ES2910754T3 - Contenedor de transporte - Google Patents

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Heinz Posselt
Marko Parkkonen
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Abstract

Contenedor (1) de transporte para helio (He), que tiene un contenedor interno (6) para alojar el helio (He), un elemento aislante (26) provisto en el exterior del contenedor interno (6), un contenedor (14) de refrigerante para alojar un líquido criogénico (N2), un contenedor externo (2) en donde se alojan el contenedor interno (6) y el contenedor (14) de refrigerante, y un escudo térmico (21) que puede enfriarse activamente mediante el líquido criogénico (N2) y en donde se aloja el contenedor interno (6), donde entre el elemento aislante (26) y el escudo térmico (21) está previsto un hueco circunferencial (31), donde el elemento aislante (26) tiene una capa (27) de cobre orientada hacia el escudo térmico (21), caracterizado por que el elemento aislante (26) tiene una capa aislante (28) multicapa dispuesta entre el contenedor interno (6) y la capa (27) de cobre.

Description

DESCRIPCIÓN
Contenedor de transporte
La presente invención se refiere a un contenedor de transporte para helio.
El helio se extrae junto con gas natural. Por razones económicas, el transporte de grandes cantidades de helio solo resulta útil en forma líquida o supercrítica, es decir, a una temperatura de unos 4,2 a 6 K y bajo una presión de 1 a 6 bar. Para transportar el helio líquido o supercrítico se utilizan contenedores de transporte, los cuales se aíslan térmicamente de una manera compleja a fin de evitar que la presión del helio aumente demasiado rápido. Tales contenedores de transporte pueden refrigerarse, por ejemplo, por medio de nitrógeno líquido. Para ello, se dispone un escudo térmico que se refrigera con el nitrógeno líquido. El escudo térmico protege un contenedor interno del contenedor de transporte. El contenedor interno contiene el helio líquido o criogénico. El tiempo de conservación del helio líquido o criogénico en tales contenedores de transporte es de 35 a 40 días, es decir, transcurrido este tiempo, la presión en el contenedor interno aumenta hasta el valor máximo de 6 bar. El suministro de nitrógeno líquido es suficiente durante unos 35 días. El aislamiento térmico del contenedor de transporte consiste en un aislamiento multicapa de alto vacío.
El documento EP 1673745 B1 describe un contenedor de transporte de este tipo para helio líquido. El contenedor de transporte comprende un contenedor interno en el que se recibe el helio líquido, un escudo térmico que cubre parcialmente el contenedor interno, un contenedor de refrigerante en el que se recibe un líquido criogénico para enfriar el escudo térmico, y un contenedor externo en el que se disponen el contenedor interno, el escudo térmico y el contenedor de refrigerante.
El documento US 3.119.238 A muestra un contenedor Dewar para un medio criogénico. El contenedor Dewar comprende un contenedor interno rodeado por un escudo y con un hueco intermedio. Además, el escudo está rodeado en el exterior por otro contenedor en el que se proporciona un líquido, con un hueco adicional entre ellos. Además, el contenedor Dewar incluye ruedas para poder desplazarlo por una sala.
En este contexto, el objeto de la presente invención es proporcionar un contenedor de transporte mejorado.
En consecuencia, se propone un contenedor de transporte para helio. El contenedor de transporte comprende un contenedor interno para recibir el helio, un elemento aislante provisto en el exterior del contenedor interno, un contenedor de refrigerante para recibir un líquido criogénico, un contenedor externo en el que se reciben el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, y un escudo térmico que puede ser enfriado activamente por medio del líquido criogénico y en el que se aloja el contenedor interno, donde entre el elemento aislante y el escudo térmico se proporciona un hueco circunferencial, y donde el elemento aislante tiene una capa de cobre orientada hacia el escudo térmico. El elemento aislante tiene una capa aislante multicapa dispuesta entre el contenedor interno y la capa de cobre.
El contenedor interno también puede denominarse contenedor de helio o depósito interno. El contenedor de transporte también puede denominarse contenedor de transporte de helio. El helio puede denominarse como helio líquido o criogénico. El helio es, en particular, también un líquido criogénico. El contenedor de transporte está configurado, en particular, para transportar el helio en forma criogénica, líquida o supercrítica. En termodinámica, el punto crítico es un estado termodinámico de una sustancia, que se caracteriza por la igualación de las densidades de las fases líquida y gaseosa. Las diferencias entre los dos estados agregados dejan de existir en este punto. En un diagrama de fase, el punto representa el extremo superior de la curva de presión de vapor. El helio se introduce en el contenedor interno en forma líquida o criogénica. En el contenedor interno se forma una zona líquida con helio líquido y una zona gaseosa con helio gaseoso. Después de llenar el contenedor interno, el helio tiene dos fases con diferentes estados de agregación, a saber, líquido y gaseoso. Esto significa que en el contenedor interno existe una frontera de fase entre el helio líquido y el helio gaseoso. Después de un cierto tiempo, es decir, cuando la presión en el contenedor interno aumenta, el helio en el contenedor interno se convierte en monofásico. Entonces, la frontera de fase ya no existe y el helio es supercrítico.
