WO2018036662A1 - Transportbehälter sowie verfahren zum wiegen eines derartigen transportbehälters - Google Patents

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WO2018036662A1
WO2018036662A1 PCT/EP2017/025237 EP2017025237W WO2018036662A1 WO 2018036662 A1 WO2018036662 A1 WO 2018036662A1 EP 2017025237 W EP2017025237 W EP 2017025237W WO 2018036662 A1 WO2018036662 A1 WO 2018036662A1
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helium
transport container
coating
transport
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PCT/EP2017/025237
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Marcus Guzmann
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Linde Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a transport container for helium and a
  • Helium is extracted together with natural gas.
  • transport containers are used which, in order to avoid a too rapid increase in the pressure of helium, are thermally insulated in a costly manner.
  • Such transport containers can be cooled, for example, with the aid of liquid nitrogen.
  • a cooled with the liquid nitrogen thermal shield is provided.
  • the thermal shield shields an inner container of the transport container. In the inner container, the liquid or cryogenic helium is added. The holding time for the liquid or cryogenic helium is in such transport containers 35 to 40 days, that is, after this time, the pressure in the inner container on the
  • the transport containers each time before they are weighed, that is, before they are filled with helium, the transport containers must be weighed after transport, after storage, and upon arrival at the customer.
  • a nitrogen tank of the transport container is filled with liquid nitrogen up to a maximum level. The weight of helium filled is calculated based on the current total weight of the hauler and helium and a tare weight of the helium
  • Transport container determined. In order to accurately determine the weight of the helium, it is necessary to clean the outside of the transport container. Usually are Such transport containers provided on the outside with a white coating. With the help of the coating, the heat energy introduced by the sunlight can be reduced and thereby a warming up of the transport container can be prevented.
  • the white coating reduces the absorption of sunlight, especially UV light, by reflection.
  • Total reflectance and a thermal emissivity in each case of more than 70% b) at least one colored pigment with a transmissivity in the near infrared wavelength range of more than 70%, c) at least one colored pigment with a reflectivity in the near infrared wavelength range of more than 30%, d) at least one special effect pigment, e) at least one photocatalytically active pigment, f) a high-gloss finishing layer, g) a superhydrophobic
  • the object of the present invention is to provide an improved transport container available.
  • Transport container comprises an inner container for receiving the helium, an outer container in which the inner container is received, and provided between the inner container and the outer container insulation means for thermally insulating the inner container, wherein an outer container of the outer container of the outer container at least partially coated with a superhydrophilic coating is.
  • the coating can be achieved that upon exposure of the transport container with water or with an aqueous solution for cleaning the same, the outside is completely wetted with water, which infiltrated on the outside adhering dirt particles and thus be removed. This can prevent dirt or dust on the Set outer side of the outer container, whereby a deterioration of the reflection properties is prevented on the outside. This prevents that too much heat energy is entered by the sunlight in the transport container.
  • Transport container is thereby reduced.
  • the hold time for the helium is increased and the loss of helium is reduced.
  • Cooling down the transport container can be dispensed with.
  • a self-cleaning effect can be achieved with the aid of the superhydrophilic coating, it is possible to dispense with cleaning the transport container before weighing it, or the cleaning effort can at least be reduced. Overall, thus the availability of the transport container can be increased.
  • the inner container may also be referred to as a helium container or inner tank.
  • the transport container may also be referred to as a helium container, container, helium transport container or cryogenic container.
  • the helium can be referred to as liquid or cryogenic helium.
  • the helium is in particular a cryogenic liquid.
  • the transport container is in particular adapted to transport the helium in cryogenic or liquid or in supercritical form.
  • the critical point is a thermodynamic state of a substance characterized by equalizing the densities of the liquid and gaseous phases. The differences between the two states of aggregation cease to exist at this point. In a phase diagram, the point represents the upper end of the vapor pressure curve.
  • the helium becomes liquid
  • the inner container In the inner container then form a liquid zone with liquid helium and a gas zone with gaseous helium.
  • the helium therefore has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous, after being filled into the inner container. That is, in the inner container there is a phase boundary between the liquid helium and the gaseous helium. 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.
  • Hydrophilicity means "water-loving” and means that the coating interacts strongly with water. The opposite of hydrophilicity is hydrophobicity. At strong Water-loving surfaces are also called superhydrophilic.
  • the coating comprises titanium dioxide. The superhydrophilic properties of the surfaces are due to oxygen vacancies on the titanium dioxide surface of the coating. At these points OH groups are bound, which lead to good wetting with water.
  • a closed water film preferably forms on the surface of the coating.
  • the outside is completely coated with the coating.
  • the contact angle formed by a water droplet placed on the coating to form a surface of the coating is less than 25 °, preferably less than 10 °, more preferably less than 5 °, more preferably less than 1 °.
  • the contact angle can also be referred to as edge or wetting angle.
  • the contact angle is the angle that the liquid drop forms on the surface of the coating towards this surface.
  • the size of the contact angle between a liquid, especially water, and the coating depends on the
  • the coating has a photocatalytically active substance which is adapted to degrade organic substances adhering to the coating.
  • the photocatalytic substance is especially adapted to stimulate redox reactions of the organic substances in conjunction with water and UV radiation. As a result, the organic substances are degraded. Titanium dioxide is a semiconductor. Light creates electron-electron-hole pairs therein when the energy of the photons is greater than the bandgap. The electrons or holes can diffuse in the titanium dioxide to the surface and generate there radicals, which lead to the decomposition of organic substances. In particular, the holes have a high oxidative effect. Hydroxyl radicals (OH radicals) are formed with water.
  • the photocatalytically active substance is titanium dioxide, in particular titanium dioxide in the anatase crystal structure.
  • anatase can form electron-electron-hole pairs under UV radiation (about 380 nm). Inside the titanium dioxide particles, these electron-electron-hole pairs predominantly recombine with evolution of heat. At the surface of the titanium dioxide particles, however, additional reactions proceed to form free radicals. The electron hole reacts with water to form reactive hydroxyl radicals. The excited electron reacts with air-oxygen to form oxygen superoxide radicals.
  • the coating is designed to form a closed water film when the coating is exposed to water or an aqueous solution.
  • the coating has strong water-spreading properties.
  • the dirt particles are thereby infiltrated and detached.
  • the insulating device has a
  • nitrogen-cooled shield disposed between the inner container and the outer container and a nitrogen container for holding liquid nitrogen.
  • the shield can be called a thermal shield.
  • the sign is in particular actively cooled.
  • actively cooled means in the present case that liquid nitrogen is applied to the plate to cool it, and a method is proposed for weighing such a transport container for helium in which the inner container
  • the method comprises the following steps: cleaning the outside of the outer container with the aid of water or an aqueous solution, wherein the outside is wetted by means of the coating in such a way that dirt particles adhering to the outside are infiltrated by the water or the aqueous solution, filling one Nitrogen container of the transport container with liquid nitrogen, weighing the transport container and determining an amount contained in the transport container of helium. In particular, the nitrogen tank is filled to a maximum possible level.
