RU2800465C2 - Transport container and manufacturing method - Google Patents
Transport container and manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800465C2 RU2800465C2 RU2021123371A RU2021123371A RU2800465C2 RU 2800465 C2 RU2800465 C2 RU 2800465C2 RU 2021123371 A RU2021123371 A RU 2021123371A RU 2021123371 A RU2021123371 A RU 2021123371A RU 2800465 C2 RU2800465 C2 RU 2800465C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inner container
- container
- copper layer
- thermal protection
- insulating element
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к транспортному контейнеру для гелия и к способу изготовления такого транспортного контейнера.The invention relates to a transport container for helium and to a method for manufacturing such a transport container.
Гелий перекачивают вместе с природным газом. Транспортировать большие объемы гелия экономически целесообразно только в жидкой или надкритической форме, т.е. при температуре приблизительно от 4,2 до 10 K и давлении от 1 до 13 бар. Для перевозки жидкого или надкритического гелия используют транспортные контейнеры, которые, во избежание слишком быстрого роста давления гелия, покрывают дорогостоящей теплоизоляцией. Такие транспортные контейнеры можно охлаждать, например, жидким азотом. При этом предусматривается тепловая защита, охлаждаемая жидким азотом. Тепловая защита ограждает внутренний контейнер транспортного контейнера. Во внутреннем контейнере находится жидкий или низкотемпературный гелий. Продолжительность хранения жидкого или низкотемпературного гелия в таких транспортных контейнерах составляет примерно 45 дней; это значит, что по истечении этого времени давление во внутреннем контейнере поднимется до максимального значения 13 бар. Теплоизоляция транспортного контейнера состоит из многослойной высоковакуумной изоляции.Helium is pumped along with natural gas. It is economically feasible to transport large volumes of helium only in liquid or supercritical form, i.e. at a temperature of approximately 4.2 to 10 K and a pressure of 1 to 13 bar. For the transportation of liquid or supercritical helium, shipping containers are used, which, in order to avoid too rapid growth of helium pressure, are covered with expensive thermal insulation. Such shipping containers can be cooled, for example, with liquid nitrogen. This provides for thermal protection, cooled by liquid nitrogen. Thermal protection encloses the inner container of the shipping container. The inner container contains liquid or low-temperature helium. The duration of storage of liquid or low-temperature helium in such transport containers is approximately 45 days; this means that after this time the pressure in the inner container will rise to a maximum value of 13 bar. Thermal insulation of the transport container consists of multilayer high vacuum insulation.
Такой транспортный контейнер для жидкого гелия описывается в патенте WO 2017/190848 A1. В состав такого транспортного контейнера входят внутренний контейнер для приема гелия, изоляционный элемент, расположенный с наружной стороны внутреннего контейнера, бак охлаждающей среды, принимающий криогенную жидкость, внешний контейнер, в котором находятся внутренний контейнер и бак охлаждающей среды, а также тепловая защита, которая может активно охлаждаться с помощью криогенной жидкости и заключает в себе внутренний контейнер. При этом между изоляционным элементом и тепловой защитой предусмотрен окружающий зазор, а изоляционный элемент содержит медный слой, обращенный к тепловой защите. При этом медный слой выполнен в виде прокатанной медной фольги.Such a transport container for liquid helium is described in WO 2017/190848 A1. The structure of such a transport container includes an inner container for receiving helium, an insulating element located on the outside of the inner container, a coolant tank that receives cryogenic liquid, an outer container that contains the inner container and a coolant tank, as well as thermal protection, which can actively cooled by cryogenic liquid and encloses an inner container. In this case, a surrounding gap is provided between the insulating element and the thermal protection, and the insulating element contains a copper layer facing the thermal protection. In this case, the copper layer is made in the form of rolled copper foil.
В свете вышеизложенного задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить улучшенный транспортный контейнер.In light of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an improved shipping container.
Таким образом, предлагается транспортный контейнер для гелия. В состав транспортного контейнера входят внутренний контейнер для приема гелия, изоляционный элемент, расположенный с наружной стороны внутреннего контейнера, бак охлаждающей среды для приема криогенной текучей среды, внешний контейнер, в котором находятся внутренний контейнер и бак охлаждающей среды, а также тепловая защита, выполненная с возможностью активного охлаждения с помощью криогенной текучей среды и заключающей в себе внутренний контейнер, причем между изоляционным элементом и тепловой защитой предусмотрен окружающий зазор, и при этом изоляционный элемент содержит электролитически осажденный медный слой, обращенный к тепловой защите.Thus, a transport container for helium is proposed. The transport container includes an inner container for receiving helium, an insulating element located on the outside of the inner container, a coolant tank for receiving cryogenic fluid, an outer container in which the inner container and the coolant tank are located, as well as a thermal protection made with the possibility of active cooling with a cryogenic fluid and enclosing an inner container, and between the insulating element and the thermal protection provided by the surrounding gap, and the insulating element contains an electrolytically deposited copper layer facing the thermal protection.
Благодаря тому, что между изоляционным элементом и тепловой защитой предусмотрен окружающий зазор, изоляционный элемент не имеет механического контакта с тепловой защитой. Поэтому тепло с поверхностей внутреннего контейнера может передаваться на тепловую защиту только за счет излучения и теплопроводности остаточного газа. Благодаря тому, что предусмотрена тепловая защита, дополнительно гарантируется, что внутренний контейнер окружен только такими поверхностями, температура которых соответствует температуре кипения криогенной текучей среды (температура кипения азота при 1,3 бар абс. (абсолютного давления): 79,5 K, т.е. между тепловой защитой (79,5 K) и внутренним контейнером (температура гелия при давлении от 1 бар абс. до 13 бар абс.: от 4,2 до 10 K) существует лишь небольшая разность температур по сравнению с окружающей средой внешнего контейнера.Due to the fact that a surrounding gap is provided between the insulating element and the thermal protection, the insulating element has no mechanical contact with the thermal protection. Therefore, heat from the surfaces of the inner container can be transferred to the thermal protection only due to the radiation and thermal conductivity of the residual gas. Due to the fact that thermal protection is provided, it is additionally guaranteed that the inner container is only surrounded by surfaces whose temperature corresponds to the boiling point of the cryogenic fluid (boiling point of nitrogen at 1.3 bar abs. (absolute pressure): 79.5 K, i.e. i.e. between the thermal shield (79.5 K) and the inner container (helium temperature at 1 bar abs. to 13 bar abs.: 4.2 to 10 K) there is only a small temperature difference compared to the environment of the outer container .
Кроме того, оказалось, что применение электролитически осажденного медного слоя вместо прокатанной медной фольги позволяет снизить общий приток тепла примерно с 6 Вт (прокатанная медная фольга) до 3,5 Вт (электролитически осажденный медный слой). Благодаря этому можно значительно увеличить продолжительность хранения жидкого гелия по сравнению с вышеупомянутым транспортным контейнером с 45 дней до 85 дней. Это упрощает перевозку, позволяет удлинить транспортные плечи и снизить транспортные расходы.In addition, the use of an electroplated copper layer instead of a rolled copper foil has been found to reduce the overall heat input from about 6 W (rolled copper foil) to 3.5 W (plated copper layer). Thanks to this, it is possible to significantly increase the storage time of liquid helium compared to the above-mentioned transport container from 45 days to 85 days. This simplifies transportation, lengthens transport arms and reduces transport costs.
