Hva er en Cryocooler?

August 28  by Eliza

En cryocooler er en enhet som brukes til å kjøle miljøet og noe inni den ekstremt kalde temperaturer. Typisk brukt i vitenskapelige og tekniske applikasjoner, er det designet for å oppnå temperaturer godt under de som nås med vanlige apparater. Det er ingen offisielt definert temperaturkrav for det som er ansett som en cryocooler. En enhet som kan kjøle til ca -238 grader Fahrenheit (eller ca -150 grader Celsius) eller kaldere, derimot, er vanligvis referert til som en cryocooler.

Mens det er flere typer av cryocoolers, mest operere på annen variant av en vanlig prosess. Gass blir typisk sirkulert gjennom en lukket syklus til å absorbere varme fra det indre av enheten og overføre den til det ytre miljø. Denne gass kan være hydrogen, helium eller en annen gass eller blanding av gasser. Evnen av anordningen for å kjøle den indre miljø, avhenger i stor grad av de termodynamiske egenskapene til gassen som sirkulerer gjennom systemet.

Kjølesykluser i disse enhetene vanligvis begynne med gassen blir komprimert i en kompressor. Ettersom den komprimerte gassen passerer gjennom en varmeveksler, absorberer den varme fra innsiden av cryocooler for derved å kjøle noe inne i den. Når denne gassen absorberer varme ved konstant volum i varmeveksleren, dets trykk øker. Den ekspanderer i volum, og dens trykk reduseres i den neste del av syklusen. Til slutt går den tilbake til kompressoren, som fullfører en lukket sløyfe gjennom syklusen, og begynner å sirkulere gjennom syklusen igjen.

En cryocooler kan noen ganger feilaktig bli referert til som en kryostat. Det er en liten, men tydelig forskjell, men mellom de to. En kryostat blir brukt til å opprettholde kryogene temperaturer allerede på plass, vanligvis passivt for eksempel med isolasjon. På den annen side, en cryocooler aktivt virker til å kjøle omgivelsene til kryogene temperaturer i stedet for bare å holde miljøforhold som allerede eksisterer. Denne forskjellen kan bli tenkt på som ligner på forskjellen mellom en termos og et kjøleskap.

Mange typer cryocoolers er tilgjengelige med forskjellige fordeler og trekk som er egnet for en rekke forskjellige anvendelser. Vanlige typer cryocoolers inkluderer Joule-Thomson kjøler, Gifford-McMahon kjøler, Stirling kjøligere, pulsen tube kjøleskap, og adiabatisk avmagnetisering kjøleskap. Mens særlig mindre effektive enn mange andre enheter, Joule-Thomson cryocoolers gi fordeler i pålitelighet og lave elektriske og mekaniske støynivå. Gifford-McMahon kjølere, på den annen side, gi en viss vibrasjon på grunn av et stempel som presser gassen gjennom systemet. De gjør, men gir fleksibilitet for brukeren som de kan brukes i hvilken som helst retning.

Spesiell oppmerksomhet er vanligvis gitt til å velge en cryocooler for bruk i rommet. Ved slike anvendelser strøm vanligvis må brukes effektivt og reparasjon er svært kostbart eller umulig - slik som for oppdrag til andre planeter. Kjent for både pålitelighet og effektivitet, er den første som har vært brukt med hell i verdensrommet Stirling kjølere. Med enda høyere pålitelighet enn Stirling kjølere, er puls tube kjølere ofte valgt for plass selv om vanligvis de er litt mindre effektiv. En adiabatisk avmagnetisering kjøleskap kan også bli valgt for sin gode effektivitet og evne til å operere i null gravitasjon miljøer.

Det er mange områder hvor cryocoolers spiller en viktig rolle. Disse omfatter medisinske, bil og luftfart applikasjoner, bruk i vitenskapelig forskning og militære operasjoner, og mer. For eksempel kan kryogen herding av metallkomponentene endrer sine fysikalske egenskaper, økt styrke, hardhet og slitestyrke. Infrarøde sensorer som brukes i satellittbasert overvåking og rakett veiledning, samt atmosfæriske studier og mer, vanligvis krever kryogeniske kjøling.

  • Infrarøde sensorer som brukes i rakett veiledning vanligvis krever kryogeniske kjøling.