  • the coating preferably has titanium dioxide, in particular titanium dioxide in the anatase crystal structure.
  • a continuous water film is produced with the aid of the coating on the outside, as a result of which the dirt particles are detached from the outside.
  • a tare weight of the transport container is determined.
  • the tare weight is determined at maximum level of liquid nitrogen.
  • Tare weight is the difference between the gross weight of the transport container including liquid nitrogen at maximum level and the net weight of the product to be weighed,
  • the transport container is delivered to the customer, in particular the following process steps can be carried out: arrival of the transport container, cleaning of the transport container, filling of the nitrogen container with liquid nitrogen, weighing of the transport container including the liquid nitrogen,
  • Nitrogen container with liquid nitrogen weighing the transport container including the nitrogen, determination of the residual amount of helium and transport to the supplier.
  • the following process steps can be carried out in particular: Arrival of the transport container, cleaning of the transport container
  • Transport container filling of the nitrogen container with liquid nitrogen, weighing the transport container including the nitrogen, determination of the helium residue, if necessary temporary storage, if necessary cleaning of the transport container, filling with helium, filling the nitrogen container with liquid nitrogen, weighing the transport container, determination of the helium filling quantity / Level and transport to the distribution hub or customers.
  • the following process steps can be carried out on the distribution hub: arrival of the transport container, cleaning of the transport container, filling of the nitrogen container with liquid nitrogen, weighing of the transport container, determination of the helium fill level, if appropriate topping up with helium,
  • the transport container is filled with helium. According to a further embodiment, after filling the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows the detailed view II according to FIG. 1;
  • FIG. and FIG. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a
  • Fig. 1 shows a highly simplified schematic sectional view of a
  • Embodiment of a transport container 1 for liquid helium He Embodiment of a transport container 1 for liquid helium He.
  • 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 comprises an outer container 2.
  • the outer container 2 is made of stainless steel, for example.
  • the outer container 2 may have a length l 2 of, for example, 10 m.
  • the outer container 2 comprises a tubular or cylindrical base portion 3 which is closed on both sides in each case by means of a cover section 4, 5, in particular by means of a first cover section 4 and a second cover section 5.
  • the base portion 3 may have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the lid sections 4, 5 are curved.
  • the cover sections 4, 5 are curved in opposite directions, so that both cover sections 4, 5 are arched outward 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 center axis M2, to which the
  • Outer container 2 is constructed rotationally symmetrical.
  • the transport container 1 further comprises an inner container 6 for receiving the liquid helium He.
  • the inner container 6 is also made of stainless steel, for example. In the inner container 6, as long as the helium He in the
  • Two-phase region is to be provided, a gas zone 7 with vaporized helium He and a liquid zone 8 with liquid helium He.
  • the inner container 6 is fluid-tight, in particular gas-tight, and may comprise a blow-off valve for controlled pressure reduction.
  • the inner container 6 includes as the
  • Outer container 2 a tubular or cylindrical base portion 9, the front side on both sides of lid portions 10, 1 1, in particular of a first
  • Cover portion 10 and a second lid portion 1 is closed.
  • the base portion 9 may have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the inner container 6 is, like the outer container 2, formed rotationally symmetrical to the central axis M2. A between the inner container 6 and the
  • the transport container 1 further comprises an insulating device 13, which is arranged at least in sections between the inner container 6 and the outer container 2.
  • the insulating device 13 is configured to thermally insulate and / or cool the inner container 6.
  • the insulating device 13 comprises a nitrogen container 14.
  • Nitrogen container 14 is liquid nitrogen N 2 added.
  • the nitrogen container 14 comprises a tubular or cylindrical base portion 15, which may be constructed rotationally symmetrical to the central axis M2.
  • the base portion 15 may have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the base portion 15 is frontally closed by a cover portion 16, 17.
  • Cover portions 16, 17 may be curved. In particular, the lid portions 16, 17 are curved in the same direction.
  • the nitrogen container 14 may also have a different structure.
  • a gas zone 18 with vaporized nitrogen N 2 and a liquid zone 19 with liquid nitrogen N 2 may be provided in the nitrogen tank 14.
  • Axial direction A of the inner container 6 is the nitrogen tank 14 next to the
  • Inner container 6 is arranged. Between the inner container 6, in particular the lid portion 1 1 of the inner container 6, and the nitrogen tank 14, in particular the lid portion 16 of the nitrogen container 14, a gap 20 is provided, which may be part of the space 12. That is, the gap 20 is also evacuated.
  • the transport container 1 further comprises one of the insulating device 13
  • the thermal shield 21 is provided in the provided between the inner container 6 and the outer container 2 evacuated
  • the thermal shield 21 is actively cooled or actively cooled by means of the liquid nitrogen N 2 .
  • Active cooling in the present case is to be understood as meaning that the liquid nitrogen N 2 is passed therethrough for the purpose of cooling the thermal shield 21 or is conducted along it.
  • the thermal shield 21 is thereby cooled to a temperature about the
  • the thermal shield 21 comprises a cylindrical or rohrformigen base portion 22, which is completed on both sides by a front end this concluding lid portion 23, 24.
  • the base portion 22 may have a circular or approximately circular geometry in cross section.
  • the thermal shield 21 is
  • a first lid portion 23 of the thermal shield 21 is between the
  • a second cover portion 24 of the thermal shield is the
  • 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. In this way, the gaps 12, 25 can be evacuated simultaneously.
  • holes, openings or the like may be provided to a
  • the thermal shield 21 is preferably made of a high purity aluminum material.
  • the first lid portion 23 of the thermal shield 21 shields the
  • the thermal shield 21 encloses the inner container 6 completely. That is, the inner container 6 is completely disposed within the thermal shield 21, the thermal shield 21, as previously mentioned, is not fluid-tight.
  • the thermal shield 21 comprises at least one, but preferably a plurality of cooling lines for the active cooling thereof.
  • the cooling line or ducts are in fluid communication with the nitrogen tank 14 so that the liquid nitrogen N 2 can flow from the nitrogen tank 14 into the cooling duct or into the cooling ducts.
  • the insulating device 13 may further comprise a not shown in FIG.
  • Phase separator which is adapted to separate gaseous nitrogen N 2 from liquid nitrogen N 2 .
  • the gaseous nitrogen N 2 can be blown out of the insulating device 13 via the phase separator.
  • the isolating device 13 can also, not shown in FIG. 1, passive
  • insulating elements include insulating elements.
