JP6949049B2 - 輸送容器 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリウム用の輸送容器に関する。

ヘリウムは、天然ガスと一緒に採掘される。大量のヘリウムの輸送は、経済的な理由から、液体もしくは超臨界的な形態で、すなわち、約４．２〜６Ｋの温度および１〜６ｂａｒの圧力下で行われる場合に限って合理的である。液体ヘリウムもしくは超臨界ヘリウムの輸送には、ヘリウムの圧力が急速に上昇し過ぎることを回避するために精巧に断熱される輸送容器が用いられる。この種の輸送容器は、例えば液体窒素によって冷却させることができる。この場合、液体窒素で冷却された熱シールドが設けられる。熱シールドは、輸送容器の内側容器を遮蔽する。内側容器には、液体ヘリウムもしくは極低温ヘリウムが収容されている。液体ヘリウムもしく極低温ヘリウムに対する保持期間は、この種の輸送容器の場合、３５〜４０日間であり、すなわち、この期間の経過後は、内側容器内の圧力は６ｂａｒの最大値まで上昇する。液体窒素の備蓄は、ほぼ３５日分で足りる。輸送容器の断熱材は、高真空多層断熱材からなる。

欧州特許第１６７３７４５号明細書（ＥＰ１６７３７４５Ｂ１）には、この種の液体ヘリウム用の輸送容器が記載されている。この輸送容器は、液体ヘリウムが収容されている内側容器と、内側容器を部分的に覆う熱シールドと、熱シールドを冷却するための極低温液体が収容されている冷媒容器と、これらの内側容器、熱シールドおよび冷媒容器が配置されている外側容器とを含む。

この背景を踏まえて、本発明の課題は、改善された輸送容器を提供することにある。

したがって、ヘリウム用の輸送容器が提案される。この輸送容器は、ヘリウムを収容する内側容器と、極低温液体を収容する冷媒容器と、内側容器および冷媒容器が収容された外側容器と、極低温液体を用いて能動的に冷却可能である熱シールドとを含み、熱シールドは、内側容器が収容された管状のベース区間と、ベース区間を端面で閉鎖しかつ内側容器と冷媒容器との間に配置されたカバー区間とを有し、内側容器と冷媒容器との間に、熱シールドのカバー区間が配置された中間室が設けられている。

内側容器は、ヘリウム容器または内側タンクと称することもできる。輸送容器は、ヘリウム輸送容器と称することもできる。ヘリウムは、液体ヘリウムまたは極低温ヘリウムと称することができる。ヘリウムは同様に、特に極低温液体である。輸送容器は、特に、ヘリウムを極低温または液体もしくは超臨界的な形態で輸送するように構成されている。熱力学において、臨界点は、液相および気相の密度の等化によって特徴付けられる物質の熱力学状態である。２つの凝集状態の差異は、この時点で存在しなくなる。相図において、点は蒸気圧曲線の上端を表す。ヘリウムは、液体もしくは極低温の形態で内側容器に充填される。次いで、内側容器内では、液体ヘリウムを有する液体ゾーンと、気体ヘリウムを有する気体ゾーンとが生じる。つまり、このヘリウムは、内側容器に充填された後、異なる凝集状態の２つの相、詳細には液体および気体形態の２つの相を有する。すなわち、内側容器には、液体ヘリウムと気体ヘリウムとの間で相境界が存在する。所定時間の経過後、すなわち、内側容器内の圧力が上昇すると、内側容器内に存在するヘリウムは単相になる。次いで、相境界はもはや存在せず、ヘリウムは超臨界状態である。

極低温液体または寒剤は、好ましくは液体窒素である。極低温液体は、冷媒と称することもできる。極低温液体は、代替的に、例えば液体水素または液体酸素であってもよい。熱シールドが能動的に冷却可能であるか、または能動的に冷却されるということは、極低温液体が当該熱シールドを少なくとも部分的に貫流するかまたはその周りを流れることで、当該熱シールドが冷却されることを意味するものと理解されたい。特に、熱シールドは作動状態にあるだけであり、すなわち、内側容器にヘリウムが充填されているときに、能動的に冷却されている。極低温液体が消費されているときには、熱シールドは冷却されなくてもよい。熱シールドの能動的な冷却の際には、極低温液体は沸騰して蒸発し得る。これにより、熱シールドは、極低温液体の沸点にほぼもしくは正確に一致する温度を有する。極低温液体の沸点は、好ましくは、液体ヘリウムの沸点よりも高い。熱シールドは、特に外側容器の内部に配置されている。