Внутренний контейнер также можно назвать контейнером для гелия или внутренним резервуаром. Транспортный контейнер также можно назвать транспортным контейнером для гелия. Гелий можно назвать жидким или низкотемпературным гелием. Гелий, в частности, является криогенной текучей средой. Транспортный контейнер предназначен, в частности, для перевозки гелия в низкотемпературной/жидкой или надкритической форме. В термодинамике критическая точка — это термодинамическое состояние вещества, которое характеризуется уравниванием плотностей жидкой и газовой фазы. В этой точке различия между обоими агрегатными состояниями исчезают. На диаграмме состояния эта точка представляет верхний конец кривой упругости пара. Гелий подают во внутренний контейнер в жидкой или низкотемпературной форме. При этом во внутреннем контейнере образуется жидкостная зона с жидким гелием и газовая зона с газообразным гелием, т.е. после заполнения гелий находится во внутреннем контейнере в двух фазах с разными агрегатными состояниями, а именно с жидким и газообразным. Это значит, что во внутреннем контейнере между жидким гелием и газообразным гелием имеется граница раздела фаз. Спустя определенное время, то есть когда давление во внутреннем контейнере возрастет, находящийся во внутреннем контейнере гелий становится однофазным. Тогда граница раздела фаз исчезает, а гелий является надкритическим.The inner container can also be called a helium container or an inner tank. The shipping container can also be called a helium shipping container. Helium can be called liquid or low temperature helium. Helium in particular is a cryogenic fluid. The shipping container is intended, in particular, for the transport of helium in low temperature/liquid or supercritical form. In thermodynamics, a critical point is a thermodynamic state of a substance, which is characterized by equalization of the densities of the liquid and gas phases. At this point, the differences between both aggregate states disappear. On the state diagram, this point represents the upper end of the vapor pressure curve. Helium is supplied to the inner container in liquid or low temperature form. In this case, a liquid zone with liquid helium and a gas zone with gaseous helium are formed in the inner container, i. after filling, helium is in the inner container in two phases with different aggregate states, namely, liquid and gaseous. This means that there is a phase boundary between liquid helium and 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. Then the phase boundary disappears, and helium is supercritical.
Криогенная текучая среда или криогенное вещество предпочтительно является жидким азотом. Криогенную текучую среду также можно назвать охлаждающей средой. Как альтернатива, криогенная текучая среда также может быть, например, жидким водородом или жидким кислородом. Под выражением «тепловая защита может активно охлаждаться» или «тепловая защита активно охлаждается», в частности, следует понимать, что тепловая защита для ее охлаждения по меньшей мере частично омывается в объеме или по внешней поверхности криогенной текучей средой. Для этого тепловая защита может заключать в себе охлаждающую трубу или несколько охлаждающих труб, в которых находится криогенная текучая среда. При этом криогенная текучая среда кипит, т.е. криогенная текучая среда находится и в газообразной фазе, и в жидкой фазе. Поэтому в охлаждающей трубе криогенная текучая среда может находиться как в своей газообразной фазе, так и в своей жидкой фазе. В отличие от «активного охлаждения», при «пассивном охлаждении» тепловая защита охлаждается в основном только за счет теплопередачи. Для пассивного охлаждения также может использоваться криогенная текучая среда. Однако в этом случае тепловая защита не омывается криогенной текучей средой в объеме или по внешней поверхности, а контактирует с ней, например, частично. Те участки тепловой защиты, которые не вступают в непосредственный контакт с криогенной текучей средой, охлаждаются за счет теплопередачи.The cryogenic fluid or cryogenic substance is preferably liquid nitrogen. A cryogenic fluid may also be referred to as a cooling medium. Alternatively, the cryogenic fluid may also be, for example, liquid hydrogen or liquid oxygen. The expression "thermal shield can be actively cooled" or "thermal shield is actively cooled" in particular, it should be understood that the thermal shield for its cooling is at least partially washed in volume or on the outer surface by a cryogenic fluid. To this end, the thermal protection may include a cooling tube or several cooling tubes, which contain the cryogenic fluid. In this case, the cryogenic fluid boils, i.e. the cryogenic fluid is in both the gaseous phase and the liquid phase. Therefore, in the cooling tube, the cryogenic fluid may be in both its gaseous phase and its liquid phase. Unlike "active cooling", in "passive cooling" the thermal protection is cooled mainly by heat transfer alone. Cryogenic fluid may also be used for passive cooling. However, in this case, the thermal protection is not washed by the cryogenic fluid in the volume or on the outer surface, but is in contact with it, for example, partially. Those areas of thermal protection that do not come into direct contact with the cryogenic fluid are cooled by heat transfer.
В частности, тепловая защита активно охлаждается только в одном эксплуатационном состоянии, т.е. тогда, когда внутренний контейнер заполнен гелием. Если криогенная текучая среда израсходована, тепловая защита может быть и неохлажденной. При активном охлаждении тепловой защиты криогенная текучая среда может кипеть и испаряться. Поэтому температура тепловой защиты приблизительно или точно соответствует температуре кипения криогенной текучей среды.In particular, the thermal protection is actively cooled only in one operating state, i.e. when the inner container is filled with helium. If the cryogenic fluid is used up, the thermal shield may be uncooled. With active cooling of the thermal shield, the cryogenic fluid may boil and vaporize. Therefore, the thermal protection temperature approximately or exactly corresponds to the boiling point of the cryogenic fluid.
Тепловая защита, в частности, расположена внутри внешнего контейнера. Бак охлаждающей среды, в частности, расположен вне тепловой защиты. Внутренний контейнер предпочтительно расположен вне бака охлаждающей среды. И наоборот, бак охлаждающей среды тоже расположен вне внутреннего контейнера, причем как бак охлаждающей среды, так и внутренний контейнер расположены внутри внешнего контейнера. Особо предпочтительное расположение бака охлаждающей среды — рядом с внутренним контейнером и на расстоянии от него.Thermal protection, in particular, is located inside the outer container. The coolant tank, in particular, is located outside the thermal protection. The inner container is preferably located outside the coolant tank. Conversely, the coolant tank is also located outside the inner container, with both the coolant tank and the inner container located inside the outer container. A particularly preferred location for the coolant tank is near and away from the inner container.
Внутренний контейнер, и в частности изоляционный элемент, с наружной стороны предпочтительно имеет температуру, приблизительно или точно соответствующую температуре гелия. Тепловая защита содержит базовый участок в виде трубы и участок с крышкой, закрывающий базовый участок с торца и расположенный между внутренним контейнером и баком охлаждающей среды. При этом участок с крышкой предпочтительно полностью закрывает с торца базовый участок. Поперечное сечение базового участка тепловой защиты может быть круглое или приближенно круглое. Внешний контейнер, внутренний контейнер, бак охлаждающей среды и тепловая защита могут быть выполнены в форме тела вращения вокруг общей оси симметрии или центральной оси. Внутренний контейнер и внешний контейнер предпочтительно изготовлены из высококачественной стали. Внутренний контейнер предпочтительно содержит базовый участок в виде трубы, который с обеих сторон закрыт выпуклыми участками с крышкой. Внутренний контейнер герметичный. Внешний контейнер предпочтительно также содержит базовый участок в виде трубы, который с обеих сторон на торцах закрыт участками с крышкой. Поперечное сечение базового участка внутреннего контейнера и/или базового участка внешнего контейнера может быть круглое или приблизительно круглое.The inner container, and in particular the insulating element, on the outside preferably has a temperature approximately or exactly corresponding to the helium temperature. The thermal protection comprises a base section in the form of a pipe and a section with a lid that closes the base section from the end and is located between the inner container and the coolant tank. In this case, the section with the lid preferably completely closes the base section from the end. The cross section of the base portion of the thermal protection may be circular or approximately circular. The outer container, inner container, coolant tank and thermal protection can be made in the form of a body of revolution around a common axis of symmetry or a central axis. The inner container and the outer container are preferably made of stainless steel. The inner container preferably comprises a base section in the form of a tube, which is closed on both sides by convex sections with a lid. The inner container is sealed. The outer container preferably also comprises a base section in the form of a tube, which is closed on both sides at the ends by sections with a lid. The cross section of the base portion of the inner container and/or the base portion of the outer container may be circular or approximately circular.
В промежутке между внутренним контейнером и внешним контейнером предпочтительно создан вакуум. Чтобы в случае потери вакуума иметь возможность выпуска содержащегося во внутреннем контейнере гелия через предусмотренные на этом контейнере предохранительные клапаны, внутренний контейнер окружен изоляционным элементом, который снижает приток тепла даже в случае потери вакуума. Поэтому изоляционный элемент выполняет функцию аварийной изоляции на случай потери вакуума.A vacuum is preferably created between the inner container and the outer container. In order to be able to release the helium contained in the inner container through the safety valves provided on this container in the event of a loss of vacuum, the inner container is surrounded by an insulating element, which reduces the heat gain even in the event of a loss of vacuum. Therefore, the insulating element performs the function of emergency isolation in case of loss of vacuum.