  • a multilayer insulation layer in particular a so-called MLI (multilayer insulation) may be arranged, which completely fills the gap 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 fiber or glass mesh fabric of the insulating layer can here be fluffily introduced into the intermediate space 12. Fluffy here means that the layers of aluminum foil and glass paper, glass silk or glass mesh fabric are not pressed, so that the insulating layer and thus the gap 12 can be evacuated trouble-free by the embossing and perforation of the aluminum foil.
  • a superhydrophilic coating 27 is provided on an outer side 26 of the outer container 2 facing away from the inner container 6.
  • Hydrophilicity means “water-loving,” which means that a substance interacts strongly with water. The opposite of hydrophilicity is hydrophobicity. In strongly water-attracting surfaces is also spoken of superhydrophilicity.
  • a water droplet 30 placed on the surface 28 of the coating 27 forms an edge, wetting or contact angle zu of the surface 28 which is less than 25 °, preferably less than 10 °, more preferably less than 5 °, more preferably less than 1 ° is.
  • this forms a closed water film which infiltrates the dirt particles 29 adhering to the surface 28 and thereby peels off.
  • the coating 27 may comprise a photocatalytically active substance which is adapted to degrade organic substances adhering to the coating 27.
  • Photocatalytic self-cleaning refers to a
  • Ti0 2 Tin oxide
  • Irradiation with (solar) light decomposes organic materials on the surface 28.
  • the surface 28 remains clean and antimicrobial.
  • TiO 2 generates a photocatalytic effect, with redox reactions taking place on the surface 28 in conjunction with water and UV radiation (sunlight). In the process, organic substances are broken down.
  • Ti0 2 surfaces become superhydrophilic in the presence of air moisture and (air) oxygen under UV irradiation.
  • the superhydrophilic properties of surface 28 are due to oxygen vacancies on the TiO 2 surface. At these points OH groups are bound, which lead to good wetting with water. Both effects run in parallel, but have different effects.
  • the photocatalytic property or the superhydrophilicity may predominate. If Ti0 2 particles are incorporated in an inert surface coating or if crystalline Ti0 2 layers are produced in situ on a surface, surfaces with a self-cleaning effect can be obtained.
  • the Ti0 2 can be present in the crystal modification anatase. Anatase can form electron-electron-hole pairs under UV light (about 380 nm). Inside Ti0 2 particles, these electron-electron-hole pairs predominantly recombine Heat. At the surface of the Ti0 2 particles, however, additional reactions proceed to form radicals. The electron hole reacts with water to form reactive hydroxyl radicals. The excited electron reacts with air-oxygen to oxygen superoxide radicals. These radicals oxidize organic compounds and attack bio-organisms. However, organic molecules can also adsorb directly to the TiO 2 and be decomposed by redox processes. organic
  • Pollutions are ideally split into carbon dioxide and water.
  • Process steps are carried out: arrival of the transport container 1, cleaning of the transport container 1, filling the nitrogen tank 14 with liquid nitrogen N 2 , weighing the transport container 1 including the liquid nitrogen N 2 , determination of the helium delivery quantity and use of helium He at the customer.
  • the following process steps can be carried out: cleaning the transport container 1, filling the nitrogen container 14 with liquid nitrogen N 2 , weighing the transport container 1 including the nitrogen N 2 , determination of the residual amount of helium and transport to the supplier.
  • Transport container 1 including the nitrogen N 2 , determination of the helium residual amount, optionally intermediate storage, optionally cleaning the transport container 1, filling with helium He, filling the nitrogen tank 14 with liquid nitrogen N 2 , weighing the transport container 1, determining the helium filling / level and transport to the distribution hub or customers.
  • the following process steps can be performed on the distribution hub:
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a process or method for weighing such a transport container 1.
  • a step S1 the outside 26 of the outer container 2 is cleaned by means of water or an aqueous solution.
  • the outside 26 is wetted with the aid of the coating 27 in such a way that the dirt particles 29 adhering to the outside 26 are infiltrated by the water or the aqueous solution.
  • step S2 liquid nitrogen N 2 is introduced into the nitrogen tank 14 up to a maximum fill level. Subsequently, the transport container 1 is weighed in a step S3. In a step S4, the weight of helium He
  • step S1 is repeated, for example, after storage or transport of the transport container 1.
  • Determining the amount of helium contained He is the transport container 1 is filled in a step S5 with helium He.
  • step S6 liquid nitrogen N 2 is again filled into the nitrogen tank 14 up to a maximum possible filling level. This step S6 is required or not depending on the filling time with helium He.
  • step S5 After filling the transport container 1 with helium He in step S5 and liquid nitrogen N 2 in step S6, the transport container 1 is weighed again in a step S7. In a step S8, the weight of the filled helium He (initial amount) is determined. Before each weighing operation, that is, before the steps S3 and S7, the
  • Nitrogen container 14 of the insulating device 13 are again completely filled with liquid nitrogen N 2 .
  • a so-called tare weight of the transport container 1 can be determined.
  • Tare weight is the difference between the total weight of the transport container 1 including the weight of liquid nitrogen N 2 at maximum level and the net weight of helium He.
  • the outer side 26 of the outer container 2 can be easily cleaned of dirt particles 29.
  • the cleaning process can be improved in that the coating 27 is a photocatalytically active
  • Substance, in particular Ti0 2 has.
  • the dirt particles 29 can be washed off, for example, during the transport of the transport container 1 by rain. As a result, the outer surface 26 remains white, whereby sunlight is well reflected and the entry of heat is reduced in the transport container 1.
  • Holding time for helium He can be increased significantly.
  • the consumption of liquid nitrogen N 2 for cooling the transport container 1 can be reduced, whereby the operating costs decrease. This can also reduce the loss of helium He.
  • the transport container 1 is easier to clean or requires no cleaning at all. This will cause the weighing of the
  • Transport container 1 simplified.

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Abstract

Ein Transportbehälter (1 ) für Helium, mit einem Innenbehälter (6) zum Aufnehmen des Heliums (He), einem Außenbehälter (2), in dem der Innenbehälter (6) aufgenommen ist, und einer zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Außenbehälter (2) vorgesehenen Isoliereinrichtung (13) zum thermischen Isolieren des Innenbehälters (6), wobei eine dem Innenbehälter (6) abgewandte Außenseite (26) des Außenbehälters (2) zumindest teilweise mit einer superhydrophilen Beschichtung (27) beschichtet ist.

Description

Beschreibung
Transportbehälter sowie Verfahren zum Wiegen eines derartigen Transportbehälters
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transportbehälter für Helium sowie ein
Verfahren zum Wiegen eines derartigen Transportbehälters.
