Überarbeitete Anwendungstechnik Supraleitung

Supraleitende Kühltechnologie

GASEANWENDUNG

Hochtemperatursupraleiter lassen sich einfach und energieeffizient mit flüssigem Stickstoff kühlen. Strombegrenzer sind beispielsweise in einem vakuumisolierten Kryostat eingebaut, der über eine Niveauregelung mit geringen Mengen Flüssigstickstoff versorgt wird, um die geringen, aber unvermeidlichen Kälteverluste auszugleichen.

Die Kosten für die Kühlung der Stromkabel sind jedoch wesentlich höher. Hier wird unterkühlter Flüssigstickstoff durch den Kabelkryostaten gepumpt, um die einströmende Wärme abzuführen. Zu diesem Zweck muss der flüssige Stickstoff auf -206 °C (10 °C unter seinem Siedepunkt bei Atmosphärendruck) abgekühlt werden.

 

MESSER-LÖSUNG

Messer hat ein Kühlsystem zur Kühlung von supraleitenden Stromversorgungskabeln nach folgendem Schema entwickelt:

Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einem Unterkühler, einem Kühlkreislauf und einem Reservoir für flüssigen Stickstoff. Die Außenseite des Unterkühlers wird über ein Expansionsventil mit flüssigem Stickstoff aus dem Vorratsbehälter versorgt. Hier verdampft der Stickstoff und erzeugt so die Kälte im Unterkühler.

Lässt man den Stickstoff von der Außenseite des Unterkühlers direkt in die Atmosphäre strömen, verdampft er bei seinem Siedepunkt (-196 °C). Diese Kühltemperatur ist jedoch nicht ausreichend. Deshalb wird eine Vakuumpumpe an den Unterkühler angeschlossen, so dass der Stickstoff im Vakuum (bei 150 mbar) verdampft. Auf diese Weise kann die Verdampfungstemperatur auf -209 °C abgesenkt werden. Eine weitere Temperaturabsenkung ist nicht möglich, da Stickstoff bei -210 °C gefriert.

Im Inneren des Unterkühlers befindet sich ein Wärmetauscher. Durch diesen wird flüssiger Stickstoff gepumpt (wirkt als Kältemittel), der dadurch auf eine Temperatur von -206 °C abkühlt. Kälteerzeugung und Kälteübertragung erfolgen somit mit der gleichen Ausrüstung.

Der unterkühlte flüssige Stickstoff im Wärmetauscher durchströmt das Supraleiterkabel, um die eingetretene Wärme abzuführen. Der Stickstoff erwärmt sich leicht, bleibt aber immer flüssig und verdampft nicht. Anschließend gelangt er zurück zur Pumpe und dann zum Unterkühler, wo die Rückkühlung auf die Kühltemperatur von -206 °C erfolgt. Dadurch entsteht ein geschlossener Kühlkreislauf, der über eine Ausgleichsleitung mit dem Flüssigstickstoffreservoir verbunden ist, um Volumen- und Druckschwankungen auszugleichen.

Alle Komponenten des Kühlsystems (mit Ausnahme des Vorratsbehälters) sind in einem Rahmen aus Stahlprofilen eingebaut und komplett verkleidet, verdrahtet und isoliert. Für die Vakuumpumpen ist ein separater Rahmen vorgesehen. Diese "Skids" sind voll funktionsfähige Einheiten, die im Werk vollständig getestet werden. Dadurch ist der Installationsaufwand vor Ort gering, und die Inbetriebnahme erfolgt schnell und effizient.

Funktionsprüfung der Kühleinheit

Überarbeiteter Kundenprozess Supraleitung

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