好ましくは、内側容器、特に断熱要素の外側は、内側容器内に貯蔵されたヘリウムの温度にほぼもしくは正確に一致する温度を有する。ヘリウムの温度は、ヘリウムが液体または超臨界的な形態で存在するか否かに応じて４．２〜６Ｋである。好ましくは、熱シールドのカバー区間は、ベース区間を端面で完全に閉鎖する。熱シールドのベース区間は、円形またはほぼ円形の断面を有し得る。外側容器、内側容器、冷媒容器および熱シールドは、共通の対称軸線または中心軸線に対して回転対称に構成されていてもよい。内側容器および外側容器は、好ましくはステンレス鋼から製造されている。内側容器は、好ましくは、湾曲したカバー区間によって両側が閉鎖された管状のベース区間を有する。内側容器は流体密である。外側容器も好ましくは同様に、両側の端面がカバー区間によって閉鎖された管状のベース区間を有する。内側容器のベース区間および／または外側容器のベース区間は、円形またはほぼ円形の断面を有し得る。

熱シールドが設けられていることによって、内側容器は、極低温液体の沸点（１．３ｂａｒａにおける窒素の沸点：７９．５Ｋ）に相応する温度を有する表面のみによって取り囲まれることが保証される。これにより、熱シールド（７９．５Ｋ）と内側容器（１ｂａｒａ〜６ｂａｒａにおけるヘリウムの温度：４．２Ｋ〜６Ｋ）との間では、外側容器の周囲に比べて、僅かな温度差のみが生じる。これにより、液体ヘリウムの保持期間も、公知の輸送容器に比べて大幅に延長され得る。この場合、内側容器の表面から熱シールドへの熱の伝達は、放射と残留ガス伝導とによってのみ行われる。すなわち、熱シールドの表面は、内側容器に接触しない。熱シールドのカバー区間が内側容器と冷媒容器との間に配置されていることによって、冷媒容器内の極低温液体の液位ないし液面が下がった場合でも、常に、内側容器が、冷媒容器の方向でも液体窒素の沸騰温度を有する表面によって取り囲まれていることが保証されている。輸送容器は、特に、少なくとも４５日のヘリウム保持期間を有し、極低温液体のストックは、少なくとも４０日間で十分である。

一実施形態によれば、熱シールドは、内側容器と外側容器との間に設けられ排気された中間室に配置されている。

中間室が排気されていることによって、内側容器の断熱を向上させることができる。好ましくは、内側容器は、多層の断熱層と、シールドに面するメタリックな光沢の銅層とを有する付加的な断熱要素を含む。この断熱層は、好ましくは、穿孔されエンボス加工された反射体としてのアルミニウム箔と、これらのアルミニウム箔間のスペーサとしてのガラスペーパーとからなる、交互に配置された複数の層を含む。この断熱層は、１０層であってもよい。アルミニウム箔とガラスペーパーとからなるこれらの層は、隙間なく内側容器に被着されている。すなわち、圧入されている。この断熱層は、いわゆるＭＬＩ（英記：multilayer insulation）であり、もしくはＭＬＩと称することもできる。断熱要素も同様に好ましくは、ヘリウムの沸点に少なくともほぼもしくは正確に一致する温度を有する。熱シールドと外側容器との間には、さらなる多層の断熱層、特に、同様のＭＬＩが配置されていてもよい。この断熱層は、熱シールドと外側容器との間の中間室を満たし、それによって熱シールド外側および外側容器の内側に接触する。断熱層のアルミニウム箔およびガラスペーパー、ガラス絹もしくはガラス繊維メッシュからなる層は、ここでは、上述した内側容器の断熱要素とは異なって、好ましくは、中間室内に緩やかに挿入されている。この緩やかにとは、ここでは、アルミニウム箔およびガラスペーパー、ガラス絹もしくはガラス繊維メッシュからなる層が圧入されていないことを意味している。そのため、アルミニウム箔のエンボス加工および穿孔によって、断熱層、ひいては中間室が問題なく排気され得る。また、アルミニウム箔層間の不所望な機械的熱的接触も低減される。この接触は、アルミニウム箔層の放射交換によって生じる温度勾配を損なわせる可能性がある。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、ベース区間を両側の端面で閉鎖する２つのカバー区間を有する。

これらのカバー区間は好ましくは湾曲している。特にこれらのカバー区間は、ベース区間に関してそれぞれ外側に湾曲している。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、内側容器にも、外側容器にも支持されていない。

熱シールドが内側容器にも外側容器にも支持されていないことにより、より良好な断熱が達成され得る。特に、これにより、熱伝導による内側容器への熱入力を低減することができる。好ましくは、熱シールドは、支持ロッド、特にテンションロッドを介して外側容器から懸架されている支持リングを含む。内側容器は、好ましくはさらなる支持ロッド、特に同様のテンションロッドを介して、同様に支持リングから懸架されている。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、流体透過性である。

