Az alacsony hőmérséklet előállítása



Hasonló dokumentumok
Szupravezetés Vajda István: A szupravezetők alkalmazásai "Fizikus Napok", Debrecen, március 6.

Ellenáramú hőcserélő

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Művelettan 3 fejezete

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Szupravezetők a mindennapokban

HŐTRANSZPORT. ANYAGMÉRNÖKI ÉS KOHÓMÉRNÖKI MESTERKÉPZÉSI SZAK ENERGETIKA SZAKIRÁNY KÖZELEZŐ TANTÁRGYA (nappali munkarendben)

A gyakorlat célja az időben állandósult hővezetési folyamatok analitikus számítási módszereinek megismerése;

Danfoss Hőcserélők és Gömbcsapok

Lemezes hőcserélő XGF , -035, -050, -066

DV285 lemezes hőcserélők, E típus

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Feladatlap X. osztály

Kaméleonok hőháztartása. Hősugárzás. A fizikában három különböző hőszállítási módot különböztetünk meg: Hővezetés, hőátadás és a hősugárzás.

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Giga Selective síkkollektor TERVEZÉSI SEGÉDLET

MŰSZAKI SAJÁTOSSÁGOK

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA MINTAFELADATOK

Többjáratú hőcserélő 3

1,702 x 1,182 x 0,062 m. 2,162 x 1,182 x 0,062 m

Jelölje meg (aláhúzással vagy keretezéssel) Gyakorlatvezetőjét! Kovács Viktória Barbara Laza Tamás Ván Péter. Hőközlés.

Sugárzásos hőtranszport

tiszta alumínium hegesztő azonos tartalmú főlemezekhez ) magnézium-alumínium hegesztő huzal aluminium flux (kínai hegesztőhuzal (általános

A szükségesnek ítélt, de hiányzó adatokat keresse ki könyvekben, segédletekben, rendeletekben, vagy vegye fel legjobb tudása szerint.

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Fali indukciós befúvó DISA-W

Kazánok energetikai kérdései

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Éjjel-nappal, télen-nyáron

Premium VTN vákuumcsöves kollektor TERVEZÉSI SEGÉDLET

VERA HE TERMÉSZETESEN RUGALMAS


MŰSZAKI SAJÁTOSSÁGOK. 4.4 Műszaki adatok M SV/T TELEPÍTÉS Adatok fűtésnél

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

Beszéljünk egy nyelvet (fogalmak a hőszigetelésben)

MŰSZAKI SAJÁTOSSÁGOK. 4.4 Műszaki adatok M SM/T TELEPÍTÉS

Transzportjelenségek

GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

7. lakás 1. Fűtőanyag elnevezése: tűzifa Összetétel (kg/kg): Szén Hidrogén Oxigén Víz Hamu

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

Mérnöki alapok 8. előadás

Passzívházak. Dr. Abou Abdo Tamás. Előadás Tóparti Gimnázium és Művészeti Szakgimnázium Székesfehérvár, november 23.

MŰSZAKI HŐTAN II. EXTRA PÓTZÁRTHELYI. Hőközlés. Név: Azonosító: Terem Helyszám: Q-II- Munkaidő: 120 perc

Ellenálláshegesztés elméleti alapjai

A DINAMIKUS TÁVVEZETÉK-TERHELHETŐSÉG (DLR) ALKALMAZHATÓSÁGÁNAK FELTÉTELEI

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

Elektromos áram, egyenáram

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

Szabadentalpia nyomásfüggése

aurotherm exclusiv VTK 570/1140

Ajtók, ablakok épületfizikai jellemzői

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Előadó: Varga Péter Varga Péter

Árnyékolásmódok hatása az épített környezetre

HŐÁTADÁSI FOLYAMATOK SZÁMÍTÁSA

A FUX Zrt. fejlesztései

H ŐÁTVITELI F OLYAM ATOK e g ys z e r űs ít e t t je lle m z é s e ÉP ÍTÉS Z

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Passzív hûtõgerenda. PKV sorozat 2/24/U/1

