超低温チラーはどのように極限冷却を実現するのか

超低温チャillerは、標準的な産業用チャillerよりもはるかに低い温度範囲を達成し維持する冷却装置です。その温度範囲は-40°Cから-150°Cです。この装置は極端な冷却能力を持つため、医薬品、彫刻、航空宇宙、材料試験など、特定のプロセスや製品保管において正確な低温条件を必要とする産業にとって不可欠です。Liatem (" https://www.liatem.com/)最も革新的で高度な熱管理技術の開発者の一つです。彼らは非常に信頼性が高く、エネルギー効率に優れた超低温用チラー装置を設計しています。以下に、超低温チラーの動作方法および極限冷却についての詳細な説明を示します。

深冷用の先進的多段圧縮システム

高度な多段圧縮システムは、極低温チャillerがこのような極端な低温を達成できる根本的な技術です。標準的なチャillerが単一の圧縮機を使用するのとは異なり、極低温チャillerは2〜3段の圧縮工程を使用し、それぞれの段階で冷媒の温度を段階的に下げます。第1段階では、低圧の冷媒が対象システムの熱を吸収し、蒸発してから第1の圧縮機へと移動し、そこで圧力と温度がわずかに上昇します。その後、冷媒は熱交換器を通過して一部の熱を放出し、第2の圧縮機へと進み、さらに冷媒の圧力を高めます。このプロセスにより、気化した冷媒の温度を十分に低下させ、より深層的な冷却を実現します。

Liatemの超低温チャillerは、エネルギー効率が高く、精密に設計された温度制御用圧縮機を採用することで、この多段階設計をさらに向上させています。たとえば、チャillerの3段階設計について考えてみてください。-80°Cを達成するために、システムは各圧縮段階で冷媒の温度を段階的に下げることで、一気に冷却する単段冷却に伴う非効率性を防いでいます。この多段階技術こそが、超低温チャillerが驚異的な冷却性能を発揮できる理由です。

零下温度向けのカスタマイズ

超低温チャillerには、0℃未満の温度を達成するために沸点が極めて低いカスタム冷媒が必要です。標準的な冷媒は約0℃で沸騰しますが、LiatemのR23、R508Bおよび独自ブレンドは-82℃で沸騰します。冷媒がチャillerの蒸発器内を回転する際、その沸点が非常に低いため、極端な低温であってもシステムが熱を吸収し、急速に気化して系外へ熱を運び出します。またLiatemでは、ご希望の温度に応じて冷媒を選定しています。-80℃の用途にはR23を使用し、-120℃以下のような低温用途にはR23とR14の混合物を使用します。

また、低温下での冷媒の安定性（凍結や分解しないこと）も重視されます。これにより、冷媒が安定した冷却に使用可能になります。さらに、Liatemの超低温チャillerには冷媒フィルター装置が備わっており、冷却サイクルを妨げる詰まりの原因となる不純物を除去します。このようなカスタマイズされた冷媒により、超低温チャillerは極めて低い温度に到達し、その状態を維持することが可能になります。

最適な熱交換を実現する効率的な熱交換器

効率的な熱伝達は、超低温チャillerが維持できる極端な冷却性能に大きく影響します。これは熱交換器の設計を高度化することで実現されています。超低温チャillerには2つの主要な熱交換器が含まれており、対象システム内の熱を吸収する蒸発器と、周囲環境へ熱を放出する凝縮器です。Liatemの超低温チャillerは、マイクロチャンネルやフィンチューブ構造などにより大きな表面積を持つ設計を採用しており、冷媒と熱源／放熱部との接触を最大化しています。

蒸発器には細く間隔の空いたチューブがあり、低温冷媒からの熱を素早く吸収し、医薬品溶液や電子部品の冷却などに対応します。これに対して、凝縮器はファンまたは水を使用して冷媒を冷却および凝縮します。Liatemの超低温チャillerでは、熱交換器にクローズドセルフォームなどの断熱材が追加され、氷点下の温度を維持しています。このエネルギー効率的な設計により、極端な熱交換条件下でも低温度がエネルギー効率よく維持されます。このLOLの極端な熱交換性能は、シンプルに設計が繰り返し改善された結果です。

安定性のための温度制御システム

LOLの超低温チラーにおける制御システムは、極端な温度変化に対して迅速に対応できず、高精度で変動の少ないシステムを備えていました。冷媒に近い温度の密閉系では、高感度の温度センサーがデータを読み取り、コントローラーに送信します。これらのシステム自体はマイクロプロセッサ制御された装置に追加の構成を施し、圧縮機段階やファンの制御を行い、所定の温度範囲内に維持するための他の適切な調整も行います。

冷却装置が異なる制御モードでどのように動作するかを考えてください。圧縮機の制御で設定された温度目標値が所定の目標温度を下回った場合、コントローラーは圧縮機の出力を低下させ、その後、冷媒の流量を増加させて目的の部位により多くの熱を吸収させます。また、チラーは高圧や冷媒不足などのシステムパラメータを監視し、システムの損傷を防ぎます。リモートでのシステム設定の監視により、どこからでもシステムを制御でき、システムが無人状態になっても冷却を維持することが可能です。
 
結露防止対策を施した高密度の断熱材を使用することで、チラーが低温を維持するのを助けます。圧縮機、熱交換器、冷媒配管などのシステム制御部は、ポリウレタンフォーム製の厚みのある断熱材で覆われています。冷却装置のエネルギー消費量が低下することで、温度制御が向上します。Liatemの超低温チラーは、エネルギー消費とシステム表面の冷却による結露を抑制するのに役立ちます。

チラーの冷媒配管周囲および蒸発器には加熱パネルが装備されています。これにより、表面温度が露点ぎりぎりに保たれ、水分が発生しないようにしています。また、外箱にはシールドガスケットが施されており、湿った空気が内部に入り込むのを防ぎます。超低温チラーにおいては、結露防止のための断熱処理が不可欠であり、装置は一般的な工業用または実験室環境下でも正しく、かつ信頼性を持って動作する必要があります。

超低温チラーは、多段圧縮、低沸点冷媒、高度な熱交換器、温度制御、断熱技術を用いて、所望の温度まで極端な冷却を達成し、維持します。Liatemのエンジニアリングにより、同社の超低温チラー装置は、航空宇宙部品の凍結や医薬品サンプルの試験など、最も困難な作業においても、信頼性が高く高効率で極めて精密な冷却を提供できます。産業界がより高い精度を求める中で、超低温チラーの重要性はますます高まっています。Liatemのエンジニアリングは極低温冷却技術の分野で大きな進歩を遂げました。信頼性の高い亜零下トールストイ温度域での冷却を必要とする企業にとって、超低温チラーはプロセス品質に対する妥協のない投資です。