El líquido criogénico o el criógeno es preferiblemente nitrógeno líquido. Alternativamente, el líquido criogénico también puede ser hidrógeno líquido u oxígeno líquido, por ejemplo. El hecho de que el escudo térmico se pueda refrigerar activamente o sea refrigerable activamente debe entenderse en el sentido de que el líquido criogénico fluye al menos parcialmente a través o alrededor del escudo térmico para enfriarlo. En particular, el escudo térmico solo se enfría activamente en estado operativo, es decir, cuando el contenedor interno está lleno de helio. Cuando se agota el líquido criogénico, el escudo térmico también puede estar sin refrigeración. Durante el enfriamiento activo del escudo térmico, el líquido criogénico puede hervir y evaporarse. Como resultado, el escudo térmico tiene una temperatura que corresponde aproximada o exactamente al punto de ebullición del líquido criogénico. El punto de ebullición del líquido criogénico es preferiblemente más alto que el punto de ebullición del helio líquido. En particular, el escudo térmico está dispuesto dentro del contenedor externo.
Preferiblemente, el contenedor interno y, en particular, el elemento aislante, tiene una temperatura en el exterior que corresponde aproximada o exactamente a la temperatura del helio. El escudo térmico puede tener una sección de base tubular y una sección de tapa que cierra la sección de base en el extremo y que está dispuesta entre el contenedor interno y el contenedor de refrigerante. Preferiblemente, la sección de cubierta cierra completamente la sección de base en el extremo. La sección de base del escudo térmico puede tener una sección transversal circular o aproximadamente circular. El contenedor externo, el contenedor interno, el contenedor de refrigerante y el escudo térmico pueden ser rotativamente simétricos en torno a un eje de simetría o un eje central común. El contenedor interno y el contenedor externo están fabricados preferentemente en acero inoxidable. El contenedor interno tiene preferiblemente una sección de base tubular que está cerrada por ambos lados con secciones de tapa arqueadas. El contenedor interno es hermético a los fluidos. Preferiblemente, el contenedor externo tiene también una sección de base tubular que está cerrada en ambos extremos por secciones de tapa. La sección de base del contenedor interno y/o la sección de base del contenedor externo pueden tener una sección transversal circular o aproximadamente circular.
Debido al hecho de que entre el elemento aislante y el escudo térmico se proporciona el hueco circunferencial, el elemento aislante no tiene contacto mecánico con el escudo térmico. Esto permite la transferencia de calor desde las superficies del contenedor interno al escudo térmico solamente por radiación y conducción de gas residual. El hecho de que exista el escudo térmico asegura además que el contenedor interno esté rodeado solo por superficies con una temperatura correspondiente al punto de ebullición del líquido criogénico (punto de ebullición del nitrógeno a 1,3 bara: 79,5 K). En consecuencia, solo hay una pequeña diferencia de temperatura entre el escudo térmico (79,5 K) y el contenedor interno (temperatura del helio a 1 bara hasta 6 bara: 4,2 hasta 6 K) en comparación con el entorno del contenedor externo. Esto permite prolongar el tiempo de conservación del helio líquido en comparación con los contenedores de transporte conocidos.
En particular, el contenedor de transporte tiene un tiempo de conservación del helio de al menos 45 días y el suministro de líquido criogénico es suficiente para al menos 40 días. Preferiblemente, un espacio intersticial entre el contenedor interno y el contenedor externo es evacuado. Para poder liberar el helio contenido en el contenedor interno a través de las válvulas de seguridad previstas en el mismo en caso de ruptura del vacío, el contenedor interno está rodeado por el elemento aislante, que también reduce la incidencia del calor en caso de que no haya vacío. De este modo, el elemento aislante tiene la función de aislamiento de emergencia en caso de rotura del vacío.
La capa de cobre puede ser una lámina de cobre o una lámina de aluminio aplicada por vaporización. La capa de cobre tiene una superficie metálica pulida. Esto significa que la capa de cobre no tiene un revestimiento superficial ni está oxidada. Dado que la emisividad de la capa de cobre disminuye con la reducción de la temperatura, la transferencia de calor por radiación también disminuye, de modo que el aporte total de calor al contenedor interno puede reducirse a menos de 6 W durante todo el tiempo de conservación del helio.