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, aufwändig 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. Wird der Maximaldruck des Transportbehälters überschritten, öffnet sich automatisch ein Sicherheitsventil am Transportbehälter, das zu einem Druckablass und damit zu einem Verlust des Heliums führt. Weiterhin heizt sich der Transportbehälter bei Überschreitung der Haltezeit auf und erfordert eine spezielle und kostenintensive Herunterkühlung. Dieses Herunterkühlen kann mehrere Tage in Anspruch nehmen und reduziert hierdurch die Verfügbarkeit und die Effizienz derartiger Transportbehälter.
Weiterhin müssen die Transportbehälter jedes Mal bevor sie gewogen werden, das heißt, bevor sie mit Helium befüllt werden, nach dem Transport, nach einer Lagerung und beim Ankommen beim Kunden gewogen werden. Hierzu wird ein Stickstofftank des Transportbehälters mit flüssigem Stickstoff bis auf ein Maximallevel gefüllt. Das Gewicht des eingefüllten Heliums wird basierend auf dem aktuellen Gesamtgewicht des Transportbehälters und des Heliums sowie eines Taragewichts des
Transportbehälters ermittelt. Um das Gewicht des Heliums exakt zu ermitteln, ist es erforderlich, den Transportbehälter außenseitig zu reinigen. Normalerweise sind derartige Transportbehälter außenseitig mit einer weißen Beschichtung versehen. Mit Hilfe der Beschichtung kann die durch das Sonnenlicht eingebrachte Wärmeenergie reduziert und hierdurch ein Aufwärmen des Transportbehälters verhindert werden. Die weiße Beschichtung reduziert die Absorption von Sonnenlicht, insbesondere von UV- Licht, durch Reflexion.
Die DE 20 2013 006 851 U1 beschreibt eine kryogene Anlage mit zumindest einer Anlagenkomponente mit einer Komponentenoberfläche, auf der eine Beschichtung aufgetragen ist, wobei die Beschichtung eines der folgenden Merkmale a) bis g) oder eine Kombination zumindest zweier der folgenden Merkmale a) bis g), die jeweils technisch miteinander kompatibel sind, aufweist: a) einen solaren
Gesamtreflexionsgrad und einen thermischen Emissionsgrad von jeweils mehr als 70%, b) wenigstens ein farbiges Pigment mit einer Transmissivität im nahen infraroten Wellenlängenbereich von mehr als 70%, c) wenigstens ein farbiges Pigment mit einer Reflektivität im nahen infraroten Wellenlängenbereich von mehr als 30%, d) wenigstens ein Spezialeffektpigment, e) wenigstens ein photokatalytisch wirksames Pigment, f) eine hochglänzende Abschlussschicht, g) eine superhydrophobe
Abschlussschicht. 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 Außenbehälter, in dem der Innenbehälter aufgenommen ist, und eine zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorgesehene Isoliereinrichtung zum thermischen Isolieren des Innenbehälters, wobei eine dem Innenbehälter abgewandte Außenseite des Außenbehälters zumindest teilweise mit einer superhydrophilen Beschichtung beschichtet ist.
Mit Hilfe der Beschichtung kann erreicht werden, dass bei einer Beaufschlagung des Transportbehälters mit Wasser oder mit einer wässrigen Lösung zum Reinigen desselben die Außenseite vollständig mit Wasser benetzt wird, wodurch auf der Außenseite anhaftende Schmutzpartikel unterwandert und damit abgelöst werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass Schmutzpartikel oder Staub sich auf der Außenseite des Außenbehälters festsetzen, wodurch eine Verschlechterung der Reflexionseigenschaften auf der Außenseite verhindert wird. Hierdurch wird verhindert, dass zu viel Wärmeenergie durch das Sonnenlicht in den Transportbehälter eingetragen wird. Der Bedarf an flüssigem Stickstoff zum Kühlen des
Transportbehälters wird hierdurch reduziert. Die Haltezeit für das Helium wird vergrößert und der Verlust an Helium wird reduziert. Auf ein aufwändiges
Herunterkühlen des Transportbehälters kann verzichtet werden. Dadurch, dass mit Hilfe der superhydrophilen Beschichtung ein Selbstreinigungseffekt erreicht werden kann, kann auf ein Reinigen des Transportbehälters vor dem Wiegen desselben verzichtet werden oder der Reinigungsaufwand kann zumindest reduziert werden. Insgesamt kann damit die Verfügbarkeit des Transportbehälters gesteigert werden.
Der Innenbehälter kann auch als Heliumbehälter oder Innentank bezeichnet werden. Der Transportbehälter kann auch als Helium-Container, Container, Helium- Transportbehälter oder kryogener Behälter bezeichnet werden. Das Helium kann als flüssiges oder tiefkaltes Helium bezeichnet werden. Das Helium ist insbesondere 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 Aggregatszuständen 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 Aggregatszuständen, 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.
Hydrophilie bedeutet "wasserliebend" und besagt, dass die Beschichtung stark mit Wasser wechselwirkt. Das Gegenteil von Hydrophilie lautet Hydrophobie. Bei stark wasserliebenden Oberflächen spricht man auch von Superhydrophilie. Vorzugsweise weist die Beschichtung Titandioxid auf. Die superhydrophilen Eigenschaften der Oberflächen kommen durch Sauerstoff-Leerstellen an der Titandioxid-Oberfläche der Beschichtung zustande. An diesen Stellen werden OH-Gruppen gebunden, die zur guten Benetzung mit Wasser führen. Hierdurch bildet sich auf der Oberfläche der Beschichtung bevorzugt ein geschlossener Wasserfilm. Bevorzugt ist die Außenseite vollständig mit der Beschichtung beschichtet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kontaktwinkel, den ein auf der Beschichtung platzierter Wassertropen zu einer Oberfläche der Beschichtung bildet, kleiner als 25°, bevorzugt kleiner als 10°, weiter bevorzugt kleiner als 5°, weiter bevorzugt kleiner als 1 °.
Der Kontaktwinkel kann auch als Rand- oder Benetzungswinkel bezeichnet werden. Der Kontaktwinkel ist der Winkel, den der Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der Beschichtung zu dieser Oberfläche hin bildet. Die Größe des Kontaktwinkels zwischen einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, und der Beschichtung hängt von der
Wechselwirkung zwischen den Stoffen an der Berührungsfläche ab. Je geringer diese Wechselwirkung ist, desto größer wird der Kontaktwinkel. Je größer die
Wechselwirkung ist, desto kleiner wird der Kontaktwinkel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Beschichtung eine photokatalytisch wirksame Substanz auf, die dazu eingerichtet ist, auf der Beschichtung anhaftende organische Substanzen abzubauen.