Изоляционный элемент предпочтительно является многослойным. Изоляционный элемент также можно назвать многослойным изоляционным элементом. Под выражением «изоляционный элемент является многослойным», в частности, следует понимать, что изоляционный элемент содержит несколько расположенных друг над другом слоев или ярусов, например, чередующихся слоев алюминиевой фольги и стеклобумаги, причем наружный слой или ярус является электролитически осажденным медным слоем. При этом под «наружным» слоем или ярусом понимают самый удаленный от внутреннего контейнера слой изоляционного элемента. При этом наружный слой находится ближе всего к тепловой защите и также обращен к ней лицевой стороной. Между внутренним контейнером и тепловой защитой предусмотрен промежуток, в котором расположен изоляционный элемент. Этот промежуток заполнен изоляционным элементом до окружающего зазора. Например, изоляционный элемент навит на внутренний контейнер.The insulating element is preferably multilayer. The insulating element may also be referred to as a multilayer insulating element. By the expression "the insulating element is multilayer", in particular, it should be understood that the insulating element comprises several layers or tiers arranged one above the other, for example, alternating layers of aluminum foil and glass paper, and the outer layer or tier is an electrolytically deposited copper layer. In this case, the "outer" layer or tier is understood to be the layer of the insulating element that is furthest from the inner container. In this case, the outer layer is closest to the thermal protection and also faces it with its front side. Between the inner container and the thermal protection there is a gap in which the insulating element is located. This gap is filled with an insulating element up to the surrounding gap. For example, the insulating element is wound around the inner container.
Под выражением «электролитически осажденный медный слой» следует, в частности, понимать, что медный слой осаждается из раствора солей меди, в частности из раствора, содержащего ионы меди, на носитель, например, на металлический барабан. Таким образом, в отличие от прокатанной медной фольги медный слой сформирован на атомном уровне из раствора солей меди. Медный слой имеет открытую металлическую поверхность. Это значит, что медный слой не имеет покрытия или оксидированного слоя. Поскольку излучательная способность медного слоя с понижением температуры снижается, уменьшается и теплопередача за счет излучения, поэтому общий приток тепла к внутреннему контейнеру можно снизить примерно до 3,5 Вт в течение всей продолжительности хранения гелия.By "electrolytically deposited copper layer" it is to be understood in particular that the copper layer is deposited from a solution of copper salts, in particular from a solution containing copper ions, onto a support, for example onto a metal drum. Thus, in contrast to rolled copper foil, the copper layer is formed at the atomic level from a solution of copper salts. The copper layer has an exposed metal surface. This means that the copper layer does not have a coating or an oxidized layer. Since the emissivity of the copper layer decreases with decreasing temperature, so does the heat transfer due to radiation, so the total heat gain to the inner container can be reduced to about 3.5 W during the entire duration of helium storage.
Толщина медного слоя предпочтительно составляет по меньшей мере 5 мкм, особенно предпочтительно — не менее 10 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, особенно предпочтительно — от 10 до 20 мкм. Массовая доля меди в медном слое предпочтительно составляет по меньшей мере 99% и более предпочтительно — не менее 99,9%. Поверхность медного слоя предпочтительно свободна от загрязнений, например, консистентных смазок или масел.The thickness of the copper layer is preferably at least 5 µm, particularly preferably at least 10 µm, preferably less than 20 µm, particularly preferably 10 to 20 µm. The weight fraction of copper in the copper layer is preferably at least 99% and more preferably at least 99.9%. The surface of the copper layer is preferably free from contaminants such as greases or oils.
Согласно одной из форм осуществления, ширина окружающего зазора составляет от 5 до 15 мм, предпочтительно 10 мм.According to one form of implementation, the width of the surrounding gap is from 5 to 15 mm, preferably 10 mm.
Под выражением «окружающий зазор» следует понимать, что зазор полностью охватывает внутренний контейнер. В частности, также предусмотрен зазор на участках с крышкой внутреннего контейнера.By "environmental gap" it is to be understood that the gap completely encloses the inner container. In particular, a gap is also provided in the lid portions of the inner container.
Согласно одной другой форме осуществления, в окружающем зазоре создан вакуум.According to another embodiment, a vacuum is created in the surrounding gap.
Этим гарантируется возможность передачи тепла от внутреннего контейнера на тепловую защиту только за счет излучения и теплопроводности остаточного газа.This ensures that heat can be transferred from the inner container to the thermal shield only by radiation and thermal conduction of the residual gas.
Согласно одной другой форме осуществления, толщина стенки медного слоя равна от 10 мкм до 20 мкм.According to one other embodiment, the wall thickness of the copper layer is 10 µm to 20 µm.
«Толщину стенки» также можно назвать просто «толщиной». Малая толщина стенки позволяет экономить медь. Это снижает стоимость изготовления. Однако толщина медного слоя также может быть менее 10 мкм или более 20 мкм."Wall thickness" can also be referred to simply as "thickness". Small wall thickness saves copper. This reduces the manufacturing cost. However, the thickness of the copper layer can also be less than 10 µm or more than 20 µm.
Согласно одной другой форме осуществления, изоляционный элемент крепится на внутреннем контейнере с наружной стороны.According to another embodiment, the insulating element is attached to the inner container from the outside.
Например, изоляционный элемент может быть навит на внутренний контейнер. Изоляционный элемент может быть жестко соединен с внутренним контейнером, например, приклеен.For example, the insulating element may be wrapped around the inner container. The insulating element may be rigidly connected to the inner container, eg glued.
Согласно одной другой форме осуществления, изоляционный элемент содержит многоярусный изоляционный слой, расположенный между внутренним контейнером и медным слоем.According to one other form of implementation, the insulating element contains a multi-layered insulating layer located between the inner container and the copper layer.
Изоляционный слой может представлять собой т.н. многослойную изоляцию (MLI). Медный слой предпочтительно является дополнительным ярусом гладкой медной фольги из меди с высокой степенью очистки и без покрытия; эта фольга туго и без складок натянута на LMI.The insulating layer may be a so-called. multilayer insulation (MLI). The copper layer is preferably an additional layer of smooth, highly refined and uncoated copper foil; this foil is stretched tightly and without folds over the LMI.
Согласно одной другой форме осуществления, многоярусный изоляционный слой содержит несколько чередующихся ярусов из алюминиевой фольги и стеклобумаги.According to another embodiment, the multi-layered insulating layer comprises several alternating layers of aluminum foil and glass paper.
При этом ярусы из алюминиевой фольги служат отражателем и механически фиксируют ярусы из стеклобумаги, которые обеспечивают теплоизоляцию в случае потери вакуума. Алюминиевая фольга может быть перфорированной и гофрированной.At the same time, the aluminum foil layers serve as a reflector and mechanically fix the glass paper layers, which provide thermal insulation in case of vacuum loss. Aluminum foil can be perforated and corrugated.
Согласно одной другой форме осуществления, ярусы из алюминиевой фольги и стеклобумаги размещены на внутреннем контейнере без зазора.According to one other embodiment, the aluminum foil and glass paper layers are placed on the inner container without a gap.
Выражение «без зазора», в частности, означает, что ярусы из алюминиевой фольги прилегают к ярусам из стеклобумаги всей поверхностью. При этом в процессе размещения многоярусного изоляционного слоя на внутренний контейнер обеспечивают максимально возможный механический прижим ярусов из алюминиевой фольги и стеклобумаги, чтобы все ярусы по возможности были изотермическими. Изотермическое изменение состояния — это термодинамическое изменение состояния, при котором температура остается постоянной.The expression "without a gap" means in particular that the aluminum foil tiers are in full contact with the glass paper tiers. At the same time, in the process of placing a multi-tiered insulating layer on the inner container, the maximum possible mechanical pressing of the tiers of aluminum foil and glass paper is ensured so that all tiers are isothermal if possible. An isothermal change of state is a thermodynamic change of state in which the temperature remains constant.
Согласно одной другой форме осуществления, медный слой является медной фольгой.According to one other embodiment, the copper layer is a copper foil.
В частности, медный слой является фольгой из меди с высокой степенью очистки и без покрытия; эта фольга туго и без складок натянута на многоярусный изоляционный слой. В данном случае под «фольгой» следует понимать тонкостенный плоский элемент конструкции, который благодаря своей малой «толщине стенки», а именно, как упоминалось выше, от 10 мкм до 20 мкм, обладает способностью к гибкой деформации.In particular, the copper layer is a highly refined and uncoated copper foil; this foil is stretched tightly and without folds over a multi-layered insulating layer. In this case, "foil" should be understood as a thin-walled flat structural element, which, due to its small "wall thickness", namely, as mentioned above, from 10 μm to 20 μm, has the ability to flexibly deform.
