क्रायोजेनिक कार्ट्रिज हीटर के पीछे सामग्री विज्ञान

जब कार्ट्रिज हीटर -80 डिग्री पर विफल हो जाता है, तो इसका कारण बाहर से शायद ही स्पष्ट होता है। म्यान अक्षुण्ण दिख सकता है. वायरिंग में आवाज़ आ सकती है. फिर भी आंतरिक रूप से, हीटर को कमरे के तापमान पर क्रियाशील बनाने वाले भौतिक गुणों ने इसे पूरी तरह से धोखा दे दिया है।

मूलभूत चुनौती तापीय संकुचन है। कमरे के तापमान से तरल नाइट्रोजन तापमान तक, स्टेनलेस स्टील्स लगभग 0.3% सिकुड़ते हैं। इनकोनेल मिश्र धातु लगभग 0.2% सिकुड़ती है। म्यान, इन्सुलेशन और प्रतिरोध तार के बीच संकुचन दर में यह अंतर आंतरिक दबाव बनाता है जिसे मानक निर्माण संभाल नहीं सकते हैं। परिणाम: इन्सुलेशन में सूक्ष्म फ्रैक्चर, इंटरफेस पर अंतराल, और अंततः, विद्युत विफलता।

उच्च {{0}घनत्व मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन किसी भी क्रायोजेनिक {{1}रेटेड सिंगल हेड इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब की रीढ़ है। यह प्रतिरोध तार कुंडल से धातु आवरण तक विद्युत अलगाव और तापीय चालकता दोनों प्रदान करता है। जब बहुत कम तापमान पर उपयोग किया जाता है, तो इस इन्सुलेशन सामग्री की शुद्धता और संघनन और भी महत्वपूर्ण हो जाती है। उत्पादन के दौरान फंसी कोई भी नमी जम सकती है और फैल सकती है, ढांकता हुआ विशेषताओं को नुकसान पहुंचा सकती है या म्यान में सूक्ष्म फ्रैक्चर का कारण बन सकती है। प्रीमियम निर्माता स्वैज्ड निर्माण विधियों का उपयोग करते हैं जो मैग्नीशियम ऑक्साइड पाउडर को उसके अधिकतम घनत्व तक संपीड़ित करते हैं, जिससे किसी भी रिक्त स्थान को समाप्त किया जा सकता है जहां संक्षेपण एकत्र हो सकता है।

म्यान सामग्री का चयन एक संतुलनकारी कार्य प्रस्तुत करता है। विकल्पों में शामिल हैं:

304 स्टेनलेस स्टीलअधिकांश सामान्य अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और लागत-प्रभावशीलता प्रदान करता है। हालाँकि, क्रायोजेनिक तापमान पर यह भंगुर हो जाता है।

316L स्टेनलेस स्टील- क्लोराइड और औद्योगिक रसायनों के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है, जो इसे समुद्री या रासायनिक प्रसंस्करण वातावरण के लिए बेहतर बनाता है। यह अत्यधिक तापमान पर बेहतर यांत्रिक गुण बनाए रखता है।

इनकोनल 600 और 800 श्रृंखला- सबसे अधिक मांग वाले क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए स्वर्ण मानक का प्रतिनिधित्व करता है। ये निकेल{{2}लोहा-क्रोमियम मिश्र धातु अत्यधिक तापमान उतार-चढ़ाव के बावजूद यांत्रिक गुणों को बनाए रखते हैं जो कम सामग्री को तोड़ते हैं। वे थर्मल साइक्लिंग और कठोर परिस्थितियों को विश्वसनीय रूप से संभालते हैं, हालांकि उनकी लागत अधिक होती है।

प्रतिरोध तार, आम तौर पर NiCr 80/20 जैसे निकल {{0}क्रोमियम मिश्र धातु, को संपूर्ण ऑपरेटिंग तापमान रेंज में स्थिर विद्युत गुणों का प्रदर्शन करना चाहिए। चाहे तार क्रायोजेनिक स्थितियों से शुरू हो रहा हो या अपने उच्चतम रेटेड तापमान पर काम कर रहा हो, प्रतिरोध मान सुसंगत रहना चाहिए।

विद्युत समाप्ति ठंडे वातावरण में एक और महत्वपूर्ण विफलता बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है। मानक लीड तार पीवीसी इन्सुलेशन का उपयोग करते हैं जो भंगुर हो जाता है और 20 डिग्री पर टूट जाता है। गुणवत्ता वाले ठंडे {{4}मौसम कार्ट्रिज हीटर फाइबरग्लास {{8}सिलिकॉन मिश्रित इन्सुलेशन निर्दिष्ट करते हैं, जो -60 डिग्री पर लचीले रहते हुए 250 डिग्री पर निरंतर संचालन के लिए रेटेड होते हैं। लीड वायर से हीटर बॉडी में संक्रमण मानक एपॉक्सीज़ के बजाय थर्मल साइक्लिंग के लिए तैयार किए गए पॉटिंग यौगिकों का उपयोग करता है जो जमे हुए होने पर डी-बॉन्ड करते हैं।

फार्मास्युटिकल और एयरोस्पेस विनिर्माण क्षेत्रों में क्षेत्रीय टिप्पणियों के अनुसार, क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों में विफलताएं आम तौर पर मूलभूत गलतफहमी से उत्पन्न होती हैं कि कैसे अत्यधिक ठंड भौतिक गुणों और थर्मल गतिशीलता को बदल देती है। थर्मल साइकलिंग लचीली कॉइल सपोर्ट, अनुपालन इन्सुलेशन पैकिंग और डिज़ाइन की गई मंजूरी सहित विशेष आंतरिक संरचनाओं की अखंडता को प्रभावित नहीं करती है। ये सुविधाएँ मानक औद्योगिक हीटरों में अनुपस्थित हैं।

-80 डिग्री सेवा के लिए इच्छित कार्ट्रिज हीटर के लिए सामग्री का चुनाव केवल सबसे महंगा विकल्प चुनने के बारे में नहीं है। यह अनुप्रयोग की विशिष्ट थर्मल मांगों के लिए भौतिक गुणों के मिलान के बारे में है। एक प्रयोगशाला फ्रीज ड्रायर की आवश्यकताएं फार्मास्युटिकल कोल्ड स्टोरेज सुविधा से भिन्न होती हैं, और ये एयरोस्पेस परीक्षण उपकरण से भी भिन्न होती हैं। इन अंतरों को समझना एक हीटर को निर्दिष्ट करने के लिए आवश्यक है जो अपने इच्छित सेवा जीवन के दौरान विश्वसनीय रूप से कार्य करेगा।