Die photokatalytische Substanz ist insbesondere dazu eingerichtet, in Verbindung mit Wasser und UV-Strahlung Redox-Reaktionen der organischen Substanzen anzuregen. Hierdurch werden die organischen Substanzen abgebaut. Titandioxid ist ein Halbleiter. Licht erzeugt darin Elektron-Elektronenloch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke ist. Die Elektronen oder Löcher können im Titandioxid an die Oberfläche diffundieren und erzeugen dort Radikale, die zur Zersetzung organischer Substanzen führen. Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung. Mit Wasser werden Hydroxylradikale (OH-Radikale) gebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die photokatalytisch wirksame Substanz Titandioxid, insbesondere Titandioxid in der Kristallstruktur Anatas.
Insbesondere Anatas kann unter UV-Strahlung (ca. 380 nm) Elektron-Elektronenloch- Paare bilden. Im Inneren der Titandioxid-Partikel rekombinieren diese Elektron- Elektronenloch-Paare überwiegend unter Wärmeentwicklung. An der Oberfläche der Titandioxid-Partikel laufen jedoch zusätzliche Reaktionen unter Bildung von Radikalen ab. Das Elektronenloch reagiert mit Wasser zu reaktiven Hydroxylradikalen. Das angeregte Elektron reagiert mit Luft-Sauerstoff zu Sauerstoff-Superoxidradikalen.
Diese Radikale oxidieren organische Verbindungen und greifen Bioorganismen an. Organische Moleküle können aber auch direkt an das Titandioxid adsorbieren und durch Redox-Prozesse zersetzt werden. Organische Verschmutzungen werden dabei im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasser gespalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung dazu eingerichtet, bei einer Beaufschlagung der Beschichtung mit Wasser oder einer wässrigen Lösung einen geschlossenen Wasserfilm zu bilden.
Die Beschichtung weist stark wasserspreitende Eigenschaften auf. Die Schmutzpartikel werden hierdurch unterwandert und abgelöst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Isoliereinrichtung einen
stickstoffgekühlten Schild, der zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter angeordnet ist, und einen Stickstoffbehälter zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff auf.
Der Schild kann als thermischer Schild bezeichnet werden. Der Schild ist insbesondere aktiv gekühlt. Unter„aktiv gekühlt" ist vorliegend zu verstehen, dass der Schild mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt wird, um diesen zu kühlen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Wiegen eines derartigen Transportbehälters für Helium vorgeschlagen. Der Transportbehälter weist dabei einen Innenbehälter zum Aufnehmen des Heliums, einen Außenbehälter, in dem der Innenbehälter
aufgenommen ist, und eine zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter vorgesehene Isoliereinrichtung zum thermischen Isolieren des Innenbehälters auf, wobei eine dem Innenbehälter abgewandte Außenseite des Außenbehälters zumindest teilweise mit einer superhydrophilen Beschichtung beschichtet ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Reinigen der Außenseite des Außenbehälters mit Hilfe von Wasser oder einer wässrigen Lösung, wobei mit Hilfe der Beschichtung die Außenseite derart benetzt wird, dass auf der Außenseite anhaftende Schmutzpartikel von dem Wasser oder der wässrigen Lösung unterwandert werden, Befüllen eines Stickstoffbehälters des Transportbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters und Ermitteln einer in dem Transportbehälter enthaltenen Menge an Helium. Insbesondere wird der Stickstoffbehälter bis zu einem maximal möglichen Füllstand befüllt. Bevorzugt werden mit Hilfe der Beschichtung auf dieser anhaftende organische Substanzen abgebaut. Hierzu weist die Beschichtung vorzugsweise Titandioxid, insbesondere Titandioxid in der Kristallstruktur Anatas, auf. Insbesondere wird mit Hilfe der Beschichtung auf der Außenseite ein durchgängiger Wasserfilm erzeugt, wodurch die Schmutzpartikel von der Außenseite abgelöst werden.
Vorzugsweise wird ein Taragewicht des Transportbehälters ermittelt. Das Taragewicht wird bei maximalem Füllstand an flüssigem Stickstoff ermittelt. Unter Taragewicht ist die Differenz zwischen dem Bruttogewicht des Transportbehälters inklusive flüssigem Stickstoff bei maximalem Füllstand und dem Reingewicht des Wägegutes,
insbesondere des Heliums, zu verstehen. Das Gesamtgewicht des vollständig befüllten Transportbehälters minus das Taragewicht ergibt dann das Gewicht des beinhaltenden Heliums. Wird der Transportbehälter beim Kunden angeliefert, können insbesondere die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Ankunft des Transportbehälters, Reinigung des Transportbehälters, Auffüllen des Stickstoffbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälter inklusive des flüssigen Stickstoffs,
Bestimmung der Helium-Liefermenge und Verwendung des Heliums beim Kunden.
Beim Abtransport vom Kunden können insbesondere die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Reinigung des Transportbehälters, Auffüllen des
Stickstoffbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters inklusive des Stickstoffs, Bestimmung der Helium-Restmenge und Transport zum Lieferanten. Bei der Ankunft am Befüllort können insbesondere die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Ankunft des Transportbehälters, Reinigung des
Transportbehälters, Auffüllen des Stickstoffbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters inklusive des Stickstoffs, Bestimmung der Helium-Restmenge, gegebenenfalls Zwischenlagerung, gegebenenfalls Reinigung des Transportbehälters, Befüllung mit Helium, Auffüllen des Stickstoffbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters, Bestimmung der Helium-Abfüllmenge/Füllstand und Transport zum Distributionshub oder Kunden. Am Distributionhub können insbesondere die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Ankunft des Transportbehälters, Reinigung des Transportbehälters, Auffüllen des Stickstoffbehälters mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters, Bestimmung des Helium-Füllstands, gegebenenfalls Auffüllen mit Helium,
gegebenenfalls Auffüllen mit flüssigem Stickstoff, Wiegen des Transportbehälters, Bestimmung der Helium-Abfüllmenge/Füllstand und Weitertransport.
Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Ermitteln der in dem Transportbehälter enthaltenen Menge an Helium, der Transportbehälter mit Helium befüllt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Befüllen des
Transportbehälters mit Helium der Transportbehälter erneut gewogen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem erneuten Wiegen des
Transportbehälters eine in dem Transportbehälter enthaltene Menge an Helium erneut ermittelt.
