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ES2910106T3 - Contenedor de transporte - Google Patents

Contenedor de transporte

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Publication number
ES2910106T3
ES2910106T3 ES17721530T ES17721530T ES2910106T3 ES 2910106 T3 ES2910106 T3 ES 2910106T3 ES 17721530 T ES17721530 T ES 17721530T ES 17721530 T ES17721530 T ES 17721530T ES 2910106 T3 ES2910106 T3 ES 2910106T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
container
heat shield
coolant
section
cryogenic liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17721530T
Other languages
English (en)
Inventor
Heinz Posselt
Marko Parkkonen
Hans-Einar Forsberg
Anders Gronlund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2910106T3 publication Critical patent/ES2910106T3/es
Active legal-status Critical Current
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Abstract

Contenedor de transporte (1) para helio (He), con un contenedor interno (6) para alojar el helio (He), un contenedor (14) de refrigerante para alojar un líquido criogénico (N2), un contenedor externo (2), en el que se alojan el contenedor interno (6) y el contenedor de refrigerante (14), y un escudo térmico (21) que puede refrigerarse activamente con ayuda del líquido criogénico (N2), en donde el escudo térmico (21) presenta una sección (22) de base tubular en la que se aloja el contenedor interno (6), y una sección (23, 24) de tapa que cierra frontalmente la sección (22) de base y está dispuesta entre el contenedor interno (6) y el contenedor de refrigerante (14), en donde está previsto un espacio intermedio (20) entre el contenedor interno (6) y el contenedor (14) de refrigerante en el que se dispone la sección (23, 24) de tapa del escudo térmico (21), en donde el escudo térmico (21) presenta al menos un conducto (26) de refrigeración para la refrigeración activa del mismo, en el que se puede alojar el líquido criogénico (N2), caracterizado por que el al menos un conducto (26) de refrigeración presenta secciones oblicuas (29, 30) y secciones (27, 28) que discurren en una dirección de la gravedad (g), y por que las secciones oblicuas (29, 30) presentan un gradiente con respecto a una horizontal (H).

Description

DESCRIPCIÓN
Contenedor de transporte
Descripción
La 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 a una presión de 1 a 6 bar. Para el transporte del helio líquido o supercrítico se emplean contenedores de helio que se aíslan térmicamente de manera compleja para evitar un aumento demasiado rápido de la presión del helio. Tales contenedores de transporte pueden refrigerarse, por ejemplo, con ayuda de nitrógeno líquido. En este sentido, 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 aloja el helio líquido, un escudo térmico que cubre parcialmente el contenedor interno, un contenedor de refrigerante en el que se aloja un líquido criogénico para refrigerar 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 JP S54 178218 II muestra un contenedor de transporte con un contenedor interno, un contenedor de refrigerante y un contenedor externo en el que se alojan el contenedor interno y el contenedor de refrigerante. El contenedor de transporte comprende un escudo térmico que puede ser refrigerado activamente con ayuda de un líquido criogénico. También está previsto un conducto de refrigeración que está comunicado para el paso de fluidos con el contenedor de refrigerante y que da vueltas en espiral alrededor del escudo térmico.
El documento JP 2014119058 A describe un contenedor de transporte con un contenedor interno, un contenedor de refrigerante, un contenedor externo, en el que se alojan el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, y un escudo térmico que se refrigera por medio de un conducto de refrigeración que da vueltas en espiral alrededor del escudo térmico.
Los documentos US 3698 200 A y US 5005 362 A muestran en cada caso un contenedor de transporte con un contenedor interno, un contenedor de refrigerante, un contenedor externo, en el que se alojan el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, y un escudo térmico.
Con estos antecedentes, el objetivo 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 alojar el helio, un contenedor de refrigerante para alojar un líquido criogénico, un contenedor externo, en el que se alojan el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, y un escudo térmico que puede ser refrigerado activamente con ayuda del líquido criogénico, en donde el escudo térmico presenta una sección de base tubular en la que se aloja el contenedor interno y una sección de tapa que cierra frontalmente la sección de base y está dispuesta entre el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, y en donde está previsto un espacio intermedio entre el contenedor interno y el contenedor de refrigerante en el que está dispuesta la sección de tapa del escudo térmico. A este respecto, el escudo térmico presenta al menos un conducto de refrigeración para la refrigeración activa del mismo, en el que se puede alojar el líquido criogénico, en donde el al menos un conducto de refrigeración presenta secciones oblicuas y secciones que discurren en una dirección de la gravedad, y en donde las secciones oblicuas presentan un gradiente con respecto a una horizontal.
