जैसे-जैसे कम तापमान पर प्रशीतन की मांग बढ़ती है, खासकर उन अनुप्रयोगों में जहां बाजार की बाधाएं और उपयोगकर्ता की आवश्यकताएं पारंपरिक शीतलन प्रणालियों से काफी भिन्न होती हैं, उच्च-प्रदर्शन, कुशल प्रशीतन समाधान विकसित करना तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। Infinia Technology Corporation (ITC) इन उभरते बाजार की जरूरतों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक उच्च-शक्ति, सिंगल-स्टेज स्टर्लिंग चक्र क्रायोकूलर को सक्रिय रूप से विकसित कर रही है।
क्रायोकूलर आरंभ से ही एक अत्यधिक मॉड्यूलर डिज़ाइन अवधारणा को नियोजित करता है, जो कोर हाई-पावर लीनियर ड्राइव सिस्टम में प्रमुख बदलाव किए बिना विभिन्न अनुप्रयोगों के अनुकूलन की अनुमति देता है। यूनिट ऑपरेटिंग स्थितियों के आधार पर 8 kW तक विद्युत इनपुट पावर का उपयोग कर सकती है, जिसके आयाम 1000 मिमी लंबाई, 530 मिमी ऊंचाई (इंसुलेशन के बिना), 300 मिमी गहराई और 160 किलो का कुल द्रव्यमान (बिजली आपूर्ति/नियंत्रक को छोड़कर) हैं।
सिस्टम में दो विपरीत रैखिक ड्राइव प्रेशर वेव जनरेटर हैं जो सभी ड्राइव मोटर कंपन को प्रभावी ढंग से रद्द कर देते हैं। पिस्टन की गति से शुद्ध अवशिष्ट कंपन न्यूनतम रहता है। ITC क्रायोकूलर को 77K पर 650 W शुद्ध शीतलन क्षमता के साथ 5800 W विद्युत इनपुट पर रेट करता है, हालांकि यह एक विस्तृत तापमान सीमा में संचालित होता है। अमेरिकी नौसेना को प्रदान किया गया वर्तमान मॉडल 50K पर 300 W शीतलन प्रदान करता है।
मॉड्यूलर कोल्ड-एंड असेंबली—जिसमें पिस्टन असेंबली, हीट रिजेक्टर, रीजेनरेटर और कोल्ड हेड हीट एक्सचेंजर शामिल हैं—विशिष्ट परिचालन आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित है। ITC का सिस्टम भौतिक आकार, प्रदर्शन और परिचालन विशेषताओं में अन्य बड़ी क्षमता वाले क्रायोकूलर से भिन्न है। कंपनी Gedeon Associates के SAGE स्टर्लिंग चक्र सिमुलेशन मॉडल का उपयोग करती है, जो वास्तविक हार्डवेयर परीक्षण परिणामों के साथ उत्कृष्ट सहसंबंध दिखाता है।
ITC का प्रेशर वेव जनरेटर मॉड्यूल गैस गैप सीलिंग प्रदान करने के लिए सिद्ध फ्लेक्सर बेयरिंग को शामिल करता है, जबकि गिरावट तंत्र के रूप में पहनने को समाप्त करता है। परिणामी कॉम्पैक्ट असेंबली >87% पावर रूपांतरण दक्षता (स्टर्लिंग चक्र पिस्टन PV पावर/ड्राइव मोटर विद्युत शक्ति) अपनी 8 kW विद्युत इनपुट क्षमता के सापेक्ष प्राप्त करती है।
विशेष रुचि के 60-110K तापमान रेंज के लिए, स्टर्लिंग चक्र कॉन्फ़िगरेशन पल्स ट्यूब विकल्पों पर 20-50% प्रदर्शन लाभ प्रदर्शित करता है। ये लाभ उच्च परिचालन तापमान (175K और उससे ऊपर) पर काफी बढ़ जाते हैं। स्टर्लिंग सिस्टम में अतिरिक्त चलने वाले भागों के बारे में विश्वसनीयता संबंधी चिंताओं को ITC के फ्लेक्सर बेयरिंग डिज़ाइनों के साथ व्यापक अनुभव से कम किया जाता है, जिन्होंने 100,000 घंटे से अधिक निरंतर संचालन का प्रदर्शन किया है।
क्रायोकूलर की अपशिष्ट ताप अस्वीकृति प्रणाली एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचार का प्रतिनिधित्व करती है, खासकर जब प्रयोगशाला से क्षेत्र की स्थितियों में संक्रमण होता है। उन्नत शीतलक तापमान से प्रदर्शन प्रभाव में स्टर्लिंग चक्र रिजेक्टर हीट एक्सचेंजर, एयर-साइड हीट एक्सचेंजर, शीतलक परिसंचरण पंप और कूलिंग प्रशंसकों सहित संपूर्ण थर्मल प्रबंधन प्रणाली का सावधानीपूर्वक अनुकूलन आवश्यक है।
सिस्टम का मॉड्यूलर आर्किटेक्चर वर्तमान में विकास के अधीन कई कॉन्फ़िगरेशन विकल्पों को सक्षम बनाता है:
चल रहे रैखिक मोटर विकास का लक्ष्य वर्तमान ड्राइव क्षमता को 4 kW से 8 kW प्रति मॉड्यूल तक दोगुना करना है, जबकि प्रति किलोवाट लागत को बनाए रखना या कम करना है, जिससे इनपुट पावर 30 kW से अधिक वाले भविष्य के सिस्टम सक्षम हो सकें।
