evacuated simultaneously. Bores, openings or the like can be provided in the thermal shield 21 in order to enable the intermediate spaces 12, 25 to be evacuated.
  • the thermal shield 21 is preferably made of a high purity aluminum material.
  • the thermal shield 21 is spaced circumferentially from the copper layer of the insulating element of the inner container 6 and does not touch it. As a result, the incidence of heat occurs mainly through radiation and is thus reduced to the physically possible minimum.
  • a gap width of a gap provided between the copper layer and the thermal shield 21 can be 10 mm. As a result, heat can be transferred from the inner container 6 to the thermal shield 21 only by radiation and residual gas conduction.
  • the first lid portion 23 of the thermal shield 21 completely shields the coolant tank 14 from the inner tank 6 . That is, when looking at the coolant tank 14 from the inner tank 6 , the coolant tank 14 is completely covered by the first lid portion 23 of the thermal shield 21 .
  • the thermal shield 21 completely encloses the inner container 6 . That is, the inner container 6 is disposed entirely within the thermal shield 21, which thermal shield 21, as previously mentioned, is not fluid tight.
  • the thermal shield 21 comprises at least one cooling line 26 for actively cooling the same.
  • a plurality of such cooling lines 26, for example six such cooling lines 26, are provided.
  • the cooling line 26 can include two vertical sections 27, 28 running in the direction of gravity g, as well as two inclined sections 29, 30.
  • the vertical sections 27, 28 may be provided on the lid sections 23, 24 of the thermal shield 21.
  • the cooling line 26 is in fluid communication with the coolant tank 14 via a connecting line 31 , so that the liquid nitrogen N 2 is pressed from the coolant tank 14 into the cooling line 26 .
  • the connection line 31 opens into a distributor 32, from which the section 27 and the section 30 branch off. Section 29 and section 28 meet at a collector 33 from which a connecting line 34 leads to a phase separator 35 arranged outside of the outer container 2 .
  • the phase separator 35 is set up to separate gaseous nitrogen N 2 from liquid nitrogen N 2 .
  • the gaseous nitrogen N 2 can be blown out of the cooling system 13 via the phase separator 35 .
  • the cooling pipe 26 or cooling pipes 26 are provided on both the base portion 22 and the cover portions 23, 24 of the thermal shield 21.
  • the cover sections 23 and 24 are connected to the base section 22 in a material-locking manner.
  • the cover sections 23, 24 are welded to the base section 22. If the cover sections 23, 24 materially, that is, are materially connected to the base section 22, the cooling of the cover sections 23, 24 can be carried out by thermal conduction.
  • the cooling line 26 and in particular the oblique sections 29, 30 of the cooling line 26 have an incline relative to a horizontal line H, which is arranged perpendicularly to the direction of gravity g.
  • the sections 29, 30 form an angle ⁇ with the horizontal H of greater than 3°.
  • the angle ⁇ can be 3 to 15° or more.
  • the angle ⁇ can also be exactly 3°.
  • the sections 29, 30 in the direction of the phase separator 35 have a positive gradient.
  • the phase separator 35 comprises a housing 36 with a tubular base section 37 which is closed on both sides on the front side with cover sections 38, 39.
  • An inner housing 40 with a tubular base section 41 which is closed on both sides by cover sections 42, 43 at the ends, is accommodated in the housing 36.
  • An evacuated insulation space 44 is provided between the housing 36 and the inner housing 40 .
  • the insulation space 44 can be provided with an MLI, for example, or be filled with perlite or glass microspheres.
  • a connection line 45 which is also partially vacuum-insulated, is in fluid connection with the connection line 34.
  • the phase separator 35 also includes a blow-off line 46, via which gaseous nitrogen N 2 is discharged.
  • the connection line 45 is in fluid connection with an interior space 47 provided in the inner housing 40 .
  • the connecting line 45 is twisted by an angle ⁇ with respect to the blow-off line 46 .
  • the angle ⁇ can be 45 to 90°.
  • a float 48 is provided in the interior space 47 .
  • the float 48 comprises a float body 49 which is provided with a gas-tight metallic casing and whose interior is filled with a plastic foam.
  • the floating body 49 is firmly connected to a counterweight 51 via an axle 50 .
  • a valve body 52 is fastened to the axle 50 and is arranged in a linearly displaceable manner in a valve seat 53 .
  • the axle 50 is rotatably mounted in the inner housing 40 on an axis of rotation 54 .
  • phase separator 35 ensures that only vaporized, cryogenic nitrogen N 2 is released into the environment.
  • the phase separator 35 is a cryogenic valve controlled by the float 48 .
  • the special feature of the phase separator 35 is the counterweight 51 of the horizontally mounted floating body 49, which prevents the valve body 52 from lifting off the valve seat 53 unintentionally during acceleration.
  • the phase separator 35 also includes a valve 55 for generating a vacuum in the insulation space 44.
  • a baffle plate 56 can be arranged in the inner housing 40, which is intended to reduce a surge movement of the liquid nitrogen N 2 .
  • a blow-off valve 57 is arranged on the coolant tank 14 in order to maintain the set excess pressure in the coolant tank 14 by blowing off the gaseous nitrogen N 2 .
  • the thermal shield 21 is first heated to at least approximately or all the way to the boiling point (1.3 bara, 79.5 K) of the liquid with the aid of cryogenic, initially gaseous and later liquid nitrogen N 2 Nitrogen N 2 cooled.
  • the inner container 6 is not yet actively cooled.
  • the thermal shield 21 cools down, the residual vacuum gas that is still in the intermediate space 12 is frozen out on the thermal shield 21 .
  • this can prevent the residual vacuum gas from being frozen out on the outside of the inner container 6 and thus contaminating the metallically bare surface of the copper layer of the insulating element of the inner container 6 .
  • the thermal shield 21 and the coolant tank 14 have completely cooled down and the coolant tank 14 has been completely refilled with nitrogen N 2 , the inner tank 6 is filled with the liquid helium He.
  • the transport container 1 can now be placed on a transport vehicle, such as a truck or a ship, for transporting the helium He.
  • the thermal shield 21 is continuously cooled with the aid of the liquid nitrogen N 2 .
  • the liquid nitrogen N 2 is consumed and boils in the cooling lines 26.
  • the resulting gas bubbles are in the Cooling system 13 with respect to the direction of gravity g at the highest phase separator 35 is supplied.
  • the liquid level in the interior 47 of the phase separator 35 falls, causing the floating body 49 to sink and the axis 50 to rotate about the axis of rotation 54, causing the valve body 52 to be lifted from the valve seat 53.
  • the gaseous nitrogen N 2 is blown off via the blow-off line 46 .
  • phase separator 35 As soon as the gaseous nitrogen N 2 has been removed from the cooling system 13 , liquid nitrogen N 2 flows into the phase separator 35 , as a result of which the floating body 49 floats again and the valve body 52 is pressed onto the valve seat 53 . The opening and closing of the phase separator 35 takes place in the Hertz range.
  • the mass inertia of the counterweight 51 can prevent the floating body 49 from being unintentionally accelerated during transport, for example due to vibrations, as a result of which the valve body 52 could lift off the valve seat 53 . This can prevent an undesired loss of nitrogen N 2 .
