Safety and reliability assessment of CO₂ refrigeration system for underground applications below -50 °C

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A new CO₂ refrigeration concept is evaluated to cool the ATLAS and CMS experiments installed close to 100 m underground, at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. The first prototype unit produced to validate the conceptual design and to assess safety and reliability of the system has been commissioned. This paper presents results obtained, discusses the safety and reliability of the system and discourses on the list of recommendations for the future final units to cover the cooling loads of 380 kW for ATLAS and 750 kW for CMS at -53 °C evaporation temperature.

This article is a translation of the article by Barroca P, Verlaat B, HafnerA, Blust S, Hulek W, Zwalinski L, Teixeira D. Safety and reliability assessment of CO₂ refrigeration system for underground applications below -50 °C. In: Proceedings of the 9th IIR Conference on the Ammonia and CO₂ Refrigeration Technologies. Ohrid: IIF/IIR, 2021. DOI: 10.18462/iir.nh3-co2.2021.0024 Published with the permission of the copyright holder.

About the authors

Pierre Barroca

Department of Energy and Process Engineering NTNU

Author for correspondence.
Email: pierre.a.c.barroca@ntnu.no
Norway, 7491, Trondheim

Bart Verlaat

Department of Energy and Process Engineering NTNU

Email: bart.verlaat@cern.ch
Switzerland, 7491, Trondheim

Armin Hafner

Department of Energy and Process Engineering NTNU

Email: armin.hafner@ntnu.no
Norway, 7491, Trondheim

Stephanie Blust

Department of Energy and Process Engineering NTNU

Email: stefanie.blust@ntnu.no
Norway, 7491, Trondheim

Wojciech Hulek

CERN

Email: lukasz.zwalinski@cern.ch
Switzerland, Geneva

Lukasz Zwalinski

CERN

Email: lukasz.zwalinski@cern.ch
Switzerland, Geneva

Daniella Teixeira

University of Cape Town

Email: TXRDAN001@myuct.ac.za
South Africa, Cape Town

References

  1. Verlaat B, Van Lysebetten A, Van Beuzekom M. CO₂ cooling for the LHCb-VELO Experiment at CERN. In: 8th IFF/IRR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids. Copenhagen; 2008.
  2. Zwalinski L, Bortolin C, Blaszczyk T, et al. CO₂ cooling system for Insertable B Layer detector into the ATLAS experiment. Amsterdam: TIPP; 2014.
  3. Daguin J, et al. CO₂ cooling for particle detectors: experiences from the CMS and ATLAS detector systems at LHC, and prospects for future upgrades. In: Proceedings of the 24th IIR International Congress of Refrigeration. Yokohama; 2015.
  4. Petagna P, Verlaat B, Francescon A. Two-Phase Thermal Management of Silicon Detectors for High Energy Physics. In: Encyclopedia of Two-Phase Heat Transfer and Flow III. 2015:335–412. doi: 10.1142/9789813229471_0005
  5. Barroca P., Hafner A., Pardiñas A., et al. Evaporative cooling system with natural refrigerant at -50 ℃ and 100 m underground. In: Proceedings of 14th Gustav Lorentzen Conference. Kyoto; 2020.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Refrigeration subsystems: common equipment, compressor slice and cold box. Reference to the state points of pressure-enthalpy diagram of Fig. 2.

Download (154KB)
3. Fig. 2. CO₂ pressure-enthalpy diagram with the theoretical process flow for the transcritical two-stage compressor cycle proposed for the chiller.

Download (105KB)
4. Fig. 3. Parameterized backpressure setpoint used to optimize COP.

Download (64KB)
5. Fig. 4. Brand#1 compressor reaction to sudden change of load.

Download (99KB)
6. Fig. 5. (left) Path of CO₂ condensation and draining into the oil separator. (right) Visualisation of CO₂ condensation through oil level switch sight glass.

Download (246KB)

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».