Infineon, Yüksek Güçlü Stirling Soğutucu ile Kriyojenik Soğutmada İlerliyor

Düşük sıcaklıkta soğutmaya olan talep arttıkça, özellikle pazar kısıtlamalarının ve kullanıcı gereksinimlerinin geleneksel soğutma sistemlerinden önemli ölçüde farklılık gösterdiği uygulamalarda, yüksek performanslı, verimli soğutma çözümleri geliştirmek giderek daha kritik hale geliyor. Infinia Technology Corporation (ITC), bu gelişen pazar ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmış yüksek güçlü, tek kademeli bir Stirling çevrimli kriyosojutucu geliştirmektedir.

Kriyosojutucu, başlangıçtan itibaren son derece modüler bir tasarım konsepti kullanır ve temel yüksek güçlü lineer tahrik sisteminde büyük değişiklikler yapmadan çeşitli uygulamalara uyarlanmasını sağlar. Ünite, çalışma koşullarına bağlı olarak 8 kW'a kadar elektrik girişi gücü kullanabilir, 1000 mm uzunluğunda, 530 mm yüksekliğinde (yalıtımsız), 300 mm derinliğinde ve toplam 160 kg ağırlığındadır (güç kaynağı/denetleyici hariç).

Sistem, tüm tahrik motoru titreşimlerini etkili bir şekilde ortadan kaldıran iki zıt lineer tahrik basınç dalgası üreteci içerir. Pistondan kaynaklanan net artık titreşim minimum düzeyde kalır. ITC, kriyosojutucuyu 77K'de 650 W net soğutma kapasitesi ve 5800 W elektrik girişi olarak değerlendirir, ancak geniş bir sıcaklık aralığında çalışır. ABD Donanması'na sağlanan mevcut model, 50K'de 300 W soğutma sağlar.

Piston tertibatı, ısı reddedici, rejeneratör ve soğuk kafa ısı eşanjöründen oluşan modüler soğuk uç tertibatı, belirli operasyonel gereksinimler için optimize edilmiştir. ITC'nin sistemi, fiziksel boyut, performans ve çalışma özellikleri açısından diğer büyük kapasiteli kriyosojutuculardan farklıdır. Şirket, Gedeon Associates'in SAGE Stirling çevrim simülasyon modelini kullanır ve bu model, gerçek donanım test sonuçlarıyla mükemmel bir korelasyon gösterir.

ITC'nin basınç dalgası üreteci modülü, aşınmayı bir bozulma mekanizması olarak ortadan kaldırırken gaz boşluğu sızdırmazlığı sağlamak için kanıtlanmış esnek yatakları içerir. Elde edilen kompakt tertibat, 8 kW'lık elektrik giriş kapasitesine göre >%87 güç dönüşüm verimliliği (Stirling çevrim pistonu PV gücü/tahrik motoru elektrik gücü) elde eder.

Özellikle ilgi çeken 60-110K sıcaklık aralığı için, Stirling çevrim konfigürasyonu, darbe tüpü alternatiflerine göre %20-50 performans avantajı gösterir. Bu avantajlar, daha yüksek çalışma sıcaklıklarında (175K ve üzeri) önemli ölçüde artar. Stirling sistemlerindeki ek hareketli parçalarla ilgili güvenilirlik endişeleri, ITC'nin 100.000 saati aşan sürekli çalışma gösteren esnek yatak tasarımları konusundaki kapsamlı deneyimiyle hafifletilir.

Kriyosojutucunun atık ısı reddetme sistemi, özellikle laboratuvardan saha koşullarına geçişte kritik bir tasarım hususunu temsil eder. Yükseltilmiş soğutucu sıcaklıklarından kaynaklanan performans etkileri, Stirling çevrim reddedici ısı eşanjörü, hava tarafı ısı eşanjörü, soğutucu sirkülasyon pompası ve soğutma fanları dahil olmak üzere, komple termal yönetim sisteminin dikkatli bir şekilde optimize edilmesini gerektirir.

Sistemin modüler mimarisi, şu anda geliştirilmekte olan çoklu konfigürasyon seçeneklerini mümkün kılar:

• 20-30K süper iletken uygulamalar için iki kademeli düzenlemeler
• Büyük piston tertibatları ile daha iyi denge için çift soğuk kafa konfigürasyonları
• Artan soğutma kapasitesi için dört tahrik modülü (dört basınç dalgası üreteci)

Devam eden lineer motor geliştirme çalışmaları, mevcut tahrik kapasitesini modül başına 4 kW'tan 8 kW'a iki katına çıkarmayı, aynı zamanda kilovat başına maliyeti korumayı veya azaltmayı amaçlayarak, 30 kW'ı aşan giriş gücüne sahip gelecekteki sistemleri mümkün kılmaktadır.