El contenedor interno también puede designarse como contenedor de helio o tanque interno. El contenedor de transporte también puede denominarse contenedor de transporte de helio. El helio puede denominarse como helio líquido o criogénico. El helio, en particular, también es 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 de agregación dejan de existir en este punto. En un diagrama de fases, 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 forman 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. El líquido criogénico también puede denominarse refrigerante. El líquido criogénico puede ser alternativamente, por ejemplo, hidrógeno líquido u oxígeno líquido. El hecho de que el escudo térmico se pueda refrigerar activamente o se refrigere activamente debe entenderse en el sentido de que el líquido criogénico fluye al menos parcialmente a través o alrededor del escudo térmico para refrigerarlo. En particular, el escudo térmico solo se refrigera activamente en un estado de funcionamiento, es decir, cuando el contenedor interno está lleno de helio. Cuando el líquido criogénico se consume, el escudo térmico también puede no estar refrigerado. Durante la refrigeración activa del escudo térmico, el líquido criogénico puede hervir y vaporizarse. 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.
El contenedor interno y, en particular, el elemento aislante presenta preferiblemente una temperatura en el exterior que corresponde aproximadamente o exactamente a la temperatura del helio almacenado en el contenedor interno. La temperatura del helio va de 4,2 a 6 K, dependiendo de si el helio está en forma líquida o supercrítica. Preferiblemente, la sección de tapa del escudo térmico cierra completamente la sección de base frontalmente. La sección de base del escudo térmico puede presentar una sección transversal circular o aproximadamente circular. El contenedor externo, el contenedor interno, el contenedor de refrigerante y el escudo térmico pueden presentar simetría de revolución con respecto a un eje común de simetría o eje central. El contenedor interno y el contenedor externo están fabricados preferentemente en acero inoxidable. El contenedor interno presenta 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 también presenta una sección de base tubular que está cerrada frontalmente por ambos lados por secciones de tapa. La sección de base del contenedor interno y/o la sección de base del contenedor externo pueden presentar una sección transversal circular o aproximadamente circular.
Al estar previsto el escudo térmico, se garantiza que el contenedor interno solo esté rodeado por superficies que presentan una temperatura correspondiente al punto de ebullición del líquido criogénico (punto de ebullición del nitrógeno a 1,3 bara: 79,5 K). De esta manera, solo hay una pequeña diferencia de temperatura entre el escudo térmico (79,5 K) y el contenedor interno (temperatura del helio a una presión absoluta de 1 bara a 6 bara: de 4,2 K a 6 K) en comparación con el entorno del contenedor externo. De esta manera, se puede ampliar considerablemente el tiempo de conservación del helio líquido en comparación con los contenedores de transporte conocidos. El calor de las superficies del contenedor interno al escudo térmico solo se transmite a este respecto por radiación y conducción de gas residual. Esto significa que la superficie del escudo térmico no entra en contacto con el contenedor interno. Debido a que la sección de tapa del escudo térmico está dispuesta entre el contenedor interno y el contenedor de refrigerante, siempre se garantiza que el contenedor interno esté rodeado por superficies que presentan la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido, también en dirección al contenedor de refrigerante, aunque el nivel del líquido criogénico en el contenedor de refrigerante baje. En particular, el contenedor de transporte presenta un tiempo de conservación de helio de al menos 45 días y la reserva de líquido criogénico es suficiente para al menos 40 días.
Según una forma de realización, el escudo térmico está dispuesto en un espacio intermedio puesto a vacío previsto entre el contenedor interno y el contenedor externo.
Al poner a vacío el espacio intermedio, se puede mejorar el aislamiento térmico del contenedor interno. Preferiblemente, el contenedor interno comprende un elemento aislante adicional con una capa aislante multicapa y una capa metálica de cobre desnuda orientada hacia el blindaje. La capa aislante comprende preferiblemente varias capas dispuestas de manera alterna de lámina de aluminio perforada y gofrada como reflector y papel de vidrio como espaciador entre las láminas de aluminio. La capa aislante puede comprender 10 capas. Las capas de lámina de aluminio y papel de vidrio se aplican sobre el contenedor interno sin intersticios, es decir, prensadas. La capa aislante es la llamada MLI (en inglés: “multilayer insulation” ) o puede denominarse MLI. El elemento aislante presenta también preferiblemente una temperatura que corresponde al menos aproximadamente o exactamente al punto de ebullición del helio. Entre el escudo térmico y el contenedor externo puede disponerse otra capa aislante multicapa, en particular también una MLI, que rellene el espacio intermedio entre el escudo térmico y el contenedor externo y, por tanto, entre en contacto con el escudo térmico por el exterior y con el contenedor externo por el interior. Las capas de lámina de aluminio y de papel de vidrio, seda de vidrio o tejido de malla de vidrio de la capa aislante se aplican en este sentido, a diferencia del elemento aislante del contenedor interno descrito anteriormente, preferiblemente de forma mullida en el espacio intermedio. Mullida significa en este sentido que las capas de lámina de aluminio y papel de vidrio, seda de vidrio o tejido de malla de vidrio no están prensadas, de modo que, debido al gofrado y al perforado de la lámina de aluminio, se puede poner a vacío la capa aislante y, por tanto, el espacio intermedio sin problemas. También se reduce un contacto mecánico-térmico no deseado entre las capas de lámina de aluminio. Este contacto podría alterar el gradiente de temperatura de las capas de lámina de aluminio que se crea por el intercambio de radiación.