SZINIMPEX KFT. ELEKTROMOS FŰTŐELEMEK GYÁRTÁSA ÉS FORGALMAZÁSA

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Napkollektorok telepítése. Előadó: Kardos Ferenc

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Polimertechnika Tanszék. Polimerfeldolgozás. Melegalakítás

Közreműködők Erdélyi István Györe Attila Horvát Máté Dr. Semperger Sándor Tihanyi Viktor Dr. Vajda István

Hogyan mûködik? Mi a hõcsõ?

m /óra 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 egyfázisú kw HP l/perc XRm1.8/15-0,37 0,37 0,5

A hőtan fő törvényei, fő tételei I. főtétel A tárgyak, testek belső energiáját két módon lehet változtatni: Termikus kölcsönhatással (hőátadás, vagy

BETON A fenntartható építés alapja. Hatékony energiagazdálkodás

Hajdú Angéla

EGYETLEN KÜLTÉRI KISZOLGÁLÓ AKÁR 4 BELTÉRI EGYSÉGHEZ CS-E10KD4EA CS-E15HB4EA 1) CS-E18HB4EA 1) CS-E21JB4EA 1)

HKVSZ Konferencia. Kompakt méretű ipari hőszivattyúk ammónia hűtőközeggel Előadó: Tasnádi Gábor

AZ ÉPÜLETEK ENERGETIKAI JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA ENERGETIKAI SZÁMÍTÁS A HŐMÉRSÉKLETELOSZLÁS JELENTŐSÉGE

HŐHIDAK. Az ÉPÜLETENERGETIKÁBAN. Energetikus/Várfalvi/

Folyadékok és gázok mechanikája

VIESMANN. VITOSOL 200-TM Heatpipe-elven működő vákuumcsöves kollektor a napenergia hasznosítására. Műszaki adatlap. VITOSOL 200-TM Típus: SPEA

Épületgépész technikus Épületgépészeti technikus

Nyomás a dugattyúerők meghatározásához 6,3 bar. Nyersanyag:

Diffúzió 2003 március 28

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

HARTAI ÉVA, GEOLÓGIA 3

Modell 12 Modell 18 Modell 25 Modell 57 Modell 100

Hőtan 2. feladatok és megoldások

Készletkisöprés. Angelo Po VE Ft Ft 35% 6 HÓNAPOT HASZNÁLT berendezés

Légáram utófűtéshez kör keresztmetszetű légcsa tornákban

ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 2 Dr. Magyar Zoltán

MŰSZAKI HŐTAN II. (HŐKÖZLÉS) ÍRÁSBELI RÉSZVIZSGA

TORONYÉPÜLETEK FŰTŐRENDSZEREINEK ELEMZÉSE

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

FOLYAMATOS ÜZEMŰ SZÁLLÍTÓSZALAG- BERENDEZÉS MÉLY OLAJSÜTŐ

ELSŐ ZH-kédések kidolgozása: BY HENTES

Termodinamika (Hőtan)

Épületgépész technikus Épületgépész technikus

HŐVÉDELEM Hőátviteli folyamatok

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Hőmennyiségmérők fűtés/hűtés 155. Lakás vízmérők ETK és ETW 158. Ház vízmérők MTK és MTW 162

Átírás:

Az alacsony hőmérséklet előállítása

A kriorendszerek jelentősége Megbízható, alacsony üzemeltetési költségű, kisméretű és olcsó hűtőrendszer kialakítása a szupravezetős elektrotechnikai alkalmazások kereskedelmi elterjedésének kulcskérdése.

A hőszigetelés elvei és módszerei A hőszigetelés módszerei Radiáció védeni az alkatrészeket/komponenseket a sugárzó hő ellen visszaverő tükörfelületekkel Konvekció védeni az alkatrészeket/komponenseket hosszú időn keresztül fenntartható vákuum segítségével minél kisebb éves javítási idő mellett Kondukció összekötni az alacsony hőmérsékletű komponenst a szobahőmérsékletű zónával olyan vezető segítségével, melyenk hővezetőképessége kicsi. (HTS current lead). Fontos, hogy az alacsony hőmérsékletű komponens rögzítését megoldott legyen, például: izgalmas megoldás az MHS lebegtetés alkalmazása (levitated LH 2 container). úgynevezett nyomaték-cső a szupravezetős szinkron gépek esetében.

