JP6945554B2 - 輸送容器 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリウム用の輸送容器に関する。

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

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

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

したがって、ヘリウム用の輸送容器が提案される。この輸送容器は、ヘリウムを収容する内側容器と、内側容器の外側に設けられた断熱要素と、極低温液体を収容する冷媒容器と、内側容器および冷媒容器が収容された外側容器と、極低温液体を用いて能動的に冷却可能でかつ内側容器が収容された熱シールドとを含み、断熱要素と熱シールドとの間に、周方向の間隙が設けられており、断熱要素は、熱シールドに面する銅層を有している。

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

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

好ましくは、内側容器、特に断熱要素の外側は、ヘリウムの温度にほぼもしくは正確に一致する温度を有する。熱シールドは管状のベース区間と、内側容器と冷媒容器との間に配置されかつベース区間を端面で閉鎖するカバー区間とを有する。好ましくは、熱シールドのカバー区間は、ベース区間をこの場合端面で完全に閉鎖する。熱シールドのベース区間は、円形またはほぼ円形の断面を有し得る。外側容器、内側容器、冷媒容器および熱シールドは、共通の対称軸線または中心軸線に対して回転対称に構成されていてもよい。内側容器および外側容器は、好ましくはステンレス鋼から製造されている。内側容器は、好ましくは、湾曲したカバー区間によって両側が閉鎖された管状のベース区間を有する。内側容器は流体密である。外側容器も好ましくは同様に、両側の端面がカバー区間によって閉鎖されている管状のベース区間を有する。内側容器のベース区間および／または外側容器のベース区間は、円形またはほぼ円形の断面を有し得る。

断熱要素と熱シールドとの間に、周方向の間隙が設けられていることによって、断熱要素は、熱シールドと機械的な接触を持たない。これにより、内側容器の表面から熱シールドへの熱伝導は、放射および残留ガス伝導のみによって行われ得る。さらに、熱シールドが設けられていることによって、内側容器は、極低温液体の沸点（１．３ｂａｒａにおける窒素の沸点：７９．５Ｋ）に相応する温度を有する表面のみによって取り囲まれることが保証される。これにより、熱シールド（７９．５Ｋ）と内側容器（１ｂａｒａ〜６ｂａｒａにおけるヘリウムの温度：４．２〜６Ｋ）との間では、外側容器の周囲に比べて、僅かな温度差のみが生じる。これにより、液体ヘリウムの保持期間も、公知の輸送容器に比べて大幅に延長され得る。

輸送容器は、特に、少なくとも４５日のヘリウム保持期間を有し、極低温液体のストックは、少なくとも４０日間で十分である。内側容器と外側容器との間の中間室は、好ましくは排気されている。内側容器に含まれるヘリウムの真空崩壊の際に、内側容器に設けられた安全弁を介して排出できるようにするために、内側容器は断熱要素で取り囲まれており、これは非真空の場合でも熱入力を低減する。これにより、断熱要素は、真空崩壊の際に緊急断熱の機能を有する。

銅層は、銅箔または蒸着されたアルミニウム箔であってもよい。銅層は、メタリックな光沢表面を有する。すなわち、これは、銅層が表面被覆または酸化されていないことを意味する。温度の低下に伴い銅層の放射率は低減するので、放射による熱伝導も減少し、それによって、内側容器への熱入力全体は、ヘリウムの保持期間全体にわたって６Ｗ未満に抑制することができる。

銅層は、好ましくは少なくとも５μｍ、特に好ましくは少なくとも１０μｍ、好ましくは２０μｍ未満、特に好ましくは１０〜２０μｍの厚さを有する。銅層は、好ましくは少なくとも９５％の銅、より好ましくは９９％の銅、さらにより好ましくは少なくとも９９．９％の銅の質量分率を有する。銅層は、好ましくは、例えばグリースまたは油などの不純物の１つを含まない表面を有する。

一実施形態によれば、周方向の間隙は、５〜１５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍの間隙幅を有する。