Weitere mögliche Implementierungen des Transportbehälters und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder
Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch einzelne Aspekte als
Verbesserung oder Ergänzung zu der jeweiligen Grundform des Transportbehälters und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Transportbehälters und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Transportbehälters und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Transportbehälter und/oder das Verfahren 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 die Detailansicht II gemäß Fig. 1 ; und Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Verfahrens zum Wiegen des Transportbehälters gemäß Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht einer
Ausführungsform eines Transportbehälters 1 für flüssiges Helium He. Der
Transportbehälter 1 kann auch als Helium-Transportbehälter bezeichnet werden. Der Transportbehälter 1 kann auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiel für kryogene Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind das zuvor erwähnte flüssige Helium He (Siedepunkt 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Wasserstoff H2 (Siedepunkt 1 bara: 2,268 K = -252,882 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt 1 bara: 7,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff 02 (Siedepunkt 1 bara: 9, 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 l2 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 M2 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. Bezüglich einer
Schwerkraftrichtung g ist die Gaszone 7 oberhalb der Flüssigkeitszone 8 angeordnet. 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, 1 1 , insbesondere von einem ersten
Deckelabschnitt 10 und einem zweiten Deckelabschnitt 1 1 , 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 M2 ausgebildet. Ein zwischen dem Innenbehälter 6 und dem
Außenbehälter 2 vorgesehener Zwischenraum 12 ist evakuiert. Der Transportbehälter 1 umfasst weiterhin eine Isoliereinrichtung 13, die zumindest abschnittsweise zwischen dem Innenbehälter 6 und dem Außenbehälter 2 angeordnet ist. Die Isoliereinrichtung 13 ist dazu eingerichtet, den Innenbehälter 6 thermisch zu isolieren und/oder zu kühlen. Die Isoliereinrichtung 13 umfasst einen Stickstoffbehälter 14. In dem
Stickstoffbehälter 14 ist flüssiger Stickstoff N2 aufgenommen. Der Stickstoffbehälter 14 umfasst einen rohr- oder zylinderförmigen Basisabschnitt 15, der rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M2 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 Stickstoffbehälter 14 kann auch einen abweichenden Aufbau haben.
In dem Stickstoffbehälter 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 Stickstoffbehälter 14 neben dem
Innenbehälter 6 angeordnet. Zwischen dem Innenbehälter 6, insbesondere dem Deckelabschnitt 1 1 des Innenbehälters 6, und dem Stickstoffbehälter 14, insbesondere dem Deckelabschnitt 16 des Stickstoffbehälters 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 der Isoliereinrichtung 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 rohrformigen Basisabschnitt 22, der beidseitig von einem diesen stirnseitig abschließenden Deckelabschnitt 23, 24 abgeschlossen ist. Der Basisabschnitt 22 kann im Querschnitt eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Geometrie aufweisen. Der thermische Schild 21 ist
vorzugsweise ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M2 aufgebaut.
Ein erster Deckelabschnitt 23 des thermischen Schilds 21 ist zwischen dem
Innenbehälter 6, insbesondere dem Deckelabschnitt 1 1 des Innenbehälters 6, und dem Stickstoffbehälter 14, insbesondere dem Deckelabschnitt 16 des Stickstoffbehälters 14, angeordnet. Ein zweiter Deckelabschnitt 24 des thermischen Schilds ist dem
Stickstoffbehälter 14 abgewandt. 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 erste Deckelabschnitt 23 des thermischen Schilds 21 schirmt den
Stickstoffbehälter 14 gegenüber dem Innenbehälter 6 ab. Das heißt, mit Blickrichtung von dem Innenbehälter 6 auf den Stickstoffbehälter 14 ist der Stickstoffbehälter 14 vollständig von dem ersten Deckelabschnitt 23 des thermischen Schilds 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.
Der thermische Schild 21 umfasst zum aktiven Kühlen desselben zumindest eine, bevorzugt jedoch mehrere Kühlleitungen. Die Kühlleitung oder die Kühlleitungen sind in Fluidverbindung mit dem Stickstoffbehälter 14, so dass der flüssige Stickstoff N2 von dem Stickstoffbehälter 14 in die Kühlleitung oder in die Kühlleitungen strömen kann. Die Isoliereinrichtung 13 kann weiterhin einen in der Fig. 1 nicht gezeigten
Phasenseparator umfassen, der dazu eingerichtet ist, gasförmigen Stickstoff N2 von flüssigem Stickstoff N2 zu trennen. Über den Phasenseparator kann der gasförmige Stickstoff N2 aus der Isoliereinrichtung 13 abgeblasen werden.
Die Isoliereinrichtung 13 kann ferner, in der Fig. 1 nicht gezeigte, passive
Isolierelemente umfassen. Beispielsweise kann zwischen dem thermischen Schild 21 und dem Außenbehälter 2 eine mehrlagige Isolationsschicht, insbesondere eine sogenannte MLI (multilayer insulation), 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 können hierbei flauschig in den Zwischenraum 12 eingebracht sein. 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.
Wie die Fig. 2 zeigt, ist an einer dem Innenbehälter 6 abgewandten Außenseite 26 des Außenbehälters 2 eine superhydrophile Beschichtung 27 vorgesehen. Hydrophilie bedeutet "wasserliebend", was besagt, dass ein Stoff stark mit Wasser wechselwirkt. Das Gegenteil von Hydrophilie lautet Hydrophobie. Bei stark wasseranziehenden Oberflächen wird auch von Superhydrophilie gesprochen. Anders als bei
superhydrophoben Oberflächen, bei denen Schmutz von abrollenden Wassertropfen abtransportiert wird, setzt die superhydrophile Beschichtung 27 auf die Bildung eines geschlossenen Wasserfilms, der sich auf einer Oberfläche 28 der Beschichtung 27 ausbildet, Schmutzpartikel 29 unterwandert, anlöst und abspült.
Ein auf der Oberfläche 28 der Beschichtung 27 platzierter Wassertropfen 30 bildet zu der Oberfläche 28 einen Rand-, Benetzungs- oder Kontaktwinkel Θ, der kleiner als 25°, bevorzugt kleiner als 10°, weiter bevorzugt kleiner als 5°, weiter bevorzugt kleiner als 1 ° ist. Durch die gute Benetzbarkeit der Beschichtung 27 bildet sich auf dieser bei einer Beaufschlagung der Beschichtung 27 mit Wasser oder mit einer wässrigen Lösung ein geschlossener Wasserfilm, der die auf der Oberfläche 28 anhaftenden Schmutzpartikel 29 unterwandert und hierdurch ablöst.
Zusätzlich kann die Beschichtung 27 eine photokatalytisch wirksame Substanz aufweisen, die dazu eingerichtet ist, auf der Beschichtung 27 anhaftende organische Substanzen abzubauen. Photokatalytische Selbstreinigung bezeichnet eine
Eigenschaft von Oberflächen, die mit Photokatalysatoren, zum Beispiel Nanopartikeln aus Titandioxid (Ti02), beschichtet sind. Durch Bestrahlung mit (Sonnen)-Licht werden organische Materialien auf der Oberfläche 28 zersetzt. Die Oberfläche 28 bleibt hierdurch sauber und wirkt antimikrobiell. Ti02 erzeugt einen photokatalytischen Effekt, wobei an der Oberfläche 28 in Verbindung mit Wasser und UV-Strahlung (Sonnenlicht) Redox-Reaktionen ablaufen. Dabei werden organische Substanzen abgebaut.
