مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین

اطلاعات مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین

نمایش تمام سازندگان مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین

مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین برای نگهداری یا نگهداری مواد در دماهای بسیار سرد (برودتی) استفاده می شوند. اغلب تامین کنندگان کرایواستات ها را به عنوان ظروف طراحی شده برای کنترل و حفظ دمای پایین با ترکیب سیستم های تبرید تشخیص می دهند. دوارها صرفاً وسایل ذخیره سازی سرد در نظر گرفته می شوند. با این حال، این دو اصطلاح گاهی اوقات به جای یکدیگر استفاده می شوند و می توانند شامل انواع مخازن ذخیره با عایق حرارتی بالا باشند. این دستگاه ها برای ذخیره جامدات یا مایعات برودتی و حفظ دمای مواد (گرم یا سرد) مهم هستند.

ظرفیت حرارتی (C) رابطه بین تغییر دما (dT) و تغییر انرژی داخلی (dU) برای یک ماده معین را با معادله زیر تعریف می کند.

ظرفیت گرمایی یک ماده در بیشتر دماها تقریباً ثابت است. با این حال، در دماهای برودتی، ظرفیت گرمایی یک ماده با نزدیک شدن به صفر مطلق (0 کلوین) به سرعت کاهش می یابد. این اصل باعث سهولت خنک شدن در دوارها و کرایواستات ها در دماهای پایین می شود، اما همچنین به این معنی است که نشت گرمای کوچک می تواند باعث تغییرات دمایی بزرگ در این مخازن شود.

طراحی مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین: کاهش انتقال حرارت

مخازن Cryostat و Dewar برای کاهش شدید انتقال حرارت بین داخل ظرف و محیط طراحی شده اند. انتقال حرارت می تواند به سه شکل انجام شود: هدایت، همرفت و تابش.

رسانایی انتقال حرارت از طریق تماس فیزیکی بین دو سطح است. این در دوارها و کرایواستات ها با استفاده از یک جداره دوتایی برای جدا کردن تماس فیزیکی بین داخل و خارج ظرف کاهش می یابد.

همرفت انتقال حرارت از طریق حرکت سیالات (گازها یا مایعات) است. این در دوارها و کرایواستات ها با تخلیه فضای بین دو جداره کاهش می یابد. این یک خلاء ایجاد می کند که در آن مولکول های هوای کمی برای انتقال گرما بین لایه ها وجود دارد.

تابش عبارت است از انتقال حرارت از امواج الکترومغناطیسی که از یک جسم به دلیل دمای آن ساطع می شود. این در دوارها و کرایواستات ها با پوشاندن دیواره های فلاسک با یک لایه نازک از مواد بازتابنده مانند نقره کاهش می یابد. هر چه ماده بازتابش بیشتری داشته باشد، تابش حرارتی کمتری جذب خواهد کرد.

علاوه بر این، رویه ها با یک چوب نمونه، رویه پیچ یا چوب پنبه بسته به کاربرد طراحی مهر و موم می شوند. مخازن با سیستم خنک کننده معمولاً از یک حمام مایع برودتی مانند هلیوم مایع برای خنک کردن مداوم مواد و حفظ دمای پایین استفاده می کنند.

انتخاب مخازن نگهداری دماهای بسیار پایین

هنگام انتخاب کرایواستات ها و دیوارها باید تعدادی از عوامل را در نظر گرفت، از جمله نوع تبرید گنجانده شده در طراحی، مشخصات عملکرد و پارامترهای فیزیکی.

انواع سیستم های خنک کننده

چهار نوع اصلی از سیستم های خنک کننده وجود دارد که کرایواستات ها و دیوارها می توانند شامل شوند: چرخه بسته، جریان پیوسته، حمام و چند مرحله ای.

محصولات چرخه بسته بخار برودتی را از طریق یک محفظه پمپ می کنند. آنها از یک یخچال مکانیکی استفاده می کنند که مقدار نسبتاً قابل توجهی انرژی مصرف می کند، اما نیازی به پر کردن مجدد با بخار ندارند - و آنها را برای کاربردهای مداوم مناسب می کند.

کرایواستات های جریان پیوسته نیز توسط هلیوم مایع خنک می شوند که به طور مداوم توسط یک جریان ثابت مایع برودتی دوباره پر می شود. آنها نیازی به برق ندارند اما در هنگام کار مقادیر زیادی مایع مصرف می کنند.

کرایواستات های حمام شبیه فلاسک های خلاء هستند، اما پر از هلیوم مایع هستند که می جوشد. بخار هلیوم جوشانده شده به طور موثر سپر حرارتی اطراف حمام را خنک می کند.

کرایواستات های چند مرحله ای دارای یک صفحه سرد همراه با مراحل خنک کننده اضافی برای دستیابی به دمای کمتر از هلیوم مایع هستند.

مشخصات عملکرد

Dewars و cryostats را می توان بر اساس محدوده دمایی آنها رتبه بندی کرد . این محدوده دمایی را مشخص می کند که کشتی برای حفظ موثر آن طراحی شده است.

سایر مشخصات ممکن است به نوع سیستم بستگی داشته باشد. برای طرح های خلاء بدون مکانیزم خنک کننده اضافی، عملکرد به شرح زیر است:

• از دست دادن مواد - مقدار ماده مایع برودتی تبخیر شده از ظرف که معمولاً بر حسب لیتر در روز (L/day) اندازه گیری می شود.

• زمان نگهداری ایستا - ظرف زمان می تواند یک مایع برودتی را قبل از نیاز به تخلیه مقداری از مواد تبخیر شده، که بر حسب روز اندازه گیری می شود، نگه دارد.

برای طرح هایی با مکانیزم های اضافی سرمایش یا گرمایش، عملکرد به شرح زیر است:

• توان خنک کننده - توان مورد نیاز برای گرم کردن یا خنک کردن ظرف با افزایش دمای معین، به وات بر کلوین (W/K) ساده شده است.

• مصرف برق - مقدار توان مصرفی کمپرسورهای سیستم و سایر تجهیزات که بر حسب کیلووات (کیلووات) اندازه گیری می شود.

• پایداری دما - مقدار نوسان دما (K, °F) در طول عملیات سرمایش یا گرمایش.

پارامترهای فیزیکی

Dewars و cryostats را می توان بر اساس مشخصات فیزیکی آنها تعریف کرد. این موارد عبارتند از:

• ظرفیت - مقدار موادی که کشتی می تواند ذخیره کند.

• قطر داخلی گردن (ID) - قطر داخلی گردن یا دهانه رگ.

• ارتفاع - ابعاد ارتفاع کشتی.

برنامه های کاربردی

برخی از کاربردهای خاص کریواستات ها و دیوارها شامل کاربردهایی مانند مجموعه های آشکارساز مادون قرمز، سیستم های تصویربرداری حرارتی و ابزار دقیق نوری است. در دستگاه های MRI، کرایواستات ها ابررسانایی آهنربا را حفظ می کنند. در بافت شناسی، از آنها برای برش یا برش بافت در شرایط برودتی استفاده می شود.

منبع

globalspec.com