すなわち、熱シールドは流体および気体透過性である。この目的のために、熱シールドは、例えば開口、孔部または穿孔を有することができる。これにより、内側容器と外側容器との間に設けられた中間室を排気することができる。

さらなる実施形態によれば、熱シールドはアルミニウム材料から製造されている。

特に、熱シールドは、高純度のアルミニウム材料から製造されている。これにより、特に良好な熱輸送および熱反射の特性が生じる。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、自身の能動的な冷却のために、極低温液体が収容可能である少なくとも１つの冷却ラインを有する。

好ましくは、極低温液体は、冷却ライン内を循環するのではなく、冷却ライン内に存在する。熱シールドの冷却のために、極低温液体は冷却ライン内で沸騰し、これにより、熱シールドの最適な冷却が保証されている。冷却ラインは、熱シールドと素材結合的に接続されてもよく、あるいは熱シールドと一体的な材料で形成されてもよい。

さらなる実施形態によれば、冷媒容器は、少なくとも１つの冷却ラインと流体連通しており、それによって極低温液体は、当該極低温液体が少なくとも１つの冷却ラインにおいて部分的に蒸発するときに、冷媒容器から少なくとも１つの冷却ラインに流れ込む。冷媒容器内の極低温液体の充填レベルが下がった場合でも、極低温液体が冷却ラインを完全に濡らすようにするために、冷媒容器内では、印加すべき静水圧に応じて２００〜３００ｍｂａｒの対応する過圧が維持される。

特に、極低温液体内では気泡が形成され、この気泡は、冷却ラインの斜め配置により、その最高位点まで誘導することができる。

さらなる実施形態によれば、少なくとも１つの冷却ラインは、熱シールドのベース区間および／またはカバー区間に設けられ、かつ／またはベース区間は、カバー区間と素材結合的に接続されている。

特に、この種の冷却ラインまたは冷却ラインの少なくとも一部は、両方のカバー区間に設けられている。カバー区間がベース区間と素材結合的に接続されていることによって、カバー区間の冷却は熱伝導によって行うことができる。素材結合的な接続の場合、接続パートナーは原子もしくは分子力によって結束される。素材結合的な接続は、接続手段の破壊によってのみ分離させることができる取り外し不可能な接続である。

さらなる実施形態によれば、少なくとも１つの冷却ラインは、水平線に対して勾配を有する。

すなわち、冷却ラインは、水平線に対して傾斜している。この水平線は、重力方向に対して垂直に配置されている。例えば、冷却ラインは、特に、冷却ラインの傾斜区間は、水平線と所定の角度をなす。特に、これらの区間は、水平線と３°よりも大きな角度をなす。この角度は、３〜１５°かまたはそれ以上であり得る。特に、この角度は、正確に３°であってもよい。冷却ラインは、重力方向に延びる区間を有することもできる。

さらなる実施形態によれば、輸送容器は、さらに、極低温液体の液相から極低温液体の気相を分離する相分離器を含み、この場合、少なくとも１つの冷却ラインは、自身が相分離器の方向に正の勾配を有するように配置されている。

正の勾配とは、冷却ラインが相分離器の方向に上昇することを意味するものと理解されたい。これにより、気相は相分離器内で気泡の形態で集まる。相分離器は、好ましくは、弁体に結合されたフロート体を有するフロートを含む。相分離器内で液相の液面が気泡の導入によって下がると直ちに、弁体は、弁座から持ち上げられ、極低温液体の気相が吹出される。これにより、液相が相分離器内に流れ込み、それによって、フロート体が再び浮揚し、弁体が弁座に押し付けられる。特に、相分離器は、蒸発した極低温窒素のみが周囲に放出されることを考慮する。

さらなる実施形態によれば、輸送容器は、さらに複数の、特に６つの冷却ラインを含む。

冷却ラインの数は任意である。

さらなる実施形態によれば、熱シールドのカバー区間は、冷媒容器を内側容器から完全に遮蔽する。

このもとでは、内側容器から冷媒容器の方向の視線方向において、冷媒容器が熱シールドのカバー区間によって完全に覆われていることを意味するものと理解されたい。

さらなる実施形態によれば、冷媒容器は、内側容器の軸線方向で見て内側容器に隣接して配置されている。

好ましくは、内側容器と冷媒容器との間に、熱シールドのカバー区間が配置された中間室が設けられている。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、内側容器を完全に取り囲む。

これにより、内側容器が、極低温液体の沸騰温度に相応する温度を有する表面によって完全に取り囲まれていることが保証されている。

輸送容器のさらなる可能な実施形態は、上記のもしくは以下に実施例に関連して記載する特徴または実施形態の明示されていない組合せも含む。この場合、当業者であれば、輸送容器のそれぞれの基本形態に、改良または補足として個々の態様も追加し得るであろう。

