FAQ кулер Cryog; Пікнік CryoTel

cryotel

Коротка відповідь:
Кріогенний охолоджувач Стірлінга використовує цикл Стірлінга для перетворення електрики в переміщення тепла від холодного кінця до тепловідводу. Електроенергія перетворюється через лінійний двигун у рух поршня, що за динамікою системи призводить до руху поршня, це цикл Стірлінга між поршнем і водолазом.

Цикл Стерлінга відбувається 60 разів/секунду. Тому холодний кінець CryoTel® опуститься до 40K (-233 ° C або -387 ° F) без навантаження.

Довга відповідь:
Зверніться до книг з термодинаміки або Інтернету, щоб отримати інформацію про цикл Стірлінга та інші методи охолодження, такі як ефект Джоуля-Томпсона, цикл Гіффорда-МакМахона, розріджувальні холодильники.

Підйом - це здатність кріогенного охолоджувача відводити тепло від холодного кінця і одночасно підтримувати вказану температуру. Наприклад, рекламований ліфт для CryoTel® CT @ 77K становить 11 Вт. Це означає, що якби споживач мав навантаження 11 Вт, чиллер все одно міг підтримувати температуру 77 К на холодному кінці та на навантаженні.

Ось номінальна потужність, оголошена для КТ:

На цій кривій є кілька моментів, важливих для додатків. У нижньому правому куті - легенда про зниження температури. Це температура в тепловідвіднику на кріогенному охолоджувачі. Тепло з холодного кінця виділяється через тепловідвід. Клієнти можуть вибрати вентиляційні ребра, водяну сорочку або провідну тепловідвідну систему для відведення цього тепла.

Температура холодного кінця (у Кельвінах) вимірюється вздовж нижньої осі X. Підйом у ватах вимірюється вздовж осі Y. Інженер перевірить, чи потрібна вам температура в холодному кінці, а потім перевірить криву температури нагнітання, щоб знайти підйом охолоджувача. Тоді він дізнається, скільки ват теплового навантаження може витримати кріогенний охолоджувач, зберігаючи бажану температуру в холодному кінці. Товщина лінії представляє виробничі мінливості в кріогенних характеристиках охолодження.

Тепло з холодного кінця виділяється через тепловідвід. Клієнти можуть вибрати вентиляційні ребра, водяну сорочку або провідну тепловідвідну систему для відведення цього тепла. При використанні вентиляційних ребер температура нагнітання буде вищою, ніж температура навколишнього середовища. Для приміщення з температурою навколишнього середовища 28 ° C тепловідвідник з вентиляційними ребрами становить приблизно 35 ° C. Якщо клієнт використовує водяну сорочку, тепловідвід трохи тепліший (2-5 ° C), ніж температура води. Чим нижча температура нагнітання, тим кращі характеристики кріогенного охолоджувача. Найнижча температура нагнітання, яку клієнт може використовувати для CryoTel, становить приблизно 10 ° C. Можливі більш низькі температури, але найкраще зв’язатись із Sunpower за технічною допомогою, оскільки для оптимізації роботи може знадобитися внести деякі модифікації в охолоджувач.

Цілісний кріогенний охолоджувач складається з компресора (або генератора хвиль тиску) та поршня (або охолоджуючої головки) у отворі концентричного циліндра. Ось приклад інтегрального кріогенного охолоджувача:

Окремий охолоджувач має окрему охолоджувальну головку, підключену до компресора або генератора хвиль тиску передавальною трубкою. Ось приклад охолоджувача з окремими елементами:

Кріогенний контролер охолоджувача має два режими роботи: режим контролю температури та режим контролю потужності. У режимі контролю температури користувач вводить температуру, яку він хоче мати в охолоджувальній головці, і саме контролер буде працювати, щоб підтримувати цю температуру. У режимі управління потужністю користувач вводить бажаний рівень потужності кріогенного охолоджувача, а контролер підтримуватиме цей рівень. Кріогенний охолоджувач використовує платиновий датчик температури опору (додається до покупки), щоб забезпечити точне управління. Термометр слід розміщувати на холодному кінці охолоджувача (або дуже близько до нього).

