18.12.2025
TUD entwickelt neuartiges Transfersystem für Flüssighelium: DFG fördert Projekt „TurboHeTra“
Die Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik am Institut für Energietechnik der TU Dresden startet das neue Forschungsprojekt „TurboHeTra“. Es wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bis Dezember 2028 gefördert. Im Rahmen des Projekts wird ein innovatives zweiflutiges Transfersystem zur verlustreduzierten Versorgung mit Flüssighelium (LHe) weiterentwickelt. Das Ziel der Forschung ist es, den Energieverbrauch und den Heliumverlust beim Befüllen kryogener Behälter drastisch zu reduzieren – ein Thema von hoher Relevanz für Universitäten, Großforschungseinrichtungen und industrienahe Labore weltweit.
An den meisten Universitäten und Forschungseinrichtungen wird flüssiges Helium (LHe) bei seiner Normalsiedetemperatur von 4 K (-269 °C) für Kühlaufgaben nahe des absoluten Nullpunkts verwendet. Zahlreiche Hochtechnologieanwendungen benötigen Flüssighelium, darunter Supraleitung, Kernspinresonanzspektroskopie, Teilchenbeschleuniger, sowie viele Bereiche der Grundlagenforschung und der Materialcharakterisierung.
An der TUD betreibt die Schaufler-Professur die zentrale Heliumverflüssigungsanlage. Bislang werden kryogene LHe-Transportbehälter über einflutige Leitungen befüllt. Dieser Transferprozess ist jedoch stark verlustbehaftet. Diese Verluste müssen kompensiert werden, indem das verdampfte Helium aufgefangen, aufgereinigt und erneut energieaufwändig verflüssigt wird – ein Prozess, der jährlich hohe zweistellige Megawattstunden an Strom benötigt.
Das von der DFG-geförderte Projekt knüpft an ein erfolgreiches Vorläuferprojekt an. Bei diesem konnte bereits ein funktionierendes zweiflutiges Prototyp-System demonstriert und vermessen werden. Dabei transportiert eine kryogene Turbopumpe das Flüssighelium, während das im Zielgefäß freiwerdende Heliumkaltgas über eine zweite Leitung direkt wieder in das Ausgangsreservoir zurückgeführt wird. Somit lassen sich Verdampfungsverluste von 30 Prozent auf vier Prozent reduzieren. Im Rahmen von TurboHeTra wurde die zweiflutige Transferleistung weiterentwickelt. Das System wurde vereinfacht, um es kompakter und somit anderorts besser einsetzbar zu machen. Mittels Simulationen wird die Pumpencharakteristik sowie der Pumpenwirkungsgrad optimiert, wodurch auch die LHe-Förderpumpe verbessert wird. Anschließend wurde ein überarbeiteteter Prototyp gefertigt, an welchem vertiefende Untersuchungen zum Kavitations- und Langzeitverhalten der Motorlager erfolgten. Eine zu entwickelnde Systemsteuerung soll es ermöglichen, das System auch an anderen Heliumanlagen mit anderen Einsatzbedingungen zu verwenden.
TurboHeTra hat sowohl wissenschaftliche als auch industrielle Bedeutung. Durch die drastische Reduzierung der Verdampfungsverluste können bestehende Heliumverflüssigungsanlagen ihre Leistung um ein Drittel steigern. Damit trägt das Projekt zur besseren Ausschöpfung von Forschungsinfrastruktur bei, senkt die Energiekosten und unterstützt die nachhaltige Nutzung eines der wertvollsten kryogenen Betriebsmittel überhaupt.
Kontakt:
Prof. Christoph Haberstroh
Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik
Tel. +49 351 463-33406
E-Mail: christoph.haberstroh@tu-dresden.de
Johannes Doll, Dipl.-Ing.
Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik
Tel. +49 351 463-32703
E-Mail: johannes.doll@tu-dresden.de