  • the thermal shield 21 is also arranged between the coolant container 14 and the inner container 6, it can be reliably ensured that the inner container 6 is adequately cooled even when the fill level or liquid level of nitrogen N 2 in the coolant container 14 falls. The fact that the inner container 6 is completely surrounded by the thermal shield 21 ensures that the inner container 6 is only surrounded by surfaces which have a temperature corresponding to the boiling point (1.3 bara, 79.5 K) of nitrogen N 2 .
  • the transport container 1 has in particular a helium holding time of at least 45 days and the supply of liquid nitrogen N 2 is sufficient for at least 40 days.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter für Helium.
  • Helium wird zusammen mit Erdgas gefördert. Ein Transport großer Mengen Helium ist aus ökonomischen Gründen nur in flüssiger beziehungsweise überkritischer Form, das heißt, bei einer Temperatur von etwa 4,2 bis 6 K und unter einem Druck von 1 bis 6 bar sinnvoll. Zum Transport des flüssigen beziehungsweise überkritischen Heliums werden Transportbehälter eingesetzt, die, um einen zu schnellen Druckanstieg des Heliums zu vermeiden, aufwendig thermisch isoliert werden. Derartige Transportbehälter können beispielsweise mit Hilfe von flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Hierbei wird ein mit dem flüssigen Stickstoff gekühlter thermischer Schild vorgesehen. Der thermische Schild schirmt einen Innenbehälter des Transportbehälters ab. In dem Innenbehälter ist das flüssige beziehungsweise tiefkalte Helium aufgenommen. Die Haltezeit für das flüssige beziehungsweise tiefkalte Helium beträgt bei derartigen Transportbehältern 35 bis 40 Tage, das heißt, nach dieser Zeit ist der Druck im Innenbehälter auf den Maximalwert von 6 bar gestiegen. Der Vorrat an flüssigem Stickstoff reicht für etwa 35 Tage aus. Die thermische Dämmung des Transportbehälters besteht aus einer HochVakuum-Vielschichtisolierung.
  • Die EP 1 673 745 B1 beschreibt einen derartigen Transportbehälter für flüssiges Helium. Der Transportbehälter umfasst einen Innenbehälter, in dem das flüssige Helium aufgenommen ist, einen thermischen Schild, der den Innenbehälter teilweise abdeckt, einen Kühlmittelbehälter, in dem eine kryogene Flüssigkeit zum Kühlen des thermischen Schilds aufgenommen ist, und einen Außenbehälter, in dem der Innenbehälter, der thermische Schild und der Kühlmittelbehälter angeordnet sind.
  • Die JP S54 178218 U zeigt einen Transportbehälter mit einem Innenbehälter, einem Kühlmittelbehälter und einem Außenbehälter, in dem der Innenbehälter und der Kühlmittelbehälter aufgenommen sind. Der Transportbehälter umfasst einen thermischen Schild, der mit Hilfe einer kryogenen Flüssigkeit aktiv kühlbar ist. Ferner ist eine Kühlleitung vorgesehen, die in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelbehälter ist und die spiralförmig um den thermischen Schild umläuft.
  • Die JP 2014 119058 A beschreibt einen Transportbehälter mit einem Innenbehälter, einem Kühlmittelbehälter, einem Außenbehälter, in dem der Innenbehälter und der Kühlmittelbehälter aufgenommen sind, und einem thermischen Schild, der mit Hilfe einer spiralförmig um den thermischen Schild umlaufenden Kühlleitung gekühlt ist.
  • Die US 3 698 200 A und die US 5 005 362 A zeigen jeweils einen Transportbehälter mit einem Innenbehälter, einem Kühlmittelbehälter, einem Außenbehälter, in dem der Innenbehälter und der Kühlmittelbehälter aufgenommen sind, und einem thermischen Schild.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Transportbehälter zur Verfügung zu stellen.
  • Demgemäß wird ein Transportbehälter für Helium vorgeschlagen. Der Transportbehälter umfasst einen Innenbehälter zum Aufnehmen des Heliums, einen Kühlmittelbehälter zum Aufnehmen einer kryogenen Flüssigkeit, einen Außenbehälter, in dem der Innenbehälter und der Kühlmittelbehälter aufgenommen sind, und einen thermischen Schild, der mit Hilfe der kryogenen Flüssigkeit aktiv kühlbar ist, wobei der thermische Schild einen rohrförmigen Basisabschnitt, in dem der Innenbehälter aufgenommen ist, und einen den Basisabschnitt stirnseitig abschließenden Deckelabschnitt aufweist, der zwischen dem Innenbehälter und dem Kühlmittelbehälter angeordnet ist, und wobei zwischen dem Innenbehälter und dem Kühlmittelbehälter ein Zwischenraum vorgesehen ist, in dem der Deckelabschnitt des thermischen Schilds angeordnet ist. Dabei weist der thermische Schild zum aktiven Kühlen desselben zumindest eine Kühlleitung auf, in der die kryogene Flüssigkeit aufnehmbar ist, wobei die zumindest eine Kühlleitung schräge Abschnitte und in einer Schwerkraftrichtung verlaufende Abschnitte aufweist und wobei die schrägen Abschnitte gegenüber einer Horizontalen eine Steigung aufweisen.
  • Der Innenbehälter kann auch als Heliumbehälter oder Innentank bezeichnet werden. Der Transportbehälter kann auch als Helium-Transportbehälter bezeichnet werden. Das Helium kann als flüssiges oder tiefkaltes Helium bezeichnet werden. Das Helium ist insbesondere ebenfalls eine kryogene Flüssigkeit. Der Transportbehälter ist insbesondere dazu eingerichtet, das Helium in tiefkalter oder flüssiger beziehungsweise in überkritischer Form zu transportieren. In der Thermodynamik ist der kritische Punkt ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes, der sich durch Angleichen der Dichten von flüssiger und Gasphase kennzeichnet. Die Unterschiede zwischen beiden Aggregatzuständen hören an diesem Punkt auf zu existieren. In einem Phasendiagramm stellt der Punkt das obere Ende der Dampfdruckkurve dar. Das Helium wird in flüssiger beziehungsweise tiefkalter Form in den Innenbehälter eingefüllt. In dem Innenbehälter bilden sich dann eine Flüssigkeitszone mit flüssigem Helium und eine Gaszone mit gasförmigem Helium. Das Helium weist also nach dem Einfüllen in den Innenbehälter zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatzuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das heißt, in dem Innenbehälter befindet sich eine Phasengrenze zwischen dem flüssigen Helium und dem gasförmigen Helium. Nach einer gewissen Zeit, das heißt, wenn der Druck in dem Innenbehälter steigt, wird das sich in dem Innenbehälter befindende Helium einphasig. Die Phasengrenze existiert dann nicht mehr und das Helium ist überkritisch.
