علم مواد پشت قابلیت اطمینان بخاری کارتریج برودتی
در نگاه اول، یک بخاری کارتریجی ساده به نظر می رسد - یک لوله فلزی با سیم های بیرون زده. با این حال، آن نمای بیرونی ساده را از بین ببرید، و مهندسی پیچیده ای وجود دارد که برای زنده ماندن در دمای شدید طراحی شده است که اجزای کمتری را از بین می برد. برای کاربردهایی با دمای منفی 40 درجه سانتیگراد یا کمتر، هر انتخاب مواد و مرحله ساخت نیاز به بررسی دقیق دارد.
فرآیند تولید با یک لوله فولادی ضد زنگ بدون درز شروع می شود که نه تنها برای مقاومت در برابر خوردگی بلکه برای ضخامت دیواره ثابت که انتقال حرارت یکنواخت را تضمین می کند انتخاب شده است. سیم مقاومت - معمولاً آلیاژ NiCr 80/20 به دلیل ویژگی‌های مقاومت پایدار آن در محدوده دما - دقیقاً روی یک هسته سرامیکی پیچیده می‌شود. گام سیم پیچ چگالی وات را تعیین می کند. سیم پیچ های سفت تر باعث ایجاد دمای بالاتر در واحد طول می شود. برای برنامه‌های{5}}در هوای سرد، سازندگان اغلب از الگوهای سیم پیچ توزیع شده استفاده می‌کنند که نقاط داغ را از بین می‌برد و در عین حال خروجی گرمای کافی را برای غلبه بر شرایط محیطی سخت حفظ می‌کند.
سحر و جادو واقعی در طول فرآیند swaging اتفاق می افتد. پس از قرار دادن هسته زخم در لوله غلاف، تکنسین ها فضای خالی را با پودر اکسید منیزیم{1} با خلوص بالا پر می کنند. سپس یک پرس چرخاننده مکانیکی این مجموعه را فشرده می کند و قطر را 8-10٪ کاهش می دهد و در عین حال چگالی را افزایش می دهد. این امر باعث حذف حفره های هوا می شود که در غیر این صورت به عنوان عایق حرارتی و تله رطوبت احتمالی عمل می کنند. فشرده‌سازی همچنین تماس نزدیکی بین سیم مقاومت، عایق و غلاف ایجاد می‌کند که برای راندمان انتقال حرارت بسیار مهم است. بخاری‌هایی که ضعیف هستند، تغییرات دما را در طول خود نشان می‌دهند. واحدهای با کیفیت حتی در حداکثر خروجی یکنواختی مثبت یا منفی 5 درجه سانتیگراد را حفظ می کنند.
هنگام ارزیابی یک بخاری کارتریج برای سرویس برودتی، چگالی بخاری کارتریج به یک معیار انتخاب اولیه تبدیل می شود. یک-گرمکن کارتریجی تک سر با تراکم بخاری کارتریج 5-7 وات بر سانتی متر مربع، راه حلی اثبات شده برای بسیاری از کاربردهای فوق-در دمای پایین است. این محدوده چگالی خروجی گرمای کافی را برای غلبه بر اثر کاهش حرارت شدید محیط‌های برودتی فراهم می‌کند و در عین حال از گرمای بیش از حد موضعی که طراحی‌های با چگالی بالاتر را از بین می‌برد اجتناب می‌کند.
اتصال سیم سرب از تکنیک های جوشکاری تخصصی به جای چین دادن ساده استفاده می کند. پین های ترمینال آلیاژ نیکل{1}}منگنز در برابر اختلاف انبساط حرارتی بین غلاف ضد زنگ و هادی های مس مقاومت می کنند. جوش باید نه تنها در دمای عملیاتی، بلکه باید از تنش مکانیکی چرخه حرارتی بین منفی 40 درجه و دمای عملیاتی 300-500 درجه سانتیگراد دوام بیاورد. برخی از طرح‌ها از انتقال‌های سربی انعطاف‌پذیر – شیلنگ فولادی ضد زنگ یا محافظ بافته – برای جلوگیری از سخت شدن کار و شکستگی در نقطه تنش استفاده می‌کنند.
درمان سطحی لایه دیگری از محافظت را اضافه می کند. غیرفعال کردن آلودگی آهن را از سطح ضد زنگ حذف می کند و لایه اکسید کروم را که مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می کند، بازسازی می کند. برای کاربردهای غذایی-یا پزشکی، پولیش الکتریکی سطحی صاف و غیر متخلخل ایجاد می‌کند که از چسبندگی باکتری‌ها جلوگیری می‌کند و در عین حال مقاومت شیمیایی را افزایش می‌دهد. این درمان ها به ویژه در محیط های سرد که در آن تراکم و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی ترکیب می شوند و به سطوح درمان نشده حمله می کنند، ارزشمند هستند.
کنترل کیفیت برای بخاری‌های{0}}درجه حرارت شدید فراتر از آزمایش اولیه الکتریکی است. آزمایش مقاومت عایق در 500 ولت DC یکپارچگی پرکننده اکسید منیزیم را تأیید می‌کند - مقادیر باید از 500 MΩ در 20 درجه سانتیگراد تجاوز کنند، با تخریب قابل قبول تا 50-100 MΩ در دمای عملیاتی. تست استحکام دی الکتریک 1500 ولت AC را برای یک دقیقه بدون خرابی اعمال می کند و عدم وجود حفره یا آلودگی در عایق را تایید می کند. تست شروع سرد شرایط منفی 40 درجه را شبیه‌سازی می‌کند و تأیید می‌کند که بخاری بدون آسیب عایق ناشی از شوک حرارتی به طور قابل اعتماد شروع به کار می‌کند.
تلورانس های ابعادی بیش از آنچه که اکثر خریداران متوجه می شوند اهمیت دارند. یک بخاری با قطر 16 میلی‌متر در واقع 15.98 میلی‌متر اندازه‌گیری می‌کند تا از تناسب مناسب در سوراخ بازشده اطمینان حاصل کند. تلورانس های طولی مثبت یا منفی 1 میلی متری، انبساط حرارتی را در نظر می گیرند و در عین حال درگیری مناسب را در بلوک گرم شده حفظ می کنند. برای کاربردهای با دقت بالا مانند ساخت نیمه هادی یا تجهیزات پزشکی، تحمل های ویژه تا 0.5 میلی متر از طریق سنگ زنی بدون مرکز پس از چرخاندن قابل دستیابی است.