Це залежить від вашого використання. Загалом, клієнтам потрібно охолоджувати кріогенний охолоджувач або за допомогою водяної сорочки, або за допомогою вентиляційних ребер. Обидва додатково доступні у фіксованій або знімній конфігурації. Деякі клієнти захочуть розробити власну систему охолодження для пристрою, але ця опція призначена для досвідчених користувачів, які вже мають досвід термодинаміки. Рівень охолодження, необхідний для кріогенного охолоджувача, відповідає вхідній потужності охолоджувача.

Більшості замовників також знадобиться вакуумний фланець, щоб прикріпити кріогенний охолоджувач до свого девара або кріостата. Для отримання додаткової інформації про різні варіанти CryoTel® натисніть тут.

Тривалість життя кріогенного охолоджувача становить 5 років, що є рекомендованою тривалістю життя, хоча середній час роботи становить 200000 годин, або близько 23 років. Для отримання додаткової інформації про поточний час безвідмовної роботи див. Розділ 19.

Кріогенні компоненти охолоджувача укладені у зварний футляр, що не має доступу до них. Кріогенний охолоджувач не потребує технічного обслуговування. Ми рекомендуємо зберігати вентиляційні ребра без перешкод, лише якщо у вашому пристрої є такі.

Для моделей MT і CT потрібна вхідна потужність 24 В постійного струму. GT вимагає вхідної потужності 48 В постійного струму.

Так, кріогенний охолоджувач використовує газові підшипники, які дозволяють безконтактно працювати. Газові підшипники мають мінімальний рівень потужності, необхідний для забезпечення достатнього тиску та підтримки безконтактної роботи. Цей мінімальний рівень потужності залежить від температури холодного кінця; контролер завжди стежить за датчиком температури, щоб підтримувати мінімальну потужність. Мінімальна вхідна потужність контролера така:

  • GT - 70 Вт
  • КТ - 60 Вт
  • MT - 30 Вт

Газовий підшипник - це безконтактна система, в якій шар газу діє як мастило, що розділяє дві поверхні, що перебувають у відносному русі. Газовий підшипник працює так само, як аерохокейний стіл, де шайба "встановлена" на аркуші повітря. Деякі високоточні вимірювальні прилади, такі як координатно-вимірювальні машини, використовують газовий підшипник, щоб підтримувати найвищий рівень точності та точності.

Щоб уникнути його пошкодження, не робіть нічого з наступного:

  • Візьміть кулер за холодний палець
  • Встановіть кулер на холодний кінець.
  • Залиште холодний палець незахищеним. Найменший удар може привести пристрій у непридатність.
  • Свердліть отвори або намагайтеся іншим чином модифікувати напірний бак.
  • Експлуатуйте пристрій без належного охолодження. Тепло потрібно відводити із зони відводу тепла міді. Якщо охолоджувач оснащений зовнішніми вентиляційними ребрами, ребра повинні рухати повітря, а прохід не повинен бути перекритий.
  • Проткніть або пошкодіть мідну службову трубку.
  • Піддавання електричних втулок механічним впливам; напр .: осьовий або радіальний рух, осьові навантаження, удари або інші.
  • Встановіть охолоджувач, підвісивши його до кріплення амортизатора.
  • Притисніть затискний тиск до напірного бака.
  • Зніміть захисну кришку з холодного зварного шва на кінці мідної службової трубки. Залиште кришку незахищеною.
  • Контролюйте потужність кулера, граючи з дротами живлення між контролером та кріогенним кулером.

Існує ряд кроків, які можна зробити, щоб зменшити вібрацію охолоджувача.

  • Ізолюйте кріогенний охолоджувач за допомогою антивібраційних прокладок.
  • Ізолюйте холодний кінець вантажу за допомогою мідної оплетки.
  • Налаштуйте пасивний демпфер in situ. Щоб отримати додаткову інформацію, зв’яжіться з Sunpower.
  • Використовуйте двочастотний пасивний балансир, призначений для зменшення гармоніки на 120 Гц.

Цикл Карно для охолодження - це теоретичний термодинамічний цикл, призначений для представлення найбільш ефективного циклу для створення різниці температур, виконуючи заданий обсяг роботи.

У 1823 році Ніколас Леонард Саді Карно запропонував теорему Карно. У ній зазначається, що жоден двигун, що працює між двома резервуарами тепла, не може бути більш ефективним, ніж двигун, що працює за циклом Карно між цими самими двома резервуарами.

