Mesure du débit à la pince dans les circuits de refroidissement indépendamment des influences du champ magnétique

Quatre KATflow 150 avec interface Profibus DP dans l'application haute température d'un réacteur de fusion

L'énergie de fusion offre la possibilité d'une énergie illimitée sans carbone et la libération de l'humanité des contraintes liées aux ressources limitées de notre Terre. Nous sommes heureux que la technologie de mesure de débit ultrasonique non invasive à pince de Katronic apporte une petite contribution au fonctionnement d'une installation de recherche expérimentale ambitieuse, le Wendelstein 7-X, appelé stellarator, à Greifswald, en Allemagne. Avec le projet de tokamak ITER dans le sud de la France, ces projets à long terme sont destinés à jeter un pont vers les premières centrales à fusion de demain. La clé du succès de l'application du débitmètre était l'immunité de l'équipement Katronic aux champs magnétiques massifs qui sont essentiels au confinement du plasma à haute énergie impliqué dans l'énergie de fusion.

L'installation Wendelstein 7-X est en forme d'anneau d'un diamètre d'environ 14 m et est basée sur le principe du stellarator, dans lequel seules des bobines externes génèrent le champ magnétique torsadé utilisé pour confiner le plasma d'hydrogène nécessaire à la fusion nucléaire. Les températures requises du plasma sont générées, entre autres, par un système ICRH (Ion Cyclotron Resonance Heating). À cet effet, des ondes radio dans la gamme des ondes courtes sont diffusées dans le plasma via une antenne, où elles sont absorbées - comme une micro-onde - et augmentent ainsi la température du plasma jusqu'à 150 millions de °C. Cette température très élevée, la densité des particules et une isolation thermique suffisante du plasma par rapport à l'environnement sont les trois conditions nécessaires à la réussite d'une expérience de fusion en laboratoire avec un champ magnétique de type stellarator.

L'environnement d'installation de cette antenne ICRH comprend huit circuits de refroidissement à eau. Il s'agit de composants techniques essentiels pour empêcher l'antenne de surchauffer pendant les expériences de fusion en cours. La température de l'eau dans les tuyaux de 8 mm de diamètre intérieur est de 150° C à une pression maximale de 26 bar, et le débit d'eau de tous les circuits est de 5,4 m³/h. Pour la mesure du débit, des essais ont d'abord été réalisés avec des débitmètres à surface variable. Cependant, l'influence du champ magnétique du système de bobines du stellarator était trop forte, de sorte que cette technique ne s'est pas avérée fructueuse. Les scientifiques impliqués dans les expériences de Wendelstein au LPP-ERM/KMS, à l'Institut Max Planck de physique des plasmas (IPP) et au Forschungszentrum Jülich ont alors dû trouver une solution qui ne présente pas ce problème. En raison de l'eau déminéralisée utilisée dans les circuits de refroidissement, un deuxième critère de sélection était de trouver un système de mesure du débit qui fonctionne indépendamment de la conductivité du milieu.

Le débitmètre stationnaire à pince KATflow 150 de Katronic a finalement satisfait à toutes les exigences techniques imposées à un nouveau système de mesure du débit. Tous les composants de l'unité de mesure devaient être amagnétiques, ce qui a été garanti par le boîtier en plastique de l'unité de mesure du débit et le boîtier en acier inoxydable de la technologie des capteurs utilisée. En outre, aucun contact direct avec le fluide n'était autorisé, ce qui a été assuré par le montage du transducteur à l'aide de la technologie clamp-on, et les mesures réalisées à travers les parois des conduites en acier inoxydable installées dans les circuits de refroidissement.

Les quatre débitmètres de type KATflow 150 installés au total ont fait leurs preuves dans cette application à haute température (mesures de débit d'eau déionisée à 150° C). Grâce à l'interface Profibus DP demandée par le client dans chaque appareil, les données de mesure peuvent être transmises à 4 Mbit/s. Grâce à la mesure combinée de la température, les scientifiques sont désormais en mesure de lire et d'évaluer la puissance dissipée et l'énergie du rayonnement des ondes radio, en plus de vérifier le débit nécessaire au refroidissement de l'antenne ICRH.

Partenaires du projet :

Laboratoire de Physique des Plasmas, Ecole Royale Militaire-Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Trilateral Euregio Cluster (TEC), Brussels

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut de recherche sur l'énergie et le climat - Physique des plasmas, Trilateral Euregio Cluster (TEC)

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut central d'ingénierie, d'électronique et d'analyse

Institut Max-Planck de physique des plasmas (IPP), Greifswald