間隙が周方向に存在することは、間隙が内側容器の周りを完全に取り巻くように案内されていることを意味するものと理解されたい。特に、この間隙は、内側容器のカバー区間にも設けられている。

さらなる実施形態によれば、周方向の間隙は排気されている。

これにより、内側容器から熱シールドへの熱伝導が放射および残留ガス伝導のみによって行われ得ることが保証される。

さらなる実施形態によれば、断熱要素は、内側容器と銅層との間に配置された多層の断熱層を有する。

断熱層は、いわゆるＭＬＩ（英記：multilayer-insulation）であってもよい。銅層は、好ましくは、ＬＭＩ上にしわなしでしっかりと引き込まれた高純度の光沢銅からなる平滑な銅箔の付加的層である。

さらなる実施形態によれば、多層の断熱層は、アルミニウム箔とガラスペーパーとからなる交互に配置された複数の層を有する。

この場合、アルミニウム箔からなる層は、真空崩壊の際の断熱を保証するガラスペーパーからなる層のための反射体および機械的固定部として用いられる。アルミニウム箔は、穿孔され、エンボス加工されてもよい。

さらなる実施形態によれば、アルミニウム箔とガラスペーパーとからなる層は、内側容器に隙間なく被着されている。

隙間なくということは、アルミニウム箔からなる層が、ガラスペーパーからなる層に対して平らに置かれていることを意味するものと理解されたい。ここでは、内側容器に多層の断熱層を被着させる際には、全ての層が可及的に等温であることを達成するために、アルミニウム箔およびガラスペーパーからなる層の可及的に高い機械的圧力に注意が払われる。等温状態の変化は、温度が変化しない状態における熱力学的変化である。

さらなる実施形態によれば、銅層は銅箔である。

特に銅層は、多層の断熱層上にしわなしでしっかりと引き込まれた高純度の光沢銅からなる銅箔である。

さらなる実施形態によれば、輸送容器は、さらに、熱シールドと外側容器との間に配置された多層の断熱層を含む。

断熱層は、好ましくは同様にＭＬＩである。この断熱層は、好ましくは、熱シールドと外側容器との間に設けられた中間室を完全に満たし、それによって断熱層は熱シールドにも、外側容器にも接触する。

さらなる実施形態によれば、多層の断熱層は、アルミニウム箔とガラスシルク（ガラス絹）、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパーとからなる交互に配置された複数の層を有する。

ガラスペーパー、ガラス絹糸もしくはガラス繊維メッシュからなる層は、この場合、反射体として用いられるアルミニウム箔からなる層の間のスペーサとして用いられる。アルミニウム箔は、好ましくは穿孔されエンボス加工される。これにより、熱シールドと外側容器との間に配置された断熱層を、問題なく排気することができる。また、アルミニウム箔層間の不所望な機械的熱的接触も低減される。この接触は、アルミニウム箔層の放射交換によって生じる温度勾配を損なわせる可能性がある。

さらなる実施形態によれば、アルミニウム箔およびガラス絹、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパーからなる層は、熱シールド上で隙間を介して被着されている。

隙間を含めてとは、アルミニウム箔からなる層と、ガラス絹、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパーからなる層との間に、それぞれ排気可能な中間室が設けられていることを意味するものと理解されたい。好ましくは、断熱層のアルミニウム箔およびガラス絹、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパーからなる層は、内側容器の断熱要素とは異なり、熱シールドと外側容器空間との間に設けられた中間室内に緩やかに導入されている。緩やかにとは、ここでは、アルミニウム箔およびガラスペーパーからなる層が圧入されていないことを意味し、そのため、アルミニウム箔のエンボス加工および穿孔によって、断熱層およびひいては中間室を、問題なく排気することができる。

さらなる実施形態によれば、外側容器は排気されている。

これにより、非常に良好な断熱が保証されている。なぜなら、熱伝導は、放射および残留ガス伝導によってのみ可能だからである。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは内側容器を完全に取り囲む。

