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1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 1CEA DSM Irfu
ELECTRO-POLISHING
VERTICAL (EPV) AT SACLAY
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 2CEA DSM Irfu
BUT INSTALLATION
Traitement Tesla-shape 9-cell cavity (ILC Hi-Grade)
Traitement Cavité Proton 5-cell (Programme EuCard)
Implantation Zone Supratech Chimie-Salle Blanche
Décaissé -650 mm
X
Aire en pente vers décaissé
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 3CEA DSM Irfu
DESIGN DE L’INSTALLATION
Ingénierie sous-traitée à Auxitec (Saint-Priest)
Actuellement: Fin APS
Fin de l’étude programmée pour janvier 2010
Estimation de la fabrication (à 20%) donnée en fin d’étude
Nouvel appel d’offre lancé pour la fabrication
(Ex de sociétés: ACMEL, CORELEC, CERMAP…)
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 4CEA DSM Irfu
Acide en Circulation: 0 – 40 L/min
Retour de l’acide en gravitaire vers cuve
Alim: 20 V 2kA? (à confirmer)
Refroidissement < 16 kW (serpentin téflon dans cuves)
Balayage azote des cuves et cavité pour inertage H2
Débit N2 = 6 x débit H2
Insertion chaussette autour de la cathode pour faciliter débullage
2 cuves d’acide: Possibilité d’alterner EP et BCP
Installation cloisonnée, mais à ciel ouvert (utilisation pont-roulant)
Cuves d’acide et cavité capotées dans des cloches
CARACTERISTIQUES DE L’INSTALLATION
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 5CEA DSM Irfu
N2 Dilution
Tank + cavity
Extracteur
20V, 2kA
cathodeQg
Qg
Qg
Cavity rinsingAcid filling
Over filling exhaust
Cooling water
Tank rinsing
Tank Acid1
Liquid exhausts
filters
filters
Tank Acid 2
N
Qa
NT T
T
Tair
H2 sensor
N: Level sensor
T: Temperature sensor
Qg/Qa: Acid/gaz flowmeter
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 6CEA DSM Irfu
N
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 7CEA DSM Irfu
N
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 8CEA DSM Irfu
N
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 9CEA DSM Irfu
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 10CEA DSM Irfu
MATERIAUX (en discussion)
Pompe alimentation ASTI PFA
Amenée d’acide en PFA (DN 25)
(Zone de plus forte contraintes, zone de maintenance difficile)
Retour gravitaire en PVDF (DN 32)
(Peu de contraintes, maintenance facile des vannes)
Possibilité PVC-C? (expérimenté sur EP mono-cellule)
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 11CEA DSM Irfu
EPV PID Les Vannes
RinçageCollecte
Acide 1Acide 2
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 12CEA DSM Irfu
SECURITE (non exhaustif)
Boutons arrêt d’urgence en zone chimie et à l’extérieur
Présence d’un dévésiculeur pour protéger réseau extraction / HF
Différents capteurs sur la manip:
Température cuve
Température cavité (2ème seuil → mise en drapeau)
Niveau haut cuve
Niveau haut cavité → by-pass pompe
Niveau très haut cavité: évacuation de trop plein
Détecteur H2 → Mise en drapeau (évite classification ATEX dans cloches)
Pb extracteur → Arrêt Alimentation Azote
Mise en drapeau: vidange manip + arrêt courant
Information reportée sur automate + girophare + klaxon
Capteurs « en série »
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 13CEA DSM Irfu
PARAMETRES / R&D
Cavité Tesla: Paramètre EP horizontal: 17V 10L/min
Cavité 5-Cellules SPL: Low-Voltage Electro-Polishing?
Avec ou sans filtration de l’acide
Etude Cathode (profil / zone masquées)
Répartition du potentiel
Etude thermique
Distribution du fluide
ETUDE COMSOL ENVISAGEE (Stage) Modèle 2D axi-symétrique.
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 14CEA DSM Irfu
LOW VOLTAGE ELECTRO-POLISHING (I)
Intensity and Temperature as a Function of Time, C1-21 cavity, 5.4V, Standard '1-9' Mixture
0
5
10
15
20
25
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000Time (s)
I (A
)
-2
3
8
13
18
23
I (A)
Ttank °C
Tcavity (°C)
°C
I(V) Vs Ag/AgCl 1volHF_48% - 9volH2SO4_95%
0
0,2
0,4
0,6
0,8
-3 0 3 6 9V Vs Ag/AgCl
Inte
nsi
ty (
A)
15°C18°C stirring
Goal: Test to EP in the oscillation regime at low voltage (~ 5V)
Characteristic oscillation regime at
low potential
The Process is very stable: Repetitive and Characteristic Oscillations
Why:
• Decreased power consumption
• Decreased sulfur production?
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 15CEA DSM Irfu
Does a cathodic overpotential lead to an increased sulfur generation?
→Two Niobium samples electro-polished at 5V and 20V for a similar heavy removal with 1-9-1 (HF-H2SO4-H2O) Mixture
Sample A, 20 Volts:
9.18g removed
Sample B, 5 Volts:
9.11g removed
Visible contamination for Sample A
→ We have compared impurities found in electrolytes A & B
LOW-VOLTAGE ELECTRO-POLISHING (II)
Cf THUPP070 SRF 2009
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 16CEA DSM Irfu
EXTRACTION OF IMPURITIES IN ELECTROLYTE
CHCl3
EP CHCl3
H2O
2d extraction
x2
Chloroform is evaporated
EP
CHCl3 CHCl3 CHCl3
Chloroform is mixed with EP mixture to extract sulphur
Chloroform is mixed with UPW to remove acidity
SOLID IMPURITIES
x2
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 17CEA DSM Irfu
TEST OF LOW VOLTAGE EP (5V) TO REDUCE SULFUR CONTAMINATION
SULFUR FOUND IN THE EP MIXTURE (200mL) AFTER TREATMENTS OF SAMPLES A AND B.
SULFUR EXTRACTED WITH CHLOROFORM:
Sample A (20 V) B (5V)
1st Rinse 4.5mg 2.6-2.7mg
2d Rinse 1.2-1.3mg 0.9-1.2mg
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 18CEA DSM Irfu
EXEMPLE ETUDE COMSOL (I)
Fluid velocity m s-1 steady state [HF] mol m-3 à 4000 et 2000 s
M. Bruchon
1/12/2009 - Fabien Eozénou - Ep Vertical CERN-Irfu 19CEA DSM Irfu
EXEMPLE ETUDE COMSOL (II)
Fluid velocity m s-1 steady state[HF] mol m-3 à 4000 et 2000 s
Ailettes: meilleure
distribution de l’acide
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