Weiterhin werden Ti02-Oberflächen in Gegenwart von Luft-Feuchtigkeit und (Luft)- Sauerstoff unter UV-Bestrahlung superhydrophil. Die superhydrophilen Eigenschaften der Oberfläche 28 kommen durch Sauerstoff-Leerstellen an der Ti02-Oberfläche zustande. An diesen Stellen werden OH-Gruppen gebunden, die zur guten Benetzung mit Wasser führen. Beide Effekte laufen parallel ab, haben aber unterschiedliche Auswirkungen. Je nach Zusammensetzung und Vorbehandlung des Ti02 kann die photokatalytische Eigenschaft oder die Superhydrophilie überwiegen. Werden Ti02- Partikel in eine inerte Oberflächenbeschichtung eingelagert oder aber kristalline Ti02- Schichten in situ auf einer Oberfläche hergestellt, so können Oberflächen mit einem Selbstreinigungseffekt erhalten werden.
Das Ti02 kann in der Kristallmodifikation Anatas vorliegen. Anatas kann unter UV-Licht (ca. 380 nm) Elektron-Elektronloch-Paare bilden. Im Inneren von Ti02-Partikeln rekombinieren diese Elektronen-Elektronloch-Paare überwiegend unter Wärmeentwicklung. An der Oberfläche der Ti02-Partikel laufen jedoch zusätzliche Reaktionen unter Bildung von Radikalen ab. Das Elektronenloch reagiert mit Wasser zu reaktiven Hydroxylradikalen. Das angeregte Elektron reagiert mit Luft-Sauerstoff zu Sauerstoffsuperoxidradikalen. Diese Radikale oxidieren organische Verbindungen und greifen Bioorganismen an. Organische Moleküle können aber auch direkt an das Ti02 adsorbieren und durch Redox-Prozesse zersetzt werden. Organische
Verschmutzungen werden dabei im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasser gespalten.
Im Gegensatz hierzu sind im Falle einer Superhydrophob-Beschichtung (Lotus-Effekt) die Adhäsionskräfte zwischen den Schmutzpartikeln 29 und einer Oberfläche der Beschichtung extrem gering. Hierdurch werden die Schmutzpartikel 29 einfach im abperlenden Wasser eingeschlossen. Die für die Superhydrophobie notwendige Mikrostruktur ist aber sehr empfindlich gegen mechanische Verletzung. Auch Fingerfett oder harzige Verschmutzungen können sich in der Struktur festsetzen. Dadurch wird der Reinigungseffekt gestört oder sogar komplett geschädigt. Demgegenüber ist die superhydrophile Oberfläche 28 der Beschichtung 27 weitaus robuster. Zur Aktivierung der Beschichtung 27 reichen bereits indirektes Sonnenlicht sowie Feuchtigkeit durch Regen oder Tau aus. Wird der Transportbehälter 1 beim Kunden angeliefert, können die folgenden
Prozessschritte durchgeführt werden: Ankunft des Transportbehälters 1 , Reinigung des Transportbehälters 1 , Auffüllen des Stickstoffbehälters 14 mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des Transportbehälter 1 inklusive des flüssigen Stickstoffs N2, Bestimmung der Helium-Liefermenge und Verwendung des Heliums He beim Kunden.
Beim Abtransport vom Kunden können die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Reinigung des Transportbehälters 1 , Auffüllen des Stickstoffbehälters 14 mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des Transportbehälters 1 inklusive des Stickstoffs N2, Bestimmung der Helium-Restmenge und Transport zum Lieferanten.
Bei der Ankunft am Befüllort können die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Ankunft des Transportbehälters 1 , Reinigung des Transportbehälters 1 , Auffüllen des Stickstoffbehälters 14 mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des
Transportbehälters 1 inklusive des Stickstoffs N2, Bestimmung der Helium-Restmenge, gegebenenfalls Zwischenlagerung, gegebenenfalls Reinigung des Transportbehälters 1 , Befüllung mit Helium He, Auffüllen des Stickstoffbehälters 14 mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des Transportbehälters 1 , Bestimmung der Helium-Abfüllmenge/Füllstand und Transport zum Distributionshub oder Kunden. Am Distributionhub können die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden:
Ankunft des Transportbehälters 1 , Reinigung des Transportbehälters 1 , Auffüllen des Stickstoffbehälters 14 mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des Transportbehälters 1 , Bestimmung des Helium-Füllstands, gegebenenfalls Auffüllen mit Helium He, gegebenenfalls Auffüllen mit flüssigem Stickstoff N2, Wiegen des Transportbehälters 1 , Bestimmung der Helium-Abfüllmenge/Füllstand und Weitertransport.
Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Prozesses oder Verfahrens zum Wiegen eines derartigen Transportbehälters 1 . In einem Schritt S1 wird die Außenseite 26 des Außenbehälters 2 mit Hilfe von Wasser oder einer wässrigen Lösung gereinigt. Hierbei wird mit Hilfe der Beschichtung 27 die Außenseite 26 derart benetzt, dass die auf der Außenseite 26 anhaftenden Schmutzpartikel 29 von dem Wasser oder der wässrigen Lösung unterwandert werden.
In einem Schritt S2 wird in den Stickstoffbehälter 14 flüssiger Stickstoff N2 bis zu einem maximalen Füllstand eingefüllt. Anschließend wird der Transportbehälter 1 in einem Schritt S3 gewogen. In einem Schritt S4 wird das Gewicht des Heliums He
(Eingangsmenge) ermittelt. Optional wird beispielsweise nach einer Lagerung oder einem Transport des Transportbehälters 1 der Schritt S1 wiederholt. Nach der
Bestimmung der Menge des enthaltenen Heliums He wird der Transportbehälter 1 in einem Schritt S5 mit Helium He befüllt.
In einem optionalen Schritt S6 wird in den Stickstoffbehälter 14 erneut flüssiger Stickstoff N2 bis zu einem maximal möglichen Füllstand befüllt. Dieser Schritt S6 ist je nach der Befülldauer mit Helium He erforderlich oder nicht.
Nach dem Befüllen des Transportbehälters 1 mit Helium He in dem Schritt S5 sowie mit flüssigem Stickstoff N2 in dem Schritt S6 wird der Transportbehälter 1 in einem Schritt S7 erneut gewogen. In einem Schritt S8 wird das Gewicht des eingefüllten Heliums He (Ausgangsmenge) ermittelt. Vor jedem Wägevorgang, das heißt, vor den Schritten S3 und S7, kann der
Stickstoffbehälter 14 der Isoliereinrichtung 13 erneut vollständig mit flüssigem Stickstoff N2 befüllt werden. Vor dem Ermitteln des Gewichts des eingefüllten Heliums He kann ein sogenanntes Taragewicht des Transportbehälters 1 ermittelt werden. Das
Taragewicht ist die Differenz zwischen dem Gesamtgewicht des Transportbehälters 1 inklusive dem Gewicht des flüssigen Stickstoffs N2 bei maximalem Füllstand und dem Nettogewicht des Heliums He.
