SCARLETT

Aufbau

Die Versuchsanlage SCARLETT besteht im Wesentlichen aus Wärmetauscher, Heizer, Kühler, Verdichter, Ventile, Vorrats- und Ausgleichsbehälter, einer leistungsfähigen Datenerfassung und einer modularen Teststrecke. Diese Teststrecke kann abhängig vom Forschungsbedarf ausgetauscht werden.
Aufbauschema der Versuchsanlage SCARLETT © Flaig, IKE

Wie im Aufbauschema zu erkennen ist, wird flüssiges CO2 in einem Vorratsbehälter (1) gespeichert. In einem elektrischen Verdampfer (2) wird das CO2 zunächst vollständig verdampft und anschließend um bis zu 10 Kelvin überhitzt. Über einen Tropfenabscheider (3), in dem die letzten Flüssigkeitstropfen aus dem Gasstrom abgeschöpft werden, gelangt das CO2 in einen Kompressor (4). Dieser verdichtet und erhitzt das CO2 auf überkritische Temperaturen und Drücke (> 73,8 bar). Danach durchströmt das überkritische CO2 einen Wärmeübertrager (5), in welchem es auf die gewünschte Versuchstemperatur gekühlt oder ggf. erhitzt wird (Konditionierung) und tritt anschließend in die eigentliche Testrecke – im Aufbauschema als Blackbox dargestellt – ein. Hier bieten sich verschiedene Versuchsaufbauten zur Grundlagenuntersuchung an.  Parameter Einheit Wert
Massenstrom kg/s 0,013 ... 0,111
Temperatur °C 0 ... 150
Druck bar 75 ... 140
Verdampfungsleistung kW 36
Gaskühlerleistung kW 32
Kühlleistung kW 48
Kondensationsleistung kW 13
Füllvolumen Druckbehälter 0,07
                     
     

 Nach dem Austritt aus der Teststrecke (5'), strömt das CO2 durch einen zwangsbelüfteten Gaskühler (6) und wird dabei auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Anschließend wird das CO2 in einem Expansionsventil (7) auf unterkritische Drücke entspannt. Der dabei entstehende Naßdampf wird in einem Kondensator (8) vollständig verflüssigt und gelangt danach in einen Sammelbehälter (9), der gleichzeitig als Ausgleichs- und Abscheidebehälter fungiert. Über eine Kältemitteltransferpumpe (10) kann flüssiges CO2 wieder in den Vorratsbehälter gefördert und der Kreislauf damit geschlossen werden.



Experimente

An der Anlage SCARLETT sind unterschiedliche Experimente denkbar bzw. geplant. Allen Experimenten ist gemein, dass überkritisches CO2 mit einer definierten Temperatur und einem definierten Druck in die Teststrecke eintritt. Der Aufbau der Teststrecke ist veränderbar und richtet sich nach den jeweiligen Untersuchungszielen.

Untersuchungsmöglichkeiten, die sich an der Anlage bieten, sind beispielsweise:

  • Validierung von CFD-Modellen für überkritisches Wasser
  • Wärmetransport bei passiven Sicherheitssystemen mit überkritischen CO2
  • Grundlagenuntersuchungen und Messdatengenerierung zur Qualifizierung von kompakten Wärmeübertragern mit überkritischen CO2 im sCO2-HeRo-Projekt
  • Wechselwirkung von überkritischem CO2 mit Keramiken oder Gesteinen (Materialuntersuchungen)

SCARLETT: betriebsbereite Anlage, September 2016 © Flaig, IKE