Según otra forma de realización, el escudo térmico presenta dos secciones de tapa que cierran frontalmente la sección de base por ambos lados.
Las secciones de base están preferiblemente arqueadas. En particular, las secciones de tapa están arqueadas en cada caso hacia fuera con respecto a la sección de base.
Según otra forma de realización, el escudo térmico no se apoya ni en el contenedor interno ni en el contenedor externo.
Al no apoyarse el escudo térmico ni en el contenedor interno ni en el contenedor externo, se puede conseguir un mejor aislamiento térmico. En particular, esto puede reducir la entrada de calor en el contenedor interno por conducción de calor. Preferiblemente, el escudo térmico comprende un anillo de soporte que está suspendido del contenedor externo mediante barras de apoyo, en particular, barras de tracción. Preferiblemente, el contenedor interno también está suspendido del anillo de soporte a través de otras barras de apoyo, en particular también barras de tracción.
Según otra forma de realización, el escudo térmico es permeable a los fluidos.
Esto significa que el escudo térmico es permeable a líquidos y gases. Para ello, el escudo térmico puede presentar, por ejemplo, aberturas, orificios o perforaciones. Esto permite poner a vacío el espacio intermedio previsto entre el contenedor interno y el contenedor externo.
Según otra forma de realización, el escudo térmico está fabricado de un material de aluminio.
En particular, el escudo térmico está fabricado de un material de aluminio de alta pureza. Esto da lugar a unas propiedades de transporte y reflexión del calor particularmente buenas.
El escudo térmico presenta al menos un conducto de refrigeración para la refrigeración activa del mismo, en el que se puede alojar el líquido criogénico.
Preferiblemente, el líquido criogénico no circula por el conducto de refrigeración, sino que permanece en él. Para refrigerar el escudo térmico, el líquido criogénico hierve en el conducto de refrigeración, lo que garantiza una refrigeración óptima del escudo térmico.
El conducto de refrigeración puede estar unido al escudo térmico por unión de materiales o estar formado materialmente de una sola pieza con el escudo térmico.
Según otra forma de realización, el contenedor de refrigerante está comunicado para el paso de fluidos con el al menos un conducto de refrigeración, de manera que el líquido criogénico fluye del contenedor de refrigerante hacia el al menos un conducto de refrigeración cuando el líquido criogénico en el al menos un conducto de refrigeración se vaporiza parcialmente. Para que el líquido criogénico humedezca completamente el conducto de refrigeración incluso con un nivel de llenado reducido del líquido criogénico en el contenedor de refrigerante, se mantiene una sobrepresión correspondiente de 200 a 300 mbar en el contenedor de refrigerante correspondientemente a la presión hidrostática que debe aplicarse.
En particular, se forman burbujas de gas en el líquido criogénico que pueden dirigirse al punto más alto del conducto de refrigeración mediante una disposición oblicua del conducto de refrigeración.
Según otra forma de realización, el al menos un conducto de refrigeración está previsto en la sección de base y/o en la sección de tapa del escudo térmico y/o la sección de base está unida por unión de materiales con la sección de tapa.
En particular, tales conductos de refrigeración o al menos secciones de los conductos de refrigeración están previstos en ambas secciones de tapa. Al estar unida la sección de tapa a la sección de la base por unión de materiales, la sección de tapa puede refrigerarse por conducción de calor. En las uniones por unión de materiales, las parejas de unión se mantienen unidas por fuerzas atómicas o moleculares. Las uniones por unión de materiales son uniones no liberables que solo pueden separarse destruyendo los agentes conectivos.
El al menos un conducto de refrigeración presenta un gradiente con respecto a la horizontal.
Esto significa que el conducto de refrigeración está inclinado con respecto a la horizontal. La horizontal es perpendicular a una dirección de la gravedad. Por ejemplo, el conducto de refrigeración, y en particular las secciones oblicuas del conducto de refrigeración, forman un ángulo predeterminado con la horizontal. En particular, las secciones forman un ángulo superior a 3° con la horizontal. El ángulo puede ser de 3 a 15° o incluso más. En particular, el ángulo también puede ser exactamente de 3°. El conducto de refrigeración también puede presentar secciones que discurran en la dirección de la gravedad.
Según otra forma de realización, el contenedor de transporte comprende, además, un separador de fases para separar una fase gaseosa del líquido criogénico de una fase líquida del líquido criogénico, en donde el al menos un conducto de refrigeración está dispuesto de tal modo que presenta un gradiente positivo en dirección al separador de fases.
