Che cosa è un cryocooler?

Un cryocooler è un dispositivo utilizzato per raffreddare l'ambiente e tutto interno a temperature estremamente basse. Tipicamente utilizzata in applicazioni scientifiche e ingegneristiche, è stato progettato per raggiungere temperature ben inferiori a quelli raggiunti dagli apparecchi standard. Non vi è alcun requisito di temperatura ufficialmente definito per quello che è considerato un cryocooler. Un dispositivo in grado di raffreddare a circa -238 gradi Fahrenheit (o circa -150 gradi Celsius) o più fredda, tuttavia, è generalmente indicato come un cryocooler.

Mentre ci sono diversi tipi di impiego spaziale, più operano su qualche variazione di un processo comune. Gas è tipicamente fatta circolare attraverso un ciclo chiuso di assorbire calore dal l'interno del dispositivo e trasferirlo all'ambiente esterno. Tale gas può essere idrogeno, elio, o qualche altro gas o miscela di gas. La capacità del dispositivo per raffreddare l'ambiente interno dipende in gran parte le proprietà termodinamiche del gas circolante attraverso il sistema.

Cicli di raffreddamento a questi dispositivi di solito iniziano con il gas viene compresso in un compressore. Poiché il gas compresso passa attraverso uno scambiatore di calore, assorbe calore dall'interno del cryocooler, raffreddando quindi nulla al suo interno. Quando questo gas assorbe calore a volume costante nello scambiatore di calore, aumenta la sua pressione. Si espande di volume e la sua pressione diminuisce nella porzione successiva del ciclo. Infine, si ritorna al compressore, che completa un circuito chiuso attraverso il ciclo, e inizia a circolare attraverso il ciclo di nuovo.

Un cryocooler può talvolta essere erroneamente indicato come un criostato. C'è una piccola ma distinta differenza, tuttavia, tra i due. Un criostato viene utilizzato per mantenere temperature criogeniche già in atto, di solito passivamente come ad esempio con l'isolamento. D'altra parte, un cryocooler opera attivamente per raffreddare l'ambiente a temperature criogeniche piuttosto che semplicemente mantenere condizioni ambientali già esistenti. Questa differenza può essere pensato come simile alla differenza tra un thermos e frigorifero.

Molti tipi di raffreddatori criogenici sono disponibili con vari vantaggi e caratteristiche adatte per un'ampia varietà di applicazioni. I tipi comuni di impiego spaziale comprendono il dispositivo di raffreddamento Joule-Thomson, il dispositivo di raffreddamento Gifford-McMahon, il dispositivo di raffreddamento Stirling, il frigorifero tubo di impulso, e la smagnetizzazione adiabatica frigorifero. Mentre notevolmente meno efficiente rispetto a molti altri dispositivi, Joule-Thomson impiego spaziale offrono vantaggi in termini di affidabilità e bassi livelli di rumorosità elettrici e meccanici. Refrigeratori Gifford-McMahon, invece, generano una certa vibrazione dovuta ad un pistone che spinge il gas attraverso il sistema. Essi, tuttavia, offrono flessibilità per l'utente in quanto possono essere utilizzate in qualsiasi orientamento.

Particolare attenzione è tipicamente alla selezione di un cryocooler per l'utilizzo nello spazio. In tali applicazioni, tipicamente alimentazione deve essere utilizzato in modo efficiente e riparazione è estremamente costosa o addirittura impossibile - come ad missioni altri pianeti. Notato sia per affidabilità ed efficienza, refrigeratori Stirling sono i primi ad essere stati utilizzati con successo nello spazio. Con affidabilità anche superiore refrigeratori Stirling, refrigeratori tubo polso sono spesso scelti per lo spazio, anche se di solito sono un po 'meno efficienti. Un frigorifero smagnetizzazione adiabatica può essere scelto anche per la sua eccellente efficienza e la capacità di operare in ambienti gravità zero.

Ci sono numerosi campi in cui criogenici svolgono un ruolo fondamentale. Questi includono medico, automotive e applicazioni aerospaziali, utilizzano nella ricerca scientifica e le operazioni militari, e altro ancora. Ad esempio, indurimento criogenico di componenti metalliche possono cambiare le loro proprietà fisiche, aumentando la forza, la durezza e la resistenza all'usura. Sensori a infrarossi utilizzati nella sorveglianza via satellite e guida dei missili, nonché gli studi atmosferici e più, in genere richiedono il raffreddamento criogenico.

  • Sensori a infrarossi utilizzati in guida dei missili in genere richiedono il raffreddamento criogenico.