Virš -40 laipsnių – kai skystas azotas pakeičia taisykles
Skystas azotas užverda -196 laipsnių temperatūroje. Esant tokiai temperatūrai, medžiagos elgiasi kitaip nei esant -40 laipsnių. Nerūdijantis plienas tampa trapus. Standartiniai sandarikliai sugenda. Drėgmė akimirksniu užšąla. Taisyklės, taikomos dirbant -40 laipsnių, yra tik pradžia.
Kriogeninė aplinka
Kriogeninės programos padidina kasetinių šildytuvų ribas. Įranga, naudojama skysto azoto saugojimui, kriogeniniams tyrimams ir kosmoso bandymams, turi atlaikyti temperatūrą, kuri sunaikintų standartinius kaitinimo elementus.
Šilumos šokas, kai šie šildytuvai įsijungia, yra stiprus. Šildytuvui, kurio temperatūra –196 laipsniai, gali reikėti pasiekti +50 laipsnį arba aukštesnį, kad ištirptų ledas arba sušildytų mėginius. Šis 250 laipsnių ar daugiau temperatūros svyravimas turi kartotis be materialinių gedimų.
Medžiagos parinkimas kriogeniniam darbui
Esant -196 laipsnių, standartinis nerūdijantis plienas 304 tampa trapus ir gali įtrūkti. Nerūdijantis plienas 316L veikia geriau, jame yra daugiau nikelio, kuris išlaiko lankstumą esant ekstremalioms temperatūroms. Inconel 600 arba 625 lydiniai yra tinkamiausias pasirinkimas reikliausioms reikmėms, pasižymintys puikiu atsparumu šiluminiam nuovargiui.
Atsparumo laidas taip pat turi veikti esant kriogeninei temperatūrai. Nikelio -chromo lydiniai, tokie kaip NiCr 80/20, turi turėti stabilias elektrines savybes, pradedant nuo -196 laipsnių, arba veikiant esant maksimaliai vardinei temperatūrai.
Izoliacija ir sandarinimas
Magnio oksido izoliacija yra standartinė kasetiniams šildytuvams. Tačiau esant -196 laipsniams, šios izoliacijos grynumas ir tankumas tampa dar svarbesni. Bet kokia gamybos metu susikaupusi drėgmė užšąla ir plečiasi, pažeisdama dielektrines charakteristikas arba sukeldama mikrolūžius.
Hermetiškas sandarinimas tampa būtinas. Keramikos -su -metalų sujungimas arba specializuoti epoksidiniai junginiai, skirti kriogeniniam veikimui, apsaugo nuo drėgmės patekimo. Vakuuminis-užpildymas pašalina tarpus, kur gali kauptis drėgmė.
Galios tankis kriogeniniuose įrenginiuose
Standartiniai kasetiniai šildytuvai paprastai veikia, kai galios tankis yra nuo 15 iki 46 W/cm². Kriogeninėje aplinkoje reikia atlikti kruopščius skaičiavimus, kad būtų galima įveikti agresyvų šilumos šalinimo efektą. Aplinkinė terpė aktyviai veikia prieš šildytuvą, ištraukdama šiluminę energiją greičiau nei oras.
Kai kurioms kriogeninėms reikmėms reikalingas vatų tankis, artėjantis prie 60 W/cm² ar daugiau, atsižvelgiant į šiluminę apkrovą ir izoliacijos savybes. Tačiau per didelis vatų tankis sukelia šilumines įtampas, kurios sulaužo apvalkalus ir pažeidžia vidinius komponentus. Konservatyvios specifikacijos, kartais perpus mažesnės nei įprasta daugeliui programų, prailgina tarnavimo laiką.
Programos, kurioms reikalingas kriogeninis veikimas
Skysto azoto saugojimo sistemose naudojami kasetiniai šildytuvai kakliukuose ir prieigos angose, kad mėginiai neužšaltų inde. Šie šildytuvai turi veikti esant -196 laipsniams, kai jie išjungti, ir greitai įkaisti iki viršijančio nulio, kai įjungti.
Kriogeninių tyrimų laboratorijoms reikalingas tikslus šilumos valdymas, kai skirtumas tarp sėkmės ir nesėkmės matuojamas laipsniais. Vakcinų ir biologinių mėginių farmaciniam šalčiui reikia šildytuvų, kurie transportavimo metu palaiko temperatūros stabilumą.
Orlaivių ir erdvės bandymų kamerose įranga patiria ekstremalių temperatūrų ciklą, todėl reikia šildytuvų, kurie išlaikytų konstrukcijos vientisumą ir šildymo efektyvumą dėl didelių temperatūros pokyčių.
Praktiniai išsinešti
Kriogeninės programos iš esmės skiriasi nuo -40 laipsnių veikimo. Medžiagos, konstrukcijos metodai ir projektavimo sumetimai, kurie veikia esant -40 laipsnių, gali nepavykti esant -196 laipsnių.
Vienos-galvos kasetės šildytuvas, skirtas kriogeniniam darbui, turi atitikti visą temperatūros diapazoną, kurį jis patirs. Apvalkalo medžiaga turi išlikti elastinga kriogeninėje temperatūroje. Izoliacija turi būti hermetiškai uždaryta. Nutraukimas turi bet kokia kaina užkirsti kelią drėgmės patekimui.
Skirtingoms kriogeninėms reikmėms taikomi skirtingi reikalavimai. Tai, kas tinka tyrimų laboratorijai, gali netikti farmacijos šaldymo sandėliavimui. Tinkamai specifikacijai reikia suprasti konkrečias sąlygas ir pasirinkti tokioms sąlygoms pritaikytą šildytuvą.