La capa de cobre tiene preferiblemente un grosor de al menos 5 micrómetros, de forma especialmente preferible de al menos 10 micrómetros, preferiblemente menos de 20 micrómetros, de forma especialmente preferible en el rango de 10 a 20 micrómetros. La capa de cobre tiene preferiblemente una fracción de masa de cobre de al menos el 95 % de cobre, de forma especialmente preferible del 99 % de cobre y de forma especialmente preferible de al menos el 99,9 % de cobre. La capa de cobre tiene preferiblemente una superficie libre de impurezas, tales como grasa o aceite.
Según una realización, el hueco circunferencial tiene una anchura de hueco de 5 a 15 milímetros, preferiblemente 10 milímetros.
La afirmación de que el hueco es circunferencial debe entenderse en el sentido de que el hueco rodea completamente el contenedor interno. En particular, el hueco también se proporciona en las secciones de tapa del contenedor interno.
Según otra realización, el hueco circunferencial está evacuado.
Esto garantiza que el calor solo pueda ser transferido desde el contenedor interno al escudo térmico por radiación y conducción de gas residual.
El elemento aislante tiene una capa aislante multicapa dispuesta entre el contenedor interno y la capa de cobre.
La capa aislante puede consistir en un denominado MLI (multilayer insulation o aislamiento multicapa). La capa de cobre es preferiblemente una hoja adicional de una lámina de cobre lisa hecha de cobre pulido de alta pureza, que se coloca de forma ajustada y sin pliegues sobre la LMI.
Según otra realización, la capa aislante multicapa comprende varias hojas de lámina de aluminio y papel de vidrio dispuestas alternativamente.
Las hojas de lámina de aluminio actúan como reflectoras y como fijación mecánica para las hojas de papel de vidrio, que garantizan el aislamiento térmico en caso de rotura del vacío. La lámina de aluminio puede estar perforada y estampada.
Según otra realización, las hojas de lámina de aluminio y papel de vidrio se aplican al contenedor interno sin espacios.
El concepto “sin espacios” significa que las hojas de lámina de aluminio quedan planas contra las hojas de papel de vidrio. Al aplicar la capa aislante multicapa al contenedor interno, se procura que las hojas de lámina de aluminio y papel de vidrio queden presionadas mecánicamente al máximo para que todas las hojas sean lo más isotérmicas posible. Un cambio de estado isotérmico es un cambio de estado termodinámico en el que la temperatura permanece inalterada.
Según otra realización, la capa de cobre es una lámina de cobre.
En particular, la capa de cobre es una lámina de cobre pulido de gran pureza que se coloca de forma ajustada y sin pliegues sobre la capa aislante multicapa.
Según otra realización, el contenedor de transporte comprende además una capa aislante multicapa dispuesta entre el escudo térmico y el contenedor externo.
La capa aislante es preferiblemente también un MLI. Preferiblemente, la capa aislante llena completamente un espacio intersticial previsto entre el escudo térmico y el contenedor externo, de modo que la capa aislante entra en contacto con el escudo térmico y con el contenedor externo.
Según otra realización, la capa aislante multicapa tiene varias hojas alternas de lámina de aluminio y seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel de vidrio.
Las hojas de papel de vidrio, seda de filamentos de vidrio o tejido de malla de vidrio sirven de espaciadores entre las hojas de lámina de aluminio, que actúan como reflectoras. La lámina de aluminio está preferiblemente perforada y estampada. Esto permite que la capa aislante situada entre el escudo térmico y el contenedor externo pueda ser evacuada sin interferencias. También se reduce el contacto mecánico-térmico no deseado entre las hojas de lámina de aluminio. Este contacto podría alterar el gradiente de temperatura de las hojas de lámina de aluminio que se crea por el intercambio de radiación.
Según otra realización, las hojas de lámina de aluminio y seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel de vidrio se aplican sobre el escudo térmico con espacios.
La expresión “con espacios” significa que se proporcionan espacios intersticiales evacuables entre las hojas de lámina de aluminio y las hojas de seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel de vidrio. Preferiblemente, y a diferencia del elemento aislante del contenedor interno, las hojas de lámina de aluminio y seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel de vidrio de la capa aislante se introducen de forma suelta en el espacio intersticial previsto entre el escudo térmico y el contenedor externo. En este caso, se entiende por “de forma suelta” que las hojas de lámina de aluminio y papel de vidrio no están prensadas, de modo que el relieve y la perforación de la lámina de aluminio permiten evacuar la capa aislante y, por tanto, el espacio intersticial sin interferencias.
Según otra realización, el contenedor externo está evacuado.
Esto asegura un muy buen aislamiento térmico, ya que la transferencia de calor solo es posible a través de la radiación y la conducción de gas residual.
