JP2019515218A - 輸送容器 - Google Patents

Abstract

本発明は、ヘリウム（Ｈｅ）用の輸送容器（１）に関しており、この輸送容器（１）は、ヘリウム（Ｈｅ）を収容する内側容器（６）と、極低温液体（Ｎ_２）を用いて能動的に冷却可能でかつ内側容器（６）が収容された熱シールド（２３）と、熱シールド（２３）および内側容器（６）が収容された外側容器（２）と、熱シールド（２３）に設けられた支持リング（２９）とを含み、内側容器（６）は、第１の懸架ロッド（３０〜３３）を用いて支持リング（２９）に懸架されており、支持リング（２９）は、第２の懸架ロッド（３４〜３７）を用いて外側容器（２）に懸架されており、内側容器（６）および熱シールド（２３）の異なる熱膨張のもとで第１の懸架ロッド（３０〜３３）および第２の懸架ロッド（３４〜３７）のばね予荷重を保証するために、第１の懸架ロッド（３０〜３３）のうちの少なくとも１つは第１のばね装置（３８）を有し、第２の懸架ロッド（３４〜３７）のうちの少なくとも１つは第２のばね装置（４３）を有する。

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。

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た内側容器と、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た冷媒容器と、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た外側容器とを含む。

米国特許第３，７８２，１２８号明細書（ＵＳ３，７８２，１２８Ａ）には、ヘリウムを収容するための内側容器と、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、熱シールドおよび内側容器とが収容された外側容器と、熱シールドに設けられた遮蔽補強リングとを有する、ヘリウム用の輸送容器が示されている。

米国特許出願公開第２０１０／００１１７８２号明細書（ＵＳ２０１０／００１１７８２Ａ１）には、ヘリウムを収容するための内側容器と、内側容器が収容されている熱シールドと、内側容器および熱シールドが収容された外側容器とを有する、ヘリウム用の輸送容器が記載されている。内側容器は、支柱を用いて外側容器から直接懸架される。

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、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、熱シールドおよび内側容器が収容された外側容器と、熱シールドに設けられた支持リングとを含み、内側容器は、第１の懸架ロッドを用いて支持リングに懸架されており、支持リングは、第２の懸架ロッドを用いて外側容器に懸架されており、内側容器および熱シールドの異なる熱膨張のもとで第１の懸架ロッドおよび第２の懸架ロッドのばね予荷重を保証するために、第１の懸架ロッドのうちの少なくとも１つは第１のばね装置を有し、第２の懸架ロッドのうちの少なくとも１つは第２のばね装置を有する。

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、熱シールドは作動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。

好ましくは、内側容器の外側は、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。外側容器、内側容器、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た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。熱シールドは、好ましくは高純度のアルミニウム材料から製造されている。

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（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、わず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。この場合、内側容器の表面と熱シールドとの間の熱交換は、放射と残留ガス伝導とによってのみ行われる。すなわち、熱シールドは、内側容器に接触しない。

輸送容器が運転開始されるときにはまず熱シールドが温度を下げるべく冷却される。この場合、内側容器は、最初はまだヘリウムを充填されない。これにより、真空の残留ガスは、熱シールド上で凍結され、したがって、内側容器に設けられた断熱要素のメタリックな光沢の最外殻層が汚染されることはない。第１および第２の懸架ロッドに対向する内側容器の端部において、当該内側容器は、軸方向で熱シールドおよび／または外側容器に固定されている。すなわち、ここでは固定ベアリングが設けられている。熱シールドの冷却により、熱に起因する応力を懸架ロッドにもたらすことができる。熱シールドと内側容器との間の相対運動によって引き起こされるこれらの熱応力は、輸送容器の運転温度で生じる熱応力よりも著しく大きい。これらの応力は、内側容器の材料と熱シールドとの間の熱膨張係数の差によって支配される。

