SCARLETT

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.  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

.

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

Im Rahmen mehrerer von der Europischen Kommission (EU) und der Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS) finanzierter Projekte sind bisher Untersuchungen zur Wärmeübertragung mit SCO₂ am IKE duchgeführt worden.

• sCO2-HeRo (EU) - www.sco2-hero.eu
• sCO2-FLEX (EU) -  www.sco2-flex.eu  
• sCO2-QA (GRS)