Согласно одной другой форме осуществления, медный слой по технологии изготовления имеет обращенную от ванны поверхность, которая обращена к тепловой защите, и обращенную к ванне поверхность, которая обращена от тепловой защиты.According to one other embodiment, the copper layer is fabricated to have a bath-facing surface that faces the thermal shield and a bath-facing surface that faces the thermal shield.
Как сказано выше, медный слой осаждается на носитель, который погружают в ванну, наполненную раствором солей меди. Носитель может быть цилиндрическим барабаном или роликом. Обращенная от ванны поверхность или сторона прилегает к носителю и также может называться «обращенной к носителю» поверхностью или стороной, либо «обращенной к барабану» поверхностью или стороной. В зависимости от качества поверхности носителя, которая, например, может быть отполирована до блеска, обращенная от ванны поверхность имеет очень незначительную шероховатость по сравнению со стороной, обращенной к ванне. Обращенная к ванне поверхность или сторона не прилегает к носителю и также может называться «обращенной от носителя» поверхностью или стороной, либо «обращенной от барабана» поверхностью или стороной. Обращенную от ванны поверхность также можно назвать «гладкой поверхностью», а обращенную к ванне поверхность можно назвать «шероховатой поверхностью» медного слоя. Повышенная шероховатость обращенной к ванне поверхности получается в процессе электролитического осаждения.As mentioned above, the copper layer is deposited on the carrier, which is immersed in a bath filled with a solution of copper salts. The carrier may be a cylindrical drum or roller. The bath-facing surface or side is adjacent to the wearer and may also be referred to as the "wearer-facing" surface or side, or the "drum-facing" surface or side. Depending on the quality of the surface of the support, which, for example, can be polished to a high gloss, the surface facing away from the bath has a very slight roughness compared to the side facing the bath. The bath-facing surface or side is not adjacent to the carrier, and may also be referred to as the "carrier-facing" surface or side, or the "drum-facing" surface or side. The surface facing away from the bath can also be called the "smooth surface" and the surface facing the bath can be called the "rough surface" of the copper layer. The increased roughness of the surface facing the bath is obtained in the process of electrolytic deposition.
Кроме того, согласно одной другой форме осуществления, транспортный контейнер содержит расположенный между тепловой защитой и внешним контейнером многоярусный изоляционный слой.In addition, according to one other embodiment, the shipping container includes a multi-layered insulating layer located between the thermal protection and the outer container.
Изоляционный слой предпочтительно также является MLI. Изоляционный слой предпочтительно полностью заполняет предусмотренный между тепловой защитой и внешним контейнером промежуток, поэтому изоляционный слой контактирует как с тепловой защитой, так и с внешним контейнером.The insulating layer is also preferably MLI. The insulating layer preferably completely fills the gap provided between the thermal shield and the outer container, so that the insulating layer is in contact with both the thermal shield and the outer container.
Согласно одной другой форме осуществления, многоярусный изоляционный слой содержит несколько чередующихся ярусов из алюминиевой фольги и стекловолокна, стеклосетки или стеклобумаги.According to another embodiment, the multi-layered insulating layer comprises several alternating layers of aluminum foil and glass fibre, glass mesh or glass paper.
При этом слои из стеклобумаги, стекловолокна или стеклосетки служат в качестве распорки между ярусами из алюминиевой фольги, которая служит отражателем. Алюминиевая фольга предпочтительно перфорированная и гофрированная. При этом в расположенном между тепловой защитой и внешним контейнером изоляционном слое можно легко создать вакуум. Также снижается и нежелательный механический и тепловой контакт между ярусами алюминиевой фольги. Этот контакт мог бы нарушить создаваемый лучистым теплообменом температурный градиент ярусов алюминиевой фольги.In this case, layers of glass paper, fiberglass or fiberglass serve as a spacer between tiers of aluminum foil, which serves as a reflector. The aluminum foil is preferably perforated and corrugated. In this case, a vacuum can easily be created in the insulating layer located between the thermal protection and the outer container. Undesirable mechanical and thermal contact between aluminum foil layers is also reduced. This contact could disrupt the temperature gradient of the aluminum foil layers created by the radiant heat exchange.
Согласно одной другой форме осуществления, ярусы из алюминиевой фольги и стекловолокна, стеклосетки или стеклобумаги размещены на тепловой защите с зазором.According to another embodiment, layers of aluminum foil and glass fibre, glass mesh or glass paper are placed on the heat shield with a gap.
Под выражением «с зазором», в частности, подразумевается, что между ярусами из алюминиевой фольги и ярусами из стекловолокна, стеклосетки или стеклобумаги предусмотрены соответствующие промежутки с возможностью создания в них вакуума. Ярусы из алюминиевой фольги и стекловолокна, стеклосетки или стеклобумаги изоляционного слоя размещаются в предусмотренном между тепловой защитой и внешним контейнером промежутке мягко — в отличие от изоляционного элемента. При этом «мягко» означает, что ярусы из алюминиевой фольги и стеклобумаги не прижаты, поэтому благодаря гофрировке и перфорации алюминиевой фольги изоляционный слой и соответственно промежуток позволяют легко создавать вакуум.By "with a gap" is meant, in particular, that appropriate gaps are provided between the layers of aluminum foil and the layers of fiberglass, glass mesh or glass paper so that a vacuum can be created therein. Layers of aluminum foil and fiberglass, glass mesh or glass paper of the insulating layer are placed in the gap provided between the thermal protection and the outer container gently - in contrast to the insulating element. In this case, "soft" means that the layers of aluminum foil and glass paper are not pressed, therefore, due to the corrugation and perforation of the aluminum foil, the insulating layer and, accordingly, the gap make it easy to create a vacuum.
Согласно одной другой форме осуществления, во внешнем контейнере создан вакуум.According to one other embodiment, a vacuum is created in the outer container.
При этом обеспечивается очень хорошая теплоизоляция, т.к. теплопередача возможна только за счет излучения и теплопроводности остаточного газа.This ensures very good thermal insulation, because. heat transfer is possible only due to radiation and thermal conductivity of the residual gas.
Согласно одной другой форме осуществления, тепловая защита полностью окружает внутренний контейнер.According to one other embodiment, the thermal protection completely surrounds the inner container.
Тепловая защита предпочтительно изготовлена из алюминиевого материала. В частности, тепловая защита изготовлена из алюминиевого материала с высокой степенью очистки. При этом получаются особенно благоприятные характеристики теплопередачи и теплоотражающие свойства. Благодаря тому, что тепловая защита полностью окружает внутренний контейнер, обеспечивается полный охват внутреннего контейнера поверхностями, температура которых соответствует температуре кипения криогенной текучей среды.The thermal shield is preferably made of aluminum material. In particular, the thermal shield is made of highly refined aluminum material. This results in particularly favorable heat transfer characteristics and heat-reflecting properties. Due to the fact that the thermal protection completely surrounds the inner container, it is ensured that the inner container is completely surrounded by surfaces whose temperature corresponds to the boiling point of the cryogenic fluid.
Согласно одной другой форме осуществления, тепловая защита содержит базовый участок и два участка с крышкой, которые закрывают базовый участок с обоих торцов.According to another embodiment, the thermal protection comprises a base section and two covered sections that cover the base section at both ends.
Предпочтительно оба участка с крышкой выпуклые. В частности, участки с крышкой расположены на базовом участке так, что их выпуклость направлена в противоположную сторону от базового участка. Один из участков с крышкой предпочтительно расположен между баком охлаждающей среды и внутренним контейнером. При этом даже в случае снижения уровня жидкости в баке охлаждающей среды гарантируется, что внутренний контейнер окружен только поверхностями, температура которых соответствует температуре кипения криогенной текучей среды.Preferably both lid portions are convex. In particular, the lid portions are located on the base portion so that their convexity is directed away from the base portion. One of the lid portions is preferably located between the coolant tank and the inner container. This ensures that the inner container is only surrounded by surfaces whose temperature corresponds to the boiling point of the cryogenic fluid even if the liquid level in the coolant tank is lowered.
Согласно одной другой форме осуществления, тепловая защита выполнена проницаемой для текучих сред.According to one other form of implementation, the thermal protection is made permeable to fluids.
Это значит, что тепловая защита проницаемая для жидкостей и газов. При этом тепловая защита может содержать, например, прорези, перфорированные или просверленные отверстия. Благодаря проницаемости для текучих сред возможно создание вакуума в промежутке между внутренним контейнером и тепловой защитой.This means that the thermal protection is permeable to liquids and gases. In this case, the thermal protection may comprise, for example, slots, perforations or drilled holes. Due to the fluid permeability, it is possible to create a vacuum in the gap between the inner container and the thermal shield.