輸送容器の運転開始の際のこれらの応力は、もはや懸架ロッドの弾性変形によって吸収することができない。むしろ、塑性変形、すなわち懸架ロッドの永続的な伸長が生じる。伸長された懸架ロッドの場合、内側容器は運転温度で部分的に垂れ下がる可能性がある。この場合、重力方向に関して外側容器の中心軸線の下方に配置された懸架ロッドは緩くなる。したがって、内側容器に作用する横方向の力は、内側容器が移動した後でしか吸収することができず、その結果、付加的加速力が引き起こされる可能性がある。このことは、第１の懸架ロッドおよび第２の懸架ロッドにばね装置を設けることによって、確実に防止することができる。ばね装置を用いることにより、輸送容器の運転開始の際に懸架ロッドの必要な長さ変化を弾性的に吸収することが可能である。したがって、ばね装置を用いることにより、懸架ロッドの弾性が人工的に増加する。この場合、これらのばね装置は、それらによって、懸架ロッドが、輸送容器の運転開始の際にほんのわずかだけ塑性変形するような寸法になっている。一方、輸送容器の運転状態においては、これらのばね装置は、横方向の力を弾性的に吸収可能にするために十分な張力を供給する。

一実施形態によれば、第１の懸架ロッドおよび第２の懸架ロッドは、それぞれ放射状に配置されている。

好ましくは、これらの懸架ロッドは、それぞれテンションロッドである。第１の懸架ロッドおよび第２の懸架ロッドは、それぞれ支持リングの周りに均一もしくは不均一に分散配置されてもよい。

さらなる実施形態によれば、第１のばね装置および第２のばね装置は、それぞれ複数の皿ばね要素を有する。

特に、ばね装置は、それぞれ皿ばね要素アセンブリとして形成されている。ここではばね装置毎の皿ばね要素の数は任意である。代替的に、ばね装置は、円筒形ばね、特に引張りばねとして構成されてもよい。

さらなる実施形態によれば、４つの第１の懸架ロッドおよび４つの第２の懸架ロッドがそれぞれ設けられている。

懸架ロッドの数は任意である。しかしながら、好ましくは、少なくとも３つの第１の懸架ロッドおよび３つの第２の懸架ロッドが設けられている。代替的に、４つ以上の第１の懸架ロッドおよび４つ以上の第２の懸架ロッドが設けられていてもよい。第１の懸架ロッドの数は、第２の懸架ロッドの数と異なることも可能である。

さらなる実施形態によれば、第１のばね装置を有する少なくとも１つの第１の懸架ロッドは、重力方向に関して外側容器の中心軸線の下方に配置されている。

重力方向に関して中心軸線の上方に配置されている第１の懸架ロッドは、内側容器の重力による応力に基づいて保持される。それゆえこれらの懸架ロッドは、ばね装置を有していない。

さらなる実施形態によれば、それぞれ１つの第１のばね装置を有する２つの第１の懸架ロッドは、重力方向に関して外側容器の中心軸線の下方に配置されている。

好ましくは、この種の第１のばね装置なしの２つの第１の懸架ロッドも、重力方向に関して外側容器の中心軸線の上方に配置されている。

さらなる実施形態によれば、第２のばね装置を有する少なくとも１つの第２の懸架ロッドは、重力方向に関して外側容器の中心軸線の下方に配置されている。

重力方向に関して中心軸線の上方に配置されている第２の懸架ロッドは、内側容器の重力による応力に基づいて保持される。それゆえこれらの懸架ロッドは、ばね装置を有していない。

さらなる実施形態によれば、それぞれ１つの第２のばね装置を有する２つの第２の懸架ロッドは、重力方向に関して外側容器の中心軸線の下方に配置されている。

さらに好ましくは、この種の第２のばね装置なしの２つの第２の懸架ロッドは、外側容器の重力方向に関して中心軸線の上方に配置されている。

さらなる実施形態によれば、支持リングは、第２の懸架ロッドが配置されたポケットを有する。

ポケットは、好ましくは、支持リングから出発して中心軸線の方向で径方向内向きに配向されている。ポケットを設けることにより、第２の懸架ロッドを可及的に長く形成することができる。これにより、支持リングから外側容器に向かう熱輸送経路が長くなる。これにより、外側容器から支持リングへの熱入力を大幅に低減することができる。

さらなる実施形態によれば、内側容器は、第１の懸架ロッドが固定された固定フランジを有する。

固定フランジは好ましくは円筒状である。固定フランジは、特に、内側容器の中心軸線に対して回転対称に配置されている。外側容器の中心軸線は、内側容器の中心軸線と同一であってもよい。第１の懸架ロッドは、固定フランジに設けられたアイレットを用いて当該固定フランジに懸架されてもよい。

