-40 डिग्री से परे - जब तरल नाइट्रोजन नियम बदलता है

तरल नाइट्रोजन -196 डिग्री पर उबलता है। इस तापमान पर, सामग्री -40 डिग्री की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करती है। स्टेनलेस स्टील भंगुर हो जाता है. मानक सीलें टूट गईं। नमी तुरन्त जम जाती है। -40 डिग्री ऑपरेशन पर लागू होने वाले नियम केवल शुरुआत हैं।

क्रायोजेनिक पर्यावरण

क्रायोजेनिक अनुप्रयोग कार्ट्रिज हीटरों को उनकी सीमा तक धकेल देते हैं। तरल नाइट्रोजन भंडारण, क्रायोजेनिक अनुसंधान और एयरोस्पेस परीक्षण में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को ऐसे तापमान का सामना करना होगा जो मानक हीटिंग तत्वों को नष्ट कर देगा।

जब ये हीटर चालू होते हैं तो थर्मल झटका गंभीर होता है। -196 डिग्री पर बैठे हीटर को बर्फ या गर्म नमूनों को पिघलाने के लिए +50 डिग्री या इससे अधिक तक पहुंचने की आवश्यकता हो सकती है। 250 डिग्री या उससे अधिक का यह तापमान परिवर्तन बिना किसी भौतिक विफलता के बार-बार होना चाहिए।

क्रायोजेनिक ड्यूटी के लिए सामग्री का चयन

-196 डिग्री पर, मानक स्टेनलेस स्टील 304 भंगुर हो जाता है और टूट सकता है। उच्च निकल सामग्री के साथ स्टेनलेस स्टील 316L बेहतर प्रदर्शन करता है जो अत्यधिक तापमान पर लचीलापन बनाए रखता है। इनकॉनेल 600 या 625 मिश्र धातु सबसे अधिक मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा विकल्प हैं, जो थर्मल थकान के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

प्रतिरोध तार को क्रायोजेनिक तापमान पर भी कार्य करना चाहिए। NiCr 80/20 जैसे निकल {{1}क्रोमियम मिश्र धातुओं को स्थिर विद्युत गुणों का प्रदर्शन करना चाहिए, चाहे वे -196 डिग्री से शुरू हों या अधिकतम रेटेड तापमान पर काम कर रहे हों।

इन्सुलेशन और सीलिंग

कार्ट्रिज हीटर के लिए मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन मानक है। लेकिन -196 डिग्री पर, इस इन्सुलेशन की शुद्धता और संघनन और भी महत्वपूर्ण हो जाती है। उत्पादन के दौरान फंसी कोई भी नमी जम जाती है और फैल जाती है, ढांकता हुआ विशेषताओं को नुकसान पहुंचाती है या सूक्ष्म फ्रैक्चर का कारण बनती है।

हर्मेटिक सीलिंग आवश्यक हो जाती है। क्रायोजेनिक ड्यूटी के लिए रेट किए गए सिरेमिक - से - मेटल बॉन्डिंग या विशेष एपॉक्सी यौगिक नमी के प्रवेश को रोकते हैं। वैक्यूम भरने की प्रक्रिया से उन अंतरालों को खत्म किया जाता है जहां नमी जमा हो सकती है।

क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों में विद्युत घनत्व

मानक कार्ट्रिज हीटर आमतौर पर 15 और 46 W/cm² के बीच बिजली घनत्व के साथ काम करते हैं। क्रायोजेनिक वातावरण में, आक्रामक हीट सिंक प्रभाव पर काबू पाने के लिए सावधानीपूर्वक गणना की आवश्यकता होती है। आसपास का माध्यम सक्रिय रूप से हीटर के खिलाफ काम करता है, हवा की तुलना में थर्मल ऊर्जा को तेजी से खींचता है।

कुछ क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए थर्मल लोड और इन्सुलेशन गुणों के आधार पर 60 डब्ल्यू/सेमी² या उससे अधिक वाट घनत्व की आवश्यकता होती है। हालाँकि, अत्यधिक वाट घनत्व थर्मल तनाव का कारण बनता है जो शीथ को तोड़ता है और आंतरिक घटकों को नुकसान पहुंचाता है। रूढ़िवादी विशिष्टताएँ, जो कभी-कभी अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए सामान्य से आधी होती हैं, सेवा जीवन का विस्तार करती हैं।

अनुप्रयोग जो क्रायोजेनिक प्रदर्शन की मांग करते हैं

तरल नाइट्रोजन भंडारण प्रणालियाँ नमूनों को बर्तन में जमने से रोकने के लिए नेक ट्यूब और एक्सेस पोर्ट में कार्ट्रिज हीटर का उपयोग करती हैं। इन हीटरों को बंद होने पर -196 डिग्री पर काम करना चाहिए और चालू होने पर तुरंत ठंड से ऊपर तक गर्म होना चाहिए।

क्रायोजेनिक अनुसंधान प्रयोगशालाओं को सटीक थर्मल प्रबंधन की आवश्यकता होती है जहां सफलता और विफलता के बीच का अंतर डिग्री में मापा जाता है। टीकों और जैविक नमूनों के लिए फार्मास्युटिकल कोल्ड स्टोरेज में ऐसे हीटरों की आवश्यकता होती है जो परिवहन के दौरान तापमान स्थिरता बनाए रखें।

एयरोस्पेस परीक्षण कक्ष उपकरणों को अत्यधिक तापमान चक्र में उजागर करते हैं, ऐसे हीटर की आवश्यकता होती है जो नाटकीय तापमान परिवर्तनों के माध्यम से संरचनात्मक अखंडता और हीटिंग प्रदर्शन को बनाए रखते हैं।

व्यावहारिक उपाय

क्रायोजेनिक अनुप्रयोग -40 डिग्री ऑपरेशन से मौलिक रूप से भिन्न हैं। -40 डिग्री पर काम करने वाली सामग्री, निर्माण विधियां और डिज़ाइन विचार -196 डिग्री पर विफल हो सकते हैं।

क्रायोजेनिक ड्यूटी के लिए डिज़ाइन किए गए एक सिंगल हेड कार्ट्रिज हीटर को उसके द्वारा अनुभव किए जाने वाले तापमान की पूरी श्रृंखला को ध्यान में रखना होगा। शीथ सामग्री को क्रायोजेनिक तापमान पर लचीला रहना चाहिए। इन्सुलेशन को भली भांति बंद करके सील किया जाना चाहिए। समाप्ति को हर कीमत पर नमी के प्रवेश को रोकना चाहिए।

विभिन्न क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों की अलग-अलग आवश्यकताएँ होती हैं। एक अनुसंधान प्रयोगशाला के लिए जो काम करता है वह फार्मास्युटिकल कोल्ड स्टोरेज के लिए काम नहीं कर सकता है। उचित विनिर्देशन के लिए विशिष्ट स्थितियों को समझने और उन स्थितियों के लिए डिज़ाइन किए गए हीटर का चयन करने की आवश्यकता होती है।