مقاله کرایکولر

موضوع : کرایکولر

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

بررسي انواع و كاربردها
سرد كننده هاي كوچكي كه بيش از چند وات سرمايش ايجاد نمي كنند. اين واحدها بازده پاييني داشته ولي مسايل ديگري از قبيل عدم قابليت اطمينان، اندازه، جرم، لرزش  و قيمت بالاي آن ها، بيشترين توجه توليد كنندگان اين نوع ابزارهاي تبريد را به خود جلب نموده است. درجه ي اهميت هر يك از اين مسايل وابستگي مستقيم به كاربرد كرايكولر دارد. بيشترين كاربرد كرايكولرها در سرمايش حسگرهاي مادون قرمز نصب شده بر روي ماهواره هاي نظامي مي باشد. كرايكولرهاي استرلينگ با ظرفيت سرمايي حدود 25/0 در 80 درجه كلوين اصولاً براي كاربردهايي از اين قبيل در نظر گرفته شده اند. اما عمر متوسط 4000 ساعته ي اين ابزارها براي پاسخگويي به نيازها مناسب نمي باشد. اين قابليت اطمينان پايين كرايكولرهاي استرلينگ موجب ايجاد عزمي راسخ در توليد كنندگان براي ارتقاي كيفيت كاري اين دستگاه ها و همين طور موجب تحقيقات و پيشرفت هايي در سرد كننده هاي پالس تيوب شده است.
بيشترين كاربرد كرايكولرها در اشل تجاري، در پمپ هاي سرد براي ساخت نيمه رساناها مي باشد. كرايگولرهاي گيفرد. مك ماهاون، موجب سرمايش حدود چند وات در 15 درجه ي كلوين گشته و از محبوبيتي خاصي نزد مصرف كنندگان برخوردار است. البته نقطه ضعف اين نوع كرايكورلرها ارتعاشات تقريباً شديدي است كه ايجاد مي كنند. سازندگان نيمه رساناها در صدد ساخت خطوط نازكتري در تراشه هاي خود بوده تا بدين وسيله اندازه و وزن مدارات نيمه رساناها را به حداقل برساندد.
با اينكه كرايكورها عموماً بر اساس سيكل ترموديناميكي طبقه بندي مي شوند ولي عمدتاً آن ها را به دو نوع جبران كننده و بازياب طبقه بندي مي كنند(walker 1983). يك كرايكولر از نوع جبران كننده است، اگر فقط مبدل هاي جيران كننده در لن استفاده شده باشد و از نوع بازتاب است اگر حداقل يك مبدل حرارتي بازياب در ان واحد استفاده شده باشد.
از آنجايي كه مبدل هاي حرارتي جبران كننده موجب فراهم شدن دو كانال جريان مجزا براي مبرد مي گردند. جريان مبرد هميشه دايمي بوده و در يك جهت مي باشد مشابه يك سيستم الكتريكي DC. اين مبدل حرارتي نياز به يك دريچه با كمپرسورهاي رفت و برگشتي و شيرهاي انبساط يا كمپرسور و شيرهاي انبساط چرخشي يا توربني دارد. در سيكل هاي بازيابي جريان مبرد نوساني مي باشد، مشابه جريان AC د سيستم‌هاي الكتريكي. اين اثر نوساني موجب ذخيره ي انرژي در ماتريس مبدل در نيمه ي اول سيكل و ازاد شدن اين انرژي ذخيره شده و انتقال آن به سيال عامل در طي نيمه دوم سيكل مي گردد. براي اثربخشي بيشتر، ماتريس هاي با مواد جامد جا سازي شده در بازتاب بايد از ظرفيت گرمايي ويژه ي بالا و هدايت حرارتي خوبي برخوردار باشند. در اين مقاله به بررسي پيشرفت هاي ايجاد شده در كرايكولرها تا حدود سال 1999 خواهيم پرداخت.
سيستم هاي جبران كننده
سيكل هاي ژول تامسون و برايتون كه در شكل(1) با يكديگر مقايسه شده اند دو سكل تبريد استفده شده در سيستم هاي جبران كننده مي باشد.
كرايكولرهاي ژول- تامسون
اثر ژول تامسون كه همان رسيدن به سرمايش با استفاده از خفانس يك گاز ايده آب مي باشد، از قديمي ترين راه ها و در عين حال با كمترين بازده براي رسيدن به دماهاي كرايجينگ مي باشد. با اين حال پيشرفت هاي عمده اي در كرايكولرهاي ژول تامسون يا به كار بردن متدهاي نوين ساخت، كه شامل الحاق سيكل هاي با پيچيدگي بيشتر و استفاده از مخلوط گازهاي خاص به عنوان مبرد مي باشند، به دست آمده اند. اين پيشرفت ها باعث رقابت كرايكولرهاي ژول تامسون در بسياري از كاربردها حتا در مقايسه با كرايكولرهايي كه عموماً داراي سيكل هاي كارآمد تري مي باشند، شده است. سادگي نسبي آن ها به همراه اندازه ي كوچك، جرم كم و عدم حضور آلودگي صوتي يا ارتعاش موجب جلب توجه مصرف كنندگان شده است.
در گذشته كرايكولرهاي ژول تامسون با استفاده از پيچيدن يك لوله ي موئين فين دار بر روي يك مندريل با اتصال به يك نازل منبسط كننده در انتهاي لوله ي مونين و داخل كردن كل واحد در يك لوله ي تنگ، نزديك به يكي از نقاط انتهايي با شيرهاي ورودي و خروجي در طرف ديگر ساخته مي شدند. ليتل (1989) روش ساخت كرايكولر ژول تاموسن را با استفاده از PMT تكنيك معرفي كرد، كه در آن كانال هاي گاز براي مبدل، لوله هاي موئين انبساط و مخزن مايع به صورت مدار چاپي بر روي يك زير لايه ي شيشه اي. صفحه اي نازك كه با يكديگر آميخته شده اند در يك واحد آب بندي شده حك مي گردند. اين كرايكولرهاي مينياتوري در محدوده بسيار وسيع از اندازه ها و ظرفيت ها ساخته شده اند. يك چنين كرايكولري كه در دماي 80k با ظرفيت سرمايش 250mW كار مي كند؛ از مبدلي كه عرض كانال هايش   و عمق آن ها   مي باشند استفاده مي كند. كانال هاي حك شده بر روي زير لايه ي شيشه اي بايد در يك تولورانس   كنترل شوند و قيد ما بين زير لايه هاي مختلف بايد تحمل فشارهاي محدوده ي 15 تا   را داشته باشد. اين كرايكولرها كه در سرمايش نقطه اي سيستم هاي الكترونيكي استفاده شده اند. البته بدون در نظر گرفتن كمپرسور. داراي حداكثر ابعاد فقط   مي باشند.
فهرست مطالب
بررسي انواع و كاربردها    1
سيستم هاي جبران كننده    3
كرايكولرهاي ژول- تامسون    3
كرايكولرهاي برايتون    9
سيستم بازتاب كرايكولرهاي استرلينگ    10
شكل(2)-شماي سيكل يك كرايكولر استرلينگ    12
سرد كننده هاي OPTR    13
شكل (6) شماي سرد كننده ي يك مرحله اي گيفورد- مك ماهون    18
سرد كننده هاي گيفورد- مك ماهون    19
شكل(7) برش عرضي يك سرد كننده ي گيفور. مك ماهون سه مرحله اي    21