さらなる実施形態によれば、支持リング、第１の懸架ロッドおよび第２の懸架ロッドは、内側容器の第１のカバー区間に対応付けられている、若しくは内側容器の第１のカバー区間の付近に配置されている。

第１のカバー区間は、好ましくは同様に、外側容器内に配置された、輸送容器の冷媒容器とは反対側に配置されている。

さらなる実施形態によれば、内側容器は、第２のカバー区間において、第３の懸架ロッドを用いて熱シールドに懸架されており、この場合、熱シールドは、第４の懸架ロッドを用いて外側容器に懸架されている。

この目的のために、内側容器が第３の懸架ロッドを用いて懸架されている冷媒容器の一部として、さらなる支持リングが設けられてもよい。支持リングは、第４の懸架ロッドを用いて外側容器に懸架されてもよい。好ましくは、放射状に配置されたこの種の４つの第３の懸架ロッドおよび放射状に配置されたこの種の４つの第４の懸架ロッドが設けられている。好ましくは、第３および第４の懸架ロッドは、それぞれ、ばね装置を有していない。第３および第４の懸架ロッドは、内側容器の固定ベアリングを形成する。

さらなる実施形態によれば、第３の懸架ロッドおよび第４の懸架ロッドは、極低温液体が収容された冷媒容器を通って導かれる。

好ましくは、第３の懸架ロッドおよび第４の懸架ロッドは、重力方向に対して平行に冷媒容器を通って導かれる。

さらなる実施形態によれば、内側容器は、第２のカバー区間において熱シールドに対して変位不能である。

好ましくは、第２のカバー区間において、内側容器の固定ベアリングが設けられている。第１のカバー区間には浮動ベアリングが設けられている。

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。

特に、熱シールドは、内側容器と冷媒容器との間に配置されている。これにより、内側容器が、極低温液体、特に窒素の沸点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ている。これにより、ヘリウム保持期間は著しく増加する。

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による詳細図ＩＩ 図１による詳細図ＩＩＩ 図３による詳細図ＩＶ

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、液体もしくは極低温ヘリウム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の詳細図ＩＩによる輸送容器１の正面図を示す。図３は、図１による詳細図ＩＩＩを示し、図４は、図３による詳細図ＩＶを示す。以下では、図１〜図４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、この対称軸線または中心軸線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。

第１のカバー区間１０には、円筒状の固定フランジ１２が設けられてもよい。第２のカバー区間１１には、管状に形成されてもよい軸方向の固定点１３が設けられてもよい。カバー区間１０，１１は、逆向きに湾曲しており、そのため、両カバー区間１０，１１は、ベース区間９に関して外側に湾曲している。

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１４は排気されている。内側容器６は、さらに、図１〜図４には示されていない、断熱要素を有し得る。この断熱要素は、外側に高反射性銅層、例えば銅箔もしくは銅蒸着アルミニウム箔と、内側容器６と銅層との間に配置された多層断熱層とを有する。断熱層は、反射体として穿孔されエンボス加工されたアルミニウム箔と、アルミニウム箔の間のスペーサとしての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含む。断熱層は１０層であってもよい。アルミニウム箔とガラスペーパーとからなる層は、隙間なく内側容器６に被着されており、すなわち圧入されている。断熱層は、いわゆるＭＬＩ（英記：multilayer insulation）であってもよい。内側容器６および断熱要素も、外側は、ほぼヘリウムＨｅの温度に相応する温度を有する。

輸送容器１は、さらに、冷媒容器１６を有する冷却システム１５を含む。この冷媒容器１６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。冷媒容器１６は、中央に開口１７を有し、この開口１７は中心軸線Ｍ_１の方向に延びている。さらに冷媒容器１６は、４つの開口１８，１９を有しており、それらのうち、図１では、重力方向ｇに延在する２つの開口１８，１９のみが示されている。冷媒容器１６内には、極低温液体、特に窒素Ｎ_２が収容されている。冷媒容器１６には、蒸発窒素Ｎ_２を有する気体ゾーン２０と、液体窒素Ｎ_２を有する液体ゾーン２１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１６は、当該内側容器６に隣接して配置されている。冷媒容器１６は、内側容器６のように、外側容器２の内部に配置されている。内側容器６、特に内側容器６のカバー区間１１と、冷媒容器１６との間には、中間室２２が設けられており、この中間室２２は、中間室１４の一部であってよい。すなわち、この中間室２２も同様に排気されている。