  • Die kryogene Flüssigkeit oder das Kryogen ist vorzugsweise flüssiger Stickstoff. Die kryogene Flüssigkeit kann auch als Kühlmittel bezeichnet werden. Die kryogene Flüssigkeit kann alternativ beispielsweise auch flüssiger Wasserstoff oder flüssiger Sauerstoff sein. Darunter, dass der thermische Schild aktiv kühlbar oder aktiv gekühlt ist, ist zu verstehen, dass der thermische Schild von der kryogenen Flüssigkeit zumindest partiell durchströmt oder umströmt wird, um diesen zu kühlen. Insbesondere ist der thermische Schild nur in einem Betriebszustand, das heißt, dann wenn der Innenbehälter mit Helium gefüllt ist, aktiv gekühlt. Wenn die kryogene Flüssigkeit verbraucht ist, kann der thermische Schild auch ungekühlt sein. Bei dem aktiven Kühlen des thermischen Schilds kann die kryogene Flüssigkeit sieden und verdampfen. Der thermische Schild weist hierdurch eine Temperatur auf, die annähernd oder genau dem Siedepunkt der kryogenen Flüssigkeit entspricht. Der Siedepunkt der kryogenen Flüssigkeit ist vorzugsweise höher als der Siedepunkt des flüssigen Heliums. Der thermische Schild ist insbesondere innerhalb des Außenbehälters angeordnet.
  • Vorzugsweise weist der Innenbehälter und insbesondere das Isolationselement außenseitig eine Temperatur auf, die annähernd oder genau der Temperatur des in dem Innenbehälter gespeicherten Heliums entspricht. Die Temperatur des Heliums beträgt, je nachdem ob das Helium in flüssiger oder überkritischer Form vorliegt 4,2 bis 6 K. Vorzugsweise schließt der Deckelabschnitt des thermischen Schilds den Basisabschnitt stirnseitig vollständig ab. Der Basisabschnitt des thermischen Schilds kann einen kreisrunden oder einen annähernd kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Außenbehälter, der Innenbehälter, der Kühlmittelbehälter und der thermische Schild können rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Symmetrie- oder Mittelachse aufgebaut sein. Der Innenbehälter und der Außenbehälter sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Der Innenbehälter weist vorzugsweise einen rohrförmigen Basisabschnitt auf, der beidseitig mit gewölbten Deckelabschnitten verschlossen ist. Der Innenbehälter ist fluiddicht. Der Außenbehälter weist vorzugsweise ebenfalls einen rohrförmigen Basisabschnitt auf, der stirnseitig beidseits von Deckelabschnitten verschlossen ist. Der Basisabschnitt des Innenbehälters und/oder der Basisabschnitt des Außenbehälters können einen kreisrunden oder einen annähernd kreisrunden Querschnitt aufweisen.
  • Dadurch, dass der thermische Schild vorgesehen ist, ist gewährleistet, dass der Innenbehälter nur von Flächen umgeben ist, die eine dem Siedepunkt der kryogenen Flüssigkeit (Siedepunkt Stickstoff bei 1.3 bara: 79.5 K) entsprechende Temperatur aufweisen. Hierdurch besteht zwischen dem thermischen Schild (79.5 K) und dem Innenbehälter (Temperatur des Helium bei 1 bara bis 6 bara: 4,2 K bis 6 K) im Vergleich zur Umgebung des Außenbehälters nur eine geringe Temperaturdifferenz. Hierdurch kann die Haltezeit für das flüssige Helium im Vergleich zu bekannten Transportbehältern deutlich verlängert werden. Wärme von den Oberflächen des Innenbehälters zu dem thermischen Schild wird dabei nur durch Strahlung und Restgasleitung übertragen. Das heißt, die Oberfläche des thermischen Schilds kontaktiert den Innenbehälter nicht. Dadurch, dass der Deckelabschnitt des thermischen Schilds zwischen dem Innenbehälter und dem Kühlmittelbehälter angeordnet ist, ist auch bei einem sinkenden Flüssigkeitsstand der kryogenen Flüssigkeit in dem Kühlmittelbehälter stets gewährleistet, dass der Innenbehälter auch in Richtung des Kühlmittelbehälters von Flächen, die die Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs aufweisen, umgeben ist. Der Transportbehälter weist insbesondere eine Helium-Haltezeit von mindestens 45 Tagen auf und der Vorrat der kryogenen Flüssigkeit reicht für mindestens 40 Tage aus.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der thermische Schild in einem zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorgesehenen evakuierten Zwischenraum angeordnet.
  • Dadurch, dass der Zwischenraum evakuiert ist, kann die thermische Isolation des Innenbehälters verbessert werden. Vorzugsweise umfasst der Innenbehälter ein zusätzliches Isolationselement mit einer mehrlagigen Isolationsschicht und einer dem Schirm zugewandten metallisch blanken Kupferschicht. Die Isolationsschicht umfasst vorzugsweise mehrere abwechselnd angeordnete Schichten aus perforierter und geprägter Aluminiumfolie als Reflektor und Glaspapier als Abstandshalter zwischen den Aluminiumfolien. Die Isolationsschicht kann 10-lagig sein. Die Schichten aus Aluminiumfolie und Glaspapier sind spaltfrei auf dem Innenbehälter aufgebracht, das heißt, gepresst. Die Isolationsschicht ist eine sogenannte MLI (engl.: multilayer insulation) beziehungsweise kann als MLI bezeichnet werden. Das Isolationselement weist vorzugsweise ebenfalls eine dem Siedepunkt von Helium zumindest annähernd oder genau entsprechende Temperatur auf. Zwischen dem thermischen Schild und dem Außenbehälter kann eine weitere mehrlagige Isolationsschicht, insbesondere ebenfalls eine MLI, angeordnet sein, die den Zwischenraum zwischen dem thermischen Schild und dem Außenbehälter ausfüllt und somit den thermischen Schild außenseitig und den Außenbehälter innenseitig kontaktiert. Lagen aus Aluminiumfolie und Glaspapier, Glasseide oder Glasgittergewebe der Isolationsschicht sind hierbei abweichend von dem zuvor beschriebenen Isolationselement des Innenbehälters vorzugsweise flauschig in den Zwischenraum eingebracht. Flauschig heißt hierbei, dass die Lagen aus Aluminiumfolie und Glaspapier, Glasseide oder Glasgittergewebe nicht gepresst sind, so dass durch die Prägung und Perforierung der Aluminiumfolie die Isolationsschicht und damit der Zwischenraum störungsfrei evakuiert werden kann. Auch wird ein unerwünschter mechanisch-thermischer Kontakt zwischen den Aluminiumfolienlagen reduziert. Dieser Kontakt könnte den sich durch Strahlungsaustausch einstellenden Temperaturgradient der Aluminiumfolienlagen stören.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der thermische Schild zwei Deckelabschnitte auf, die den Basisabschnitt beidseitig stirnseitig abschließen.
  • Die Deckelabschnitte sind vorzugsweise gewölbt. Insbesondere sind die Deckelabschnitte bezüglich des Basisabschnitts jeweils nach außen gewölbt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform stützt sich der thermische Schild weder auf dem Innenbehälter noch auf dem Außenbehälter auf.