Согласно одной другой форме осуществления, центральная ось транспортного контейнера ориентирована параллельно горизонтали.According to one other embodiment, the central axis of the shipping container is oriented parallel to the horizontal.
Горизонталь, в частности, ориентирована перпендикулярно направлению действия силы тяжести. Транспортный контейнер в основном выполнен в форме тела вращения вокруг центральной оси. Это значит, что при перевозке транспортный контейнер располагается в положении «лежа».The horizontal, in particular, is oriented perpendicular to the direction of gravity. The transport container is basically made in the form of a body of revolution around a central axis. This means that during transportation, the shipping container is located in the “lying” position.
Кроме того, предлагается способ изготовления описанного выше транспортного контейнера для гелия. Способ включает следующие этапы: a) обеспечение внутреннего контейнера для приема гелия; b) изготовление электролитически осажденного медного слоя; и c) размещение изоляционного элемента на наружной стороне внутреннего контейнера, причем изоляционный элемент содержит медный слой, который является внешним относительно внутреннего контейнера.In addition, a method for manufacturing the helium transport container described above is provided. The method includes the following steps: a) providing an inner container for receiving helium; b) making an electrolytically deposited copper layer; and c) placing an insulating element on the outside of the inner container, the insulating element comprising a copper layer which is external to the inner container.
Способ может дополнительно включать: обеспечение и/или изготовление бака охлаждающей среды для приема криогенной текучей среды; обеспечение и/или изготовление внешнего контейнера, в котором находятся внутренний контейнер и бак охлаждающей среды; обеспечение и/или изготовление тепловой защиты, которая может активно охлаждаться криогенной текучей средой и в которой находится внутренний контейнер. При этом между изоляционным элементом и тепловой защитой предусмотрен окружающий зазор. Изоляционный элемент размещается на этапе (c) на внутреннем контейнере так, что электролитически осажденный медный слой обращен к тепловой защите.The method may further include: providing and/or fabricating a coolant tank to receive the cryogenic fluid; providing and/or manufacturing an outer container that houses the inner container and the coolant tank; providing and/or fabricating a thermal shield that can be actively cooled by the cryogenic fluid and that contains the inner container. In this case, a surrounding gap is provided between the insulating element and the thermal protection. The insulating element is placed in step (c) on the inner container so that the electrodeposited copper layer faces the thermal shield.
Согласно одной другой форме осуществления, на этапе (b) медный слой электролитически осаждается из раствора солей меди на поверхность носителя.According to another embodiment, in step (b), a copper layer is electrolytically deposited from a solution of copper salts onto the surface of the carrier.
В частности, медный слой осаждается непосредственно на поверхность носителя. Дополнительная пленочная подложка не требуется. Используемый для осаждения медного слоя раствор солей меди может быть раствором сернокислой меди высокой степени очистки.In particular, the copper layer is deposited directly on the carrier surface. Additional film substrate is not required. The copper salt solution used to deposit the copper layer may be a highly purified copper sulfate solution.
Согласно одной другой форме осуществления, поверхность носителя имеет цилиндрическую форму, в частности форму кругового цилиндра.According to another embodiment, the carrier surface has a cylindrical shape, in particular the shape of a circular cylinder.
Поверхность носителя может быть имеющей цилиндрическую форму наружной поверхностью барабана или ролика. Однако поверхность носителя также может иметь и любую другую геометрическую форму.The carrier surface may be a cylindrical outer surface of a drum or roller. However, the carrier surface can also have any other geometric shape.
Согласно одной другой форме осуществления, на этапе (c) медный слой располагается так, что обращенная от ванны поверхность медного слоя обращена от внутреннего контейнера, а обращенная к ванне поверхность медного слоя обращена к внутреннему контейнеру.According to another embodiment, in step (c), the copper layer is positioned such that the bath-facing surface of the copper layer faces away from the inner container and the bath-facing surface of the copper layer faces the inner container.
Как отмечалось выше, обращенная от ванны поверхность менее шероховатая, чем поверхность, обращенная к ванне.As noted above, the surface facing away from the bath is less rough than the surface facing the bath.
Описываемые формы осуществления и признаки, относящиеся к транспортному контейнеру, соответственно относятся и к предлагаемому способу, и наоборот.The described forms of implementation and features related to the shipping container, respectively, apply to the proposed method, and vice versa.
В данном случае «один» следует понимать как не обязательно ограниченный точно одним элементом. Точнее, также может быть предусмотрено несколько элементов, например, два, три или более. Точно так же любое другое используемое здесь число не следует понимать в том смысле, что в действительности должно быть точное ограничение соответствующим числом элементов. Точнее, возможны количественные отклонения в большую или меньшую сторону.In this case, "one" should be understood as not necessarily limited to exactly one element. More specifically, multiple elements may also be provided, such as two, three or more. Likewise, any other number used here should not be taken to mean that there should in fact be a precise limitation to the corresponding number of elements. More precisely, quantitative deviations up or down are possible.
Другие возможные варианты реализации транспортного контейнера и/или способа включают в себя и не названные явно комбинации признаков или форм осуществления, описываемые выше или в дальнейшем на примерах осуществления. При этом специалист также добавит отдельные аспекты к соответствующей основной форме транспортного контейнера и/или способа в виде технических усовершенствований или дополнений.Other possible embodiments of the shipping container and/or method include unnamed combinations of features or embodiments described above or hereinafter in the exemplary embodiments. In doing so, the person skilled in the art will also add certain aspects to the respective basic form of the shipping container and/or method in the form of technical improvements or additions.
Другие предпочтительные варианты осуществления транспортного контейнера и/или способа являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и описываемых ниже примеров осуществления транспортного контейнера и/или способа. В последующем изложении транспортный контейнер и/или способ подробнее поясняется на примерах предпочтительных форм осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры.Other preferred embodiments of the shipping container and/or method are the subject of the dependent claims and the embodiments of the shipping container and/or method described below. In the following, the shipping container and/or the method will be explained in more detail by way of examples of preferred embodiments with reference to the accompanying figures.
На фиг. 1 представлена схема в разрезе, соответствующая одной из форм осуществления транспортного контейнера;In FIG. 1 is a sectional diagram corresponding to one embodiment of a shipping container;
на фиг. 2 представлен подробный вид II согласно фиг. 1;in fig. 2 is a detailed view II of FIG. 1;
на фиг. 3 представлена схема в разрезе устройства для изготовления медного слоя для транспортного контейнера согласно фиг. 1;in fig. 3 is a sectional diagram of the apparatus for manufacturing a copper layer for a shipping container according to FIG. 1;
на фиг. 4 представлен подробный вид IV согласно фиг. 3; иin fig. 4 is a detailed view of IV according to FIG. 3; And
на фиг. 5 представлена схематическая блок-схема одной из форм осуществления способа изготовления транспортного контейнера согласно фиг. 1.in fig. 5 is a schematic block diagram of one embodiment of the method for manufacturing a shipping container according to FIG. 1.
Если не указано иное, одинаковые или функционально подобные элементы на фигурах снабжены одинаковыми номерами позиций.Unless otherwise indicated, the same or functionally similar elements in the figures are provided with the same reference numbers.