輸送容器１は、さらに冷却システム１５に対応付けられた熱シールド２３を含む。熱シールド２３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１４に配置されている。熱シールド２３は、冷媒容器１６に収容された液体窒素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２３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、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２３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２３は、円筒状または管状のベース区間２４を含み、このベース区間２４の両側は、ベース区間２４を端面で閉鎖するカバー区間２５，２６によって閉鎖されている。ベース区間２４も、カバー区間２５，２６も、窒素Ｎ_２を用いて能動的に冷却される。代替的に、カバー区間２５，２６は、ベース区間２４と素材結合的に接続されており、そのため、カバー区間２５，２６の冷却を、熱伝導によって行うことができる。ベース区間２４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２３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２３の第１のカバー区間２５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１６との間に配置されている。熱シールド２３の第２のカバー区間２６は、冷媒容器１６とは反対側にある。熱シールド２３は、ここでは自己支持型である。すなわち、熱シールド２３は、内側容器６にも外側容器２にも支持されていない。

熱シールド２３は流体透過性である。すなわち、内側容器６と熱シールド２３との間の中間室２７は、中間室１４と流体連通している。これにより、中間室１４，２７は、同時に排気することができる。熱シールド２３には、中間室１４，２７の排気を可能にするために、孔部、開口などを設けてもよい。熱シールド２３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２３の第１のカバー区間２５は、冷媒容器１６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１６への方向で見て、冷媒容器１６は、熱シールド２３の第１のカバー区間２５によって完全に覆われている。特に、熱シールド２３は、内側容器６を完全に取り囲む。すなわち、内側容器６は、完全に熱シールド２３の内部に配置されており、この場合、熱シールド２３は、既に上述したように、流体密ではない。

熱シールド２３は、自身の能動的な冷却のために、少なくとも１つの、しかしながら好ましくは複数の冷却ラインを含む。例えば、熱シールド２３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１６と流体連通しており、それにより液体窒素Ｎ_２が冷媒容器１６から１つ以上の冷却ラインに流れ得る。冷却システム１５は、さらに図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。相分離器を用いることにより、液体窒素Ｎ_２の沸騰の際に生じる気体窒素Ｎ_２を冷却システム１５から吹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２３のベース区間２４にも、カバー区間２５，２６にも設けられている。代替的に、カバー区間２５，２６は、ベース区間２４に素材結合的に接続されてもよく、それによってその冷却は、熱伝導によって行われる。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は、水平線Ｈと、３°よりも大きい角度を形成する。

熱シールド２３と外側容器２との間には、さらなる多層の断熱層、特にＭＬＩが配置されてもよく、この断熱層は、中間室１４を完全に充填し、それによって熱シールド２３の外側および外側容器２の内側に接触する。断熱層の反射体としてのアルミニウム箔およびガラス絹、ガラスペーパーもしくはガラス繊維メッシュからなる層は、ここでは、上述した内側容器６の断熱要素とは異なって、中間室１４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、アルミニウム箔およびガラス絹、ガラスペーパーもしくはガラス繊維メッシュからなる層が圧入されていないことを意味している。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、ひいては中間室１４が問題なく排気され得る。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。

熱シールド２３は、内側容器６の断熱要素の銅層から離間して周辺に配置され、銅層とは接触しない。これによって、放射による熱導入は、物理的に可能な最小値まで低減される。銅層と熱シールド２３との間に設けられる間隙の間隙幅は、１０ｍｍであり得る。これにより、内側容器６の表面から熱シールド２３への熱の伝達は、放射および残留ガス伝導のみによって行われ得る。

