सामग्री मायने रखती है - क्यों शीथ मिश्र क्रायोजेनिक कार्ट्रिज हीटर के प्रदर्शन को बनाते या बिगाड़ते हैं
हीटिंग उद्योग में एक आम ग़लतफ़हमी यह है कि कार्ट्रिज हीटर एक कार्ट्रिज हीटर है। एक दूसरे जैसा दिखता है, और यदि वाट क्षमता और वोल्टेज मेल खाते हैं, तो एप्लिकेशन को काम करना चाहिए। जब ऑपरेटिंग वातावरण में तरल नाइट्रोजन या अन्य क्रायोजेनिक तरल पदार्थ शामिल होते हैं तो यह धारणा शानदार ढंग से विफल हो जाती है। कार्ट्रिज हीटर में उपयोग की जाने वाली सामग्री का विकल्प न केवल यह निर्धारित करता है कि यह कितने समय तक चलेगा, बल्कि यह भी निर्धारित करता है कि क्या यह चक्र पर पहली शक्ति तक जीवित रहेगा।
म्यान रक्षा की पहली पंक्ति है, और यह क्रायोजेनिक सेवा में थर्मल सज़ा का खामियाजा भुगतती है। मानक 304 स्टेनलेस स्टील, जो अनगिनत औद्योगिक हीटिंग अनुप्रयोगों में सराहनीय रूप से काम करता है, तरल नाइट्रोजन तापमान पर एक दायित्व बन जाता है। 304 स्टेनलेस का तन्य {{3} से - भंगुर संक्रमण तापमान शून्य से 196 डिग्री सेल्सियस से काफी ऊपर बैठता है। जब 304 शीथ वाला हीटर क्रायोजेनिक ठंड से शुरू होता है, तो तेजी से तापमान बढ़ने से थर्मल विस्तार तनाव पैदा होता है जिसे अब भंगुर सामग्री समायोजित नहीं कर सकती है। दरारें बन जाती हैं. आवरण विफल हो जाता है. हीटर हो गया.
विशिष्ट मिश्रधातुएँ सभी अंतर लाती हैं। इनकोनेल 625, एक निकल {{2}क्रोमियम -मोलिब्डेनम सुपरअलॉय, 980 डिग्री सेल्सियस तक क्रायोजेनिक तापमान से अपनी लचीलापन और ताकत बनाए रखता है। तरल नाइट्रोजन तापमान पर भी इसकी थकान शक्ति उत्कृष्ट बनी रहती है। निकल सामग्री क्लोराइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग के लिए प्रतिरोध प्रदान करती है, क्रोमियम ऑक्सीकरण प्रतिरोध जोड़ता है, और मोलिब्डेनम गड्ढे और दरार क्षरण को रोकता है। ये गुण इनकोनेल 625 को उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाते हैं जहां हीटर क्रायोजेनिक और ऊंचे तापमान के बीच बार-बार चक्र करता है।
इंकोनेल 600 एक अन्य मिश्र धातु है जिसे अक्सर क्रायोजेनिक कार्ट्रिज हीटर शीथ के लिए निर्दिष्ट किया जाता है। यह समान निम्न तापमान लचीलापन और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है, हालांकि पूरे तापमान रेंज में थोड़ा अलग प्रदर्शन विशेषताओं के साथ। इनकोनेल 600 और 625 के बीच का चुनाव आम तौर पर विशिष्ट रासायनिक वातावरण और ऑपरेशन के दौरान हीटर के अधिकतम तापमान पर निर्भर करता है।
आंतरिक इन्सुलेशन सामग्री समान ध्यान देने योग्य है। मैग्नीशियम ऑक्साइड पाउडर, उच्च घनत्व के लिए संकुचित, विद्युत इन्सुलेशन और तापीय चालकता प्रदान करता है जिस पर कार्ट्रिज हीटर भरोसा करते हैं। लेकिन सभी मैग्नीशियम ऑक्साइड समान नहीं बनाए जाते हैं। क्रायोजेनिक सेवा के लिए, शुद्धता और संघनन घनत्व महत्वपूर्ण कारक बन जाते हैं। 3.2 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर से अधिक घनत्व प्राप्त करने वाली उच्च घनत्व संघनन तकनीक अत्यधिक तापमान सीमाओं में संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं। कम संघनन घनत्व रिक्त स्थान छोड़ता है जो नमी को फँसा सकता है, जो क्रायोजेनिक तापमान पर जम जाता है और फैलता है, जिससे भीतर से इन्सुलेशन टूट जाता है।