На фиг. 1 представлена значительно упрощенная схема в разрезе, соответствующая одной из форм осуществления транспортного контейнера 1 для жидкого гелия He. На фиг. 2 представлен подробный вид II согласно фиг. 1. В дальнейшем изложении ссылки относятся и к фиг. 1, и к фиг. 2.In FIG. 1 is a greatly simplified sectional diagram corresponding to one embodiment of a
Транспортный контейнер 1 также можно назвать транспортным контейнером для гелия. Транспортный контейнер 1 также можно использовать и для других криогенных жидкостей. Примерами криогенных текучих сред / жидкостей, или коротко «криогенных веществ», являются вышеупомянутый жидкий гелий He (температура кипения 1 бар абс.: 4,222 K = -268,928°C), жидкий водород H2 (температура кипения 1 бар абс.: 20,268 K = -252,882°C), жидкий азот N2 (температура кипения 1 бар абс.: 77,35 K = -195,80°C) или жидкий кислород O2 (температура кипения 1 бар абс.: 90,18 K = -182,97°C).The
Транспортный контейнер 1 содержит внешний контейнер 2. Внешний контейнер 2 изготовлен, например, из высококачественной стали. Внешний контейнер 2 может иметь длину L2, например, 10 м. Внешний контейнер 2 содержит базовый участок 3 в виде трубы или цилиндра, который с обоих торцов закрыт участками 4, 5 с крышкой, в частности первым участком 4 с крышкой и вторым участком 5 с крышкой. Поперечное сечение базового участка 3 может быть круглым или приблизительно круглым. Участки 4, 5 с крышкой выпуклые. Участки 4, 5 с крышкой выпуклые в противоположные стороны, т.е. оба участка 4, 5 с крышкой относительно базового участка 3 выпуклые наружу. Внешний контейнер 2 является не проницаемым для текучих сред, в частности является газонепроницаемым. Внешний контейнер 2 имеет ось симметрии или центральную ось M1; внешний контейнер 2 выполнен в форме тела вращения вокруг этой оси.The
Кроме того, транспортный контейнер 1 содержит внутренний контейнер 6 для приема жидкого гелия He. Внутренний контейнер 6, например, также изготовлен из высококачественной стали. Во внутреннем контейнере 6 на время нахождения гелия He в двухфазной области могут быть предусмотрены газовая зона 7 с испарившимся гелием He и жидкостная зона 8 с жидким гелием He. Внутренний контейнер 6 является не проницаемым для текучих сред, в частности газонепроницаемым и может иметь предохранительный клапан для управляемого сброса давления. Внутренний контейнер 6, как и внешний контейнер 2, содержит базовый участок 9 в виде трубы или цилиндра, который с обоих торцов закрыт участками 10, 11 с крышкой, в частности первым участком 10 с крышкой и вторым участком 11 с крышкой. Поперечное сечение базового участка 9 может быть круглым или приблизительно круглым.In addition, the
Внутренний контейнер 6, как и внешний контейнер 2, выполнен в форме тела вращения вокруг центральной оси M1. В предусмотренном между внутренним контейнером 6 и внешним контейнером 2 промежутке 12 создан вакуум. Кроме того, транспортный контейнер 1 содержит систему 13 охлаждения с баком 14 охлаждающей среды. В баке 14 охлаждающей среды содержится криогенная текучая среда, например, жидкий азот N2. Бак 14 охлаждающей среды содержит базовый участок 15 в виде трубы или цилиндра, который может быть выполнен в форме тела вращения вокруг центральной оси M1. Поперечное сечение базового участка 15 может быть круглым или приблизительно круглым. Каждый из торцов базового участка 15 закрыт участком 16, 17 с крышкой. Участки 16, 17 с крышкой могут быть выпуклыми. В частности, участки 16, 17 с крышкой выпуклые в одном направлении. Бак 14 охлаждающей среды может иметь и другое устройство.The
В баке 14 охлаждающей среды может быть предусмотрена газовая зона 18 с испарившимся азотом N2 и жидкостная зона 19 с жидким азотом N2. В осевом направлении A внутреннего контейнера 6 бак 14 охлаждающей среды расположен рядом с внутренним контейнером 6. Между внутренним контейнером 6, в частности участком 11 с крышкой внутреннего контейнера, и баком 14 охлаждающей среды, в частности участком 16 с крышкой бака 14 охлаждающей среды, предусмотрен промежуток 20, который может быть частью промежутка 12. Это значит, что в промежутке 20 также создан вакуум.In the
Кроме того, транспортный контейнер 1 содержит соответствующую системе 13 охлаждения тепловую защиту 21. Тепловая защита 21 расположена в предусмотренном между внутренним контейнером 6 и внешним контейнером 2 промежутке 12, находящемся под вакуумом. Тепловая защита 21 может активно охлаждаться или активно охлаждается жидким азотом N2. В данном случае под «активным охлаждением» подразумевается, что жидкий азот N2 для охлаждения тепловой защиты 21 прокачивается через нее или вдоль нее. При этом тепловая защита 21 охлаждается до температуры, которая приблизительно соответствует температуре кипения азота N2.In addition, the
Тепловая защита 21 содержит базовый участок 22 в виде цилиндра или трубы, который с обеих сторон на торцах закрыт заглушающими участками 23, 24 с крышкой. Как базовый участок 22, так и участки 23, 24 с крышкой активно охлаждаются азотом N2. Поперечное сечение базового участка 22 может быть круглым или приблизительно круглым. Тепловая защита 21 предпочтительно также выполнена в форме тела вращения вокруг центральной оси M1.The
Первый участок 23 с крышкой тепловой защиты 21 расположен между внутренним контейнером 6, в частности участком 11 с крышкой внутреннего контейнера 6, и баком 14 охлаждающей среды, в частности участком 16 с крышкой бака 14 охлаждающей среды. Второй участок 24 с крышкой тепловой защиты 21 обращен от бака 14 охлаждающей среды. При этом тепловая защита 21 является самонесущей. Это значит, что тепловая защита 21 не опирается ни на внутренний контейнер 6, ни на внешний контейнер 2. При этом на тепловой защите 21 может быть предусмотрено опорное кольцо, которое подвешено с помощью опорных стержней, в частности растяжек, на внешнем контейнере 2. Кроме того, внутренний контейнер 6 может быть подвешен другими опорными стержнями на опорном кольце. Приток тепла через механические опорные стержни частично осуществляется через опорное кольцо. Опорное кольцо содержит карманы, которые обеспечивают максимально возможную тепловую длину опорных стержней. Бак 14 охлаждающей среды содержит сквозные отверстия для механических опорных стержней.The
Тепловая защита 21 является проницаемой для текучих сред. Это значит, что промежуток 25 между внутренним контейнером 6 и тепловой защитой 21 сообщается по текучей среде с промежутком 12. При этом в промежутках 12, 25 создавать вакуум можно одновременно. В тепловой защите 21 могут быть предусмотрены прорези, отверстия и т.п., позволяющие создавать вакуум в промежутках 12, 25. Тепловая защита 21 предпочтительно изготовлена из алюминиевого материала с высокой степенью очистки.
Первый участок 23 с крышкой тепловой защиты 21 полностью ограждает бак 14 охлаждающей среды от внутреннего контейнера 6. Это значит, что при взгляде от внутреннего контейнера 6 на бак 14 охлаждающей среды бак 14 полностью закрыт первым участком 23 с крышкой тепловой защиты 21. В частности, тепловая защита 21 полностью окружает внутренний контейнер 6. Это значит, что внутренний контейнер 6 полностью заключен внутри тепловой защиты 21, причем тепловая защита 21, как отмечено выше, не является непроницаемой для текучих сред.The
Тепловая защита 21, для ее активного охлаждения, содержит по меньшей мере одну, но предпочтительно несколько охлаждающих труб. Например, тепловая защита 21 может содержать шесть охлаждающих труб. Охлаждающая труба или охлаждающие трубы сообщаются с баком 14 охлаждающей среды, так что жидкий азот N2 может течь из бака 14 охлаждающей среды в охлаждающую трубу или в охлаждающие трубы. Кроме того, система 13 охлаждения может содержать не показанный на фиг. 1 фазовый сепаратор, предназначенный для отделения газообразного азота N2 от жидкого азота N2. Через фазовый сепаратор можно выпускать газообразный азот N2 из системы 13 охлаждения.