内側容器６は、第２のカバー区間１１に対応付けられた端部区間が外側容器２に固定的に接続されている。すなわち、内側容器６の第２のカバー区間１１は、熱シールド２３と外側容器２とに対して変位不能である。外側容器２には、特に管状の固定点２８が設けられており、この固定点２８は、固定点１３と接続されている。これらの固定点１３，２８は、冷媒容器１６内に設けられた開口１７を通って導かれている。冷媒容器１６も外側容器２内で軸方向に固定されている。

熱シールド２３は、内側容器６の第１のカバー区間１０に対応付けられた支持リング２９を含む。支持リング２９は、例えば、熱シールド２３のベース区間２４に素材結合的に接続されてもよい。内側容器６は、固定フランジ１２を介して懸架ロッド３０〜３３を用いて支持リング２９に懸架されている。第１の懸架ロッド３０〜３３は、特に引っ張りロッドである。第１の懸架ロッド３０〜３３の数は任意である。例えば、放射状に配置された４つのこの種の第１の懸架ロッド３０〜３３を設けてもよい。第１の懸架ロッド３０〜３３は、支持リング２９の周面にわたって不均一に分散配置されていてもよい。重力方向ｇに関して、２つの第１の懸架ロッド３２，３３が中心軸線Ｍ_１の下方に配置されている。２つのさらなる第１の懸架ロッド３０，３１が、重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の上方に配置されている。第１の懸架ロッド３０〜３３は、それぞれ、固定フランジ１２から支持リング２９に向かって導かれ、支持リング２９を固定フランジ１２に接続している。

さらに、支持リング２９は第２の懸架ロッド３４〜３７を用いて外側容器２に懸架されている。これらの第２の懸架ロッド３４〜３７は、好ましくは同様に放射状に配置されており、支持リング２９の周面にわたって不均一に分散配置されていてもよい。第２の懸架ロッド３４〜３７の数は任意である。例えば４つのこの種の第２の懸架ロッド３４〜３７が設けられている。これらの第２の懸架ロッドのうちの２つ３６，３７は、重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の下方に配置されている。これらの第２の懸架ロッドのうちのさらなる２つ３４，３５は、重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の上方に配置されている。

第１の懸架ロッド３２，３３のうちの少なくとも１つは、第１のばね装置３８を有する。好ましくは、重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の下方に配置されている２つの第１の懸架ロッド３２，３３は、それぞれ、この種のばね装置３８を有する。重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の上方に配置されている第１の懸架ロッド３０，３１は、この種の第１のばね装置３８は有していない。

支持リング２９は複数のポケット３９〜４２を含み、この場合、各ポケット３９〜４２には第２の懸架ロッド３４〜３７が収容されている。これらのポケット３９〜４２は、支持リング２９から出発して径方向内向きに固定フランジ１２に向かって延びている。第２の懸架ロッド３４〜３７は、それぞれ、自身に対応付けられたポケット３９〜４２に支持されている。したがって、支持リング２９は、ポケット３９〜４２および第２の懸架ロッド３４〜３７を介して、外側容器２に懸架されている。図２および図３では、第２の懸架ロッド３４，３５は、それらが自身に対応付けられたポケット３９，４０にまだ支持されていない取り付け位置において示されている。輸送容器１が取り付けられた後では、第２の懸架ロッド３４，３５に設けられたナットがポケット３９，４０に接触している。

重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の下方に設けられている２つの第２の懸架ロッド３６，３７には、それぞれ第２のばね装置４３が設けられている。第１のばね装置３８および第２のばね装置４３は、原則的に同一に構成されている。第２のばね装置４３は、ポケット４１，４２に支持される。重力方向ｇに関して中心軸線Ｍ_１の上方に配置されている第２の懸架ロッド３４，３５は、この種のばね装置４３を有していない。図３では、第２の懸架ロッド３７は、第２のばね装置４３がポケット４２に接触していない取り付け位置において示されている。輸送容器１が取り付けられた後では、第２のばね装置４３はポケット４２と接触している。

ポケット３９〜４２を用いることにより、第２の懸架ロッド３４〜３７の可及的に長い機械的長さを達成することができる。これにより、外側容器２から支持リング２９に向かう熱伝導経路が可及的に長くなり、それによって熱シールド２３への熱入力を低減することができる。ばね装置３８，４３を用いることにより、内側容器６および熱シールド２３の異なる熱膨張に対して第１の懸架ロッド３２，３３および第２の懸架ロッド３６，３７のばね予荷重を保証する若しくは維持することができる。