Por gradiente positivo se entiende que el conducto de refrigeración asciende en dirección al separador de fases. Esto hace que la fase gaseosa se acumule en forma de burbujas de gas en el separador de fases. El separador de fases comprende preferiblemente un flotador con un cuerpo flotante acoplado a un cuerpo de válvula. En cuanto el nivel de líquido de la fase líquida en el separador de fases desciende debido a la introducción de las burbujas de gas, el cuerpo de válvula se levanta de un asiento de válvula y la fase gaseosa del líquido criogénico se evacua por soplado. Esto hace que la fase líquida fluya hacia el separador de fases, lo que hace que el cuerpo flotante vuelva a flotar y que el cuerpo de válvula sea presionado sobre el asiento de válvula. En particular, el separador de fases garantiza que solo se libere al entorno nitrógeno criogénico vaporizado.
Según otra forma de realización, el contenedor de transporte comprende además una pluralidad de conductos de refrigeración, en particular seis.
El número de conductos de refrigeración es discrecional.
Según otra forma de realización, la sección de tapa del escudo térmico apantalla completamente el contenedor de refrigerante con respecto al contenedor interno.
Esto significa que, cuando se mira desde el contenedor interno hacia el contenedor de refrigerante, el contenedor de refrigerante está completamente cubierto por la sección de tapa del escudo térmico.
Según otra forma de realización, el contenedor de refrigerante está dispuesto junto al contenedor interno en una dirección axial del contenedor interno.
Preferiblemente, está previsto un espacio intermedio entre el contenedor interno y el contenedor de refrigerante en el que se dispone la sección de tapa del escudo térmico.
Según otra forma de realización, el escudo térmico encierra completamente el contenedor interno.
Esto garantiza que el contenedor interno esté completamente rodeado por superficies que presentan una temperatura correspondiente a la temperatura de ebullición del líquido criogénico. Otras posibles implementaciones del contenedor de transporte también comprenden combinaciones, no mencionadas explícitamente, de características o formas de realización descritas anteriormente o a continuación con respecto a los ejemplos de realización. A este respecto, el experto en la técnica también añadirá aspectos individuales 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 los ejemplos de realización del contenedor de transporte descritos a continuación. A continuación, el contenedor de transporte se explica con más detalle mediante formas de realización preferidas con referencia a las figuras adjuntas.
La Figura 1 muestra una vista en sección esquemática de una forma de realización de un contenedor de transporte; la Figura 2 muestra otra vista en sección esquemática del contenedor de transporte según la Figura 1;
la Figura 3 muestra otra vista en sección esquemática del contenedor de transporte según la Figura 1;
la Figura 4 muestra una vista en sección esquemática de una forma de realización de un separador de fases para el contenedor de transporte según la Figura 1;
la Figura 5 muestra la vista del detalle V según la Figura 4;
la Figura 6 muestra una vista trasera esquemática del separador de fases según la Figura 4; y
la Figura 7 muestra una vista esquemática en sección parcial del separador de fases según la Figura 4.
En las figuras, elementos iguales o equivalentes están provistos de las mismas referencias, siempre y cuando no se indique lo contrario.
La Figura 1 muestra una vista en sección esquemática, muy simplificada, de una forma de realización de un contenedor 1 de transporte para helio He líquido. Las Figuras 2 y 3 muestran otras vistas esquemáticas en sección del contenedor 1 de transporte. En lo sucesivo, las Figuras 1 a 3 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 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 °C) u oxígeno O2 líquido (punto de ebullición a 1 bara: 90,18 K = -182,97 °C).
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 presentar una longitud I2 de 10 m, por ejemplo. El contenedor externo 2 comprende una sección 3 de base tubular o cilíndrica que se cierra frontalmente por ambos lados en cada caso con ayuda de una sección 4, 5 de tapa, en particular con ayuda de una primera sección 4 de tapa y una segunda sección 5 de tapa. La sección 3 de base puede presentar una geometría circular o aproximadamente 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 presenta un eje central Mi o de simetría respecto al cual el contenedor externo 2 está construido con simetría de revolución.
El contenedor 1 de transporte comprende, además, un contenedor interno 6 para alojar 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 hermético a los fluidos, en particular hermético a los gases, y puede comprender una válvula de evacuación por soplado 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 frontalmente por ambos lados 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 presentar una geometría circular o aproximadamente circular en sección transversal.
El contenedor interno 6, al igual que el contenedor externo 2, está configurado con simetría de revolución con respecto al eje central Mi. Un espacio intermedio 12 previsto entre el contenedor interno 6 y el contenedor externo 2 está puesto a vacío. El contenedor interno 6 puede comprender, además, un elemento aislante que no se muestra en las Figuras 1 a 3. El elemento aislante presenta una capa de cobre altamente reflectante en el exterior, por ejemplo, una lámina de cobre o una lámina de aluminio metalizada por vaporización con cobre, y una capa aislante multicapa dispuesta entre el contenedor interno 6 y la capa de cobre. La capa aislante comprende varias capas dispuestas de manera alterna de lámina de aluminio perforada y gofrada como reflector y papel de vidrio como espaciador entre las láminas de aluminio. La capa aislante puede contener 10 capas. Las capas de lámina de aluminio y de papel de vidrio se aplican al contenedor interno 6 sin intersticios, es decir, prensadas. La capa aislante es una llamada MLI. En el exterior, el contenedor interno 6 y también el elemento aislante presentan una temperatura que corresponde aproximadamente al punto de ebullición del helio He.