Для кріогенного охолоджувача двома резервуарами тепла є холодний кінець і тепловідвідник. Ефективність циклу Карно:

Qcold - енергія холодного бака, Qhot - енергія гарячого бака, а W - робота, виконана в системі. Енергія резервуара пропорційна температурі, тому ми можемо перетворити Q в T, але спочатку нам потрібно перевести всі одиниці в кельвінів.

Оскільки жоден охолоджувач не може бути більш ефективним, ніж кріогенний чилер, використовуючи цикл Карно, ефективність охолоджувача подається як відсоток від ефективності Карно. Рівняння для визначення% ефективності Карно для кріогенного охолоджувача є:

Таким чином, загальне рівняння для% ефективності Карно має вигляд:

Для визначення% ефективності Карно для CryoTel CT потрібна лише крива продуктивності, наведена раніше. Thot = 35 ° C (35 + 273 = 308K), Tcold = 77K. Пінпут = 160 Вт для CryoTel CT, а підйом = 10 Вт.

Щоб зрозуміти, що таке середній час до відмови, давайте спочатку розглянемо інше поняття: середній час між відмовами. Середній час між відмовами - це проміжок часу між двома відмовами, властивий працюючій системі в моделі, яка, як правило, передбачає негайне відновлення несправної системи. Це на додаток до середньої тривалості роботи, яка вимірює середній час безвідмовної роботи до відмови в моделі, яка зазвичай передбачає, що несправна система не може бути відремонтована або не може бути відремонтована. Через характер процесу виготовлення та складання кріогенних охолоджувачів, їх неможливо відремонтувати після властивої відмови системи, тому середній час безвідмовної роботи є стандартним терміном, що вказує на надійність.

Статистичне пояснення ймовірності виходу з ладу кріогенного охолоджувача представлено кривою у формі ванни, показаною нижче:

Оскільки кріогенний охолоджувач є точним механізмом, який спирається на компоненти порядку одного мікрона (0,000001 м), це явище, відоме як "дитяча смертність". Це те, що відбувається, коли частина кріогенної системи охолодження не знаходиться в межах допуску, що неминуче призводить до виходу системи з ладу. Кріогенні охолоджувачі SunPower проходять період обкатки, коли охолоджувач працює безперервно протягом певного періоду, щоб контролювати рівень дитячої смертності та виводити ці охолоджувачі з виробничої лінії. Sunpower накопичив достатній досвід у виробництві таких видів продукції і зміг усунути всі причини цієї "дитячої смертності", і ми більше не бачимо таких невдач. Однак ми все ще піддаємо кріогенні охолоджувачі періоду пробою в рамках нашої політики забезпечення якості та процесів тестування.

Отже, середній час безвідмовної роботи - це період, після якого відбудеться загальний вихід з ладу холодильної установки, і все виробництво буде йти за "шляхом відмови". На сьогоднішній день невідомо, коли відбувається загальний збій кріогенного охолоджувача CryoTel. Середній час належної роботи, зазначений для продуктів CryoTel, становить понад 200 000 годин (понад 23 роки). Ці часові рамки були розраховані незалежним органом, який використовує статистичні методи, які виходять за рамки цього навчання, на основі даних, отриманих із заяв клієнтів та внутрішніх тестів.

Контролер 2-го покоління видає більше синусоїдального сигналу в чилер, ніж контролер 1-го покоління. Тому система менш шумна, і для деяких застосувань рівень вібрацій нижчий.

Контролер 2-го покоління також має додаткові функції, такі як:

  • Дистанційне ввімкнення/вимкнення: користувач може вставити перемикач, який вмикає або вимикає кріогенний охолоджувач. Клієнт може вставити термостат, щоб вимкнути кріогенний охолоджувач, якщо охолоджувальний механізм виходить з ладу і запобігти його пошкодженню, або він також може використовувати окремий контур управління, щоб визначити, коли кріогенний охолоджувач слід вмикати або вимикати. Відповідно до його потреб.
  • Обмеження максимальної потужності: користувач може обмежити максимальну потужність кріогенного охолоджувача.
  • Потужність хв: Користувач може встановити мінімальну потужність чиллера. Зверніть увагу, що мінімальні вимоги до потужності газових підшипників замінюють мінімальні значення потужності, встановлені користувачем.
  • Модифікація констант контуру контролю температури: досвідчений користувач може змінювати константи контуру регулювання температури, щоб краще відповідати динаміці своєї системи.
  • Блокування паролем: Користувач може вимагати використання пароля для зміни налаштувань контролера.