-196 Derece Kartuş Isıtıcılar için Vakum ve Gaz Giderme Konuları
Uzay simülasyon odaları ve yüksek-vakumlu araştırma ekipmanları, standart kriyojenik ısıtma gerekliliklerinin çok ötesine geçen benzersiz zorluklar sunar. Vakumda ısı konveksiyonla hareket edemez-tüm ısıtmanın ışınımsal veya iletken olması gerekir. Isı transferi dinamiklerindeki bu temel değişiklik, kartuş ısıtıcısının [kartuş ısıtıcısının] performansını tamamen değiştirir ve sorunlar yalnızca ekipman aynı zamanda sıvı nitrojen sıcaklıklarında çalıştığında artar.
Gaz çıkarma sorunu birçok mühendisi hazırlıksız yakalıyor. Standart kartuş ısıtıcılarının yapımında kullanılan malzemeler ısıtıldığında, vakum odalarını kirleten veya optik yüzeylerde tortu bırakan uçucu kimyasallar açığa çıkarabilir. Uzay simülasyonu uygulamalarında, hidrojen ve karbon monoksit, dökme malzemelerden ve yüzey kirleticilerinden gelebilir, soğuk optik yüzeylere yerleşebilir ve bunların etkinliğini azaltabilir. Bu teorik bir sorun değil;-sayısız deneysel kampanyayı mahveden ve kritik havacılık projelerini geciktiren pratik bir başarısızlık modudur.
Vakum ortamlarında malzeme seçiminde atmosferik uygulamalardan farklı kurallar izlenir. Genel endüstriyel ısıtma için mükemmel şekilde yeterli olan 304 paslanmaz çelik, özel olarak işlenmediği sürece vakumda çok fazla gaz çıkarır. Elektro-parlatma ve vakumlu pişirme ile bile 304, hassas uzay simülasyonu çalışmaları için yetersiz kalıyor. Düşük karbon içerikli 316L'nin stabilize edilmiş mikro yapısı vakumda daha iyi performans gösterir ve uçucuları uzaklaştırmak için vakumla ateşlendiğinde-gaz çıkış oranları birçok uygulama için kabul edilebilir hale gelir.
Kritik optik veya cihaz uygulamaları için Inconel 600 ve 625 tercih edilen malzemeler haline gelir. Bu nikel-krom alaşımları mükemmel saflığı ve çok az gaz açığa çıkaran kararlı oksit pullarını korur. Gaz boşaltma performansındaki fark şaşırtıcıdır-Düzgün hazırlanmış Inconel 10⁻¹² Torr-litre/sn-cm²'ye ulaşabilirken, kötü hazırlanmış 304 yalnızca 10⁻⁸ veya daha kötü bir değere ulaşabilir. Bu, uzay simülasyonunun çalışıp çalışmayacağını belirleyen 10.000 katlık bir farktır.
Elektriksel davranış vakumda da önemli ölçüde değişir. Havada yeterince yalıtılmış olan terminaller, özellikle gaz çıkışının ve malzeme değişikliklerinin meydana geldiği yüksek sıcaklıklarda, vakumda çapraz geçiş yapabilir. Özel vakumlu kartuş ısıtıcıları [kartuş ısıtıcısı], arızayı önlemek için uzatılmış sızıntı yolları-yalıtım yüzeyleri boyunca daha uzun mesafeler- kullanır. Standart sızdırmazlık yöntemleri de vakum koşullarında başarısız olur. Silikon veya epoksi gibi organik sızdırmazlık malzemeleri gaz çıkardıkları için kullanılamaz. Cam-metal veya seramik yapılara-hermetik sızdırmazlık zorunlu hale geliyor.
Vakumda konvektif soğutmanın olmaması, termal yönetimin farklı düşünmeyi gerektirdiği anlamına gelir. Isı yalnızca montaj yüzeylerine iletim yoluyla veya çevredeki yüzeylere radyasyon yoluyla kaçabilir. Bu, özellikle -196 dereceden ilk başlatma sırasında ısıtıcı içindeki termal değişimleri daha şiddetli hale getirir. Çalışmanın ilk saniyelerinde malzeme arayüzlerinde santimetre başına 800 santigrat derecenin üzerinde sıcaklık değişimleri oluşabilir. Bu değişimleri yumuşatacak havanın olmadığı vakumda termal şok gerilimleri yoğunlaşır.
Yüzey kalitesi vakum performansında kritik bir rol oynar. Elektro-parlatma, minimum düzeyde sıkışan kirlenmeyle pürüzsüz, pasif bir yüzey oluşturur. Mekanik parlatma, daha zayıf gaz giderme özelliklerine sahip, işle-sertleştirilmiş bir yüzey katmanı bırakır. Kimyasal pasivasyon oksit tabakasını stabilize eder. Bu yüzey işlemleri, temel malzeme seçimiyle birleştiğinde, bir ısıtıcının vakum ortamını kirletip kirletmediğini veya gerekli temizlik standartlarını koruyup korumadığını belirler.
Yüksek-vakumlu araştırma ortamları için, gaz çıkış oranlarını gösteren malzeme sertifikaları temel belgeler haline gelir. Özel düşük-gaz çıkışı sağlayan yapılar, uçucu emisyonları en aza indirmek için yüksek-saflıkta magnezyum oksit, dikkatle seçilmiş conta malzemeleri ve üretim sonrasında vakumlu pişirme kullanır. Bazı uygulamalar, doğrudan sıcaklık geri bildirimi için yerleşik termokupllara sahip ısıtıcılar gerektirir, ancak topraklama döngülerini ve ölçüm hatalarını önlemek için termokupl bağlantısının ısıtıcı devresinden elektriksel olarak yalıtılması gerekir.
Isıtıcı yüzeyinin termal radyasyon özellikleri vakumda da önemlidir. Yüzey emisyonu, ısının radyasyon yoluyla ne kadar etkili bir şekilde aktarıldığını kontrol eder. Oksitlenmiş yüzeyler çok fazla ısı yayar, cilalı metaller ise çok az ısı yayar. Radyasyon verimliliği veya düşük gaz çıkışı için ısıtıcı kılıfı yüzey işleminin optimize edilmesi, dikkatli-kararlar verilmesini gerektirir.
Sonuç olarak, standart katalog tekliflerinin çok ötesine geçen kombine kriyojenik ve vakum hizmeti talepleri için bir kartuş ısıtıcısının [kartuş ısıtıcısı] belirtilmesi. Aşırı soğuk, vakumla gaz çıkışı kısıtlamaları ve radyasyonun- hakim olduğu ısı transferinin birleşimi, yalnızca uzman mühendisliğin karşılayabileceği gereksinimler yaratır.