Según otra realización, el escudo térmico encierra completamente el contenedor interno.
Preferiblemente, el escudo térmico está hecho de un material de aluminio. En particular, el escudo térmico está hecho de un material de aluminio de alta pureza. Con ello se obtienen unas propiedades de transporte y reflexión del calor especialmente buenas. El hecho de que el escudo térmico encierre completamente el contenedor interno garantiza que el contenedor interno esté completamente rodeado por superficies que tienen una temperatura correspondiente a la temperatura de ebullición del líquido criogénico.
Según otra realización, el escudo térmico tiene una sección de base y dos secciones de tapa que cierran la sección de base en ambos extremos.
Preferiblemente, las dos secciones de tapa están arqueadas. En particular, las secciones de tapa se proporcionan en la sección de base de tal manera que se curvan en dirección opuesta a la sección de base. Una de las secciones de tapa está dispuesta preferiblemente entre el contenedor de refrigerante y el contenedor interno. Esto garantiza que, aunque descienda el nivel de líquido en el contenedor de refrigerante, el contenedor interno solo esté rodeado de superficies que tengan una temperatura correspondiente al punto de ebullición del líquido criogénico.
Según otra realización, el escudo térmico es permeable a los fluidos.
Esto significa que el escudo térmico es permeable a líquidos y gases. Esto significa que el escudo térmico puede tener, por ejemplo, aberturas, perforaciones o agujeros. Debido a la permeabilidad de los fluidos, el espacio intersticial previsto entre el contenedor interno y el escudo térmico puede ser evacuado.
Otras posibles implementaciones del contenedor de transporte comprenden también combinaciones de características o realizaciones no mencionadas de forma explícita anteriormente o en lo sucesivo en relación con las realizaciones ilustrativas. El experto en la técnica también añadirá detalles específicos en forma de mejoras o adiciones a la respectiva configuración básica del contenedor de transporte.
Otras configuraciones ventajosas del contenedor de transporte son objeto de las reivindicaciones dependientes, así como de las realizaciones ilustrativas del contenedor de transporte que se describen a continuación. A continuación se explica con más detalle el contenedor de transporte a partir de realizaciones preferidas con referencia a las figuras adjuntas.
La Fig. 1 muestra una vista en sección esquemática de una realización de un contenedor de transporte; y
la Figura 2 muestra la vista detallada II según la Figura 1.
En las figuras, a los elementos idénticos o funcionalmente idénticos se les ha dado los mismos signos de referencia, a menos que se indique lo contrario.
La Figura 1 muestra una vista en sección esquemática muy simplificada de una realización de un contenedor 1 de transporte para helio He líquido. La Figura 2 muestra la vista detallada II según la Figura 1. En lo sucesivo, las Figuras 1 y 2 se mencionarán simultáneamente.
El contenedor 1 de transporte también puede denominarse contenedor de transporte de helio. El contenedor 1 de transporte también puede utilizarse para otros líquidos criogénicos. Ejemplos de líquidos criogénicos, o criógenos para abreviar, son el ya mencionado helio He líquido (punto de ebullición a 1 bara: 4,222 K = -268,928 0C), hidrógeno H2 líquido (punto de ebullición a 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C), nitrógeno N2 líquido (punto de ebullición a 1 bara: 77,35 K = -195,80 0C) u oxígeno líquido O2 (punto de ebullición a 1 bara: 90,18 K = -182,97 0C).
El contenedor 1 de transporte comprende un contenedor externo 2. El contenedor externo 2 está fabricado, por ejemplo, de acero inoxidable. El contenedor externo 2 puede tener una longitud I2 de 10 m, por ejemplo. El contenedor externo 2 comprende una sección 3 de base tubular o cilíndrica que está cerrada en ambos extremos mediante una sección 4, 5 de tapa respectiva, en particular mediante una primera sección 4 de tapa y una segunda sección 5 de tapa. La sección 3 de base puede tener una geometría circular o casi circular en sección transversal. Las secciones 4, 5 de tapa están arqueadas. Las secciones 4, 5 de tapa están arqueadas en direcciones opuestas, de modo que ambas secciones 4, 5 de tapa se arquean hacia fuera en relación con la sección 3 de base. El contenedor externo 2 es hermético a los fluidos, en particular a los gases. El contenedor externo 2 tiene un eje M1 de simetría o central respecto al cual el contenedor externo 2 está dispuesto de forma rotacionalmente simétrica.