図４は、第２のばね装置４３の拡大詳細図を示す。ばね装置３８，４３の各々は、複数の皿ばねパケットもしくは皿ばね要素４４を有しており、それらのうちから図４では１つのみに参照符号が付されている。各皿ばね要素４４は、２つ以上の上下に重なり合って湾曲した皿ばねを含む。隣接する皿ばね要素４４は、それらが相反して湾曲するように配置されている。これにより、所望のばね作用を達成することができる。

ここでは図１に戻って、内側容器６の第２のカバー区間１１には、放射状に配置された４つの第３の懸架ロッド４５，４６が設けられており、それらのうちから図１では２つだけが示されている。第３の懸架ロッド４５，４６を用いて、内側容器６は、熱シールド２３もしくは冷媒容器１６に懸架されている。熱シールド２３も、第４の懸架ロッド４７，４８を介して（それらのうちから図１では２つだけが示されている）外側容器２に懸架されている。懸架ロッド４５〜４８の固定のために、さらなる支持リングが設けられてもよい。懸架ロッド４５〜４８は、冷媒容器１６内に設けられた開口１８，１９を通って導かれている。

輸送容器１は、支持リング２９に対する内側容器６の回転を防止する複数の回転防止手段４９，５０も含む。これらの回転防止手段４９，５０は、例えば鋼帯として形成されている。特に、回転防止手段４９，５０は、それぞれ一方の端部が内側容器６のカバー区間１０に固定的に接続され、他方の端部は支持リング２９に固定的に接続されている。

以下では輸送容器１の機能モードを要約して説明する。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２３が、初めは気体でその後に液体の極低温窒素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ない。熱シールド２３の冷却の際に、中間室１４に依然として存在する真空の残留ガスが熱シールド２３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の断熱要素の銅層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２３および冷媒容器１６が完全に冷却され、かつ冷媒容器１６が再び窒素Ｎ_２で完全に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。

最初は熱シールド２３が冷却され、内側容器６はまだヘリウムＨｅを充填されないので、冷却された熱シールド２３と内側容器６との間では、一方では異なる温度に基づき、他方では熱シールド２３の材料、詳細にはアルミニウムと、内側容器６の材料、詳細にはステンレス鋼との異なる熱膨張係数に基づき、長さの差が生じる。このことは、熱シールド２３と内側容器６との間の相対運動につながる可能性がある。熱シールド２３と内側容器６との間の相対運動によって引き起こされるこれらの熱応力は、輸送容器１の運転温度で生じる熱応力よりも著しく大きい。これらの熱応力は、アルミニウムとステンレス鋼との間の熱膨張係数の差によって生じる。

運転開始の際のこれらの応力は、もはや第１および第２の懸架ロッド３０〜３７の弾性変形によって吸収することができず、むしろ、塑性変形、すなわち懸架ロッド３０〜３７の永続的な伸長が生じる。この場合、内側容器６はわずかに垂れ下がる可能性があり、それに伴い中心軸線Ｍ_１に対してわずかに傾斜する可能性がある。しかしながら、ばね装置３８，４３を用いることにより、懸架ロッド３０〜３７が顕著な塑性変形を被ることなく、常に引張応力下にあることが保証される。したがって、ばね装置３８，４３により、それぞれ２つの下方の懸架ロッド３２，３３，３６，３７が緩むことが防止される。これにより、内側容器６が外側容器２の内部で緩むことも防止され、それによって、例えば輸送容器１の輸送の際に付加的な加速度による力の発生が確実に防止される。したがって、このような加速度による力に基づく懸架ロッド３０〜３７のさらなる塑性変形は、ばね装置３８，４３を用いたばね予荷重によって防止することができる。これにより、外側容器２内での内側容器６の過度な垂れ下がりまたは懸架ロッド３０〜３７の破損、ひいては輸送容器１の損傷が防止され得る。