जैसे-जैसे कम तापमान पर प्रशीतन की मांग बढ़ती है, खासकर उन अनुप्रयोगों में जहां बाजार की बाधाएं और उपयोगकर्ता की आवश्यकताएं पारंपरिक शीतलन प्रणालियों से काफी भिन्न होती हैं, उच्च-प्रदर्शन, कुशल प्रशीतन समाधान विकसित करना तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। Infinia Technology Corporation (ITC) इन उभरते बाजार की जरूरतों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक उच्च-शक्ति, सिंगल-स्टेज स्टर्लिंग चक्र क्रायोकूलर को सक्रिय रूप से विकसित कर रही है।
क्रायोकूलर आरंभ से ही एक अत्यधिक मॉड्यूलर डिज़ाइन अवधारणा को नियोजित करता है, जो कोर हाई-पावर लीनियर ड्राइव सिस्टम में प्रमुख बदलाव किए बिना विभिन्न अनुप्रयोगों के अनुकूलन की अनुमति देता है। यूनिट ऑपरेटिंग स्थितियों के आधार पर 8 kW तक विद्युत इनपुट पावर का उपयोग कर सकती है, जिसके आयाम 1000 मिमी लंबाई, 530 मिमी ऊंचाई (इंसुलेशन के बिना), 300 मिमी गहराई और 160 किलो का कुल द्रव्यमान (बिजली आपूर्ति/नियंत्रक को छोड़कर) हैं।
सिस्टम में दो विपरीत रैखिक ड्राइव प्रेशर वेव जनरेटर हैं जो सभी ड्राइव मोटर कंपन को प्रभावी ढंग से रद्द कर देते हैं। पिस्टन की गति से शुद्ध अवशिष्ट कंपन न्यूनतम रहता है। ITC क्रायोकूलर को 77K पर 650 W शुद्ध शीतलन क्षमता के साथ 5800 W विद्युत इनपुट पर रेट करता है, हालांकि यह एक विस्तृत तापमान सीमा में संचालित होता है। अमेरिकी नौसेना को प्रदान किया गया वर्तमान मॉडल 50K पर 300 W शीतलन प्रदान करता है।
मॉड्यूलर कोल्ड-एंड असेंबली—जिसमें पिस्टन असेंबली, हीट रिजेक्टर, रीजेनरेटर और कोल्ड हेड हीट एक्सचेंजर शामिल हैं—विशिष्ट परिचालन आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित है। ITC का सिस्टम भौतिक आकार, प्रदर्शन और परिचालन विशेषताओं में अन्य बड़ी क्षमता वाले क्रायोकूलर से भिन्न है। कंपनी Gedeon Associates के SAGE स्टर्लिंग चक्र सिमुलेशन मॉडल का उपयोग करती है, जो वास्तविक हार्डवेयर परीक्षण परिणामों के साथ उत्कृष्ट सहसंबंध दिखाता है।
ITC का प्रेशर वेव जनरेटर मॉड्यूल गैस गैप सीलिंग प्रदान करने के लिए सिद्ध फ्लेक्सर बेयरिंग को शामिल करता है, जबकि गिरावट तंत्र के रूप में पहनने को समाप्त करता है। परिणामी कॉम्पैक्ट असेंबली >87% पावर रूपांतरण दक्षता (स्टर्लिंग चक्र पिस्टन PV पावर/ड्राइव मोटर विद्युत शक्ति) अपनी 8 kW विद्युत इनपुट क्षमता के सापेक्ष प्राप्त करती है।
विशेष रुचि के 60-110K तापमान रेंज के लिए, स्टर्लिंग चक्र कॉन्फ़िगरेशन पल्स ट्यूब विकल्पों पर 20-50% प्रदर्शन लाभ प्रदर्शित करता है। ये लाभ उच्च परिचालन तापमान (175K और उससे ऊपर) पर काफी बढ़ जाते हैं। स्टर्लिंग सिस्टम में अतिरिक्त चलने वाले भागों के बारे में विश्वसनीयता संबंधी चिंताओं को ITC के फ्लेक्सर बेयरिंग डिज़ाइनों के साथ व्यापक अनुभव से कम किया जाता है, जिन्होंने 100,000 घंटे से अधिक निरंतर संचालन का प्रदर्शन किया है।
क्रायोकूलर की अपशिष्ट ताप अस्वीकृति प्रणाली एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचार का प्रतिनिधित्व करती है, खासकर जब प्रयोगशाला से क्षेत्र की स्थितियों में संक्रमण होता है। उन्नत शीतलक तापमान से प्रदर्शन प्रभाव में स्टर्लिंग चक्र रिजेक्टर हीट एक्सचेंजर, एयर-साइड हीट एक्सचेंजर, शीतलक परिसंचरण पंप और कूलिंग प्रशंसकों सहित संपूर्ण थर्मल प्रबंधन प्रणाली का सावधानीपूर्वक अनुकूलन आवश्यक है।
सिस्टम का मॉड्यूलर आर्किटेक्चर वर्तमान में विकास के अधीन कई कॉन्फ़िगरेशन विकल्पों को सक्षम बनाता है:
चल रहे रैखिक मोटर विकास का लक्ष्य वर्तमान ड्राइव क्षमता को 4 kW से 8 kW प्रति मॉड्यूल तक दोगुना करना है, जबकि प्रति किलोवाट लागत को बनाए रखना या कम करना है, जिससे इनपुट पावर 30 kW से अधिक वाले भविष्य के सिस्टम सक्षम हो सकें।
