Für die Kühlung von hochtemperatursupraleitenden 4 MVA Maschinen (Motor oder Generator) wurde ein einstufiger Stirling-Typ-Pulsrohrkühler aufgebaut. Die Kühlleistung des Kryokühlers sollte bei einer elektrischen Eingangsleistung von 10 kW (8 kW pV-Leistung) etwa 80 - 100 W bei 30 K betragen. Die Vorteile dieses Kühlertyps gegenüber klassischen Kühlkonzepten liegen in einer erhöhten Zuverlässigkeit und langen Wartungsintervallen. Während einstufige Stirling-Typ Pulsrohrkühler für den Temperaturbereich des flüssigen Stickstoffs (77 K) kommerziell bereits erhältlich sind, gibt es gegenwärtig noch keine kommerziellen Systeme für den für Anwendungen der Hochtemperatursupraleitung wichtigen Temperaturbereich nahe 30 K. Der Versuchsaufbau besteht aus einem 10 kW Linearkompressor vom Typ 2S297W der Firma CFIC Inc. aus Troy, USA der zur Druckwellenerzeugung genutzt wird. Der Betrieb des Kompressors erfolgte über einen Micromaster 440 Umrichter der Firma Siemens, der über ein selbst entwickeltes Computerprogramm gesteuert wurde. Der Kaltkopf wurde in linearer Bauweise gefertigt, um Umlenkverluste zu vermeiden.Während der ersten Abkühlversuche trat im Regenerator bei tiefen Temperaturen und hoher pV-Leistung eine Temperaturinhomogenität auf, die auf einen konstanten Massenstrom (zirkularer DC-Massenfluss) innerhalb des Regenerators zurückgeführt werden konnte. Dieser hier erstmals beobachtete DC-Massenfluss erzeugt einen Nettoenergiefluss vom warmen zum kalten Ende des Regenerators, wodurch die Kühlleistung in erheblichem Maße reduziert und damit auch die erreichbare Minimaltemperatur (Basistemperatur) stark erhöht wird. Für die Auslegung und Optimierung des Kaltkopfes wurde zunächst ein Kühlermodell auf Basis der kommerziellen Simulationssoftware Sage erstellt, welches die im Experiment auftretende Temperaturinhomogenität im Regenerator nicht mit einbezog. Zur Modellierung der im Experiment beobachteten Inhomogenität wurde der Regenerator dieses Sage-Modells durch zwei identische parallele Regeneratoren mit einstellbarer transversaler Wärmekopplung ersetzt. Im homogenen Fall (ohne DC-Massenfluss) verhält sich das erweiterte Modell wie das ursprüngliche. Wurde jedoch im erweiterten Modell als Startbedingung ein Regenerator mit nicht-linearem Temperaturprofil gewählt, so trat auch hier ein zeitlich konstanter DC-Massenfluss auf. Mit Hilfe dieses Modells konnten nun die Bedingungen für das Auftreten dieses neuen Verlustmechanismus näher untersucht werden, wobei sich die transversale Wärmeleitung in der Regeneratormatrix sowie der Massenfluss (pV-Leistung) als wichtige Parameter zeigten. Die Erkenntnisse aus dem numerischen Modell wurden dann für die Entwicklung eines neuen analytischen Modells genutzt, das den im Experiment beobachteten DC-Massenfluss quantitativ beschreiben kann.Nach dem Auftreten der Regeneratorströmung im Experiment wurde zunächst versucht mittels geeigneter Blenden eine gleichmäßigere Anströmung des Regenerators zu erreichen. Als dies aber nicht den gewünschten Erfolg brachte, wurde der Regenerator mit einer Sandwich-Struktur aus thermisch gut und schlecht leitenden Materialien (Edelstahl-, Kupfer- und Bronze-Drahtgewebe) gefüllt, um die transversale Wärmeleitung der Matrix zu erhöhen. Durch diese Maßnahmen konnte der azimutale Temperaturgradient deutlich abgesenkt werden, was zu einer Reduktion der Strömung führte.Die anfängliche Basistemperatur des Kaltkopfes von 65 K konnte so durch Verbesserung der Regeneratormatrix auf 34 K gesenkt werden. Die Kühlleistung bei 40 K beträgt 20 W bei einer pV-Leistung von 6 kW. Dies entspricht einem Carnot-Wirkungsgrad bezüglich der pV-Leistung von 1,5%. Aufgrund der Ausbildung einer Regeneratorströmung bei hohen Eingangsleistungen konnte jedoch keine Basistemperatur unterhalb von 30 K erreicht werden. Da die Verluste durch die Regeneratorströmung bei höheren Temperaturen geringer ausfallen, wurde der Kaltkopf durch Verkürzung des Regenerators für einen Betrieb bei 80 K angepasst. Die damit realisierte Kühlleistung von 350 W bei einer pV-Leistung von 8,4 kW entspricht 11% des Carnot-Wirkungsgrades bezüglich der pV-Leistung.
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