輸送容器のさらなる好ましい構成は、従属請求項の主題ならびに以下に記載する輸送容器の実施例である。さらに、輸送容器を、好ましい実施形態に基づいて添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。

輸送容器の一実施形態の概略的断面図 図１による輸送容器のさらなる概略的断面図 図１による輸送容器のさらなる概略的断面図 図１による輸送容器のための相分離器の一実施形態の概略的断面図 図４による詳細図Ｖ 図４による相分離器の概略的背面図 図４による相分離器の概略的部分断面図

図面中、同じ要素または機能の同じ要素には、特段の記載がない限り同じ参照符号が付されている。

図１は、液体ヘリウムＨｅ用の輸送容器１の一実施形態の大幅に簡素化された概略的断面図を示す。図２および３は、輸送容器１のさらなる概略的断面図を示す。以下では、図１〜図３を同時に参照する。

輸送容器１は、ヘリウム輸送容器と称することもできる。輸送容器１は、他の極低温液体にも用いることができる。極低温液体、または単に寒剤に対する例には、前述の液体ヘリウムＨｅ（１ｂａｒａにおける沸点：４．２２２Ｋ＝−２６８．９２８℃）、液体水素Ｈ_２（１ｂａｒａにおける沸点：２０．２６８Ｋ＝−２５２．８８２℃）、液体窒素Ｎ_２（１ｂａｒａにおける沸点：７７．３５Ｋ＝−１９５．８０℃）または液体酸素Ｏ_２（１ｂａｒａにおける沸点：９０．１８Ｋ＝−１８２．９７℃）である。

輸送容器１は、外側容器２を含む。外側容器２は、例えばステンレス鋼から製造されている。外側容器２は、例えば１０メートルの長さｌ_２を有することができる。外側容器２は、管状または円筒状のベース区間３を含み、このベース区間３は、両側の端面のそれぞれがカバー区間４，５を用いて、特に第１のカバー区間４と第２のカバー区間５とを用いて閉鎖されている。ベース区間３の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。カバー区間４，５は湾曲している。カバー区間４，５は、逆向きに湾曲しており、そのため、両カバー区間４，５は、ベース区間３に関して外側に湾曲している。外側容器２は流体密、特に気密である。外側容器２は、対称軸線または中心軸線Ｍ_１を有し、この対称軸線また中心軸線Ｍ_１に対して外側容器２は回転対称に構成されている。

輸送容器１は、さらに、液体ヘリウムＨｅを収容するための内側容器６を含む。内側容器６も同様に、例えばステンレス鋼から製造されている。内側容器６内には、ヘリウムＨｅが二相領域で存在する限り、蒸発したヘリウムＨｅを有する気体ゾーン７と、液体ヘリウムＨｅを有する液体ゾーン８とが設けられていてもよい。内側容器６は流体密、特に気密であり、かつ制御された減圧のための吹出し弁を含むことができる。内側容器６も、外側容器２のように、管状または円筒状のベース区間９を含み、このベース区間９も両側の端面がカバー区間１０，１１、特に第１のカバー区間１０と第２のカバー区間１１とによって閉鎖されている。ベース区間９の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。

内側容器６は、外側容器２のように、中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に形成されている。内側容器６と外側容器２との間に設けられた中間室１２は排気されている。内側容器６は、さらに、図１〜図３には示されていない、断熱要素を有し得る。この断熱要素は、外側に高反射性銅層、例えば銅箔もしくは銅蒸着アルミニウム箔と、内側容器６と銅層との間に配置された多層断熱層とを有する。断熱層は、反射体として穿孔されエンボス加工されたアルミニウム箔と、アルミニウム箔の間のスペーサとしてのガラスペーパーとからなる、交互に配置された複数の層を含む。断熱層は１０層であってもよい。アルミニウム箔とガラスペーパーとからなる層は、隙間なく内側容器６に被着されており、すなわち圧入されている。断熱層は、いわゆるＭＬＩである。内側容器６および断熱要素も、外側は、ほぼヘリウムＨｅの沸点に相応する温度を有する。

輸送容器１は、さらに、冷媒容器１４を有する冷却システム１３（図２，３）を含む。冷媒容器１４には、例えば液体窒素Ｎ_２のような極低温液体が収容されている。冷媒容器１４は、管状または円筒状のベース区間１５を含み、これは中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に構成されていてもよい。ベース区間１５の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。ベース区間１５は、端面がそれぞれカバー区間１６，１７によって閉鎖されている。これらのカバー区間１６，１７は湾曲していてもよい。特に、カバー区間１６，１７は、同じ方向に湾曲している。冷媒容器１４は、異なった構造を有し得る。

