جایی که بخاری‌های کارتریجی با دمای بسیار پایین-در واقع استفاده می‌شوند
کاربردهایی که نیاز به بخاری کارتریجی با قابلیت کارکرد قابل اعتماد در دمای منفی 120 درجه سانتیگراد دارند، ممکن است بسیاری از طراحان تجهیزات را شگفت زده کنند. اینها کنجکاوی علمی نیستند{2}}آنها بخش های رو به رشدی از زیرساخت های صنعتی و تجاری را نشان می دهند که به مدیریت حرارتی در محدوده های دمایی شدید وابسته هستند.
سیستم‌های ذخیره‌سازی برودتی شاید قابل مشاهده‌ترین کاربرد باشند. فریزرهای بسیار{1}}در دمای پایین از گرمکن‌های کارتریجی در قاب درها و واشرها استفاده می‌کنند تا از آب‌بندی یخ و به دام افتادن نمونه‌های ارزشمند در داخل جلوگیری کنند. سیستم‌های ذخیره‌سازی نیتروژن فاز بخار{3}}از بخاری‌های کارتریج در لوله‌های گردنی و درگاه‌های دسترسی استفاده می‌کنند تا نمونه‌ها در ظرف یخ نزنند. هنگامی که یک لوله گرمایش الکتریکی تک سر در این محیط‌ها خراب می‌شود، عواقب آن فراتر از زمان از کار افتادن تجهیزات و از دست دادن احتمالی مواد بیولوژیکی غیرقابل جایگزین یا محصولات دارویی گسترش می‌یابد.
تولید نیمه هادی نیازمندی های گرمایش برودتی را ارائه می دهد. هیترهای کارتریجی در گرمایش محفظه نیمه هادی، اتصال سرب ویفر و فرآیندهای پیوند قالب کاربرد دارند. مدل‌سازی حرارتی سکوهای برودتی نشان می‌دهد که حفظ دما در محدوده ۲± درجه سانتیگراد در یک منطقه ۰.۵ متر مربعی، بسته به کیفیت عایق و اتلاف حرارت، به ۱۵ تا ۲۵ بخاری نیاز دارد. بخاری های کمتری می توانند به 5± درجه برسند که برای برخی کاربردها مناسب است اما برای حفظ مواد بیولوژیکی یا ساخت نیمه هادی ها با دقت بالا نامناسب است. چگالی و فاصله بخاری کارتریج باید برای دستیابی به این تلورانس‌های محدود بهینه شود.
تأسیسات گاز طبیعی مایع و کارخانه‌های فرآوری قطب شمال، یکی دیگر از حوزه‌های کاربردی اصلی را نشان می‌دهند. طراحان تجهیزات در آب و هوای معتدل به ندرت از چالش های عملیاتی پیش روی کارخانه های فرآوری نفت و گاز در قطب شمال قدردانی می کنند. حفظ دماهای بالاتر از آستانه های بحرانی برای حمل و نقل خط لوله، عملکرد شیر و عملکرد ابزار دقیق ضروری است، حتی زمانی که دمای بیرون اغلب به زیر منفی 40 درجه می رسد. هنگامی که سیستم‌های گرمایشی در این مکان‌های دورافتاده از کار می‌افتند، هزینه‌ها فراتر از جایگزینی تجهیزات به تعطیلی تولید، خطرات ایمنی و تعمیرات اضطراری در مکان‌های غیرقابل دسترس گسترش می‌یابد.
بخاری های کارتریجی مورد استفاده در این محیط ها باید گرمای کافی برای جبران تلفات حرارتی ثابت به محیط برودتی تولید کنند و در عین حال یکپارچگی ساختاری را تحت تنش حرارتی مداوم حفظ کنند. محاسبه بار حرارتی برای کاربردهای قطب شمال اساساً با تجهیزات گرمایش صنعتی معمولی{1} متفاوت است نه تنها باید دمای فرآیند را تا سطوح عملیاتی افزایش دهد، بلکه باید در برابر اتلاف حرارت ثابت در محیطی که هرگز بالاتر از دمای برودتی گرم نمی‌شود، مقاومت کند.
تجهیزات برودتی علمی یک بخش کاربردی دقیق- را نشان می دهد. هنگام گرم کردن تجهیزات علمی از دماهای بسیار پایین، مدیریت انبساط حرارتی بسیار مهم می شود. بخاری کارتریج و محیط اطراف آن ممکن است از نظر دما 300 درجه سانتیگراد یا بیشتر از هم فاصله داشته باشند که باعث می شود سیستم های کنترل استاندارد برای مدیریت نرخ انتقال حرارت ناکافی باشند. فرآیندهای تنظیم تخصصی برای کاربردهای برودتی عملکرد کنترل را بهبود می بخشد. کنترل دما بخاری های کارتریج برودتی طراحی الکتریکی، مهندسی حرارتی و تئوری کنترل را در یک زمینه تخصصی ترکیب می کند.
محفظه‌های آزمایش محیطی که بین دمای بسیار سرد و دمای بالا چرخش می‌کنند، به گرمکن‌های کارتریجی که از شوک‌های حرارتی مکرر جان سالم به در می‌برند، بستگی دارد. طراحی بخاری کارتریج معمولی با چالش‌های متعددی در این کاربردها مواجه است: افزایش شکنندگی لوله‌های فلزی و سرب در دماهای پایین، تنش حرارتی ناشی از اختلاف دماهای زیاد که احتمالاً بیش از 200 درجه سانتیگراد است، و تغییرات عملکردی مواد عایق در محیط‌های{2} با دمای پایین.
برنامه های کاربردی شبیه سازی هوافضا و فضا، نیاز به بخاری کارتریج را حتی بیشتر می کند. بخاری های کارتریجی در محفظه های شبیه سازی فضا باید عملکرد خود را در حین کار در شرایط خلاء حفظ کنند. آلیاژهای Inconel 600 و 625 در محیط‌های خلاء به خوبی کار می‌کنند-ماتریس نیکل-کروم با خلوص عالی و مقیاس اکسید پایدار، گاز بسیار کمی آزاد می‌کند. این آلیاژها حتی زمانی که دما تغییر می‌کند، محکم و انعطاف‌پذیر می‌مانند، بنابراین ترک نمی‌خورند و سطوح جدیدی را تولید نمی‌کنند.
کاربردهای پمپ برودتی یک مورد استفاده تخصصی اما حیاتی را نشان می دهد. در پمپ‌های برودتی، بخاری‌های کارتریج معمولاً مواد جاذب گرما را برای به دام انداختن مولکول‌های گاز و تنظیم دما برای اطمینان از عملکرد صحیح پمپ، گرم می‌کنند. بخاری باید در دماهای محیطی بسیار سرد مقاومت کند و در عین حال خروجی حرارتی دقیقی را ارائه دهد.
لوله گرمایش تک -سر، با ضریب فرم فشرده و انتهای یک-ش، به طور منحصربه‌فردی برای این برنامه‌ها مناسب است، جایی که محدودیت‌های فضا و محدودیت‌های دسترسی نصب، دو عنصر گرمایش انتهای- را رد می‌کند. چگالی بخاری کارتریج باید با نیازهای حرارتی خاص هر برنامه مطابقت داشته باشد-خیلی کم و بخاری نمی تواند بر تلفات حرارتی غلبه کند. تنش های خیلی زیاد و داخلی باعث تسریع شکست می شود.