  • Dadurch, dass der thermische Schild weder auf dem Innenbehälter noch auf dem Außenbehälter abgestützt ist, kann eine bessere thermische Isolation erreicht werden. Insbesondere kann hierdurch der Wärmeeintrag in den Innenbehälter durch Wärmeleitung reduziert werden. Vorzugsweise umfasst der thermische Schild einen Tragring, der über Abstützungsstäbe, insbesondere Zugstäbe, an dem Außenbehälter aufgehängt ist. Der Innenbehälter ist vorzugsweise über weitere Abstützungsstäbe, insbesondere ebenfalls Zugstäbe, ebenfalls an dem Tragring abgehängt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der thermische Schild fluiddurchlässig.
  • Das heißt, der thermische Schild ist flüssigkeits- und gasdurchlässig. Hierzu kann der thermische Schild beispielsweise Durchbrüche, Lochungen oder Bohrungen aufweisen. Hierdurch kann der zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorgesehene Zwischenraum evakuiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der thermische Schild aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt.
  • Insbesondere ist der thermische Schild aus einem hochreinen Aluminiumwerkstoff gefertigt. Hierdurch ergeben sich besonders gute Wärmetransport- und Wärmereflexionseigenschaften.
  • Der thermische Schild weist zum aktiven Kühlen desselben zumindest eine Kühlleitung auf, in der die kryogene Flüssigkeit aufnehmbar ist.
  • Vorzugsweise zirkuliert die kryogene Flüssigkeit nicht in der Kühlleitung, sondern steht in dieser. Zum Kühlen des thermischen Schildes siedet die kryogene Flüssigkeit in der Kühlleitung, wodurch eine optimale Kühlung des thermischen Schilds gewährleistet ist. Die Kühlleitung kann mit dem thermischen Schild stoffschlüssig verbunden sein oder materialeinstückig mit dem thermischen Schild ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlmittelbehälter in Fluidverbindung mit der zumindest einen Kühlleitung, so dass die kryogene Flüssigkeit von dem Kühlmittelbehälter in die zumindest eine Kühlleitung nachströmt, wenn die kryogene Flüssigkeit in der zumindest einen Kühlleitung teilweise verdampft. Damit auch bei einem reduzierten Füllstand der kryogenen Flüssigkeit in dem Kühlmittelbehälter die kryogene Flüssigkeit die Kühlleitung vollständig benetzt, wird in dem Kühlmittelbehälter entsprechend des aufzubringenden hydrostatischen Drucks ein entsprechender Überdruck von 200 bis 300 mbar gehalten.
  • Insbesondere bilden sich in der kryogenen Flüssigkeit Gasblasen, die durch eine schräge Anordnung der Kühlleitung zu einem höchsten Punkt derselben geleitet werden können.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine Kühlleitung an dem Basisabschnitt und/oder an dem Deckelabschnitt des thermischen Schilds vorgesehen und/oder der Basisabschnitt ist stoffschlüssig mit dem Deckelabschnitt verbunden.
  • Insbesondere sind an beiden Deckelabschnitten derartige Kühlleitungen oder zumindest Abschnitte der Kühlleitungen vorgesehen. Dadurch, dass der Deckelabschnitt stoffschlüssig mit dem Basisabschnitt verbunden ist, kann die Kühlung des Deckelabschnitts durch Wärmeleitung erfolgen. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
  • Die zumindest eine Kühlleitung weist gegenüber einer Horizontalen eine Steigung auf.
  • Das heißt, die Kühlleitung ist gegenüber der Horizontalen geneigt. Die Horizontale ist senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung angeordnet. Beispielsweise schließt die Kühlleitung und insbesondere schließen schräge Abschnitte der Kühlleitung mit der Horizontalen einen vorbestimmten Winkel ein. Insbesondere schließen die Abschnitte mit der Horizontalen einen Winkel von größer als 3° ein. Der Winkel kann 3 bis 15° oder auch mehr betragen. Insbesondere kann der Winkel auch genau 3° betragen. Die Kühlleitung kann auch in Schwerkraftrichtung verlaufende Abschnitte aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Transportbehälter ferner einen Phasenseparator zum Trennen einer gasförmigen Phase der kryogenen Flüssigkeit von einer flüssigen Phase der kryogenen Flüssigkeit, wobei die zumindest eine Kühlleitung so angeordnet ist, dass diese in Richtung des Phasenseparators eine positive Steigung aufweist.
  • Unter einer positiven Steigung ist zu verstehen, dass die Kühlleitung in Richtung des Phasenseparators ansteigt. Hierdurch sammelt sich die gasförmige Phase in Form von Gasblasen in dem Phasenseparator. Der Phasenseparator umfasst vorzugsweise einen Schwimmer mit einem Schwimmkörper, der mit einem Ventilkörper gekoppelt ist. Sobald der Flüssigkeitsstand der flüssigen Phase in dem Phasenseparator durch das Einleiten der Gasblasen absinkt, wird der Ventilkörper von einem Ventilsitz abgehoben und die gasförmige Phase der kryogenen Flüssigkeit wird abgeblasen. Hierdurch strömt die flüssige Phase in den Phasenseparator nach, wodurch der Schwimmkörper wieder aufschwimmt und der Ventilkörper auf den Ventilsitz gedrückt wird. Insbesondere sorgt der Phasenseparator dafür, dass nur verdampfter, tiefkalter Stickstoff an die Umgebung abgegeben wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Transportbehälter ferner eine Vielzahl, insbesondere sechs, Kühlleitungen.
  • Die Anzahl der Kühlleitungen ist beliebig.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform schirmt der Deckelabschnitt des thermischen Schilds den Kühlmittelbehälter vollständig gegenüber dem Innenbehälter ab.
  • Hierunter ist zu verstehen, dass bei einer Blickrichtung von dem Innenbehälter in Richtung des Kühlmittelbehälters der Kühlmittelbehälter vollständig von dem Deckelabschnitt des thermischen Schirms abgedeckt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlmittelbehälter in einer Axialrichtung des Innenbehälters neben dem Innenbehälter angeordnet.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Innenbehälter und dem Kühlmittelbehälter ein Zwischenraum vorgesehen, in dem der Deckelabschnitt des thermischen Schirms angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umschließt der thermische Schild den Innenbehälter vollständig.
  • Hierdurch ist gewährleistet, dass der Innenbehälter vollständig von Flächen umgeben ist, die eine der Siedetemperatur der kryogenen Flüssigkeit entsprechende Temperatur aufweisen.
  • Weitere mögliche Implementierungen des Transportbehälters umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Transportbehälters hinzufügen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Transportbehälters sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Transportbehälters. Im Weiteren wird der Transportbehälter anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Transportbehälters;
    • Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des Transportbehälters gemäß Fig. 1;
    • Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des Transportbehälters gemäß Fig. 1;
    • Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Phasenseparators für den Transportbehälter gemäß Fig. 1;
    • Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß Fig. 4;
    • Fig. 6 zeigt eine schematische Rückansicht des Phasenseparators gemäß Fig. 4; und
    • Fig. 7 zeigt eine schematische Teilschnittansicht des Phasenseparators gemäß Fig. 4.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Transportbehälters 1 für flüssiges Helium He. Die Fig. 2 und 3 zeigen weitere schematische Schnittansichten des Transportbehälters 1. Im Folgenden wird auf die Fig. 1 bis 3 gleichzeitig Bezug genommen.