冷媒容器１４には、蒸発窒素Ｎ_２を有する気体ゾーン１８と、液体窒素Ｎ_２を有する液体ゾーン１９とが設けられていてもよい。内側容器６の軸線方向Ａで見て、冷媒容器１４は、当該内側容器６に隣接して配置されている。内側容器６、特に内側容器６のカバー区間１１と、冷媒容器１４、特に冷媒容器１４のカバー区間１６との間には、中間室２０が設けられており、この中間室２０は、中間室１２の一部であってよい。すなわち、この中間室２０も同様に排気されている。

輸送容器１は、冷却システム１３に対応付けされた熱シールド２１をさらに含む。熱シールド２１は、内側容器６と外側容器２との間に設けられ排気された中間室１２に配置されている。熱シールド２１は、液体窒素Ｎ_２を用いて能動的に冷却可能であるか、または能動的に冷却される。本願では、能動的な冷却とは、液体窒素Ｎ_２が熱シールド２１を冷却するために、液体窒素Ｎ_２がこれを通って導かれるか、またはこれに沿って導かれることを意味するものと理解されたい。熱シールド２１は、ここでは窒素Ｎ_２の沸点にほぼ相応する温度に冷却される。

熱シールド２１は、円筒状または管状のベース区間２２を含み、このベース区間２２の両側は、熱シールド２１を端面で閉鎖するカバー区間２３，２４によって閉鎖されている。ベース区間２２も、カバー区間２３，２４も、窒素Ｎ_２を用いて能動的に冷却される。ベース区間２２の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。熱シールド２１も好ましくは同様に、中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に構成されている。熱シールド２１の第１のカバー区間２３は、内側容器６、特に内側容器６のカバー区間１１と、冷媒容器１４、特に冷媒容器１４のカバー区間１６との間に配置されている。熱シールド２１の第２のカバー区間２４は、冷媒容器１４とは反対側にある。熱シールド２１は、ここでは自己支持型である。すなわち、熱シールド２１は、内側容器６にも外側容器２にも支持されていない。この目的のために、熱シールド２１には、支持ロッド、特にテンションロッドを介して外側容器２から懸架された支持リングが設けられていてもよい。さらに、内側容器６は、さらなる支持ロッド、特にテンションロッドを介して支持リングから懸架されていてもよい。機械的支持ロッドを通る熱導入は、支持リングによって部分的に実現される。支持リングはポケットを有しており、このポケットは、支持ロッドの熱容量を最大限にさせ得る。冷媒容器１４は、機械的支持ロッド用のブッシングを有する。

熱シールド２１と外側容器２との間には、さらなる多層の断熱層、特にＭＬＩが配置されてもよく、この断熱層は中間室１２を完全に満たし、それによって熱シールド２１の外側および外側容器２の内側に接触する。断熱層のアルミニウム箔およびガラスペーパー、ガラス絹もしくはガラス繊維メッシュからなる層は、ここでは、上述した内側容器６の断熱要素とは異なり、中間室１２内に緩やかに挿入されている。この緩やかにとは、ここでは、アルミニウム箔およびガラスペーパー、ガラス絹もしくはガラス繊維メッシュからなる層が圧入されていないことを意味しており、そのため、アルミニウム箔のエンボス加工および穿孔によって、断熱層、ひいては中間室１２が問題なく排気され得る。それにより、反射体層の間の熱機械的接触が最小化されるので、反射体層の温度勾配は、ほぼ純粋な放射交換によって生じ、これにより熱輸送が最小化される。

熱シールド２１は流体透過性である。すなわち、内側容器６と熱シールド２１との間の中間室２５は、中間室１２と流体連通している。これにより、中間室１２，２５は、同時に排気することができる。熱シールド２１には、中間室１２，２５の排気を可能にするために、孔部、開口などを設けてもよい。熱シールド２１は、好ましくは高純度アルミニウム材料から製造されている。熱シールド２１は、内側容器６の断熱要素の銅層から離間して周辺に配置され、それと接触しない。これによって、熱導入は主に放射によって行われ、それによって、物理的に可能な最小値に低減される。銅層と熱シールド２１との間に設けられる間隙の間隙幅は、１０ｍｍであり得る。これにより、内側容器６から熱シールド２１への熱の伝達は、放射および残留ガス伝導のみによって行われ得る。

熱シールド２１の第１のカバー区間２３は、冷媒容器１４を内側容器６から完全に遮蔽する。すなわち、内側容器６から冷媒容器１４への方向で見て、冷媒容器１４は、熱シールド２１の第１のカバー区間２３によって完全に覆われている。特に、熱シールド２１は、内側容器６を完全に取り囲む。すなわち、内側容器６は、熱シールド２１の内部に完全に配置されており、この場合、熱シールド２１は、既に上述したように、流体密ではない。