好ましくは、熱シールドは、アルミニウム材料から製造されている。特に熱シールドは、高純度アルミニウム材料から製造されている。これにより、特に良好な熱輸送特性および熱反射特性が生じる。 熱シールドが内側容器を完全に取り囲むことによって、内側容器が、極低温液体の沸騰温度に相応する温度を有する表面によって完全に取り囲まれていることが保証される。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、１つのベース区間と、該ベース区間を両側の端面で閉鎖する２つのカバー区間とを有する。

好ましくは２つのカバー区間は湾曲している。特にこれらのカバー区間は、それらがベース区間から離れて湾曲しているようにベース区間に設けられている。カバー区間の一方は、好ましくは冷媒容器と内側容器との間に配置されている。これにより、冷媒容器内の液面が下がった場合でも、内側容器が、極低温液体の沸点に相応する温度を有する表面によってのみ取り囲まれていることが保証される。

さらなる実施形態によれば、熱シールドは、流体透過性である。

すなわち、熱シールドは液体透過性および気体透過性である。この目的のために、熱シールドは、例えば、開口、孔部または穿孔を有し得る。流体透過性に基づき、内側容器と熱シールドとの間に設けられた中間室を排気することができる。

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

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

輸送容器の一実施形態の概略的断面図 図１によるＩＩの詳細図

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

図１は、液体ヘリウムＨｅ用の輸送容器１の一実施形態の大幅に簡素化された概略的断面図を示す。図２は、図１による詳細図ＩＩを示す。以下では、図１および図２を同時に参照する。

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

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

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

内側容器６は、外側容器２のように、中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に形成されている。内側容器６と外側容器２との間に設けられた中間室１２は排気されている。輸送容器１は、さらに、冷媒容器１４を有する冷却システム１３を含む。冷媒容器１４には、例えば液体窒素Ｎ_２のような極低温液体が収容されている。冷媒容器１４は、管状または円筒状のベース区間１５を含み、これは中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に構成されていてもよい。ベース区間１５の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。ベース区間１５は、端面がそれぞれカバー区間１６，１７によって閉鎖されている。これらのカバー区間１６，１７は湾曲していてもよい。特に、カバー区間１６，１７は、同じ方向に湾曲している。冷媒容器１４は、異なった構造を有し得る。

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

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

熱シールド２１は、円筒状または管状のベース区間２２を含み、このベース区間２２の両側は、それらを端面で閉鎖するカバー区間２３，２４によって閉鎖されている。ベース区間２２も、カバー区間２３，２４も、窒素Ｎ_２を用いて能動的に冷却される。ベース区間２２の断面は、円形またはほぼ円形の幾何形状を有し得る。熱シールド２１も好ましくは同様に、中心軸線Ｍ_１に対して回転対称に構成されている。

熱シールド２１の第１のカバー区間２３は、内側容器６、特に内側容器６のカバー区間１１と、冷媒容器１４、特に冷媒容器１４のカバー区間１６との間に配置されている。熱シールド２１の第２のカバー区間２４は、冷媒容器１４とは反対側にある。熱シールド２１は、ここでは自己支持型である。すなわち、熱シールド２１は、内側容器６にも外側容器２にも支持されていない。この目的のために、熱シールド２１には、支持ロッド、特に引っ張りロッドを介して外側容器２から懸架された支持リングが設けられていてもよい。さらに、内側容器６は、さらなる支持ロッドを介して支持リングから懸架されていてもよい。機械的支持ロッドを伝達する熱入力は、支持リングによって部分的に実現される。支持リングはポケットを有しており、このポケットは、支持ロッドの熱容量を最大限にさせ得る。冷媒容器１４は、機械的支持ロッド用のブッシングを有する。

熱シールド２１は流体透過性である。すなわち、内側容器６と熱シールド２１との間の中間室２５は、中間室１２と流体連通している。これにより、中間室１２，２５は、同時に排気することができる。熱シールド２１には、中間室１２，２５の排気を可能にするために、穿孔、開口などを設けてもよい。熱シールド２１は、好ましくは高純度アルミニウム材料から製造されている。

