저온 냉동에 대한 수요가 증가함에 따라, 특히 시장 제약과 사용자 요구 사항이 기존 냉각 시스템과 크게 다른 응용 분야에서 고성능의 효율적인 냉동 솔루션을 개발하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. Infinia Technology Corporation(ITC)은 이러한 신흥 시장 요구 사항을 충족하도록 설계된 고출력 단일 스테이지 스털링 사이클 극저온 냉각기를 적극적으로 개발하고 있습니다.
극저온 냉각기는 처음부터 고도로 모듈화된 설계 개념을 채택하여 핵심 고출력 선형 드라이브 시스템을 크게 변경하지 않고도 다양한 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 이 장치는 길이 1000mm, 높이 530mm(절연 제외), 깊이 300mm, 총 질량 160kg(전원 공급 장치/컨트롤러 제외)으로 작동 조건에 따라 최대 8kW의 전기 입력 전력을 활용할 수 있습니다.
이 시스템은 모든 구동 모터 진동을 효과적으로 상쇄하는 두 개의 반대 선형 구동 압력파 발생기를 갖추고 있습니다. 피스톤 움직임으로 인한 순 잔류 진동은 최소화됩니다. ITC는 넓은 온도 범위에서 작동하지만 5800W 전기 입력으로 77K에서 650W 순 냉각 용량으로 극저온 냉각기를 평가합니다. 미 해군에 제공되는 현재 모델은 50K에서 300W 냉각을 제공합니다.
피스톤 어셈블리, 열 제거기, 재생기 및 콜드 헤드 열 교환기로 구성된 모듈형 콜드 엔드 어셈블리는 특정 작동 요구 사항에 맞게 최적화되었습니다. ITC의 시스템은 물리적 크기, 성능, 작동 특성에서 다른 대용량 극저온 냉각기와 다릅니다. 이 회사는 Gedeon Associates의 SAGE Stirling 사이클 시뮬레이션 모델을 사용하는데, 이는 실제 하드웨어 테스트 결과와 탁월한 상관관계를 보여줍니다.
ITC의 압력파 발생기 모듈은 검증된 굴곡 베어링을 통합하여 가스 갭 밀봉을 제공하는 동시에 성능 저하 메커니즘으로 인한 마모를 제거합니다. 그 결과 컴팩트한 어셈블리는 8kW 전기 입력 용량에 비해 >87%의 전력 변환 효율(스털링 사이클 피스톤 PV 전력/구동 모터 전력)을 달성합니다.
특히 관심 있는 60~110K 온도 범위의 경우 스털링 사이클 구성은 펄스 튜브 대안에 비해 20~50%의 성능 이점을 보여줍니다. 이러한 이점은 더 높은 작동 온도(175K 이상)에서 크게 증가합니다. 스털링 시스템의 추가 이동 부품에 대한 신뢰성 문제는 100,000시간이 넘는 연속 작동을 입증한 굴곡 베어링 설계에 대한 ITC의 광범위한 경험을 통해 완화됩니다.
극저온 냉각기의 폐열 제거 시스템은 특히 실험실에서 현장 조건으로 전환할 때 중요한 설계 고려 사항을 나타냅니다. 냉각수 온도 상승으로 인한 성능 영향으로 인해 스털링 사이클 리젝터 열교환기, 공기측 열교환기, 냉각수 순환 펌프 및 냉각 팬을 포함한 전체 열 관리 시스템을 신중하게 최적화해야 합니다.
시스템의 모듈식 아키텍처를 통해 현재 개발 중인 다양한 구성 옵션을 사용할 수 있습니다.
지속적인 선형 모터 개발은 모듈당 전류 구동 용량을 4kW에서 8kW로 두 배 늘리는 동시에 킬로와트당 비용을 유지하거나 절감하여 입력 전력이 30kW를 초과하는 미래 시스템을 구현하는 것을 목표로 합니다.