मैग्नीशियम ऑक्साइड का प्रकार भी मायने रखता है। अलग-अलग तापमान रेंज के लिए अलग-अलग ग्रेड तैयार किए जाते हैं। निम्न{2}}तापमान वाले मैग्नीशियम ऑक्साइड, मध्य-तापमान ग्रेड, और उच्च-तापमान वाले फॉर्मूलेशन में प्रत्येक का अपना स्थान होता है। क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए जिसमें व्यापक तापमान में उतार-चढ़ाव देखने को मिलेगा, इन्सुलेशन को संपूर्ण ऑपरेटिंग रेंज में अपनी ढांकता हुआ ताकत और तापीय चालकता बनाए रखनी होगी। मानक मैग्नीशियम ऑक्साइड जो कमरे के तापमान पर पूरी तरह से काम करता है, क्रायोजेनिक तापमान पर सूक्ष्म क्रिस्टलीय परिवर्तनों से गुजर सकता है जो इसके इन्सुलेट गुणों से समझौता करता है।
सीलिंग तकनीक एक अन्य क्षेत्र है जहां सामग्री विकल्पों का अत्यधिक महत्व है। साधारण सील वाले मानक हीटर धीरे-धीरे नमी के प्रवेश की अनुमति देते हैं जो क्रायोजेनिक सेवा में अप्रत्याशित विफलता का कारण बनता है। आंतरिक नमी प्राप्त करने वालों के साथ मिलकर कांच से {{3}धातु या सिरेमिक निर्माणों का उपयोग करके भली भांति बंद सीलिंग, विश्वसनीयता के लिए आवश्यक शुष्क आंतरिक वातावरण को बनाए रखती है। कुछ प्रीमियम निर्माता क्रायोजेनिक ड्यूटी के लिए विशेष रूप से तैयार किए गए सिरेमिक - से - धातु कनेक्शन या विशेष एपॉक्सी यौगिकों का उपयोग करते हैं।
प्रतिरोध तार का चयन क्रायोजेनिक ऑपरेशन को ध्यान में रखकर ही किया जाना चाहिए। जबकि निकेल -क्रोमियम 80/20 उद्योग मानक है, कम तापमान पर इसका प्रतिरोध काफी कम हो जाता है। इसका मतलब यह है कि हीटर अधिक करंट खींचेगा और कमरे के तापमान की तुलना में कोल्ड स्टार्ट पर अधिक बिजली पैदा करेगा। इन क्षणिक अधिभार को बिना ज़्यादा गरम किए या खराब किए संभालने के लिए तार का आकार और रेटिंग होनी चाहिए। कुछ विशेष डिज़ाइन विभिन्न प्रतिरोध मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं जिनमें क्रायोजेनिक रेंज में अधिक स्थिर तापमान गुणांक होते हैं।
फार्मास्युटिकल और एयरोस्पेस विनिर्माण क्षेत्रों में क्षेत्रीय टिप्पणियों के आधार पर, क्रायोजेनिक कार्ट्रिज हीटरों में विफलताएं आम तौर पर मूलभूत गलतफहमी से उत्पन्न होती हैं कि कैसे अत्यधिक ठंड भौतिक गुणों को बदल देती है। एक कार्ट्रिज हीटर जो कमरे के तापमान पर पूरी तरह से काम करता है, शून्य से 180 डिग्री नीचे तापमान पर कुछ ही दिनों में विनाशकारी रूप से विफल हो सकता है, साथ ही बिजली लगाने पर शीथ दरारें लगभग तुरंत दिखाई देने लगती हैं। समाधान उन सामग्रियों को निर्दिष्ट करना है जो हीटर द्वारा अनुभव की जाने वाली पूर्ण तापमान सीमा के लिए सिद्ध हैं, न कि केवल स्थिर ऑपरेटिंग तापमान के लिए। इसका मतलब है कि सबसे कम तापमान पर मिश्र धातु की लचीलापन, थर्मल चक्र में इन्सुलेशन की स्थिरता, नमी को बाहर करने की सील की क्षमता, और ठंड की शुरुआत की स्थिति में प्रतिरोध तार के व्यवहार पर विचार करना।