Durch die Beschichtung 27 kann die Außenseite 26 des Außenbehälters 2 einfacher von Schmutzpartikeln 29 gereinigt werden. Der Reinigungsprozess kann dadurch verbessert werden, dass die Beschichtung 27 eine photokatalytisch wirksame
Substanz, insbesondere Ti02, aufweist. Die Schmutzpartikel 29 können beispielsweise schon während des Transports des Transportbehälters 1 durch Regen abgewaschen werden. Hierdurch bleibt die Außenfläche 26 weiß, wodurch Sonnenlicht gut reflektiert wird und der Eintrag von Wärme in den Transportbehälter 1 reduziert wird. Die
Haltezeit für das Helium He kann hierdurch signifikant erhöht werden. Der Verbrauch an flüssigem Stickstoff N2 zur Kühlung des Transportbehälters 1 kann reduziert werden, wodurch die Betriebskosten sinken. Hierdurch kann auch der Verlust an Helium He reduziert werden. Der Transportbehälter 1 ist leichter zu reinigen oder erfordert überhaupt keine Reinigung mehr. Hierdurch wird das Wiegen des
Transportbehälters 1 vereinfacht.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Verwendete Bezugszeichen
1 Transportbehälter
2 Außenbehälter
3 Basisabschnitt
4 Deckelabschnitt
5 Deckelabschnitt
6 Innenbehälter
7 Gaszone
8 Flüssigkeitszone
9 Basisabschnitt
10 Deckelabschnitt
1 1 Deckelabschnitt
12 Zwischenraum
13 Isoliereinrichtung
14 Stickstoffbehälter
15 Basisabschnitt
16 Deckelabschnitt
17 Deckelabschnitt
18 Gaszone
19 Flüssigkeitszone
20 Zwischenraum
21 Schild
22 Basisabschnitt
23 Deckelabschnitt
24 Deckelabschnitt
25 Zwischenraum
26 Außenseite
27 Beschichtung
28 Oberfläche
29 Schmutzpartikel
30 Wassertropfen
A Axialrichtung
g Schwerkraftrichtung He Helium l2 Länge
M2 Mittelachse
N2 Stickstoff
S1 Schritt
S2 Schritt
S3 Schritt
S4 Schritt
S5 Schritt
S6 Schritt
S7 Schritt
S8 Schritt
Θ Kontaktwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Transportbehälter (1 ) für Helium (He), mit einem Innenbehälter (6) zum
Aufnehmen des Heliums (He), einem Außenbehälter (2), in dem der Innenbehälter (6) aufgenommen ist, und einer zwischen dem Innenbehälter (6) und dem
Außenbehälter (2) vorgesehenen Isoliereinrichtung (13) zum thermischen Isolieren des Innenbehälters (6), wobei eine dem Innenbehälter (6) abgewandte Außenseite (26) des Außenbehälters (2) zumindest teilweise mit einer superhydrophilen Beschichtung (27) beschichtet ist.
2. Transportbehälter nach Anspruch 1 , wobei der Kontaktwinkel (Θ) den ein auf der Beschichtung (27) platzierter Wassertropfen (30) zu einer Oberfläche (28) der Beschichtung (27) bildet kleiner als 25°, bevorzugt kleiner als 10°, weiter bevorzugt kleiner als 5°, weiter bevorzugt kleiner als 1 °, ist.
3. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung (27) eine
photokatalytisch wirksame Substanz (Ti02) aufweist, die dazu eingerichtet ist, auf der Beschichtung (27) anhaftende organische Substanzen abzubauen.
4. Transportbehälter nach Anspruch 3, wobei die photokatalytisch wirksame
Substanz (Ti02) Titandioxid, insbesondere Titandioxid in der Kristallstruktur
Anatas, ist.
5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Beschichtung (27) dazu eingerichtet ist, bei einer Beaufschlagung der Beschichtung (27) mit Wasser oder einer wässrigen Lösung einen geschlossenen Wasserfilm zu bilden.
6. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Isoliereinrichtung (13) einen stickstoffgekühlten Schild (21 ), der zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Außenbehälter (2) angeordnet ist, und einen Stickstoffbehälter (14) zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff (N2) aufweist.
7. Verfahren zum Wiegen eines Transportbehälters (1 ) für Helium (He), welcher einen Innenbehälter (6) zum Aufnehmen des Heliums (He), einen Außenbehälter (2), in dem der Innenbehälter (6) aufgenommen ist, und eine zwischen dem Innenbehälter (6) und dem Außenbehälter (2) vorgesehenen Isoliereinrichtung (13) zum thermischen Isolieren des Innenbehälters (6) umfasst, wobei eine dem Innenbehälter (6) abgewandte Außenseite (26) des Außenbehälters (2) zumindest teilweise mit einer superhydrophilen Beschichtung (27) beschichtet ist, mit folgenden Schritten:
Reinigen (S1 ) der Außenseite (26) des Außenbehälters (6) mit Hilfe von Wasser oder einer wässrigen Lösung, wobei mit Hilfe der Beschichtung (27) die
Außenseite (26) derart benetzt wird, dass auf der Außenseite (26) anhaftende Schmutzpartikel (29) von dem Wasser oder der wässrigen Lösung unterwandert werden,
Befüllen eines Stickstoffbehälters (14) des Transportbehälters (1 ) mit flüssigem Stickstoff (N2),
Wiegen (S3) des Transportbehälters (1 ), und
Ermitteln (S4) einer in dem Transportbehälter (1 ) enthaltenen Menge an Helium (He).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem Ermitteln (S4) der in dem
Transportbehälter (1 ) enthaltenen Menge an Helium (He), der Transportbehälter (1 ) mit Helium (He) befüllt (S5) wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach dem Befüllen (S5) des Transportbehälters (1 ) mit Helium (He) der Transportbehälter (1 ) erneut gewogen (S7) wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem erneuten Wiegen (S7) des
Transportbehälters (1 ) eine in dem Transportbehälter (1 ) enthaltene Menge an
Helium (He) erneut ermittelt (S8) wird.
PCT/EP2017/025237 2016-08-23 2017-08-22 Transportbehälter sowie verfahren zum wiegen eines derartigen transportbehälters WO2018036662A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5922158A (en) * 1997-07-01 1999-07-13 Blue Rhino Corporation Method for reconditioning a propane gas tank
US20100146992A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 Miller Thomas M Insulation for storage or transport of cryogenic fluids
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DE202013006851U1 (de) 2013-07-30 2013-09-03 Linde Aktiengesellschaft Kryogene Anlage mit Beschichtung und Beschichtung einer kryogenen Anlage

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