さらに、図２および図３にも示されているように、熱シールド２１は、自身の能動的な冷却のために、少なくとも１つの冷却ライン２６を含む。好ましくは、複数のこの種の冷却ライン２６、例えば６つのこの種の冷却ライン２６が設けられている。冷却ライン２６は、重力方向ｇに延びる２つの垂直区間２７，２８と、２つの傾斜区間２９，３０とを含むことができる。垂直区間２７，２８は、熱シールド２１のカバー区間２３，２４に設けてもよい。

冷却ライン２６は、接続ライン３１を介して冷媒容器１４と流体連通しており、それにより液体窒素Ｎ_２が冷媒容器１４から冷却ライン２６に押し出される。接続ライン３１は、ディストリビュータ３２に開口しており、そこから区間２７および区間３０が分岐する。区間２９および区間２８は、マニホールド３３において合流し、そこから接続ライン３４が外側容器２の外部に配置された相分離器３５に通じている。相分離器３５は、液体窒素Ｎ_２から気体窒素Ｎ_２を分離するように構成されている。相分離器３５を介すことにより、気体窒素Ｎ_２を冷却システム１３から吹出させることが可能である。

１つ以上の冷却ライン２６は、熱シールド２１のベース区間２２にも、カバー区間２３，２４にも設けられている。代替的に、カバー区間２３および２４は、材料結合的にベース区間２２に接続されている。例えば、カバー区間２３，２４は、ベース区間２２に溶接されている。カバー区間２３，２４が材料結合的に、すなわち、素材結合的にベース区間２２に接続されている場合、カバー区間２３，２４の冷却は、熱伝導によって行うことができる。冷却ライン２６、特に冷却ライン２６の傾斜区間２９，３０は、重力方向ｇに対して垂直に配置された水平線Ｈに対して勾配を有する。特に、区間２９，３０は、水平線Ｈと、３°よりも大きい角度αを形成する。角度αは、３〜１５°かまたはそれ以上の角度であってもよい。特に、角度αは正確に３°であってもよい。特に、区間２９，３０は、相分離器３５の方向に正の勾配を有する。

相分離器３５の実施形態は、図４〜図７に示されている。相分離器３５は、管状のベース区間３７を有するハウジング３６を含み、管状のベース区間３７は、両端面がカバー区間３８，３９によって閉鎖されている。ハウジング３６内には、管状のベース区間４１を有する内部ハウジング４０が収容されており、管状のベース区間４１は、両側の端面がカバー区間４２，４３によって閉鎖されている。ハウジング３６と内部ハウジング４０の間には、排気された断熱空間４４が設けられている。この断熱空間４４は、例えば、ＭＬＩを備えていてもよく、あるいはパーライトもしくはガラスマイクロビーズが充填されていてもよい。部分的に同様に真空断熱された接続ライン４５は、接続ライン３４と流体連通している。相分離器３５は、さらに、気体窒素Ｎ_２が排出される吹出しライン４６を含む。接続ライン４５は、内部ハウジング４０内に設けられた内部空間４７と流体連通している。接続ライン４５は、吹出しライン４６に対して角度βだけ回転している。角度βは、４５〜９０°であってもよい。

内部空間４７内にフロート４８が設けられている。このフロート４８は、気密の金属製ケーシングを備えたフロート体４９を含み、その内部はプラスチック発泡体によって満たされている。フロート体４９は、シャフト５０を介してバランスウェイト５１に回転固定されて接続されている。シャフト５０には、弁体５２が固定されており、この弁体５２は、弁座５３に直線的にシフト可能に配置されている。シャフト５０は、回転軸線５４周りで回転可能に内部ハウジング４０内に支承されている。すなわち、内部空間４７内の液体窒素Ｎ_２の液面が下がった場合にはフロート体４９が下降し、これによりシャフト５０が回転軸線５４周りに回転し、それによって弁体５２も、弁座５３から持ち上げられ、このようにして気体窒素Ｎ_２が吹出しライン４６を介して吹出される。相分離器３５は、蒸発した極低温窒素Ｎ_２のみが周囲に放出されることを目的とするものである。相分離器３５は、特にフロート４８によって制御された極低温バルブである。相分離器３５の固有の特徴は、水平に支承されたフロート体４９のバランスウェイト５１であり、このバランスウェイト５１は、加速時に弁体５２が弁座５３から意図せずに持ち上がることを防止している。

相分離器３５は、さらに、断熱空間４４内で真空状態を形成するための弁５５を含む。内部ハウジング４０内には、液体窒素Ｎ_２の液面動揺運動を低減させるべくインパクトシート５６が配置されてもよい。

さらに、図２および図３に示されているように、気体窒素Ｎ_２の吹出しによって冷媒容器１４内に設定された正圧を維持するために、冷媒容器１４には吹出し弁５７が配置されている。