El contenedor 1 de transporte comprende además un contenedor interno 6 para contener el helio He líquido. El contenedor interno 6 también está hecho, por ejemplo, de acero inoxidable. El contenedor interno 6 puede contener una zona 7 de gas con helio He vaporizado y una zona 8 de líquido con helio He líquido mientras el helio He esté en la zona bifásica. El contenedor interno 6 es estanco a los fluidos, en particular, a los gases, y puede incluir una válvula de purga para la reducción controlada de la presión. Al igual que el contenedor externo 2, el contenedor interno 6 comprende una sección 9 de base tubular o cilíndrica que está cerrada en ambos extremos por secciones 10, 11 de tapa, en particular, una primera sección 10 de tapa y una segunda sección 11 de tapa. La sección 9 de base puede tener una geometría circular o casi circular en sección transversal.
El contenedor interno 6, al igual que el contenedor externo 2, es rotativamente simétrico con respecto al eje central M1. Se evacua un espacio intersticial 12 previsto entre el contenedor interno 6 y el contenedor externo 2. El contenedor 1 de transporte también incluye un sistema 13 de refrigeración con un contenedor 14 de refrigerante. Un líquido criogénico, como, por ejemplo, nitrógeno líquido N2, está contenido en el contenedor 14 de refrigerante. El contenedor 14 de refrigerante comprende una sección 15 de base tubular o cilíndrica, que puede ser rotativamente simétrica con respecto al eje central M1. La sección 15 de base puede tener una geometría circular o casi circular en sección transversal. La sección 15 de base está cerrada en cada extremo por una sección 16, 17 de tapa. Las secciones 16, 17 de tapa pueden estar arqueadas. En particular, las secciones 16, 17 de tapa están arqueadas en la misma dirección. El contenedor 14 de refrigerante también puede tener un diseño diferente.
En el contenedor 14 de refrigerante pueden estar previstas una zona gaseosa 18 con nitrógeno N2 vaporizado y una zona de líquido 19 con nitrógeno N2 líquido. En una dirección axial A del contenedor 6 de transporte, el contenedor 14 de refrigerante está dispuesto junto al contenedor interno 6. Entre el contenedor interno 6, en particular, entre la segunda sección 11 de tapa del contenedor interno 6, y el contenedor 14 de refrigerante, en particular, la primera sección 16 de tapa del contenedor 14 de refrigerante, se proporciona un espacio intersticial 20 que puede formar parte del espacio intersticial 12. Es decir, el espacio intersticial 20 también está evacuado.
El contenedor 1 de transporte también comprende un escudo térmico 21 asociado al sistema 13 de refrigeración. El escudo térmico 21 está situado en el espacio intersticial 12 evacuado que se encuentra entre el contenedor interno 6 y el contenedor externo 2. El escudo térmico 21 puede refrigerarse activamente o es refrigerable activamente por medio del nitrógeno líquido N2. En la presente invención, la refrigeración activa significa que el nitrógeno N2 líquido para enfriar el escudo térmico 21 pasa a través de este o a lo largo de este. El escudo térmico 21 se enfría a una temperatura que corresponde aproximadamente al punto de ebullición del nitrógeno N2.
El escudo térmico 21 comprende una sección 22 de base cilíndrica o tubular que está cerrada en ambos extremos por una sección 23, 24 de tapa. Tanto la sección 22 de base como las secciones 23, 24 de tapa se enfrían activamente por medio del nitrógeno N2. La sección 22 de base puede tener una geometría circular o casi circular en sección transversal. Preferentemente, el escudo térmico 21 es también rotacionalmente simétrico respecto al eje central M1.
Una primera sección 23 de tapa del escudo térmico 21 está dispuesta entre el contenedor interno 6, en particular, entre la sección 11 de tapa del contenedor interno 6, y el contenedor 14 de refrigerante, en particular, la sección 16 de tapa del contenedor 14 de refrigerante. Una segunda sección 24 de tapa del escudo térmico 21 está en posición opuesta al contenedor 14 de refrigerante. Así, el escudo térmico 21 es autoportante;
es decir, el escudo térmico 21 no se apoya ni en el contenedor interno 6 ni en el contenedor externo 2. Para ello, en el escudo térmico 21 se puede proporcionar un anillo de soporte, que está suspendido del contenedor externo 2 mediante barras de apoyo, en particular barras de tracción. Además, el contenedor interno 6 puede estar suspendido del anillo de soporte por medio de otras barras de apoyo. La incidencia de calor a través de las barras de apoyo mecánicas se lleva a cabo en parte mediante el anillo de soporte. El anillo de soporte tiene escotaduras que permiten que las barras de apoyo tengan la mayor longitud térmica posible. El contenedor 14 de refrigerante tiene pasajes para las barras de apoyo mecánicas.