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

熱シールド２１は、自身の能動的な冷却のために、少なくとも１つの、より好ましくは複数の冷却ラインを含む。例えば熱シールド２１は、６つの冷却ラインを有し得る。１つ以上の冷却ラインは、冷媒容器１４と流体連通しており、それにより、液体窒素Ｎ_２を、冷媒容器１４から１つ以上の冷却ラインに通流させることができる。冷却システム１３は、さらに図１には示されていない相分離器を含むことができ、この相分離器は、液体窒素Ｎ_２から気体窒素Ｎ_２を分離するように構成されている。相分離器を介すことにより、気体窒素Ｎ_２を冷却システム１３から排出させることが可能である。

１つ以上の冷却ラインは、熱シールド２１のベース区間２２にも、カバー区間２３，２４にも設けられている。１つ以上の冷却ラインは、重力方向ｇに対して垂直に配置された水平線Ｈに対して勾配を有する。特に、１つ以上の冷却ライン、水平線Ｈと、３°よりも大きい角度を形成する。

内側容器６はさらに、図２に断片的な形態で示されている断熱要素２６を含んでいる。断熱要素２６は内側容器６を完全に取り囲んでいる。すなわち、断熱要素２６は、内側容器６のベース区間９にも、カバー区間１０，１１にも設けられている。断熱要素２６は、内側容器６と熱シールド２１との間に設けられている。すなわち、断熱要素２６は、中間室２５内に配置されている。断熱要素２６は、外側に、すなわち熱シールド２１に面する側に高反射性の銅層２７を有する。銅層２７はメタリックな光沢を有する。すなわち、銅層２７は、表面被覆または酸化物層を有していない。銅層２７は、例えば、銅箔または蒸着による銅被覆を有するアルミニウム箔であってもよい。

熱シールド２１の液体窒素Ｎ_２の温度レベルに対する内側容器６の実際の断熱は、銅層２７によって行われる。好ましくは、銅層２７は、銅層２７と内側容器６との間に配置された多層の断熱層２８の周りにしわなしでしっかりと引き込まれている高純度の光沢銅からなる平滑な銅箔である。断熱層２８は、穿孔されエンボス加工された反射体としてのアルミニウム箔２９と、スペーサおよびアルミニウム箔間の真空崩壊の際の断熱用としてのガラスペーパー３０とからなる交互に配置された複数の膜または層を含む。断熱層２８は、１０層からなっていてもよい。アルミニウム箔２９とガラスペーパー３０とからなる層は、隙間なく内側容器６上に被着されており、すなわち圧入されている。断熱層２８は、いわゆるＭＬＩであってもよい。内側容器６および断熱要素２６は、外側では、ほぼヘリウムＨｅの沸点に相応する温度を有する。断熱層２８の取り付けの際には、断熱層２８の全ての層が可及的に等温であることを達成するために、アルミニウム箔２９とガラスペーパー３０とからなる層が可及的に大きな機械的圧力を有するように留意すべきである。

断熱要素２６と熱シールド２１との間には、内側容器６を完全に取り巻く周方向の間隙３１が設けられている。この間隙３１は、断熱要素２６と、熱シールド２１のカバー区間２３，２４との間にも設けられている。間隙３１は、間隙幅ｂ_３１を有している。この間隙幅ｂ_３１は、好ましくは５〜１５ｍｍであるが、より好ましくは１０ｍｍである。間隙３１は、排気されている。特にこの間隙３１は、中間室２５の一部である。この場合、中間室２５は、間隙３１までは断熱要素２６によって満たされている。