以下では輸送容器１の機能モードを説明する。内側容器６に液体ヘリウムＨｅを充填する前に、まず熱シールド２１が、初めは気体でその後に液体の極低温の窒素Ｎ_２を用いて、液体窒素Ｎ_２の少なくともほぼもしくはちょうど沸点まで（１．３ｂａｒａ、７９．５Ｋ）冷却される。ここでは、内側容器６は、まだ能動的に冷却されていない。熱シールド２１の冷却の際に、中間室１２に依然として存在する真空圧の残留ガスが熱シールド２１上で凍結される。これにより、内側容器６に液体ヘリウムＨｅが充填される際に、真空圧の残留ガスが内側容器６の外側で凍結され、それによって内側容器６の断熱要素の銅層のメタリックな光沢表面が汚染されることが防止され得る。熱シールド２１および冷媒容器１４が完全に冷却され、かつ冷媒容器１４が再び窒素Ｎ_２で完全に満たされると直ちに内側容器６に液体ヘリウムＨｅが充填される。

次いで、輸送容器１は、ヘリウムＨｅの輸送のために、例えばトラックまたは船などの輸送車両に移される。この場合、熱シールド２１は、液体窒素Ｎ_２を用いて連続的に冷却される。その際、液体窒素Ｎ_２は消費され、冷却ライン２６で沸騰する。そこで発生する気泡は、冷却システム１３内で重力方向ｇに関して最高位に配置された相分離器３５を通って供給される。これにより、相分離器３５の内部空間４７内の液面が下がり、それでフロート体４９も下降し、それによってシャフト５０が回転軸線５４周りで回転し、これによって弁体５２が弁座５３から持ち上げられる。このようにして、気体窒素Ｎ_２は、吹出しライン４６を介して吹出される。気体窒素Ｎ_２が冷却システム１３から除去されると直ちに、液体窒素Ｎ_２が相分離器３５に流れ込み、これによって、フロート体４９は再び浮き上がり、弁体５２が弁座５３に押し付けられる。ここでは、相分離器３５の開閉はヘルツ領域で行われる。

バランスウェイト５１の慣性質量により、輸送中のフロート体４９が例えば振動によって意図せずに加速し、これによって弁体５２が弁座５３から持ち上げられる可能性が起きかねないことを防止することができる。これにより、窒素Ｎ_２の不所望な損失を防止することができる。熱シールド２１が、冷媒容器１４と内側容器６との間にも配置されていることにより、冷媒容器１４内の窒素Ｎ_２の充填レベルもしくは液面が下がった場合でも、内側容器６が十分に冷却されることが高い信頼性のもとで保証され得る。内側容器６が、熱シールド２１によって完全に取り囲まれていることによって、内側容器６は、窒素Ｎ_２の沸点（１．３ｂａｒａにおける：７９．５Ｋ）に相応する温度を有する表面のみによって取り囲まれることが保証される。これにより、熱シールド２１（７９．５Ｋ）と内側容器６（４．２〜６Ｋ）との間に、僅かな温度差のみが生じる。これによりまた、液体ヘリウムの保持期間は、公知の輸送容器に比べて大幅に延長され得る。この場合、内側容器６から熱シールド２１への熱の伝達は、放射と残留ガス伝導とによってのみ行われる。輸送容器１は、特に、少なくとも４５日のヘリウム保持期間を有し、液体窒素Ｎ_２のストックは、少なくとも４０日間で十分である。

本発明は、実施例に基づいて説明されたにもかかわらず、多岐にわたる変更が可能である。

１ 輸送容器
２ 外側容器
３ ベース区間
４ カバー区間
５ カバー区間
６ 内側容器
７ 気体ゾーン
８ 液体ゾーン
９ ベース区間
１０ カバー区間
１１ カバー区間
１２ 中間室
１３ 冷却システム
１４ 冷媒容器
１５ ベース区間
１６ カバー区間
１７ カバー区間
１８ 気体ゾーン
１９ 液体ゾーン
２０ 中間室
２１ シールド
２２ ベース区間
２３ カバー区間
２４ カバー区間
２５ 中間室
２６ 冷却ライン
２７ 区間
２８ 区間
２９ 区間
３０ 区間
３１ 接続ライン
３２ ディストリビュータ
３３ マニホールド
３４ 接続導体
３５ 相分離器
３６ ハウジング
３７ ベース区間
３８ カバー区間
３９ カバー区間
４０ 内部ハウジング
４１ ベース区間
４２ カバー区間
４３ カバー区間
４４ 断熱空間
４５ 接続ライン
４６ 吹出しライン
４７ 内部空間
４８ フロート
４９ フロート体
５０ シャフト
５１ バランスウェイト
５２ 弁体
５３ 弁座
５４ 回転軸線
５５ 弁
５６ インパクトシート
５７ 吹出し弁
Ａ 軸線方向
ｇ 重力方向
Ｈ 水平線
Ｈｅ ヘリウム
Ｈ_２ 水素
ｌ_２ 長さ
Ｍ_１ 中心軸線
Ｎ_２ 窒素
Ｏ_２ 酸素
α 角度
β 角度