저온 냉동에 대한 수요가 증가함에 따라, 특히 시장 제약과 사용자 요구 사항이 기존 냉각 시스템과 크게 다른 응용 분야에서 고성능의 효율적인 냉동 솔루션을 개발하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. Infinia Technology Corporation(ITC)은 이러한 신흥 시장 요구 사항을 충족하도록 설계된 고출력 단일 스테이지 스털링 사이클 극저온 냉각기를 적극적으로 개발하고 있습니다.
극저온 냉각기는 처음부터 고도로 모듈화된 설계 개념을 채택하여 핵심 고출력 선형 드라이브 시스템을 크게 변경하지 않고도 다양한 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 이 장치는 길이 1000mm, 높이 530mm(절연 제외), 깊이 300mm, 총 질량 160kg(전원 공급 장치/컨트롤러 제외)으로 작동 조건에 따라 최대 8kW의 전기 입력 전력을 활용할 수 있습니다.
이 시스템은 모든 구동 모터 진동을 효과적으로 상쇄하는 두 개의 반대 선형 구동 압력파 발생기를 갖추고 있습니다. 피스톤 움직임으로 인한 순 잔류 진동은 최소화됩니다. ITC는 넓은 온도 범위에서 작동하지만 5800W 전기 입력으로 77K에서 650W 순 냉각 용량으로 극저온 냉각기를 평가합니다. 미 해군에 제공되는 현재 모델은 50K에서 300W 냉각을 제공합니다.
피스톤 어셈블리, 열 제거기, 재생기 및 콜드 헤드 열 교환기로 구성된 모듈형 콜드 엔드 어셈블리는 특정 작동 요구 사항에 맞게 최적화되었습니다. ITC의 시스템은 물리적 크기, 성능, 작동 특성에서 다른 대용량 극저온 냉각기와 다릅니다. 이 회사는 Gedeon Associates의 SAGE Stirling 사이클 시뮬레이션 모델을 사용하는데, 이는 실제 하드웨어 테스트 결과와 탁월한 상관관계를 보여줍니다.
ITC의 압력파 발생기 모듈은 검증된 굴곡 베어링을 통합하여 가스 갭 밀봉을 제공하는 동시에 성능 저하 메커니즘으로 인한 마모를 제거합니다. 그 결과 컴팩트한 어셈블리는 8kW 전기 입력 용량에 비해 >87%의 전력 변환 효율(스털링 사이클 피스톤 PV 전력/구동 모터 전력)을 달성합니다.
특히 관심 있는 60~110K 온도 범위의 경우 스털링 사이클 구성은 펄스 튜브 대안에 비해 20~50%의 성능 이점을 보여줍니다. 이러한 이점은 더 높은 작동 온도(175K 이상)에서 크게 증가합니다. 스털링 시스템의 추가 이동 부품에 대한 신뢰성 문제는 100,000시간이 넘는 연속 작동을 입증한 굴곡 베어링 설계에 대한 ITC의 광범위한 경험을 통해 완화됩니다.
극저온 냉각기의 폐열 제거 시스템은 특히 실험실에서 현장 조건으로 전환할 때 중요한 설계 고려 사항을 나타냅니다. 냉각수 온도 상승으로 인한 성능 영향으로 인해 스털링 사이클 리젝터 열교환기, 공기측 열교환기, 냉각수 순환 펌프 및 냉각 팬을 포함한 전체 열 관리 시스템을 신중하게 최적화해야 합니다.
시스템의 모듈식 아키텍처를 통해 현재 개발 중인 다양한 구성 옵션을 사용할 수 있습니다.
지속적인 선형 모터 개발은 모듈당 전류 구동 용량을 4kW에서 8kW로 두 배 늘리는 동시에 킬로와트당 비용을 유지하거나 절감하여 입력 전력이 30kW를 초과하는 미래 시스템을 구현하는 것을 목표로 합니다.