熱シールド２１と外側容器２との間には、さらなる多層の断熱層３２、特にＭＬＩが同様に配置されてもよく、この断熱層は中間室１２を完全に満たし、それによって熱シールド２１の外側および外側容器２の内側に接触する。断熱層３２は、各ベース区間３，２２の間にも、熱シールド２１のカバー区間２４と外側容器２のカバー区間４との間ならびに熱シールド２１のカバー区間２３と冷媒容器１４との間にも設けられている。断熱層３２も同様にアルミニウム箔３３とガラス絹、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパー３４とからなる交互に配置された膜または層を含むが、それらはいずれにせよここでは内側容器６の前述の断熱要素２６とは異なり、中間室１２内に緩やかに挿入されている。この緩やかにとは、ここでは、アルミニウム箔３３とガラスペーパー３４とからなる層が圧入されていないことを意味しており、そのため、アルミニウム箔３３のエンボス加工および穿孔によって、断熱層３２、ひいては中間室１２が問題なく排気され得る。

間隙３１を用いることにより、熱シールド２１は、内側容器６の断熱要素２６の銅層２７から周囲に離間して配置され、銅層とは接触しない。それにより、放射による熱入力は物理的に可能な最小値に低減される。内側容器６の表面から熱シールド２１への熱伝導は、放射および残留ガス伝導によってのみ行われる。

以下では輸送容器１の機能モードを説明する。内側容器６に液体ヘリウムＨｅが充填される前に、まず熱シールド２１が、初めは気体でその後に液体の極低温の窒素Ｎ_２を用いて、液体窒素Ｎ_２の少なくともほぼもしくはちょうど沸点まで（１，３ｂａｒａ、７９．５Ｋ）冷却される。ここでは、内側容器６は、まだ能動的に冷却されていない。熱シールド２１の冷却の際に、中間室１２に依然として存在する真空圧の残留ガスが熱シールド２１上で凍結される。これにより、内側容器６に液体ヘリウムＨｅが充填される際に、真空圧の残留ガスが内側容器６の外側で凍結され、それによって内側容器６の断熱要素２６の銅層２７のメタリックな光沢表面が汚染されることが防止され得る。熱シールド２１および冷媒容器１４が完全に冷却され、かつ冷媒容器１４が再び満たされると直ちに内側容器６に液体ヘリウムＨｅが充填される。

次いで、輸送容器１は、液体ヘリウムＨｅの輸送のために、例えばトラックまたは船などの輸送車両に移される。この場合、熱シールド２１は、液体窒素Ｎ_２を用いて連続的に冷却される。その際、液体窒素Ｎ_２は消費され、冷却システム１３の冷却ラインで沸騰する。そこで発生する気泡は、冷却システム１３内で重力方向ｇに関して最高位に配置された相分離器を通って排出される。相分離器を用いることにより、冷却システム１３内に存在する気体窒素Ｎ_２が吹出され、これによって、冷媒容器１４からの液体窒素Ｎ_２が流れ込み得る。

間隙３１により、銅層２７は、熱シールド２１と機械的に接触していないので、内側容器６の表面から熱シールド２１への熱伝導は、放射および残留ガス伝導のみによって行われ得る。銅層は断熱層２８上にしっかりと被着されているので、それは断熱層２８と良好な機械的接触を有し、銅層２７も同様にヘリウムＨｅの温度に近い温度を有する。銅層２７の放射の程度または放射率は、温度の低下に伴って低下するため、放射による熱伝導も減少する。そのため、内側容器６への熱入力全体を、ヘリウムＨｅの保持期間にわたって６Ｗ未満に抑制することができる。物体からの放射の程度は、理想的な発熱体である黒体と比較してどのくらいの放射であるかを示すものである。

内側容器６が、熱シールド２１によって完全に取り囲まれていることにより、内側容器６は、窒素Ｎ_２の沸点（１．３ｂａｒａ：７８．５Ｋ）に相応する温度を有する表面のみによって取り囲まれることが保証される。これにより、熱シールド２１（７８．５Ｋ）と内側容器６（４．２〜６Ｋ）との間に、僅かな温度差のみが生じる。これにより、液体ヘリウムＨｅの保持期間は、公知の輸送容器に比べて大幅に延長され得る。輸送容器１は、特に、少なくとも４５日のヘリウム保持期間を有し、液体窒素Ｎ_２のストックは、少なくとも４０日間で十分である。断熱要素２６は、真空崩壊が生じた場合に、内側容器６のための緊急断熱の機能を奏する。

