Anlage zur Heliumverflüssigung und -rückgewinnung

Description

Für den Aufbau der apparativen Infrastruktur in der Festkörperphysik an der Bergischen Universität Wuppertal wird eine Anlage zur Heliumverflüssigung und -rückgewinnung benötigt. Lot 1: Für die Nutzung eines Rastertunnelmikroskops und weiterer Tieftemperatur-Experimente wird eine Anlage zur Heliumrückgewinnung und -verflüssigung benötigt. Die Anlage muss einen wöchentlichen Bedarf von nicht weniger als 350 Liter flüssigen Heliums, nach Verdampfung durch die experimentelle Nutzung, mittels Speicherung durch Verdichtung rückgewinnen und wieder verflüssigen können. Neben diesem Wochenbedarf, und der daraus resultierenden Verflüssigungsrate, muss für die Hochdruckspeicherung eine gesamte Bevorratungsmenge von zusätzlichen mindestens 50% des Wochenbedarfs berücksichtigt werden. Ausserdem muss die Anlage eine Kompaktheit besitzen, die es ermöglicht, sie auf der zur Verfügung stehenden begrenzten Fläche aufzustellen und zu betreiben II. Komponenten a.) Niederdruck-Gasspeicherballon Das während des Betriebs bei der Verflüssigung und in den Kryostaten entstehende Heliumgas (Normal-Verdampfung) muss über Abgasleitungen einem Gasspeicherballon als Teil des Rückgewinnungssystems zugeführt werden. Neben der Funktion als Zwischenspeicher muss der Gasspeicherballon auch das während eines Transfers zur Kühlung verdampfende Helium aufnehmen (Transfer-Verdampfung). Bei geschätzten 20% Transferverlust wird bei einem maximalen Bedarf von 200 Litern pro Kühlung ein Gasspeicherballon von 30 m3 benötigt. Der Gasspeicherballon wird in einem separaten Bereich unter der Decke der Betriebshalle montiert werden (siehe Anlage Standortplan: Position 2). Wegen der Wand- und Deckenbegrenzung muss der Behälter eine Querschnittsfläche von maximal 2,0 m x 2,0 m oder einen maximalen Durchmesser von 2,0 m haben. b.) Hochdruck-Gasspeicherung Eine nachgeschaltete Kompression mit Druckgasflaschenspeicherung und eine Gasreinigung sind weitere Komponenten des Rückgewinnungssystems. Bei maximalem Füllstand des Gasspeicherballons muss das Gas automatisch über einen Hochdruckkompressor in Gasflaschenbündeln gespeichert werden. Die Anzahl der Bündel muss so bemessen werden, dass auch dann die Aufnahme der gesamten Bevorratungsmenge flüssigen Heliums (350 Liter plus mindestens 50% s.o.) in der komprimierten Gasphase gewährleistet ist, wenn eine Wieder-Verflüssigung nicht möglich sein sollte. Für die Stellfläche der Bündel stehen insgesamt ca. 3,2 m2 zur Verfügung (siehe Anlage Standortplan: Position 4). Der Hochdruck-Kompressor für die Druckgasflaschenspeicherung kann an anderer Stelle stationiert werden. Dort steht eine Aufstellfläche von maximal 4,5 m2 zur Verfügung c.) Gasreinigung Für die Gasreinigung soll eine Stickstoffkühlfalle verwendet werden. Der Austausch von Filterkomponenten zu deren Regeneration muss dabei innerhalb von weniger als 60 Minuten möglich sein, und die weitere Regeneration parallel zum laufenden Betrieb erfolgen können. Die notwendigen Komponenten zum Heizen, Evakuieren und Spülen mit Heliumgas müssen Teil des Angebots sein. Außerdem muss ein Ersatzfilter mit angeboten werden. Für das Gasreinigungssystem stehen maximal 3,6 m2 Stellfläche zur Verfügung d.) Verflüssigereinheit Der Verflüssiger muss in das Transportgefäß integriert sein. Eine zusätzliche Umfüllung von einem Verflüssigungsbehälter in einen separaten Transportbehälter kommt aus personellen und zeitlichen Gründen nicht in Frage. Für die Komponenten der Verflüssigung stehen maximal 10,0 m2 Stellfläche zur Verfügung. Der hohe Geräuschpegel von zugehörigen Komponenten wie etwa Helium-Kompressoren muss außerdem durch eine dedizierte Schallschutzkabine auf möglichst geringe Werte bzw. höchstens 65 dB reduziert werden (Bundesverordnung Lärm und Vibration §5 vom 9.02.22, für Räume in denen einfache Tätigkeiten ausgeführt werden). Ein entsprechender Schallschutz muss ebenfalls Teil des Angebots sein. Für eine Schallschutzkabine stehen maximal 2,7 m2 Stellfläche zur Verfügung