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 固定フランジ
１３ 固定点
１４ 中間室
１５ 冷却システム
１６ 冷媒容器
１７ 開口
１８ 開口
１９ 開口
２０ 気体ゾーン
２１ 液体ゾーン
２２ 中間室
２３ シールド
２４ ベース区間
２５ カバー区間
２６ カバー区間
２７ 中間室
２８ 固定点
２９ 支持リング
３０ 懸架ロッド
３１ 懸架ロッド
３２ 懸架ロッド
３３ 懸架ロッド
３４ 懸架ロッド
３５ 懸架ロッド
３６ 懸架ロッド
３７ 懸架ロッド
３８ ばね装置
３９ ポケット
４０ ポケット
４１ ポケット
４２ ポケット
４３ ばね装置
４４ 皿ばね要素
４５ 懸架ロッド
４６ 懸架ロッド
４７ 懸架ロッド
４８ 懸架ロッド
４９ 回転防止手段
５０ 回転防止手段
Ａ 軸線方向
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 (15)

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、
   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（２３）と、
   前記熱シールド（２３）および前記内側容器（６）を収容する外側容器（２）と、
   前記熱シールド（２３）に設けられた支持リング（２９）とを含み、
   前記内側容器（６）は、第１の懸架ロッド（３０〜３３）を用いて前記支持リング（２９）に懸架されており、
   前記支持リング（２９）は、第２の懸架ロッド（３４〜３７）を用いて前記外側容器（２）に懸架されており、
   前記内側容器（６）および前記熱シールド（２３）の異なる熱膨張に対して前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）および前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）のばね予荷重を保証するために、前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）のうちの少なくとも１つは第１のばね装置（３８）を有し、前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）のうちの少なくとも１つは第２のばね装置（４３）を有する、輸送容器（１）。
2. 前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）および前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）は、それぞれ放射状に配置されている、請求項１記載の輸送容器。
3. 前記第１のばね装置（３８）および前記第２のばね装置（４３）は、それぞれ複数の皿ばね要素（４４）を有する、請求項１または２記載の輸送容器。
4. それぞれ、４つの前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）および４つの前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の輸送容器。
5. 前記第１のばね装置（３８）を有する少なくとも１つの前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）は、重力方向（ｇ）に関して前記外側容器（２）の中心軸線（Ｍ_１）の下方に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の輸送容器。
6. それぞれ１つの前記第１のばね装置（３８）を有する２つの前記第１の懸架ロッド（３２，３３）は、重力方向（ｇ）に関して前記外側容器（２）の中心軸線（Ｍ_１）の下方に配置されている、請求項５記載の輸送容器。
7. 前記第２のばね装置（４３）を有する少なくとも１つの前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）は、重力方向（ｇ）に関して前記外側容器（２）の中心軸線（Ｍ_１）の下方に配置されている、請求項５または６記載の輸送容器。
8. それぞれ１つの前記第２のばね装置（４３）を有する２つの前記第２の懸架ロッド（３６，３７）は、重力方向（ｇ）に関して前記外側容器（２）の中心軸線（Ｍ_１）の下方に配置されている、請求項７記載の輸送容器。
9. 前記支持リング（２９）は、前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）が配置されたポケット（３９〜４２）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の輸送容器。
10. 前記内側容器（６）は、前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）が固定された固定フランジ（１２）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の輸送容器。
11. 前記支持リング（２９）、前記第１の懸架ロッド（３０〜３３）および前記第２の懸架ロッド（３４〜３７）は、前記内側容器（６）の第１のカバー区間（１０）に対応付けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の輸送容器。
12. 前記内側容器（６）は、第２のカバー区間（１１）において、第３の懸架ロッド（４５，４６）を用いて前記熱シールド（２３）に懸架されており、前記熱シールド（２３）は、第４の懸架ロッド（４７，４８）を用いて前記外側容器（２）に懸架されている、請求項１１記載の輸送容器。
13. 前記第３の懸架ロッド（４５，４６）および前記第４の懸架ロッド（４７，４８）は、極低温液体（Ｎ_２）が収容された冷媒容器（１６）を通って導かれている、請求項１２記載の輸送容器。
14. 前記内側容器（６）は、前記第２のカバー区間（１１）において、前記熱シールド（２３）に対して変位不能である、請求項１３記載の輸送容器。
15. 前記熱シールド（２３）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１４までのいずれか１項記載の輸送容器。

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