Claims (16)

1. ヘリウム（Ｈｅ）用の輸送容器（１）であって、
   前記ヘリウム（Ｈｅ）を収容する内側容器（６）と、
   極低温液体(Ｎ_２）を収容する冷媒容器（１４）と、
   前記内側容器（６）および前記冷媒容器（１４）が収容された外側容器（２）と、
   前記極低温液体（Ｎ_２）を用いて能動的に冷却可能である熱シールド（２１）とを含み、
   前記熱シールド（２１）は、前記内側容器（６）が収容された管状のベース区間（２２）と、該ベース区間（２２）を端面で閉鎖しかつ前記内側容器（６）と前記冷媒容器（１４）との間に配置されたカバー区間（２３，２４）とを有し、
   前記内側容器（６）と前記冷媒容器（１４）との間に、前記熱シールド（２１）の前記カバー区間（２３，２４）が配置された中間室（２０）が設けられており、
   前記熱シールド（２１）は、自身の能動的な冷却のために、前記極低温液体（Ｎ _２ ）を収容可能である少なくとも１つの冷却ライン（２６）を有しており、前記少なくとも１つの冷却ライン（２６）は、傾斜区間（２９，３０）と重力方向（ｇ）に延びる区間（２７，２８）とから成り、前記傾斜区間（２９，３０）は水平線（Ｈ）に対して勾配を有している、輸送容器（１）。
2. 前記傾斜区間（２９，３０）は水平線（Ｈ）に対して３°よりも大きな角度をなす、請求項１記載の輸送容器。
3. 前記熱シールド（２１）は、前記内側容器（６）と前記外側容器（２）との間に位置する排気された中間室（１２）に配置されている、請求項１または２記載の輸送容器。
4. 前記熱シールド（２１）は、前記ベース区間（２２）を両側の端面で閉鎖する２つのカバー区間（２３，２４）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の輸送容器。
5. 前記熱シールド（２１）は、前記内側容器（６）にも、前記外側容器（２）にも支持されていない、請求項１から４までのいずれか１項記載の輸送容器。
6. 前記熱シールド（２１）は、流体透過性である、請求項１から５までのいずれか１項記載の輸送容器。
7. 前記熱シールド（２１）は、アルミニウム材料で製造されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の輸送容器。
8. 前記冷媒容器（１４）は、前記少なくとも１つの冷却ライン（２６）と流体連通しており、それによって前記極低温液体（Ｎ_２）は、当該極低温液体（Ｎ_２）が前記少なくとも１つの冷却ライン（２６）において部分的に蒸発するときに、前記冷媒容器（１４）から前記少なくとも１つの冷却ライン（２６）に流れ込む、請求項１から７までのいずれか１項記載の輸送容器。
9. 前記少なくとも１つの冷却ライン（２６）は、前記熱シールドの前記ベース区間（２２）および／または前記カバー区間（２３，２４）に設けられ、かつ／または前記ベース区間（２２）は、前記カバー区間（２３，２４）と素材結合的に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の輸送容器。
10. さらに、前記極低温液体（Ｎ_２）の液相から前記極低温液体（Ｎ_２）の気相を分離する相分離器（３５）を含み、少なくとも１つの前記冷却ライン（２６）は、前記相分離器（３５）の方向に正の勾配を有するように配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の輸送容器。
11. さらに、複数の、特に６つの冷却ライン（２６）を含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の輸送容器。
12. 前記冷却ライン（２６）の前記傾斜区間（２９，３０）と前記重力方向（ｇ）に延びる区間（２７，２８）は、前記冷媒容器（１４）と流体連通しているディストリビュータ（３２）から分岐している、請求項１１記載の輸送容器。
13. 前記冷却ライン（２６）の前記傾斜区間（２９，３０）と前記重力方向（ｇ）に延びる区間（２７，２８）は、前記相分離器（３５）と流体連通しているマニホールド（３３）において合流している、請求項１０を引用する請求項１１または１２記載の輸送容器。
14. 前記熱シールド（２１）の前記カバー区間（２３，２４）は、前記冷媒容器（１４）を前記内側容器（６）から完全に遮蔽する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の輸送容器。
15. 前記冷媒容器（１４）は、前記内側容器（６）の軸線方向（Ａ）で見て当該内側容器（６）に隣接して配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の輸送容器。
16. 前記熱シールド（２１）は、前記内側容器（６）を完全に取り囲む、請求項１から１５までのいずれか１項記載の輸送容器。

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