  • Der Transportbehälter 1 kann auch als Helium-Transportbehälter bezeichnet werden. Der Transportbehälter 1 kann auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind das zuvor erwähnte flüssige Helium He (Siedepunkt bei 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Wasserstoff H2 (Siedepunkt bei 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt bei 1 bara: 77,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff O2 (Siedepunkt bei 1 bara: 90,18 K = -182,97 °C).
  • Der Transportbehälter 1 umfasst einen Außenbehälter 2. Der Außenbehälter 2 ist beispielsweise aus Edelstahl gefertigt. Der Außenbehälter 2 kann eine Länge I2 von beispielsweise 10 m aufweisen. Der Außenbehälter 2 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 3, der stirnseitig beidseits jeweils mit Hilfe eines Deckelabschnitts 4, 5, insbesondere mit Hilfe eines ersten Deckelabschnitts 4 und eines zweiten Deckelabschnitts 5, verschlossen ist. Der Basisabschnitt 3 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Die Deckelabschnitte 4, 5 sind gewölbt. Die Deckelabschnitte 4, 5 sind gegensinnig gewölbt, so dass beide Deckelabschnitte 4, 5 bezüglich des Basisabschnitts 3 nach außen gewölbt sind. Der Außenbehälter 2 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht. Der Außenbehälter 2 weist eine Symmetrie- oder Mittelachse M1 auf, zu der der Außenbehälter 2 rotationssymmetrisch aufgebaut ist.
  • Der Transportbehälter 1 umfasst weiterhin einen Innenbehälter 6 zum Aufnehmen des flüssigen Heliums He. Der Innenbehälter 6 ist beispielsweise ebenfalls aus Edelstahl gefertigt. In dem Innenbehälter 6 können, solange sich das Helium He im Zweiphasengebiet befindet, eine Gaszone 7 mit verdampftem Helium He und eine Flüssigkeitszone 8 mit flüssigem Helium He vorgesehen sein. Der Innenbehälter 6 ist fluiddicht, insbesondere gasdicht, und kann ein Abblasventil zum gesteuerten Druckabbau umfassen. Der Innenbehälter 6 umfasst wie der Außenbehälter 2 einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 9, der beidseitig stirnseitig von Deckelabschnitten 10, 11, insbesondere einem ersten Deckelabschnitt 10 und einem zweiten Deckelabschnitt 11, verschlossen ist. Der Basisabschnitt 9 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen.
  • Der Innenbehälter 6 ist, wie der Außenbehälter 2, rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M1 ausgebildet. Ein zwischen dem Innenbehälter 6 und dem Außenbehälter 2 vorgesehener Zwischenraum 12 ist evakuiert. Der Innenbehälter 6 kann weiterhin ein in den Fig. 1 bis 3 nicht gezeigtes Isolationselement aufweisen. Das Isolationselement weist außenseitig eine hochreflektierende Kupferschicht, beispielsweise eine Kupferfolie oder eine mit Kupfer bedampfte Aluminiumfolie, und eine zwischen dem Innenbehälter 6 und der Kupferschicht angeordnete mehrlagige Isolationsschicht auf. Die Isolationsschicht umfasst mehrere abwechselnd angeordnete Schichten aus perforierter und geprägter Aluminiumfolie als Reflektor und Glaspapier als Abstandshalter zwischen den Aluminiumfolien. Die Isolationsschicht kann 10-lagig sein. Die Schichten aus Aluminiumfolie und Glaspapier sind spaltfrei auf dem Innenbehälter 6 aufgebracht, das heißt, gepresst. Die Isolationsschicht ist eine sogenannte MLI. Der Innenbehälter 6 und auch das Isolationselement weisen außenseitig etwa eine dem Siedepunkt des Heliums He entsprechende Temperatur auf.
  • Der Transportbehälter 1 umfasst weiterhin ein Kühlsystem 13 (Fig. 2, 3) mit einem Kühlmittelbehälter 14. In dem Kühlmittelbehälter 14 ist eine kryogene Flüssigkeit, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff N2, aufgenommen. Der Kühlmittelbehälter 14 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 15, der rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M1 aufgebaut sein kann. Der Basisabschnitt 15 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Der Basisabschnitt 15 ist stirnseitig jeweils durch einen Deckelabschnitt 16, 17 verschlossen. Die Deckelabschnitte 16, 17 können gewölbt sein. Insbesondere sind die Deckelabschnitte 16, 17 in die gleiche Richtung gewölbt. Der Kühlmittelbehälter 14 kann auch einen abweichenden Aufbau haben.
  • In dem Kühlmittelbehälter 14 kann eine Gaszone 18 mit verdampftem Stickstoff N2 und eine Flüssigkeitszone 19 mit flüssigem Stickstoff N2 vorgesehen sein. In einer Axialrichtung A des Innenbehälters 6 ist der Kühlmittelbehälter 14 neben dem Innenbehälter 6 angeordnet. Zwischen dem Innenbehälter 6, insbesondere dem Deckelabschnitt 11 des Innenbehälters 6, und dem Kühlmittelbehälter 14, insbesondere dem Deckelabschnitt 16 des Kühlmittelbehälters 14, ist ein Zwischenraum 20 vorgesehen, der Teil des Zwischenraums 12 sein kann. Das heißt, der Zwischenraum 20 ist ebenfalls evakuiert.
  • Der Transportbehälter 1 umfasst weiterhin einen dem Kühlsystem 13 zugeordneten thermischen Schild 21. Der thermische Schild 21 ist in dem zwischen dem Innenbehälter 6 und dem Außenbehälter 2 vorgesehenen evakuierten Zwischenraum 12 angeordnet. Der thermische Schild 21 ist mit Hilfe des flüssigen Stickstoffs N2 aktiv kühlbar oder aktiv gekühlt. Unter einer aktiven Kühlung ist vorliegend zu verstehen, dass der flüssige Stickstoff N2 zur Kühlung des thermischen Schilds 21 durch diesen hindurchgeleitet oder an diesem entlanggeleitet wird. Der thermische Schild 21 wird hierbei auf eine Temperatur abgekühlt, die etwa dem Siedepunkt des Stickstoffs N2 entspricht.