El escudo térmico 21 es permeable a los fluidos. Esto significa que un espacio intersticial 25 entre el contenedor interno 6 y el escudo térmico 21 está comunicado con el espacio intersticial 12 para el paso de fluidos. Esto permite que los espacios intersticiales 12, 25 puedan evacuarse simultáneamente. El escudo térmico 21 puede tener perforaciones, aberturas o similares para permitir la evacuación de los espacios intersticiales 12, 25. Preferentemente, el escudo térmico 21 está fabricado de un material de aluminio de alta pureza.
La primera sección 23 de tapa del escudo térmico 21 protege completamente el contenedor 14 de refrigerante respecto del contenedor interno 6. Esto significa que, cuando se mira desde el contenedor interno 6 hacia el contenedor 14 de refrigerante, el contenedor 14 de refrigerante está completamente cubierto por la primera sección 23 de tapa del escudo térmico 21. En particular, el escudo térmico 21 encierra completamente el contenedor interno 6. Esto significa que el contenedor interno 6 está dispuesto en su totalidad dentro del escudo térmico 21, donde el escudo térmico 21, como se ha mencionado anteriormente, no es hermético a los fluidos.
El escudo térmico 21 comprende al menos uno (pero preferiblemente varios) conductos de refrigeración para el enfriamiento activo de este. Por ejemplo, el escudo térmico 21 puede tener seis conductos de refrigeración. El conducto o conductos de refrigeración están comunicados con el contenedor 14 de refrigerante para el paso de fluidos, de modo que el nitrógeno N2 líquido puede fluir desde el contenedor 14 de refrigerante hacia el conducto o conductos de refrigeración. El sistema 13 de refrigeración también puede comprender un separador de fase no mostrado en la Figura 1, que está diseñado para separar el nitrógeno N2 gaseoso del nitrógeno N2 líquido. El nitrógeno gaseoso N2 puede ser expulsado del sistema 13 de refrigeración a través del separador de fase.
El conducto o conductos de refrigeración se proporcionan tanto en la sección 22 de base como en las secciones 23, 24 de tapa del escudo térmico 21. El conducto o conductos de refrigeración presentan una inclinación en relación con una horizontal H, que es perpendicular a una dirección g de la gravedad. En particular, el conducto o conductos de refrigeración describen un ángulo de más de 3° con respecto a la horizonta1H.
El contenedor interno 6 comprende además un elemento aislante 26 que se muestra recortado en la Figura 2. El elemento aislante 26 encierra completamente el contenedor interno 6. Es decir, el elemento aislante 26 está previsto tanto en la sección 9 de base como en las secciones 10, 11 de tapa del contenedor interno 6. El elemento aislante 26 está dispuesto entre el contenedor interno 6 y el escudo térmico 21. Es decir, el elemento aislante 26 está dispuesto en el espacio intersticial 25. El elemento aislante 26 tiene una capa 27 de cobre altamente reflectante en el exterior, es decir, orientada hacia el escudo térmico 21. La capa 27 de cobre es metálica y pulida. Es decir, la capa 27 de cobre no tiene ningún recubrimiento superficial o capa de óxido. La capa 27 de cobre puede ser, por ejemplo, una lámina de cobre o una lámina de aluminio vaporizada con cobre.
El aislamiento térmico real del contenedor interno 6 hasta el nivel de temperatura del nitrógeno N2 líquido del escudo térmico 21 lo proporciona la capa 27 de cobre. Preferentemente, la capa 27 de cobre es una lámina lisa de cobre pulido de alta pureza, colocada de forma ajustada y sin pliegues alrededor de una capa aislante 28 multicapa dispuesta entre la capa 27 de cobre y el contenedor interno 6. La capa aislante 28 comprende varias capas u hojas alternas de lámina 29 de aluminio perforada y estampada como reflector y papel 30 de vidrio como espaciador y como aislante en caso de rotura del vacío entre las láminas 29 de aluminio. La capa aislante 28 puede comprender 10 capas. Las hojas de lámina 29 de aluminio y de papel 30 de vidrio se aplican al contenedor interno 6 sin espacios, es decir, prensadas. La capa aislante 28 puede ser un denominado MLI. El contenedor interno 6 y también el elemento aislante 26 tienen en el exterior una temperatura que corresponde aproximadamente al punto de ebullición del helio He. Durante el montaje de la capa aislante 28, se procura que las hojas de lámina 29 de aluminio y de papel 30 de vidrio tengan la mayor presión mecánica posible para conseguir que todas las hojas de la capa aislante 28 sean lo más isotérmicas posible.
Entre el elemento aislante 26 y el escudo térmico 21 hay un hueco 31 que rodea completamente el contenedor interno 6. El hueco 31 también está previsto entre el elemento aislante 26 y las secciones de tapa 23, 24 del escudo térmico 21. El hueco 31 tiene una anchura b31 de hueco. La anchura b31 de hueco es preferiblemente de 5 a 15 mm, preferiblemente de 10 mm. El hueco 31 está evacuado. En particular, el hueco 31 forma parte del espacio intersticial 25. El espacio intersticial 25 se rellena hasta el hueco 31 con el elemento aislante 26.