El contenedor 1 de transporte también comprende un sistema 13 de refrigeración (Figuras 2, 3) con un contenedor 14 de refrigerante. Un líquido criogénico, como el nitrógeno líquido N2, está alojado en el contenedor 14 de refrigerante. El contenedor 14 de refrigerante comprende una sección 15 de base tubular o cilíndrica, que puede estar construida de con simetría de revolución con respecto al eje central Mi. La sección 15 de base puede presentar una geometría circular o aproximadamente circular en sección transversal. La sección 15 de base está cerrada frontalmente en cada caso 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 una estructura diferente.
Una zona 18 de gas con nitrógeno N2 vaporizado y una zona 19 de líquido con nitrógeno N2 líquido pueden estar previstas en el contenedor 14 de refrigerante. En una dirección axial A del contenedor interno 6, el contenedor 14 de refrigerante está dispuesto junto al contenedor interno 6. Entre el contenedor interno 6, en particular 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, puede estar previsto un espacio intermedio 20 que puede formar parte del espacio intermedio 12. Es decir, el espacio intermedio 20 también está puesto a vacío.
El contenedor 1 de transporte comprende además un escudo térmico 21 asociado al sistema 13 de refrigeración. El escudo térmico 21 está situado en el espacio intermedio 12 puesto a vacío que se encuentra entre el contenedor interno 6 y el contenedor externo 2. El escudo térmico 21 puede refrigerarse activamente o se refrigera activamente con ayuda del nitrógeno N2 líquido. En el presente caso, una refrigeración activa significa que el nitrógeno N2 líquido pasa a través o a lo largo del escudo térmico 21 para refrigerarlo. El escudo térmico 21 se enfría en este sentido hasta una temperatura que corresponde aproximadamente al punto de ebullición del nitrógeno N2.
El escudo térmico 21 comprende una sección 22 de base cilindrica o tubular, que está cerrada por una sección 23, 24 de tapa que la cierra frontalmente por ambos lados. Tanto la sección 22 de base como las secciones 23, 24 de tapa se refrigeran activamente con ayuda del nitrógeno N2. La sección 22 de base puede presentar una geometria circular o aproximadamente circular en la sección transversal. El escudo térmico 21 está construido, preferiblemente, también con simetría de revolución con respecto al eje central Mi. Una primera sección 23 de tapa del escudo térmico 21 está dispuesta entre el contenedor interno 6, en particular 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 orientada en sentido opuesto al contenedor 14 de refrigerante. A este respecto, el escudo térmico 21 es autoportante. Esto significa que 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, en particular barras de tracción. 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 dispone de cavidades que permiten la mayor longitud térmica posible de las barras de apoyo. El contenedor 14 de refrigerante tiene pasos para las barras de apoyo mecánicas.
Entre el escudo térmico 21 y el contenedor externo 2, puede disponerse otra capa aislante multicapa, en particular una MLI, que llene completamente el espacio intermedio 12 y, por tanto, esté en contacto con el escudo térmico 21 por el exterior y con el contenedor externo 2 por el interior. Las capas de lámina de aluminio y de papel de vidrio, seda de vidrio o tejido de malla de vidrio de la capa aislante se aplican en este sentido, a diferencia del elemento aislante del contenedor interno 6 descrito anteriormente, de forma mullida en el espacio intermedio 12. Mullida significa en este sentido que las capas de lámina de aluminio y papel de vidrio, seda de vidrio o tejido de malla de vidrio no están prensadas, de modo que, debido al gofrado y al perforado de la lámina de aluminio, se puede poner a vacío la capa aislante y, por tanto, el espacio intermedio 12 sin problemas. Como esto minimiza el contacto termomecánico entre las capas del reflector, el gradiente de temperatura de las capas del reflector se establece aproximadamente según el mero intercambio de radiación, lo que minimiza la transferencia de calor.
El escudo térmico 21 es permeable a los fluidos. Esto significa que un espacio intermedio 25 entre el contenedor interno 6 y el escudo térmico 21 está comunicado para el paso de fluidos con el espacio intermedio 12. Esto permite que los espacios intermedios 12, 25 puedan ponerse a vacío simultáneamente. El escudo térmico 21 puede tener perforaciones, aberturas o similares para permitir la puesta a vacío de los espacios intermedios 12, 25. Preferentemente, el escudo térmico 21 está fabricado de un material de aluminio de alta pureza. El escudo térmico 21 está dispuesto circunferencialmente separado de la capa de cobre del elemento aislante del contenedor interno 6 y no la toca. La incidencia de calor tiene lugar así principalmente por radiación y, de esta manera, se reduce al mínimo físicamente posible. La anchura intersticial de un intersticio previsto entre la capa de cobre y el escudo térmico 21 puede ser de 10 mm. Esto permite que el calor se transfiera desde el contenedor interno 6 al escudo térmico 21 solo por radiación y conducción de gas residual.