  • Der thermische Schild 21 umfasst einen zylinder- oder rohrförmigen Basisabschnitt 22, der beidseitig von einem diesen stirnseitig abschließenden Deckelabschnitt 23, 24 abgeschlossen ist. Sowohl der Basisabschnitt 22 als auch die Deckelabschnitte 23, 24 sind mit Hilfe des Stickstoffs N2 aktiv gekühlt. Der Basisabschnitt 22 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Der thermische Schild 21 ist vorzugsweise ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M1 aufgebaut. Ein erster Deckelabschnitt 23 des thermischen Schilds 21 ist zwischen dem Innenbehälter 6, insbesondere dem Deckelabschnitt 11 des Innenbehälters 6, und dem Kühlmittelbehälter 14, insbesondere dem Deckelabschnitt 16 des Kühlmittelbehälters 14, angeordnet. Ein zweiter Deckelabschnitt 24 des thermischen Schilds 21 ist dem Kühlmittelbehälter 14 abgewandt. Der thermische Schild 21 ist dabei selbsttragend. Das heißt, der thermische Schild 21 stützt sich weder auf dem Innenbehälter 6 noch auf dem Außenbehälter 2 ab. Hierzu kann an dem thermischen Schild 21 ein Tragring vorgesehen sein, der über Abstützungsstäbe, insbesondere Zugstäbe, an dem Außenbehälter 2 abgehängt ist. Weiterhin kann der Innenbehälter 6 über weitere Abstützungsstäbe, insbesondere Zugstäbe, an dem Tragring abgehängt sein. Der Wärmeeinfall durch die mechanischen Abstützungsstäbe wird teilweise durch den Tragring realisiert. Der Tragring besitzt Taschen, die eine größtmögliche thermische Länge der Abstützungsstäbe ermöglicht. Der Kühlmittelbehälter 14 besitzt Durchführungen für die mechanischen Abstützungsstäbe.
  • Zwischen dem thermischen Schild 21 und dem Außenbehälter 2 kann eine weitere mehrlagige Isolationsschicht, insbesondere eine MLI, angeordnet sein, die den Zwischenraum 12 völlig ausfüllt und somit den thermischen Schild 21 außenseitig und den Außenbehälter 2 innenseitig kontaktiert. Lagen aus Aluminiumfolie und Glaspapier, Glasseide oder Glasgittergewebe der Isolationsschicht sind hierbei abweichend von dem zuvor beschriebenen Isolationselement des Innenbehälters 6 flauschig in den Zwischenraum 12 eingebracht. Flauschig heißt hierbei, dass die Lagen aus Aluminiumfolie und Glaspapier, Glasseide oder Glasgittergewebe nicht gepresst sind, so dass durch die Prägung und Perforierung der Aluminiumfolie die Isolationsschicht und damit der Zwischenraum 12 störungsfrei evakuiert werden kann. Da dadurch der thermisch-mechanische Kontakt zwischen den Reflektorlagen minimiert wird, stellt sich der Temperaturgradient der Reflektorlagen annähernd gemäß dem reinen Strahlungsaustausch ein, wodurch der Wärmetransport minimiert wird.
  • Der thermische Schild 21 ist fluiddurchlässig. Das heißt, ein Zwischenraum 25 zwischen dem Innenbehälter 6 und dem thermischen Schild 21 ist in Fluidverbindung mit dem Zwischenraum 12. Hierdurch können die Zwischenräume 12, 25 gleichzeitig evakuiert werden. In dem thermischen Schild 21 können Bohrungen, Durchbrüche oder dergleichen vorgesehen sein, um ein Evakuieren der Zwischenräume 12, 25 zu ermöglichen. Der thermische Schild 21 ist vorzugsweise aus einem hochreinen Aluminiumwerkstoff gefertigt. Der thermische Schild 21 ist umlaufend beabstandet von der Kupferschicht des Isolationselements des Innenbehälters 6 angeordnet und berührt diese nicht. Der Wärmeeinfall erfolgt dadurch hauptsächlich durch Strahlung und wird dadurch auf das physikalisch mögliche Minimum reduziert. Eine Spaltbreite eines zwischen der Kupferschicht und dem thermischen Schilds 21 vorgesehenen Spalts kann 10 mm betragen. Hierdurch kann Wärme von dem Innenbehälter 6 zu dem thermischen Schild 21 nur durch Strahlung und Restgasleitung übertragen werden.
  • Der erste Deckelabschnitt 23 des thermischen Schirms 21 schirmt den Kühlmittelbehälter 14 vollständig gegenüber dem Innenbehälter 6 ab. Das heißt, mit Blickrichtung von dem Innenbehälter 6 auf den Kühlmittelbehälter 14 ist der Kühlmittelbehälter 14 vollständig von dem ersten Deckelabschnitt 23 des thermischen Schirms 21 abgedeckt. Insbesondere umschließt der thermische Schild 21 den Innenbehälter 6 vollständig. Das heißt, der Innenbehälter 6 ist vollständig innerhalb des thermischen Schilds 21 angeordnet, wobei der thermische Schild 21, wie zuvor schon erwähnt, nicht fluiddicht ist.
  • Wie die Fig. 2 und 3 weiterhin zeigen, umfasst der thermische Schild 21 zum aktiven Kühlen desselben zumindest eine Kühlleitung 26. Vorzugsweise sind mehrere derartige Kühlleitungen 26, beispielsweise sechs derartige Kühlleitungen 26, vorgesehen. Die Kühlleitung 26 kann zwei in Schwerkraftrichtung g verlaufende senkrechte Abschnitte 27, 28 sowie zwei schräge Abschnitte 29, 30 umfassen. Die senkrechten Abschnitte 27, 28 können an den Deckelabschnitten 23, 24 des thermischen Schilds 21 vorgesehen sein.
  • Die Kühlleitung 26 ist über eine Anschlussleitung 31 mit dem Kühlmittelbehälter 14 in Fluidverbindung, so dass der flüssige Stickstoff N2 von dem Kühlmittelbehälter 14 in die Kühlleitung 26 gedrückt wird. Die Anschlussleitung 31 mündet in einen Verteiler 32, von dem der Abschnitt 27 und der Abschnitt 30 abzweigen. Der Abschnitt 29 und der Abschnitt 28 treffen sich an einem Sammler 33, von dem eine Anschlussleitung 34 zu einem außerhalb des Außenbehälters 2 angeordneten Phasenseparator 35 führt. Der Phasenseparator 35 ist dazu eingerichtet, gasförmigen Stickstoff N2 von flüssigem Stickstoff N2 zu trennen. Über den Phasenseparator 35 kann der gasförmige Stickstoff N2 aus dem Kühlsystem 13 abgeblasen werden.
  • Die Kühlleitung 26 oder die Kühlleitungen 26 sind sowohl an dem Basisabschnitt 22 als auch an den Deckelabschnitten 23, 24 des thermischen Schilds 21 vorgesehen. Alternativ sind die Deckelabschnitte 23 und 24 materialschlüssig mit dem Basisabschnitt 22 verbunden. Beispielsweise sind die Deckelabschnitte 23, 24 mit dem Basisabschnitt 22 verschweißt. Wenn die Deckelabschnitte 23, 24 materialschlüssig, das heißt, stoffschlüssig mit dem Basisabschnitt 22 verbunden sind, kann die Kühlung der Deckelabschnitte 23, 24 durch Wärmeleitung erfolgen. Die Kühlleitung 26 und insbesondere die schrägen Abschnitte 29, 30 der Kühlleitung 26 weisen gegenüber einer Horizontalen H, die senkrecht zu der Schwerkraftrichtung g angeordnet ist, eine Steigung auf. Insbesondere schließen die Abschnitte 29, 30 mit der Horizontalen H einen Winkel α von größer als 3° ein. Der Winkel α kann 3 bis 15° oder auch mehr betragen. Insbesondere kann der Winkel α auch genau 3° betragen. Insbesondere weisen die Abschnitte 29, 30 in Richtung des Phasenseparators 35 eine positive Steigung auf.