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

１ 輸送容器
２ 外側容器
３ ベース区間
４ カバー区間
５ カバー区間
６ 内側容器
７ 気体ゾーン
８ 液体ゾーン
９ ベース区間
１０ カバー区間
１１ カバー区間
１２ 中間室
１３ 冷却システム
１４ 冷媒容器
１５ ベース区間
１６ カバー区間
１７ カバー区間
１８ 気体ゾーン
１９ 液体ゾーン
２０ 中間室
２１ 熱シールド
２２ ベース区間
２３ カバー区間
２４ カバー区間
２５ 中間室
２６ 断熱要素
２７ 銅層
２８ 断熱層
２９ アルミニウム箔
３０ ガラスペーパー
３１ 間隙
３２ 断熱層
３３ アルミニウム箔
３４ ガラスペーパー
Ａ 軸線方向
ｂ_３１ 間隙幅
ｇ 重力方向
Ｈ 水平線
Ｈｅ ヘリウム
Ｈ_２ 水素
ｌ_２ 長さ
Ｍ_１ 中心軸線
Ｎ_２ 窒素
Ｏ_２ 酸素

Claims (14)

1. ヘリウム（Ｈｅ）用の輸送容器（１）であって、
   前記ヘリウム（Ｈｅ）を収容する内側容器（６）と、
   前記内側容器（６）の外側に設けられた断熱要素（２６）と、
   極低温液体（Ｎ_２）を収容する冷媒容器（１４）と、
   前記内側容器（６）および前記冷媒容器（１４）を収容する外側容器（２）と、
   前記極低温液体（Ｎ_２）を用いて能動的に冷却可能でかつ前記内側容器（６）を収容する熱シールド（２１）とを含み、
   前記断熱要素（２６）と前記熱シールド（２１）との間に、周方向の間隙（３１）が設けられており、
   前記断熱要素（２６）は、前記熱シールド（２１）に面する銅層（２７）を有しており、
   前記断熱要素（２６）は、前記内側容器（６）と前記銅層（２７）との間に配置された多層の断熱層（２８）を有している、輸送容器。
2. 前記周方向の間隙（３１）は、５ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍの間隙幅（ｂ_３１）を有する、請求項１記載の輸送容器。
3. 前記周方向の間隙（３１）は、排気されている、請求項１または２記載の輸送容器。
4. 前記多層の断熱層（２８）は、アルミニウム箔（２９）とガラスペーパー（３０）とからなる交互に配置された複数の層を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の輸送容器。
5. 前記アルミニウム箔（２９）と前記ガラスペーパー（３０）とからなる前記層は、前記内側容器（６）に隙間なく被着されている、請求項４記載の輸送容器。
6. 前記銅層（２７）は、銅箔である、請求項１から５までのいずれか１項記載の輸送容器。
7. さらに、前記熱シールド（２１）と前記外側容器（２）との間に配置された多層の断熱層（３２）を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の輸送容器。
8. 前記多層の断熱層（３２）は、アルミニウム箔（３３）とガラス絹、ガラス繊維メッシュもしくはガラスペーパー（３４）とからなる交互に配置された複数の層を有する、請求項７記載の輸送容器。
9. 前記アルミニウム箔（３３）および前記ガラス絹、前記ガラス繊維メッシュもしくは前記ガラスペーパー（３４）からなる前記層は、前記熱シールド（２１）上で隙間を介して被着されている、請求項８記載の輸送容器。
10. 前記外側容器（２）は、排気されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の輸送容器。
11. 前記熱シールド（２１）は、前記内側容器（６）を完全に取り囲んでいる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の輸送容器。
12. 前記熱シールド（２１）は、１つのベース区間（２２）と、該ベース区間（２２）を両側の端面で閉鎖する２つのカバー区間（２３，２４）とを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の輸送容器。
13. 前記熱シールド（２１）は、流体透過性である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の輸送容器。
14. 前記銅層（２７）は、２０μｍ未満の厚さを有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の輸送容器。

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