A hőterhelés forrásai Az alacsonyhőmérsékletű zóna hőterhelését az alábbi tényezők okozzák: A kriosztáton keresztül áramló hő A villamos csatlakozásokon, áram-hozzávezetéseken keresztül áramló hő Mechanikai disszipáció által generált hő (a hűtőanyag viszkózus mozgása, a vezetők mozgása, stb) A villamos eredetű veszteségek által generált hő (pl. a szupravezető ac vagy hiszterézis-vesztesége, da szigetelők dielektromos vesztesége, stb.)

Forráspontok és párolgáshők Hűtőanyag T boiling [K] T min ~ T max [K] p min ~ p max [torr] h L [J/cm 3 ] Helium 4.22 1.6 ~ 4.5 6 ~ 984 2.6 Hydrogen (?) 20.39 14 ~ 21 59 ~ 937 31.4 Neon 27.09 25 ~ 28 (?) 383 ~ 992 104 Nitrogen 77.39 64 ~ 80 (!) 109 ~ 1026 161 Oxygen 90,18 55 ~ 94 (!) 1.4 ~ 950 243 Y. Iwasa, Case studies in superconducting magnets

A hűtés hatásfoka (fajlagos hűtőteljesítmény) Hűtőgép hatásfoka T low, K 1 W teljesítmény (alacsony hőmérsékleten) elszállításához szükséges hűtőteljesítmény = 100 % = 20 % Tipikus 4,2 K 1000 W 77.3 2.8 14 75 2.9 14.5 25 K 125 W 70 3.2 16 65 3.5 17.5 40 6.3 31.5 77 K 6-10 W 4.2 68.8 344

A hűtés költségei Szobahőmérséklet = 1x K. Salama, Lecture notes at ASSE 2004

A hűtés költségei Superconductivity for Electric Systems Program Plan, FY 1996-2000, DoE, US

Kereskedelmi célú cryocooler Alacsony hőmérsékletű hűtőteljesítmény 48 kwe input alacsony

A hűtés költségei beruházási költség: cryocooler (150 k ) és kiegészítők (65-200 k ) pl: 215-350 k értéken megvehető 2.8 kw hűtőteljesítmény @ 66K 4.0 kw hűtőteljesítmény @ 77K karbantartás (cryocooler) pl.: minden 6,000 órában, le egészen a 8 óránkéntiig üzemeltetési költségek (cryocooler) például: 48 kwe x?0.10 /kwh? x 8760 h/év = 42 k /év elég sok

Hőterhelések 1. A hő terjedése 1. hővezetés 2. hősugárzás 3. hőátadás (áramlás) 2. Példák 1. hővezetés 2. hősugárzás 3. hőátadás (áramlás) 3. Igények a magashőmérsékletű szupravezetők alkalmazásánál

T m 3.1 Hővezetés Egy meleg (T m ) és egy hideg (T h ) hőtartály között lévő A keresztmetszetű, L hosszúságú hővezető anyag által szállított hőmennyiség: T h L 1. ábra

Q = λ. (T m T h ). A. t/l Q/t [W] = λ [W/mK].(T m [K] T h [K]).A/L [m] Jelölés Elnevezés Mértékegység Q hőmennyiség J λ hővezetési tényező W/mK T m,t h Meleg, ill. hidegvég hőmérséklete K A keresztmetszet m 2 L hossz m

Néhány anyag hővezetőképessége Anyag Hővezetési együttható W/mK Ezüst 360 Réz 340 Szinterelt Bi-2223 0,27 Melt textured Bi-2212 0,22 Szinterelt Y-123 0,78 Y c 2,6 Y ab sík 3,7

