Kriogēnās tehnoloģijas
SUPRAVADĪTSPĒJA
PROCESA APRAKSTS
Supravadītāji ir materiāli, kas, atdzesējot līdz ļoti zemām temperatūrām, pilnībā zaudē elektrisko pretestību. Jau 1911. gadā tika reģistrēti materiāli, kam piemīt šīs īpašības. Kritiskā temperatūra, zem kuras materiāliem parādās šis efekts, ir tikai nedaudz augstāka par absolūto nulli, un dzesēšanai nepieciešams šķidrs hēlijs (temperatūra: -269 °C).
Supravadītspēja var radīt ļoti augstu magnētisko lauku. Sādi materiāli ir nepieciešami medicīnā, pētniecībā vai kodolsintēzes procesā. Hēlija dārgo izmaksu dēļ, šādai dzesēšanai ir ierobežots pielietojums. Hēlija piegāde šiem lietojumiem ir daļa no Messer piegāžu programmas.
1986.gadā, zinātnieki Georgs Bednorzs un Aleksandrs Millers atklāja materiālus, kuru kritiskā temperatūra nav tālu no šķidrā slāpekļa viršanas punktas (-196 °C), par ko 1987.gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā. Tā kā šos tā sauktos kriovadītājus var atdzesēt ar šķidru slāpekli, tiem ir liels supravadītspējas pielietojuma klāsts, piemēram, strāvas ierobežotājos, elektromotoros un ģeneratoros.
Jauns pielietojums šiem materiāliem ir elektriskās enerģijas pārvade caur strāvas kabeļiem bez zudumiem. Tiem ir liela priekšrocība, īpaši lielajās pilsētās un rūpniecības rajonos, kur parastā vara kabeļa ieklāšana bieži rada grūtības, jo ir nepieciešams daudz brīvas vietas. Pie kam kriovadītāju kabeļi nerada magnētisko lauku, kas ievērojami atvieglo to uzstādīšanu. Lielās strāvas vadītspējas dēļ ir iespējams pārvadīt arī lielu enerģijas daudzumu ar zemāku spriegumu. Tas var ietaupīt apakšstacijas un izvairīties no elektriskajiem zudumiem transformatoros.
- Šķidrā slāpekļa tvertne
- Apakšdzesētājs
- Vacuumsūknis
- Slāpeklis
- Supravadītājs
- Kompensācijas līnija
- Šķidrā slāpekļa sūknis
Citas pielietojuma jomas ir elektrolīzes elementu energoapgāde ķīmiskajā rūpniecībā vai alumīnija ražošanā, kā arī elektriskie lielas strāvas savienojumi.
GĀZU PIELIETOJUMS
Kriovadītājus var vienkārši un energoefektīvi atdzesēt ar šķidro slāpekli. Strāvas ierobežotāji, piemēram, tiek uzstādīti vakuumā izolētā kriostatā, kuram ar līmeņa regulēšanu piegādā ar nelielu daudzumu šķidrā slāpekļa, lai kompensētu mazos, bet neizbēgamos aukstuma zudumus.
Tomēr strāvas kabeļu dzesēšanas izmaksas ir ievērojami lielākas. Šeit atdzesētu šķidru slāpekli izsūknē caur kabeļa kriostatu, lai noņemtu ienākošo siltumu. Šim nolūkam šķidrais slāpeklis jāatdzesē līdz -206 °C (10 °C zem tā viršanas punkta atmosfēras spiedienā).
MESSER RISINĀJUMS
Messer ir izstrādājis šādu shēmu supravadāmības barošanas kabeļu dzesēšanas sistēmai:
Iekārta sastāv galvenokārt no apakšdzesētāja, dzesēšanas ķēdes un šķidrā slāpekļa rezervuāra. Apakšdzesētājs caur izplešanās vārstu tiek apgādāts ar šķidro slāpekli no glabāšanas konteinera. Šeit slāpeklis iztvaiko, tādējādi radot aukstumu apakšdzesētājā.
Ja slāpeklim ļauj izplūst atmosfērā no apakšdzesētāja ārpuses, tas iztvaiko viršanas punktā (-196 °C). Tomēr dzesēšanai šī temperatūra nav pietiekama. Tādēļ ar apakšdzesētāju ir savienots vakuumsūknis, lai slāpeklis iztvaikotu vakuumā (150 mbar). Tādā veidā iztvaikošanas temperatūru var pazemināt līdz -209 °C. Turpmāka temperatūras samazināšana nav iespējama, jo -210 °C temperatūrā slāpeklis sasalst.
Apakšdzesētāja iekšpusē ir siltummainis. Caur to sūknē šķidro slāpekli (darbojas kā aukstumaģents), kas tādējādi atdziest līdz -206 °C temperatūrai. Tādējādi saldēšana un aukstuma transmisija tiek veikta ar vien un to pašu aprīkojumu.
Apakšdesētāja siltummainī šķidrais slāpeklis plūst caur supravadītāja kabeli, lai zaudētu ievadīto siltumu. Slāpeklis nedaudz uzsilst, bet tas vienmēr paliek šķidrs un neiztvaiko. Tad tas atgriežas pie sūkņa un pēc tam tiek padots uz apakšdzesētāju, kur notiek dzesēšana līdz -206 °C temperatūrai. Tādējādi tiek izveidota slēgta dzesēšanas ķēde, kas caur kompensācijas līniju ir savienota ar šķidrā slāpekļa rezervuāru, lai kompensētu tilpuma un spiediena svārstības.
Visas dzesēšanas sistēmas sastāvdaļas (izņemot uzglabāšanas konteineru) ir uzstādītas no tērauda profiliem izgatavotā rāmī, pilnībā slēgtā un izolēts. Vakuumsūkņiem ir paredzēts atsevišķs rāmis. Iekārtas ir pilnībā funkcionālas vienības, kas ir iepriekš rūpīgi pārbaudīti rūpnīcā. Tā rezultātā, iekārtu ir viegli, ātri un ērti uzstādīt uz vietas objektā, un uzsākt tās ekspluatāciju.
Dzesēšanas iekārtas funkcionālais tests