  • Eine Ausführungsform des Phasenseparators 35 ist in den Fig. 4 bis 7 gezeigt. Der Phasenseparator 35 umfasst ein Gehäuse 36 mit einem rohrförmigen Basisabschnitt 37, der stirnseitig beidseits stirnseitig mit Deckelabschnitten 38, 39 verschlossen ist. In dem Gehäuse 36 aufgenommen ist ein Innengehäuse 40 mit einem rohrförmigen Basisabschnitt 41, der beidseits durch Deckelabschnitte 42, 43 stirnseitig verschlossen ist. Zwischen dem Gehäuse 36 und dem Innengehäuse 40 ist ein evakuierter Isolationsraum 44 vorgesehen. Der Isolationsraum 44 kann beispielsweise mit einer MLI versehen sein oder mit Perlit beziehungsweise Mikroglaskugeln gefüllt sein. Eine teilweise ebenfalls vakuumgedämmte Anschlussleitung 45 ist in Fluidverbindung mit der Anschlussleitung 34. Der Phasenseparator 35 umfasst weiterhin eine Abblasleitung 46, über die gasförmiger Stickstoff N2 abgeführt wird. Die Anschlussleitung 45 ist mit einem in dem Innengehäuse 40 vorgesehenen Innenraum 47 in Fluidverbindung. Die Anschlussleitung 45 ist bezüglich der Abblasleitung 46 um einen Winkel β verdreht. Der Winkel β kann 45 bis 90° betragen.
  • In dem Innenraum 47 ist ein Schwimmer 48 vorgesehen. Der Schwimmer 48 umfasst einen mit einer gasdichten metallischen Ummantelung versehenen Schwimmkörper 49, dessen Inneres von einem Kunststoffschaum ausgefüllt ist. Der Schwimmkörper 49 ist über eine Achse 50 fest mit einem Gegengewicht 51 verbunden. An der Achse 50 ist ein Ventilkörper 52 befestigt, der in einem Ventilsitz 53 linear verschieblich angeordnet ist. Die Achse 50 ist an einer Drehachse 54 drehbar in dem Innengehäuse 40 gelagert. Das heißt, bei einem sinkenden Flüssigkeitsstand des flüssigen Stickstoffs N2 in dem Innenraum 47 sinkt der Schwimmkörper 49 ab, wodurch sich die Achse 50 um die Drehachse 54 dreht, wodurch wiederum der Ventilkörper 52 von dem Ventilsitz 53 abgehoben wird, um den gasförmigen Stickstoff N2 über die Abblasleitung 46 abzublasen. Der Phasenseparator 35 sorgt dafür, dass nur verdampfter, tiefkalter Stickstoff N2 an die Umgebung abgegeben wird. Der Phasenseparator 35 ist insbesondere ein durch den Schwimmer 48 geregeltes kryogenes Ventil. Die Besonderheit des Phasenseparators 35 ist das Gegengewicht 51 des horizontal gelagerten Schwimmkörpers 49, das bei Beschleunigungen ein unbeabsichtigtes Abheben des Ventilkörpers 52 von dem Ventilsitz 53 verhindert.
  • Der Phasenseparator 35 umfasst weiterhin ein Ventil 55 zum Erzeugen eines Vakuums in dem Isolationsraum 44. In dem Innengehäuse 40 kann ein Prallblech 56 angeordnet sein, das eine Schwallbewegung des flüssigen Stickstoffs N2 reduzieren soll.
  • Weiterhin ist, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, an dem Kühlmittelbehälter 14 ein Abblasventil 57 angeordnet, um durch Abblasen des gasförmigen Stickstoffs N2 den eingestellten Überdruck in dem Kühlmittelbehälter 14 zu halten.
  • Die Funktionsweise des Transportbehälters 1 wird im Folgenden erläutert. Vor dem Befüllen des Innenbehälters 6 mit dem flüssigen Helium He wird zunächst der thermische Schild 21 mit Hilfe von tiefkaltem anfangs gasförmigen und später flüssigen Stickstoff N2 zumindest annähernd oder ganz bis auf den Siedepunkt (1,3 bara, 79,5 K) des flüssigen Stickstoffs N2 abgekühlt. Der Innenbehälter 6 wird dabei noch nicht aktiv gekühlt. Bei dem Abkühlen des thermischen Schilds 21 wird das sich noch in dem Zwischenraum 12 befindende Vakuum-Restgas an dem thermischen Schild 21 ausgefroren. Hierdurch kann bei einem Befüllen des Innenbehälters 6 mit dem flüssigen Helium He verhindert werden, dass das Vakuum-Restgas außenseitig auf dem Innenbehälter 6 ausgefroren wird und somit die metallisch blanke Oberfläche der Kupferschicht des Isolationselements des Innenbehälters 6 verunreinigt. Sobald der thermische Schild 21 und der Kühlmittelbehälter 14 vollständig abgekühlt sind und der Kühlmittelbehälter 14 wieder vollständig mit Stickstoff N2 aufgefüllt ist, wird der Innenbehälter 6 mit dem flüssigen Helium He befüllt.
  • Der Transportbehälter 1 kann zum Transportieren des Heliums He nun auf ein Transportfahrzeug, wie beispielsweise einen Lastkraftwagen oder ein Schiff, verbracht werden. Hierbei wird der thermische Schild 21 kontinuierlich mit Hilfe des flüssigen Stickstoffs N2 gekühlt. Der flüssige Stickstoff N2 wird dabei verbraucht und siedet in den Kühlleitungen 26. Dabei entstehende Gasblasen werden durch den in dem Kühlsystem 13 bezüglich der Schwerkraftrichtung g am höchsten angeordneten Phasenseparator 35 zugeführt. Hierdurch sinkt der Flüssigkeitsstand in dem Innenraum 47 des Phasenseparators 35 ab, wodurch auch der Schwimmkörper 49 absinkt und sich die Achse 50 um die Drehachse 54 dreht, wodurch der Ventilkörper 52 von dem Ventilsitz 53 abgehoben wird. Hierdurch wird der gasförmige Stickstoff N2 über die Abblasleitung 46 abgeblasen. Sobald der gasförmige Stickstoff N2 aus dem Kühlsystem 13 entfernt ist, strömt flüssiger Stickstoff N2 in den Phasenseparator 35 nach, wodurch der Schwimmkörper 49 wieder aufschwimmt und der Ventilkörper 52 auf den Ventilsitz 53 gepresst wird. Das Öffnen und Schließen des Phasenseparators 35 erfolgt dabei im Hertzbereich.