Entre el escudo térmico 21 y el contenedor externo 2 puede disponerse otra capa aislante 32 multicapa, en particular, también un MLI, que llena completamente el espacio intersticial 12 y, por tanto, entra en contacto con el escudo térmico 21 en el exterior y con el contenedor externo 2 en el interior. La capa aislante 32 se encuentra entre las respectivas secciones 3, 22 de base, así como entre la sección 24 de tapa del escudo térmico 21 y la sección 4 de tapa del contenedor externo 2 y entre la sección 23 de tapa del escudo térmico 21 y el contenedor 14 de refrigerante. La capa aislante 32 comprende también capas u hojas dispuestas alternativamente de lámina 33 de aluminio y seda de filamentos de vidrio, o tejido de malla de vidrio papel 34 de vidrio que en este caso, sin embargo, se introducen de forma suelta en el espacio intersticial 12 , a diferencia del elemento aislante 26 del contenedor interno 6 descrito anteriormente. En este caso, se entiende por “de forma suelta” que las hojas de lámina 33 de aluminio y papel 34 de vidrio no están prensadas, de modo que el relieve y la perforación de la lámina 33 de aluminio permiten evacuar la capa aislante 32 y, por tanto, el espacio intersticial 12 sin interferencias.
Mediante el hueco 31, el escudo térmico 21 está circunferencialmente distanciado y no toca la capa 27 de cobre del elemento aislante 26 del contenedor interno 6. Esto reduce la incidencia del calor por radiación al mínimo físicamente posible. El calor de las superficies del contenedor interno 6 se transfiere al escudo térmico 21 únicamente por radiación y conducción de gas residual.
A continuación se expone el funcionamiento del contenedor 1 de transporte. Antes de llenar el contenedor interno 6 con el helio He líquido, el escudo térmico 21 se enfría primero por medio del nitrógeno N2 criogénico, inicialmente gaseoso y después líquido, al menos aproximadamente o completamente hasta el punto de ebullición (1,3 bara, 79,5 K) del nitrógeno N2 líquido. El contenedor interno 6 aún no se ha enfriado activamente. Cuando el escudo térmico 21 se enfría, el gas residual en vacío que aún se encuentra en el espacio intersticial 12 se congela en el escudo térmico 21. Cuando el contenedor interno 6 se llena con el helio He líquido, esto evita que el gas residual en vacío se congele en la parte exterior del contenedor interno 6 y contamine así la superficie metálica pulida de la capa 27 de cobre del elemento aislante 26 del contenedor interno 6. En cuanto el escudo térmico 21 y el contenedor 14 de almacenamiento se enfrían completamente y el contenedor 14 de refrigerante vuelve a estar completamente lleno, el contenedor interno 6 se llenará con el helio He líquido.
El contenedor 1 de transporte puede colocarse entonces en un vehículo de transporte, como un camión o un barco, para transportar el helio He líquido. El escudo térmico 21 será refrigerado de forma continua mediante el nitrógeno líquido N2. El nitrógeno líquido N2 se consume y hierve en los conductos de refrigeración del sistema 13 de refrigeración. Las burbujas de gas que se generan en el proceso pasan por el separador de fase dispuesto más arriba con respecto a la dirección g de la gravedad en el sistema 13 de refrigeración. Mediante el separador de fase, el nitrógeno N2 en estado gaseoso que se encuentra en el sistema 13 de refrigeración puede ser purgado, lo que permite que el nitrógeno N2 líquido fluya desde el contenedor 14 de refrigerante.
Dado que la capa 27 de cobre no tiene contacto mecánico con el escudo térmico 21 debido al hueco 31, el calor solo puede ser transferido desde las superficies del contenedor interno 6 al escudo térmico 21 por radiación y conducción de gas residual. Dado que la capa de cobre está colocada de forma ajustada sobre la capa aislante 28, esta última tiene un buen contacto mecánico con la capa aislante 28, y la capa 27 de cobre también tiene una temperatura cercana a la temperatura del helio He. Dado que la emisividad de la capa 27 de cobre disminuye con la reducción de la temperatura, la transferencia de calor por radiación también disminuye, de modo que la entrada total de calor al contenedor interno 6 puede reducirse a menos de 6 W durante el tiempo de conservación del helio He. La emisividad de un cuerpo indica la cantidad de radiación que emite este en comparación con un emisor de calor ideal, un cuerpo negro.