Охлаждающая труба или охлаждающие трубы расположены как на базовом участке 22, так и на участках 23, 24 с крышкой тепловой защиты 21. Охлаждающая труба или охлаждающие трубы имеют наклон относительно горизонтали H, ориентированной перпендикулярно направлению действия силы тяжести g. В частности, охлаждающая труба или охлаждающие трубы образуют с горизонталью H угол более 3°.The cooling pipe or pipes are located both in the
Кроме того, внутренний контейнер 6 содержит показанный на фиг. 2 в разрезе изоляционный элемент 26. Изоляционный элемент 26 является многоярусным. Это значит, что изоляционный элемент 26 содержит несколько ярусов или слоев. Поэтому изоляционный элемент 26 также можно назвать многослойным изоляционным элементом. Изоляционный элемент 26 полностью окружает внутренний контейнер 6. Это значит, что изоляционный элемент 26 предусмотрен как на базовом участке 9, так и на участках 10, 11 с крышкой внутреннего контейнера 6. Изоляционный элемент 26 установлен между внутренним контейнером 6 и тепловой защитой 21. Это значит, что изоляционный элемент 26 расположен в промежутке 25. Изоляционный элемент 26 содержит с наружной стороны, т.е. обращенной к тепловой защите 21, медный слой 27 с высоким коэффициентом отражения. Медный слой 27 имеет открытую металлическую поверхность. Это значит, что медный слой 27 не содержит поверхностного покрытия или окисной пленки.In addition, the
Собственно теплоизоляцию внутреннего контейнера 6 относительно уровня температуры жидкого азота N2 тепловой защиты 21 осуществляет медный слой 27. Медный слой 27 предпочтительно является гладкой фольгой из меди с высокой степенью очистки и без покрытия; эта фольга туго и без складок натянута вокруг многоярусного изоляционного слоя 28, расположенного между медным слоем 27 и внутренним контейнером 6. Изоляционный слой 28 состоит из нескольких чередующихся слоев или ярусов из перфорированной и гофрированной алюминиевой фольги 29, выступающей в качестве отражателя, и стеклобумаги 30, выступающей в качестве распорки и теплоизоляции при потере вакуума и расположенной между ярусами алюминиевой фольги 29. Изоляционный слой 28 может иметь 10 ярусов. Ярусы из алюминиевой фольги 29 и стеклобумаги 30 размещены на внутреннем контейнере 6 без зазора, т.е. спрессованы. Изоляционный слой 28 может быть т.н. MLI. Внутренний контейнер 6 и изоляционный элемент 26 с наружной стороны имеют температуру, приблизительно соответствующую температуре кипения гелия He. При монтаже изоляционного слоя 28 обеспечивают максимально возможный механический прижим ярусов из алюминиевой фольги 29 и ярусов из стеклобумаги 30, чтобы все ярусы изоляционного слоя 28 по возможности были изотермическими.The actual thermal insulation of the
Между изоляционным элементом 26 и тепловой защитой 21 предусмотрен зазор 31, полностью окружающий внутренний контейнер 6. Зазор 31 также предусмотрен между изоляционным элементом 26 и участками 23, 24 с крышкой тепловой защиты 21. Зазор 31 имеет ширину b31. Ширина зазора b31 преимущественно составляет от 5 мм до 15 мм, но предпочтительно 10 мм. В зазоре 31 создан вакуум. Зазор 31, в частности, является частью промежутка 25. При этом промежуток 25 заполнен изоляционным элементом 26 до зазора 31.A
Между тепловой защитой 21 и внешним контейнером 2 может быть расположен дополнительный многоярусный изоляционный слой 32, в частности также MLI; этот слой полностью занимает промежуток 12 и поэтому контактирует с наружной стороной тепловой защиты 21 и с внутренней стороной внешнего контейнера 2. Изоляционный слой 32 предусмотрен как между соответствующими базовыми участками 3, 22, так и между участком 24 с крышкой тепловой защиты 21 и участком 4 с крышкой внешнего контейнера 2, а также между участком 23 с крышкой тепловой защиты 21 и баком 14 охлаждающей среды. Изоляционный слой 32 также содержит чередующиеся слои или ярусы из алюминиевой фольги 33 и стекловолокна, стеклосетки или стеклобумаги 34; однако здесь эти слои, в отличие от вышеописанного изоляционного элемента 26 внутреннего контейнера 6, размещены в промежутке 12 мягко. При этом «мягко» означает, что ярусы из алюминиевой фольги 33 и стеклобумаги 34 не прижаты, поэтому благодаря гофрировке и перфорации алюминиевой фольги 33 изоляционный слой 32 и соответственно промежуток 12 позволяют легко создавать вакуум.Between the
Как показано на фиг. 3, медный слой 27 является электролитически осажденным слоем из раствора 35 солей меди. Медный слой 27 также можно называть медным электроосажденным (ED) слоем. Медный слой 27 имеет высокую степень очистки. Массовая доля меди в медном слое 27 предпочтительно составляет по меньшей мере 99% и предпочтительно по меньшей мере 99,9%. Раствор 35 солей меди может быть сернокислым раствором солей меди высокой степени очистки.As shown in FIG. 3, the
Для изготовления медного слоя 27 ролик или барабан 36 наполовину погружают в ванну 37, наполненную раствором 35 солей меди. Барабан 36 также можно называть носителем. Медь из раствора 35 солей меди электролитически осаждается на цилиндрическую наружную поверхность или поверхность 38 носителя - барабана 36. При этом медь, конечно же, осаждается только на тот участок поверхности 38 носителя, который погружен в раствор 35 солей меди. Медный слой 27 осаждается непосредственно на барабан 36. Дополнительная пленочная подложка не требуется. Ванна 37 и барабан 36 являются частью устройства 39 для изготовления медного слоя 27. Устройство 39 для изготовления медного слоя дополнительно может содержать, например, приспособление для подъема и опускания, с помощью которого можно вынимать барабан 36 из ванны 37 и снова опускать в нее.For the manufacture of the
Благодаря низкой адгезии осажденного медного слоя 27 на оксидированной поверхности 38 носителя слой легко снимается или удаляется с барабана 36. Это позволяет непрерывно производить медный слой 27. Как видно из фиг. 4, в результате процесса электролитического осаждения образуется гладкая или обращенная от ванны сторона или поверхность 40 и шероховатая или обращенная к ванне сторона или поверхность 41. Обращенную от ванны поверхность 40 также можно назвать обращенной к барабану стороной. Обращенную к ванне поверхность 41 также можно назвать обращенной от барабана стороной или поверхностью. Толщина W стенки медного слоя составляет от 10 до 20 мкм.Due to the low adhesion of the deposited
Медный слой 27 располагается при изготовлении транспортного контейнера 1 так, что гладкая, обращенная от ванны поверхность 40 обращена к тепловой защите 21. Это значит, что зазор 31 определяется обращенной от ванны поверхностью 40 и тепловой защитой 21. Шероховатая же поверхность 41, обращенная к ванне, наоборот, обращена к ярусам алюминиевой фольги 29 и стеклобумаги 30 изоляционного слоя 28. Таким образом, в значимом лучистом теплообмене участвует только гладкая, обращенная от ванны поверхность 40.The
Благодаря зазору 31 тепловая защита 21 по всей периферии находится на расстоянии от медного слоя 27 изоляционного элемента 26 внутреннего контейнера 6. Поэтому приток тепла, связанный с излучением, снижается до физически возможного минимума. Тепло от поверхностей внутреннего контейнера 6, в частности от обращенной от ванны поверхности 40 медного слоя 27, передается к тепловой защите 21 только за счет излучения и теплопроводности остаточного газа.The
Далее поясняется принцип действия транспортного контейнера 1. Перед заполнением внутреннего контейнера 6 жидким гелием (He) сначала тепловую защиту 21 охлаждают низкотемпературным азотом N2 - вначале газообразным, а затем жидким — по меньшей мере приближенно или точно до температуры кипения (1,3 бар абс., 79,5 K) жидкого азота N2. При этом активное охлаждение внутреннего контейнера 6 еще не проводится. При охлаждении тепловой защиты 21 еще имеющийся в вакууме промежутка 12 остаточный газ вымораживается на тепловой защите 21. Это позволяет при заполнении внутреннего контейнера 6 жидким гелием He предотвратить намерзание остаточного газа в вакууме на наружной стороне внутреннего контейнера 6 с соответствующим загрязнением открытой металлической поверхности медного слоя 27 изоляционного элемента 26 внутреннего контейнера 6. Когда тепловая защита 21 и бак 14 охлаждающей среды будут полностью охлаждены, а бак 14 охлаждающей среды снова будет заполнен, внутренний контейнер 6 заполняют жидким гелием He.The operation of the