La primera sección 23 de tapa del escudo térmico 21 apantalla completamente el contenedor de refrigerante 14 con respecto al contenedor interno 6. Es decir, mirando 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, en donde el escudo térmico 21, como se ha mencionado anteriormente, no es hermético a los fluidos.
Como se muestra además en las Figuras 2 y 3, el escudo térmico 21 comprende al menos un conducto 26 de refrigeración para refrigerarlo activamente. Preferiblemente, están previstos varios conductos 26 de refrigeración, por ejemplo, seis conductos 26 de refrigeración. El conducto 26 de refrigeración puede comprender dos secciones verticales 27, 28 que se extienden en la dirección de la gravedad g y dos secciones oblicuas 29, 30. Las secciones verticales 27, 28 pueden estar previstas en las secciones 23, 24 de tapa del escudo térmico 21.
El conducto 26 de refrigeración está conectado para el paso de fluidos con el contenedor 14 de refrigerante por medio de un conducto 31 de conexión, de tal modo que el nitrógeno N2 líquido es presionado desde el contenedor 14 de refrigerante hacia el conducto 26 de refrigeración. El conducto 31 de conexión desemboca en un distribuidor 32, del que se derivan la sección 27 y la sección 30. La sección 29 y la sección 28 se reúnen en un colector 33, desde el que un conducto 34 de conexión conduce a un separador 35 de fases situado fuera del contenedor externo 2. El separador 35 de fases está preparado para separar el nitrógeno N2 gaseoso del nitrógeno N2 líquido. El nitrógeno N2 gaseoso puede ser evacuado por soplado del sistema 13 de refrigeración a través del separador 35 de fases.
El conducto 26 de refrigeración o los conductos 26 de refrigeración están previstos tanto en la sección 22 de base como en las secciones 23, 24 de tapa del escudo térmico 21. Alternativamente, las secciones 23 y 24 de tapa están unidas materialmente a la sección 22 de base. Por ejemplo, las secciones 23, 24 de tapa están soldadas a la sección 22 de base. Si las secciones 23, 24 de tapa están unidas materialmente, es decir, unidas por unión de materiales, a la sección 22 de base, la refrigeración de las secciones 23, 24 de tapa puede efectuarse por conducción de calor. El conducto 26 de refrigeración y, en particular, las secciones oblicuas 29, 30 del conducto 26 de refrigeración presentan un gradiente con respecto a una horizontal H que está dispuesta perpendicularmente a la dirección de la gravedad g. En particular, las secciones 29, 30 forman un ángulo a de más de 3° con la horizonta1H. El ángulo a puede ser de 3° a 15° o incluso mayor. En particular, el ángulo a también puede ser exactamente de 3°. En particular, las secciones 29, 30 presentan un gradiente positivo en dirección al separador 35 de fases.
En las Figuras 4 a 7 se muestra una forma de realización del separador 35 de fases. El separador 35 de fases comprende una carcasa 36 con una sección 37 de base tubular, que está cerrada frontalmente por ambos lados por secciones 38, 39 de tapa. Dentro de la carcasa 36 está alojada una carcasa interior 40 con una sección 41 de base tubular que está cerrada frontalmente por ambos lados por secciones 42, 43 de tapa. Entre la carcasa 36 y la carcasa interior 40 está previsto un espacio aislante 44 puesto a vacío. El espacio aislante 44 puede estar provisto, por ejemplo, de una MLI o estar relleno de perlita o microperlas de vidrio. Un conducto 45 de conexión también parcialmente aislado por vacío, está comunicado para el paso de fluidos con el conducto 34 de conexión. El separador 35 de fases comprende, además, un conducto 46 de evacuación por soplado a través del cual se evacua el nitrógeno N2 gaseoso. El conducto 45 de conexión está comunicado para el paso de fluidos con un espacio interior 47 previsto en la carcasa interior 40. El conducto 45 de conexión está girado un ángulo 6 con respecto al conducto 46 de evacuación por soplado. El ángulo 6 puede ser de 45 a 90°.
En el espacio interior 47 está previsto un flotador 48. El flotador 48 comprende un cuerpo flotante 49 provisto de un revestimiento metálico hermético a los gases cuyo interior está relleno de una espuma plástica. El cuerpo flotante 49 está firmemente unido a un contrapeso 51 a través de un eje 50. Al eje 50 está unido un cuerpo 52 de válvula que está dispuesto de manera desplazable linealmente en un asiento 53 de válvula. El eje 50 está montado de forma giratoria en la carcasa interior 40 sobre un eje 54 de rotación. Es decir, a medida que el nivel de nitrógeno N2 líquido en el espacio interior 47 desciende, el cuerpo flotante 49 se hunde, haciendo que el eje 50 gire alrededor del eje 54 de rotación lo que, a su vez, levanta el cuerpo 52 de válvula del asiento 53 de válvula para evacuar por soplado el nitrógeno N2 gaseoso a través del conducto 46 de evacuación por soplado. El separador 35 de fases garantiza que solo se libere al entrono nitrógeno N2 criogénico vaporizado. El separador 35 de fases es en particular una válvula criogénica controlada por el flotador 48. La particularidad del separador 35 de fases es el contrapeso 51 del cuerpo 49 flotante montado horizontalmente, que impide el levantamiento involuntario del cuerpo 52 de válvula del asiento 53 de válvula en caso de aceleraciones.