3.2 Hősugárzás A sugárzás útján beáramló hőmennyiséget a Stefan- Boltzmann egyenlet írja le: E rad = e r (T 4 m - T 4 h) Jelölés Elnevezés Mértékegység E rad sugárzott hőmennyiség W e r emissziós (abszorpciós) tényező W/m 2 T m,t h Meleg környezet, ill. a hideg felület hőmérséklete Boltzmann állandó 5,67.10-8 W/m 2 K 4 K

Anyag e rtot E rad [mw/m 2 ] Réz Durva lemez 0.12 55 000 Mechanikusan polírozott 0.06 27 500 Rozsdamentes acél Durva lemez 0.34 155 000 Mechanikusan polírozott 0,12 55 000 Elektrolitikusan polírozott 0,1 46 000 Alumínium Durva lemez 0.49 224 000 Mechanikusan polírozott 0,10 46 000 Elektrolitikusan polírozott 0,8 37 000 Fólia 0,6 28 000

Azonos sugárzó és elnyelő felületeket feltételezve: E rad = e r (T 4 m - T 4 h) / (n i + 1) Ebből következik, ha jó, azaz kis emisszió-képességű fóliákkal (lásd táblázat) leárnyékoljuk a hidegfelületet, akkor a sugárzásos hőbeáramlást jelentősen lecsökkenthetjük.

3.3 Áramlásos hővezetés Gázok, folyadékok által bevezetett hőmennyiséget az E be = g P g A(T m - T h ) egyenlettel írhatjuk le, ahol E be [W/m 2 ] a bevezetett hőmennyiség, g [W/m 2 Pa K] a gáz, (vagy folyadék) hővezetőképessége, P g a nyomása, A a (két szemben lévő) felület. Amennyiben a felületek között a gáz erőteljesen, (esetleg a felületre merőlegesen is) áramolhat, a hőátadás jelentősen megnőhet.

4. Példa Példaképpen tekintsünk egy YBCO MPMG tárcsát, amelynek átmérője 40 mm, magassága pedig 10 mm.

4. Példa (folyt) Az alsó és felső felület területe: d A 4 2 0,04 2 3,141593 4 Az alábbi adatok ismertek: 0,001256637m 2 1256,637 10 6 m 2 5,67 10 T T 1 2 77K 300K 8 W 2 m K 4

4. Példa (folyt) A hősugárzásra vonatkozó összefüggés ismeretében: E rad = e r (T 4 m - T 4 h), Továbbá feltételezve, hogy az YBCO ideális fekete test, azaz e r =1, a felületegységre jutó abszorbeált hőmennyiség: de rad da 5,67 10 8 4 4 300 77 457,2768 2 Így a teljes abszorbeált hőmennyiség: W m W 2 P 457,2768 0,001256637m 0, 57463W 2 m

4. Példa (folyt) Számítsuk ki a hősugárzás következtében létrejövő hőmérséklet-különbséget a tárcsa alsó és felső felületei, feltételezve, hogy a tárcsa alsó felét hűtjük folyékony nitrogénnel. Az YBCO hővezetési együtthatója a táblázat alapján a c-tengely mentén 2.6 W/mK. Ezzel: W 2.6 mk 1 h T P A 1 2.6 0,01 0,001256637 0,57463 1.7588 K

Köszönöm!

Igények Tétel Units Cu BSCCO BSCCO YBCO CC MgB 2 Üzemi hőm. K 300 77 77 68 25 Mágneses tér T 2 0 2 2 2 Villamos veszteség, fajlagos W/kA x m 60 0.25 0.25 0.25 0.125 Effektív Carnot hatásfok W t /W e 1 20 20 23.6 76 Villamos terhelés a kriorendszerben A veszteségek teljes költsége @ 1$/W W/kA x m 0 5 5 5.9 9.5 $/ka x m 60 5 5 5.9 9.5 A hűtőrendszer ára @ 5$/W $/ka x m 0 25 25 29.5 47.5 Huzal ára (T, H) $/ka x m 5 50 150 50 2 Teljes költség $/ka x m 65 80 180 85 59 P.M.Grant, Materials Research Society Symposium Proceeding, 689, 3-9 (2002).