  • Durch die Massenträgheit des Gegengewichts 51 kann verhindert werden, dass der Schwimmkörper 49 beim Transport, beispielsweise durch Vibrationen, ungewollt beschleunigt wird, wodurch sich der Ventilkörper 52 von dem Ventilsitz 53 abheben könnte. Hierdurch kann ein unerwünschter Verlust von Stickstoff N2 verhindert werden. Dadurch, dass der thermische Schild 21 auch zwischen dem Kühlmittelbehälter 14 und dem Innenbehälter 6 angeordnet ist, kann auch bei einem sinkenden Füllstand beziehungsweise Flüssigkeitsstand an Stickstoff N2 in dem Kühlmittelbehälter 14 zuverlässig gewährleistet werden, dass der Innenbehälter 6 ausreichend gekühlt wird. Dadurch, dass der Innenbehälter 6 von dem thermischen Schild 21 vollständig umgeben ist, ist gewährleistet, dass der Innenbehälter 6 nur von Flächen umgeben ist, die eine dem Siedepunkt (1,3 bara, 79,5 K) von Stickstoff N2 entsprechende Temperatur aufweisen. Hierdurch besteht zwischen dem thermischen Schild 21 (79,5 K) und dem Innenbehälter 6 (4,2 - 6 K) nur eine geringe Temperaturdifferenz. Hierdurch kann die Haltezeit für das flüssige Helium He im Vergleich zu bekannten Transportbehältern deutlich verlängert werden. Wärme von dem Innenbehälter 6 zu dem thermischen Schild 21 wird dabei nur durch Strahlung und Restgasleitung übertragen. Der Transportbehälter 1 weist insbesondere eine Helium-Haltezeit von mindestens 45 Tagen auf und der Vorrat an flüssigem Stickstoff N2 reicht für mindestens 40 Tage aus.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie innerhalb des Umfangs der Ansprüche vielfältig modifizierbar.
    • Verwendete Bezuaszeichen
    • 1
    Transportbehälter
    2
    Außenbehälter
    3
    Basisabschnitt
    4
    Deckelabschnitt
    5
    Deckelabschnitt
    6
    Innenbehälter
    7
    Gaszone
    8
    Flüssigkeitszone
    9
    Basisabschnitt
    10
    Deckelabschnitt
    11
    Deckelabschnitt
    12
    Zwischenraum
    13
    Kühlsystem
    14
    Kühlmittelbehälter
    15
    Basisabschnitt
    16
    Deckelabschnitt
    17
    Deckelabschnitt
    18
    Gaszone
    19
    Flüssigkeitszone
    20
    Zwischenraum
    21
    Schild
    22
    Basisabschnitt
    23
    Deckelabschnitt
    24
    Deckelabschnitt
    25
    Zwischenraum
    26
    Kühlleitung
    27
    Abschnitt
    28
    Abschnitt
    29
    Abschnitt
    30
    Abschnitt
    31
    Anschlussleitung
    32
    Verteiler
    33
    Sammler
    34
    Anschlussleiter
    35
    Phasenseparator
    36
    Gehäuse
    37
    Basisabschnitt
    38
    Deckelabschnitt
    39
    Deckelabschnitt
    40
    Innengehäuse
    41
    Basisabschnitt
    42
    Deckelabschnitt
    43
    Deckelabschnitt
    44
    Isolationsraum
    45
    Anschlussleitung
    46
    Abblasleitung
    47
    Innenraum
    48
    Schwimmer
    49
    Schwimmkörper
    50
    Achse
    51
    Gegengewicht
    52
    Ventilkörper
    53
    Ventilsitz
    54
    Drehachse
    55
    Ventil
    56
    Prallblech
    57
    Abblasventil
    A
    Axialrichtung
    g
    Schwerkraftrichtung
    H
    Horizontale
    He
    Helium
    H2
    Wasserstoff
    I2
    Länge
    M1
    Mittelachse
    N2
    Stickstoff
    O2
    Sauerstoff
    α
    Winkel
    β
    Winkel

Claims (12)

  1. Transportbehälter (1) für Helium (He), mit einem Innenbehälter (6) zum Aufnehmen des Heliums (He), einem Kühlmittelbehälter (14) zum Aufnehmen einer kryogenen Flüssigkeit (N2), einem Außenbehälter (2), in dem der Innenbehälter (6) und der Kühlmittelbehälter (14) aufgenommen sind, und einem thermischen Schild (21), der mit Hilfe der kryogenen Flüssigkeit (N2) aktiv kühlbar ist, wobei der thermische Schild (21) einen rohrförmigen Basisabschnitt (22), in dem der Innenbehälter (6) aufgenommen ist, und einen den Basisabschnitt (22) stirnseitig abschließenden Deckelabschnitt (23, 24) aufweist, der zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Kühlmittelbehälter (14) angeordnet ist, wobei zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Kühlmittelbehälter (14) ein Zwischenraum (20) vorgesehen ist, in dem der Deckelabschnitt (23, 24) des thermischen Schilds (21) angeordnet ist, wobei der thermische Schild (21) zum aktiven Kühlen desselben zumindest eine Kühlleitung (26) aufweist, in der die kryogene Flüssigkeit (N2) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlleitung (26) schräge Abschnitte (29, 30) und in einer Schwerkraftrichtung (g) verlaufende Abschnitte (27, 28) aufweist, und dass die schrägen Abschnitte (29, 30) gegenüber einer Horizontalen (H) eine Steigung aufweisen.
  2. Transportbehälter nach Anspruch 1, wobei der thermische Schild (21) in einem zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Außenbehälter (2) vorgesehenen evakuierten Zwischenraum (12) angeordnet ist.
  3. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der thermische Schild (21) zwei Deckelabschnitte (23, 24) aufweist, die den Basisabschnitt (22) beidseitig stirnseitig abschließen.
  4. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei der thermische Schild (21) fluiddurchlässig ist.
  5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei der thermische Schild (21) aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt ist.
  6. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei der Kühlmittelbehälter (14) in Fluidverbindung mit der zumindest einen Kühlleitung (26) ist, so dass die kryogene Flüssigkeit (N2) von dem Kühlmittelbehälter (14) in die zumindest eine Kühlleitung (26) nachströmt, wenn die kryogene Flüssigkeit (N2) in der zumindest einen Kühlleitung (26) teilweise verdampft.
  7. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die zumindest eine Kühlleitung (26) an dem Basisabschnitt (22) und/oder an dem Deckelabschnitt (23, 24) des thermischen Schilds vorgesehen ist und/oder wobei der Basisabschnitt (22) stoffschlüssig mit dem Deckelabschnitt (23, 24) verbunden ist.
  8. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 7, ferner umfassend einen Phasenseparator (35) zum Trennen einer gasförmigen Phase der kryogenen Flüssigkeit (N2) von einer flüssigen Phase der kryogenen Flüssigkeit (N2), wobei die zumindest eine Kühlleitung (26) so angeordnet ist, dass diese in Richtung des Phasenseparators (35) eine positive Steigung aufweist.
  9. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 8, ferner umfassend eine Vielzahl, insbesondere sechs, Kühlleitungen (26).
  10. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei der Deckelabschnitt (23, 24) des thermischen Schilds (21) den Kühlmittelbehälter (14) vollständig gegenüber dem Innenbehälter (6) abschirmt.
  11. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der Kühlmittelbehälter (14) in einer Axialrichtung (A) des Innenbehälters (6) neben dem Innenbehälter (6) angeordnet ist.
  12. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 11, wobei der thermische Schild (21) den Innenbehälter (6) vollständig umschließt.
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