El separador 35 de fases comprende además una válvula 55 para generar un vacío en el espacio 44 de aislamiento. Una placa deflectora 56 puede estar dispuesta en la carcasa interior 40 para reducir un movimiento en chorro del nitrógeno N2 líquido.
Además, como se muestra en las Figuras 2 y 3, una válvula 57 de evacuación por soplado está dispuesta en el contenedor 14 de refrigerante para mantener la sobrepresión establecida en el contenedor 14 de refrigerante mediante evacuación por soplado del nitrógeno N2 gaseoso.
A continuación se expone el funcionamiento del contenedor 1 de transporte. Antes de llenar el contenedor interno 6 con helio He líquido, el escudo térmico 21 se enfría primero por medio de 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 refrigera a este respecto activamente. Cuando el escudo térmico 21 se enfría, el gas residual a vacío que aún se encuentra en el espacio intermedio 12 se congela en el escudo térmico 21. De este modo se evita que el gas residual a vacío se congele en el exterior del contenedor interno 6 cuando el contenedor interno 6 se llena de helio He líquido y que se contamine así la superficie metálica desnuda de la capa de cobre del elemento aislante del contenedor interno 6. Tan pronto como el escudo térmico 21 y el contenedor 14 de refrigerante se han enfriado completamente y el contenedor 14 de refrigerante vuelve a estar completamente rellenado con nitrógeno N2, el contenedor interno 6 se llena con el helio He líquido.
El contenedor 1 de transporte puede ahora colocarse en un vehículo de transporte, como un camión o un barco, para transportar el helio He. El escudo térmico 21 se refrigera en este sentido de forma continua mediante el nitrógeno N2 líquido. El nitrógeno líquido N2 a este respecto se consume y hierve en los conductos 26 de refrigeración. Las burbujas de gas que se producen a este respecto pasan por el separador de fases 35, que está dispuesto en la parte más alta del sistema 13 de refrigeración con respecto a la dirección de la gravedad g. Esto hace que el nivel de líquido en el espacio interior 47 del separador 35 de fases descienda, lo que también hace que el cuerpo flotante 49 descienda y el eje 50 gire alrededor del eje 54 de rotación, levantando el cuerpo 52 de válvula del asiento 53 de válvula. De esta manera, se evacua por soplado el nitrógeno N2 gaseoso a través del conducto 46 de evacuación por soplado. En cuanto el nitrógeno N2 gaseoso es eliminado del sistema 13 de refrigeración, el nitrógeno N2 líquido fluye hacia el separador 35 de fases, haciendo que el cuerpo flotante 49 vuelva a flotar y que el cuerpo 52 de válvula sea presionado sobre el asiento 53 de válvula. La apertura y el cierre del separador 35 de fases tiene lugar a este respecto en la gama de hercios.
La inercia del contrapeso 51 puede evitar que el cuerpo 49 flotante se acelere involuntariamente durante el transporte, por ejemplo, a causa de vibraciones, lo que podría hacer que el cuerpo 52 de válvula se levantara del asiento 53 de válvula. Esto puede evitar una pérdida no deseada de nitrógeno N2. Debido a que el escudo térmico 21 también está dispuesto entre el contenedor 14 de refrigerante y el contenedor interno 6, se puede garantizar de forma fiable que el contenedor interno 6 sea suficientemente refrigerado incluso aunque el nivel de llenado o el nivel de líquido de nitrógeno N2 descienda en el contenedor 14 de refrigerante. 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 tengan una temperatura correspondiente al punto de ebullición (1,3 bara, 79,5 K) del nitrógeno N2.
Como resultado, solo hay una ligera diferencia de temperatura entre el escudo térmico 21 (79,5 K) y el contenedor interno 6 (4,2 - 6 K). De esta manera, se puede ampliar considerablemente el tiempo de conservación del helio He líquido en comparación con contenedores de transporte conocidos. El calor se transfiere desde el contenedor interno 6 al escudo térmico 21 a este respecto solo por radiación y conducción de gas residual. En particular, el contenedor 1 de transporte presenta un tiempo de conservación de helio de al menos 45 días y la reserva de nitrógeno N2 líquido es suficiente para al menos 40 días.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a ejemplos de realización, puede modificarse de muchas maneras dentro del alcance de las reivindicaciones.