El hecho de que el contenedor interno 6 esté completamente rodeado por el escudo térmico 21 garantiza que el contenedor interno 6 solo esté rodeado por superficies que tienen una temperatura correspondiente al punto de ebullición (1,3 bara, 78,5 K) del nitrógeno N2. Como resultado, entre el escudo térmico 21 (78,5 K) y el contenedor interno (4,2 - 6 K) solo hay una ligera diferencia de temperatura. Esto permite que el tiempo de conservación del helio He líquido se amplíe considerablemente en comparación con los contenedores de transporte conocidos. En particular, el contenedor 1 de transporte tiene un tiempo de conservación del helio de al menos 45 días y el suministro de nitrógeno líquido N2 es suficiente para al menos 40 días. El elemento aislante 26 tiene la función de un aislamiento de emergencia para el contenedor interno 6 en caso de que se produzca una ruptura del vacío.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones ilustrativas, puede modificarse de muchas maneras dentro del alcance de las reivindicaciones.
Signos de referencia utilizados
1 Contenedor de transporte
2 Contenedor externo
3 Sección de base
4 Sección de tapa
5 Sección de tapa
6 Contenedor interno
7 Zona gaseosa
9 Zona líquida
9 Sección de base
10 Sección de tapa
11 Sección de tapa
12 Espacio intersticial
13 Sistema de refrigeración
14 Contenedor de refrigerante
15 Sección de base
16 Sección de tapa
17 Sección de tapa
18 Zona gaseosa
19 Zona líquida
20 Espacio intersticial
21 Escudo
22 Sección de base
23 Sección de tapa
24 Sección de tapa
25 Espacio intersticial
26 Elemento aislante
27 Capa de cobre
28 Capa aislante
29 Lámina de aluminio
30 Papel de vidrio
31 Hueco
32 Capa aislante
33 Lámina de aluminio
34 Papel de vidrio
A Dirección axial
b31 Anchura de hueco
g Dirección de la gravedad
H Horizontal
He Helio
H2 Hidrógeno
I2 Longitud
M1 Eje central
N2 Nitrógeno
O2 Oxígeno

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Contenedor (1) de transporte para helio (He), que tiene un contenedor interno (6) para alojar el helio (He), un elemento aislante (26) provisto en el exterior del contenedor interno (6), un contenedor (14) de refrigerante para alojar un líquido criogénico (N2), un contenedor externo (2) en donde se alojan el contenedor interno (6) y el contenedor (14) de refrigerante, y un escudo térmico (21) que puede enfriarse activamente mediante el líquido criogénico (N2) y en donde se aloja el contenedor interno (6), donde entre el elemento aislante (26) y el escudo térmico (21) está previsto un hueco circunferencial (31), donde el elemento aislante (26) tiene una capa (27) de cobre orientada hacia el escudo térmico (21), caracterizado por que el elemento aislante (26) tiene una capa aislante (28) multicapa dispuesta entre el contenedor interno (6) y la capa (27) de cobre.
  2. 2. Contenedor de transporte según la reivindicación 1, en donde el hueco circunferencial (31) tiene una anchura (b31) de hueco de 5 a 15 milímetros, preferentemente de 10 milímetros.
  3. 3. Contenedor de transporte según la reivindicación 1 o 2, en donde el hueco circunferencial (31) está evacuado.
  4. 4. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la capa aislante (28) multicapa comprende una pluralidad de hojas alternas de lámina (29) de aluminio y papel (30) de vidrio.
  5. 5. Contenedor de transporte según la reivindicación 4, en donde las hojas de lámina (29) de aluminio y de papel (30) de vidrio están colocadas sobre el contenedor interno (6) sin espacios.
  6. 6. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la capa (27) de cobre es una lámina de cobre.
  7. 7. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además una capa aislante (32) multicapa dispuesta entre el escudo térmico (21) y el contenedor externo (2).
  8. 8. Contenedor de transporte según la reivindicación 7, en donde la capa aislante (32) multicapa comprende una pluralidad de hojas alternas de lámina (33) de aluminio y seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel (34) de vidrio.
  9. 9. Contenedor de transporte según la reivindicación 8, en donde las hojas de lámina (33) de aluminio y seda de filamentos de vidrio, tejido de malla de vidrio o papel (34) de vidrio se colocan sobre el escudo térmico (21) con espacios.
  10. 10. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el contenedor externo (2) está evacuado.
  11. 11. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el escudo térmico (21) encierra completamente el contenedor interno (6).
  12. 12. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el escudo térmico (21) tiene una sección (22) de base (22) y dos secciones (23, 24) de tapa que cierran la sección (22) de base en ambos extremos.
  13. 13. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el escudo térmico (21) es permeable a los fluidos.
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