Pan fydd Gwresogyddion Cetris Safonol yn Gwrthod Cychwyn – Canfod Oerni-Dechrau Methiant mewn Systemau Cryogenig
Mae angen i gyfleuster storio cryogenig ar -90 gradd gynhesu llinell drosglwyddo nitrogen i atal rhwystr iâ, ond ni fydd yr elfennau gwresogi gosodedig yn actifadu. Mae gwresogyddion cetris safonol, a ddewisir yn seiliedig ar gyfraddau pŵer tymheredd yr ystafell, naill ai'n methu â chynhyrchu unrhyw wres neu'n llosgi allan yn syth ar ôl defnyddio pŵer yn yr oerfel eithafol. Mae'r senario hwn yn digwydd yn amlach o lawer nag y mae llawer o reolwyr cyfleusterau yn ei ddisgwyl, ac anaml y mae'r broblem yn ymwneud ag ansawdd y cynnyrch - mae'n ddiffyg cyfatebiaeth sylfaenol rhwng rhagdybiaethau dylunio a realiti gweithredu.
Beth sy'n digwydd mewn gwirionedd y tu mewn i wresogydd cetris safonol yn ystod oerfel-gan ddechrau ar -90 gradd ? Mae'r wifren gwrthiant, fel arfer aloi cromiwm nicel fel NiCr 80/20, yn arddangos priodweddau trydanol sylweddol wahanol ar dymheredd cryogenig o gymharu â chyflyrau amgylchynol. Ar -40 gradd , mae gwrthiant yn gostwng tua 10 i 15 y cant. Ar -90 gradd , mae'r gostyngiad hyd yn oed yn fwy amlwg. Mae hyn yn golygu, ar gyfer foltedd cymhwysol penodol, bod mwy o lifau cerrynt a mwy o bŵer yn cael eu cynhyrchu nag y byddai manylebau safonol yn ei nodi. Gall gwresogydd sydd â sgôr o 10 amperes ar dymheredd ystafell dynnu 11 i 12 amperes yn ystod cychwyn oer, gan bwysleisio cylchedau cyflenwi a chydrannau rheoli nad ydynt wedi'u cynllunio ar gyfer mewnlif o'r fath.
Mae crebachiad thermol deunyddiau yn creu problemau ychwanegol. O dymheredd ystafell i dymheredd nitrogen hylifol, mae dur di-staen yn contractio tua 0.3 y cant, tra bod aloion Inconel yn contractio tua 0.2 y cant. Mae'r crebachiad gwahaniaethol hwn rhwng y wain, yr inswleiddiad a'r wifren gwrthiant yn creu straen mewnol na all strwythurau confensiynol eu cynnwys. Mae cywasgu magnesiwm ocsid safonol, sy'n ddigonol ar gyfer gwasanaeth amgylchynol, yn datblygu gwagleoedd microsgopig wrth i ddeunyddiau grebachu ar gyfraddau gwahanol, gan gyfaddawdu cryfder dielectrig a chreu llwybrau ar gyfer olrhain trydanol.
Mae'n bosibl mai lleithder sy'n dod i mewn yw'r mecanwaith methiant mwyaf llechwraidd. Pan fydd offer cryogenig yn cynhesu yn ystod cylchoedd cynnal a chadw, mae lleithder atmosfferig yn cyddwyso ar arwynebau oer. Mae seliau gwresogydd safonol, sy'n berffaith ddigonol ar gyfer amgylcheddau sych, yn caniatáu i ddŵr fynd i mewn yn raddol sy'n rhewi i grisialau iâ yn ystod y cyfnod oeri dilynol. Mae'r ehangiad cyfaint o tua 9 y cant pan fydd dŵr yn troi'n iâ yn cynhyrchu digon o bwysau i gracio'r wain neu beryglu inswleiddio mewnol.
Ar gyfer gweithrediad dibynadwy ar -90 gradd ac is, mae peirianneg arbenigol yn mynd i'r afael â phob un o'r dulliau methu hyn. Mae selio hermetig â gwydr i -greadigaethau metel neu seramig yn atal mynediad at leithder. Mae derbynwyr lleithder mewnol yn amsugno unrhyw leithder gweddilliol o weithgynhyrchu neu ollyngiad munud dros fywyd gwasanaeth. Mae technegau cywasgu dwysedd uchel, sy'n cyflawni dwysedd uwch na 3.2 gram y centimetr ciwbig, yn cynnal cyfanrwydd strwythurol ar draws yr ystod tymheredd eithafol. Mae cynheiliaid coil hyblyg a phacio inswleiddio sy'n cydymffurfio yn darparu ar gyfer cyfangiad thermol gwahaniaethol heb greu gwythiennau mewnol sy'n lluosogi holltau.
Rhaid i gyfrifiadau pŵer cychwyn oer roi cyfrif am ymwrthedd gostyngol elfennau gwresogi ar dymheredd cryogenig. Dylai systemau rheoli ymgorffori nodweddion cyfyngu cerrynt neu ddilyniannau ramp-i fyny sy'n cynyddu foltedd yn raddol dros sawl munud, gan ganiatáu dosbarthiad tymheredd unffurf cyn cyrraedd pŵer gweithredu llawn. Mae'r dull hwn yn ymestyn oes gweithredol gan ffactorau o dri neu fwy o gymharu â chymhwysiad pŵer llawn uniongyrchol.