Теперь транспортный контейнер 1 можно доставлять для перевозки жидкого гелия (He) на транспортное средство, например, грузовой автомобиль или судно. При этом тепловая защита 21 непрерывно охлаждается жидким азотом N2. При этом жидкий азот N2 расходуется и кипит в охлаждающих трубах системы 13 охлаждения. При этом образующиеся пузырьки газа направляются через фазовый сепаратор, расположенный относительно направления действия силы тяжести g в самой высокой точке системы 13 охлаждения. С помощью фазового сепаратора можно выпускать находящийся в системе 13 охлаждения газообразный азот N2, что позволяет жидкому азоту N2 вытекать из бака 14 охлаждающей среды.Now, the
Поскольку наличие зазора 31 исключает механический контакт медного слоя 27 с тепловой защитой 21, теплопередача от поверхностей внутреннего контейнера 6 на тепловую защиту 21 может происходить только за счет излучения и теплопроводности остаточного газа. Поскольку медный слой 27 туго натянут на изоляционный слой 28, он имеет хороший механический контакт с изоляционным слоем 28, и температура медного слоя 27 тоже близка к температуре гелия He. Поскольку коэффициент излучения или излучательная способность медного слоя 27 с понижением температуры снижается, уменьшается и теплопередача за счет излучения, поэтому общий приток тепла к внутреннему контейнеру 6 можно снизить примерно до 3,5 Вт в течение всей продолжительности хранения гелия He. Коэффициент излучения тела показывает его количество излучения по сравнению с идеальным тепловым излучателем — абсолютно черным телом.Since the presence of the
Благодаря тому, что внутренний контейнер 6 полностью окружен тепловой защитой 21, обеспечивается охват внутреннего контейнера 6 только теми поверхностями, температура которых соответствует температуре кипения (1,3 бар абс., 78,5 K) азота N2. Поэтому между тепловой защитой 21 (78,5 K) и внутренним контейнером (4,2–6 K) существует лишь небольшая разность температур. Это позволяет значительно увеличить продолжительность хранения жидкого гелия He по сравнению с известными транспортными контейнерами. Изоляционный элемент 26 выполняет функцию аварийной изоляции внутреннего контейнера 6 на случай потери вакуума.Due to the fact that the
На фиг. 5 представлена блок-схема способа изготовления транспортного контейнера 1, описанного выше. Способ включает следующие этапы. На этапе S1 готовят внутренний контейнер 6. Этап S1 может включать изготовление внутреннего контейнера 6. На этапе S2 изготовляют электролитически осажденный медный слой 27, описанный выше. На этапе S3 изоляционный элемент 26 размещают на наружной стороне внутреннего контейнера 6, причем в изоляционном элементе 26 наиболее удаленным относительно внутреннего контейнера 6 является медный слой 27. При этом «наружная сторона» означает сторону, обращенную к тепловой защите 21.In FIG. 5 is a flow chart of the method for manufacturing the
Способ может дополнительно включать: обеспечение и/или изготовление бака 14 охлаждающей среды; обеспечение и/или изготовление внешнего контейнера 2, в котором находятся внутренний контейнер 6 и бак 14 охлаждающей среды; обеспечение и/или изготовление тепловой защиты 21, в которую помещают внутренний контейнер 6. При этом между изоляционным элементом 26 и тепловой защитой 21 предусмотрен окружающий зазор 31. При этом на этапе S3 изоляционный элемент 26 размещают на внутреннем контейнере 6 так, что медный слой 27 обращен к тепловой защите 21. Кроме того, на этапе S3 медный слой 27 располагается так, что обращенная от ванны поверхность 40 обращена от внутреннего контейнера 6, а обращенная к ванне поверхность 41 обращена к внутреннему контейнеру 6.The method may further include: providing and/or manufacturing a
Хотя данное изобретение описывалось на примерах осуществления, оно предоставляет многообразные возможности модификации.Although the present invention has been described in terms of exemplary embodiments, it provides many possibilities for modification.
Используемые номера позицийPosition numbers used
1 Транспортный контейнер1 shipping container
2 Внешний контейнер2 Outer container
3 Базовый участок3 Base plot
4 Участок с крышкой4 Area with cover
5 Участок с крышкой5 Area with cover
6 Внутренний контейнер6 Inner container
7 Газовая зона7 Gas zone
8 Жидкостная зона8 Liquid zone
9 Базовый участок9 Base section
10 Участок с крышкой10 Area with lid
11 Участок с крышкой11 Area with cover
12 Промежуток12 Gap
13 Система охлаждения13 Cooling system
14 Бак охлаждающей среды14 Coolant tank
15 Базовый участок15 Base plot
16 Участок с крышкой16 Area with cover
17 Участок с крышкой17 Area with cover
18 Газовая зона18 Gas zone
19 Жидкостная зона19 Liquid zone
20 Промежуток20 Gap
21 Защита21 Protection
22 Базовый участок22 Base plot
23 Участок с крышкой23 Area with lid
24 Участок с крышкой24 Area with cover
25 Промежуток25 Gap
26 Изоляционный элемент26 Insulating element
27 Медный слой27 Copper layer
28 Изоляционный слой28 Insulating layer
29 Алюминиевая фольга29 Aluminum foil
30 Стеклобумага30 Glass paper
31 Зазор31 Gap
32 Изоляционный слой32 Insulating layer
33 Алюминиевая фольга33 Aluminum foil
34 Стеклобумага34 Glass paper
35 Раствор солей меди35 Solution of copper salts
36 Барабан36 Drum
37 Ванна37 Bath
38 Поверхность носителя38 Media surface
39 Устройство для изготовления39 Making device
40 Поверхность40 Surface
41 Поверхность41 Surface
A Осевое направлениеA Axial direction
b31 Ширина зазораb31 Gap width
g Направление действия силы тяжестиg Direction of gravity
H ГоризонтальH Horizontal
He ГелийHelium
H2 ВодородH2 Hydrogen
L2 ДлинаL2 Length
M1 Центральная осьM1 Central axis
N2 АзотN2 Nitrogen
O2 КислородO2 Oxygen
S1 ЭтапS1 Stage
S2 ЭтапS2 Stage
S3 ЭтапS3 Stage
W Толщина стенки.W Wall thickness.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19020105.3 | 2019-03-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021123371A RU2021123371A (en) | 2023-02-06 |
RU2800465C2 true RU2800465C2 (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2863297A (en) * | 1955-03-29 | 1958-12-09 | Herrick L Johnston Inc | Method and apparatus for storing liquified gases |
RU2177917C1 (en) * | 2001-02-22 | 2002-01-10 | Колдыбаев Сергей Глебович | Fiber impregnating unit |
RU2262034C2 (en) * | 2001-01-11 | 2005-10-10 | Кириллов Николай Геннадьевич | Fuel reservoir for protracted storage of liquefied natural gas |
WO2017190848A1 (en) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Linde Aktiengesellschaft | Transport container |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2863297A (en) * | 1955-03-29 | 1958-12-09 | Herrick L Johnston Inc | Method and apparatus for storing liquified gases |
RU2262034C2 (en) * | 2001-01-11 | 2005-10-10 | Кириллов Николай Геннадьевич | Fuel reservoir for protracted storage of liquefied natural gas |
RU2177917C1 (en) * | 2001-02-22 | 2002-01-10 | Колдыбаев Сергей Глебович | Fiber impregnating unit |
WO2017190848A1 (en) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Linde Aktiengesellschaft | Transport container |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113474590B (en) | Transport container and method | |
CN106015921B (en) | A kind of vertical vessel for storing cryogenic fluids | |
US20220074550A1 (en) | Transport container | |
JP6945554B2 (en) | Transport container | |
JP2006500536A5 (en) | ||
US20190145580A1 (en) | Transport container | |
RU2800465C2 (en) | Transport container and manufacturing method | |
KR101643083B1 (en) | Low heat loss cryogenic fluid storage equipment using multilayered cylindrical support | |
JP2014206365A (en) | Cooler, cooling device using the same, and cooling method of heating element | |
CN205746012U (en) | A kind of vertical vessel for storing cryogenic fluids | |
ES2910106T3 (en) | shipping container | |
RU2373119C1 (en) | Cryogenic liquid storing and supplying device | |
CN115585389A (en) | Low-temperature container heat insulation structure and calculation method thereof | |
JP2016040505A (en) | Cooler, cooling device using the same, and cooling method of heating element | |
US3357587A (en) | Thermal insulation suitable for vacuum bottles and the like | |
JP6440922B1 (en) | Superconducting magnet | |
RU2778025C1 (en) | Cryostat with phase-transfer isochoric thermal insulation | |
CN105416867B (en) | Hold the container of superconductive device | |
JPH03229100A (en) | Vaporizer for cryogenic liquefied gas | |
CA3095654C (en) | Isothermalized mirror assembly | |
JP2007324611A (en) | Cooling device for high temperature superconducting magnetic shield body | |
RU2235941C1 (en) | Cryogenic vessel | |
IL277462B1 (en) | Isothermalized mirror assembly | |
WO2023105378A1 (en) | Cryogenic vessel arrangement | |
KR20120123140A (en) | Heating system for a vapor-phase deposition source |