Referencias utilizadas
1 Contenedor de transporte
2 Contenedor externo
3 Sección de base
4 Sección de tapa
5 Sección de tapa
6 Contenedor interno
7 Zona de gas
8 Zona de líquido
9 Sección de base
10 Sección de tapa
11 Sección de tapa
12 Espacio intermedio
13 Sistema de refrigeración
14 Contenedor de refrigerante
15 Sección de base
16 Sección de tapa
17 Sección de tapa
18 Zona de gas
19 Zona de líquido
20 Espacio intermedio
21 Escudo
22 Sección de base
23 Sección de tapa
24 Sección de tapa
25 Espacio intermedio
26 Conducto refrigerante
27 Sección
28 Sección
29 Sección
30 Sección
31 Conducto de conexión
32 Distribuidor
33 Colector
34 Conducto de conexión
35 Separador de fases
36 Carcasa
37 Sección de base
38 Sección de tapa
39 Sección de tapa
40 Carcasa interior
41 Sección de base
42 Sección de tapa
43 Sección de tapa
44 Espacio aislante
45 Conducto de conexión
46 Conducto de evacuación por soplado
47 Espacio interior
48 Flotador
49 Cuerpo flotante
50 Eje
51 Contrapeso
52 Cuerpo de válvula
53 Asiento de válvula
54 Eje de rotación
55 Válvula
56 Placa deflectora
57 Válvula de evacuación por soplado A Dirección axial
g Dirección de la gravedad
H Horizontal
He Helio
H2 Hidrógeno
I2 Longitud
Mi Eje central
N2 Nitrógeno
O2 Oxígeno
a Ángulo
P Ángulo

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Contenedor de transporte (1) para helio (He), con un contenedor interno (6) para alojar el helio (He), un contenedor (14) de refrigerante para alojar un líquido criogénico (N2), un contenedor externo (2), en el que se alojan el contenedor interno (6) y el contenedor de refrigerante (14), y un escudo térmico (21) que puede refrigerarse activamente con ayuda del líquido criogénico (N2), en donde el escudo térmico (21) presenta una sección (22) de base tubular en la que se aloja el contenedor interno (6), y una sección (23, 24) de tapa que cierra frontalmente la sección (22) de base y está dispuesta entre el contenedor interno (6) y el contenedor de refrigerante (14), en donde está previsto un espacio intermedio (20) entre el contenedor interno (6) y el contenedor (14) de refrigerante en el que se dispone la sección (23, 24) de tapa del escudo térmico (21), en donde el escudo térmico (21) presenta al menos un conducto (26) de refrigeración para la refrigeración activa del mismo, en el que se puede alojar el líquido criogénico (N2), caracterizado por que el al menos un conducto (26) de refrigeración presenta secciones oblicuas (29, 30) y secciones (27, 28) que discurren en una dirección de la gravedad (g), y por que las secciones oblicuas (29, 30) presentan un gradiente con respecto a una horizontal (H).
  2. 2. Contenedor de transporte según la reivindicación 1, en donde el escudo térmico (21) está dispuesto en un espacio intermedio (12) puesto a vacío previsto entre el contenedor interno (6) y el contenedor externo (2).
  3. 3. Contenedor de transporte según la reivindicación 1 o 2, en donde el escudo térmico (21) presenta dos secciones (23, 24) de tapa que cierran la sección (22) de base frontalmente por ambos lados.
  4. 4. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 3, en donde el escudo térmico (21) es permeable a los fluidos.
  5. 5. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 4, en donde el escudo térmico (21) está fabricado de un material de aluminio.
  6. 6. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 5, en donde el contenedor (14) de refrigerante está comunicado para el paso de fluidos con el al menos un conducto (26) de refrigeración de tal modo que el líquido criogénico (N2) fluye del contenedor (14) de refrigerante hacia el al menos un conducto (26) de refrigeración cuando el líquido criogénico (N2) se vaporiza parcialmente en el al menos un conducto (26) de refrigeración.
  7. 7. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 6, en donde el al menos un conducto (26) de refrigeración está previsto en la sección (22) de base y/o en la sección (23, 24) de tapa del escudo térmico y/o en donde la sección (22) de base está unida por unión de materiales con la sección (23, 24) de tapa.
  8. 8. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 7, que comprende además un separador (35) de fases para separar una fase gaseosa del líquido criogénico (N2) de una fase líquida del líquido criogénico (N2), en donde el al menos un conducto (26) de refrigeración está dispuesto de tal modo que presenta un gradiente positivo en dirección al separador (35) de fases.
  9. 9. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 8, que comprende además una pluralidad de conductos (26) de refrigeración, en particular seis.
  10. 10. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 9, en donde la sección (23, 24) de tapa del escudo térmico (21) apantalla completamente el contenedor (14) de refrigerante con respecto al contenedor interno (6).
  11. 11. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 10, en donde el contenedor (14) de refrigerante está dispuesto junto al contenedor interno (6) en una dirección axial (A) del contenedor interno (6).
  12. 12. Contenedor de transporte según una de las reivindicaciones 1 - 11, en donde el escudo térmico (21) encierra completamente el contenedor interno (6).
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