Спеціальні кріогенні технології
НАДПРОВІДНОСТІ
ОПИС ПРОЦЕСУ
Надпровідники є матеріалами, які повністю втрачають електричний опір при охолодженні до дуже низьких температур. Ще в 1911 році було задокументовано дослідження, які розповідають про ці явища. Критична температура, нижче якої відбувається ефект, лише трохи вище абсолютного нуля і потрібне застосування рідкого гелію для охолодження (температура: -269 градусів за Цельсієм).
Надпровідність може генерувати надзвичайно високі потужні поля. Такі поля, наприклад, використовуються в медицині, в наукових дослідженнях або в ядерному синтезі. Через дорожнечу охолодження з використанням гелію, можливість застосування обмежена. Поставки гелію для цих технологій є частиною програми поставок ELME MESSER GAAS.
У 1986 році вчені Георг Беднорц і Олександр Мюллер виявили матеріали з критичною температурою поблизу точки кипіння рідкого азоту (-196 градусів за Цельсієм), і були удостоєні Нобелівської премії з фізики в 1987 році. Оскільки ці так звані високотемпературні надпровідники (HTSC) можуть бути охолоджені рідким азотом, існує великий спектр застосувань надпровідності, наприклад, в обмежниках струму, електродвигунах і генераторах.
Новою технологією для цих матеріалів є передача електричної енергії через силові кабелі без втрат. Це велика перевага, особливо в великих містах і промислових районах, так як прокладка звичайного мідного кабелю часто призводить до труднощів через вимоги великої площі. Крім того, кабелі HTSC не генерують магнітні поля, що ще більше спрощує інсталяцію. Завдяки високій пропускній здатності, також з’являється можливість для транспортування великої кількості енергії при більш низькій напрузі. Це дозволяє зберегти підстанції та уникнути електричних втрат в трансформаторах.
- Ємність рідкого азоту
- Субкулер
- Вакуумний насос
- Азот
- Надпровідник
- Лінія компенсації
- Насос рідкого азоту
Іншими областями застосування є електроживлення електролізерів в хімічній промисловості або виробництві алюмінію.
ЗАСТОСУВАННЯ ГАЗУ
Високотемпературні надпровідники можна охолоджувати просто і енергоефективно із застосуванням рідкого азоту. Обмежувачі струму, наприклад, встановлюються в вакуумно-ізольований кріостат, який забезпечується через контроль рівня невеликою кількістю рідкого азоту, щоб компенсувати невеликі, але неминучі втрати холоду.
Проте, вартість охолодження силових кабелів значно більше. Тут надохолоджений рідкий азот прокачується через кабельний кріостат для видалення надходжуючого тепла. Для цього рідкий азот повинен бути охолоджений до -206 градусів за Цельсієм (на 10 градусів нижче точки кипіння при атмосферному тиску).
РІШЕННЯ ВІД MESSER
Messer розробила систему охолодження для охолодження надпровідних електро кабелів за наступною схемою:
Установка складається в основному з субкулера, ланцюга охолодження і ємності для рідкого азоту. Зовнішня частина субкулера обладнана клапаном розширення рідкого азоту з контейнера для зберігання. Тут азот випаровується, створюючи тим самим холод в субкулері.
Якщо азот надходить безпосередньо в атмосферу із зовнішнього боку субкулера, він випаровується в точці кипіння (-196 градусів за Цельсієм). Однак такої температури охолодження недостатньо. Тому вакуумний насос підключається до субкулеру, так що азот випаровується у вакуумі (при 150 мбар). Таким чином, температура випаровування може бути знижена до -209 градусів за Цельсієм. Подальше зниження температури неможливо, так як азот замерзає при температурі -210 градусів за Цельсієм.
Усередині субохладітеля знаходиться теплообмінник. Завдяки цьому, рідкий азот прокачується (діючи як холодоагент), який тим самим охолоджується до температури -206 градусів за Цельсієм. Таким чином, охолодження і трансмісія холоду здійснюються одним і тим же обладнанням.
Переохолоджений рідкий азот в теплообміннику протікає через кабель надпровідника, щоб розсіювати тепло, що надійшло. Азот трохи нагрівається, але завжди залишається рідким і не випаровується. Потім він повертається до насоса, а після до субкулеру, де відбувається переохолодження до температури охолодження -206 градусів за Цельсієм. Це створює замкнутий контур охолодження, який з’єднаний через лінію компенсації з резервуаром рідкого азоту, щоб компенсувати коливання обсягу і тиску.
Всі компоненти системи охолодження (крім ємності для зберігання) встановлюються в раму із сталевих профілів і повністю зашиваються, живляться і ізолюються. Для вакуумних насосів передбачена окрема рама. Ці «напрямні» є повністю функціональними агрегатами, які повністю протестовані на заводі. В результаті, монтажні роботи на об’єкті невеликі, а введення в експлуатацію виконується швидко і ефективно.
Функціональний тест охолоджуючого блоку