초저온 냉각기는 극한의 냉각을 어떻게 가능하게 하는가

초저온 냉각기는 일반 산업용 냉각기보다 훨씬 낮은 온도 범위를 달성하고 유지하는 냉각 장치입니다. 이 장비는 -40°C에서 -150°C 사이의 온도 범위를 제공합니다. 이러한 극한 냉각 능력 덕분에 제약품, 각인, 항공우주, 재료 시험과 같은 특정 공정이나 제품 보관에 엄격한 저온 조건이 필요한 산업 분야에서 필수적인 장비입니다. Liatem ( https://www.liatem.com/)가장 혁신적이고 첨단화된 열 관리 솔루션 개발업체 중 하나입니다. 이 회사는 매우 신뢰성 높고 에너지 효율적인 초저온 냉각 장치를 설계합니다. 아래에서는 초저온 냉각기가 어떻게 작동하여 극한 냉각을 수행하는지에 대한 자세한 설명을 제공합니다.

딥 쿨링을 위한 고급 다단 압축 시스템

고급 다단 압축 시스템은 극저온 냉각기를 가능하게 하는 핵심 기술로, 이러한 극한의 저온을 달성할 수 있게 해줍니다. 단일 압축기를 사용하는 일반 냉각기와 달리, 극저온 냉각기는 2~3단계의 압축 과정을 통해 냉매의 온도를 단계적으로 낮춥니다. 첫 번째 단계에서 저압의 냉매가 대상 시스템의 열을 흡수하여 기화된 후, 첫 번째 압축기로 이동하여 압력과 온도가 약간 상승합니다. 이후 냉매는 열교환기를 거쳐 일부 열을 방출한 다음, 두 번째 압축기로 이동하여 냉매의 압력을 더욱 증가시킵니다. 이 과정을 통해 냉매의 끓는점을 충분히 낮추어 보다 깊은 냉각을 구현합니다.

Liatem의 초저온 냉각기는 고효율로 정밀하게 설계된 온도 제어 압축기를 사용하여 다단계 설계를 개선했습니다. 예를 들어, 이 냉각기의 3단계 설계를 살펴보면, -80°C에 도달하기 위해 시스템은 급격한 단일 냉각으로 인한 비효율을 방지하기 위해 각 압축 단계에서 냉매의 온도를 점진적으로 낮춥니다. 이러한 다단계 기술이 초저온 냉각기가 놀라운 냉각 성능을 달성할 수 있게 합니다.

영하 온도용 맞춤형 설계

초저온 냉각기는 영하의 온도를 달성하기 위해 초저점도 끓는점을 가진 맞춤형 냉매가 필요합니다. 일반적인 냉매는 약 0°C에서 끓지만, Liatem의 R23, R508B 및 맞춤 혼합 냉매는 -82°C에서 끓습니다. 냉각기의 증발기 내에서 냉매가 회전할 때, 그 끓는점이 매우 낮기 때문에 극한 온도에서도 시스템이 열을 흡수하여 급속히 기화되고, 열을 반출하며 시스템을 작동시킵니다. Liatem은 또한 고객이 원하는 온도에 따라 냉매를 선택합니다. -80°C 응용에는 R23을 사용하고, -120°C 이하의 온도에는 R23과 R14의 혼합물을 사용합니다.

저온에서 냉매의 안정성(즉, 얼지 않거나 분해되지 않음)도 중요하게 여겨집니다. 이를 통해 냉매가 지속적인 냉각에 효과적으로 사용될 수 있습니다. 또한, Liatem의 초저온 냉각기는 불순물을 제거하여 냉각 사이클을 방해하는 막힘을 예방하는 냉매 필터링 시스템을 갖추고 있습니다. 이러한 맞춤형 냉매는 초저온 냉각기가 극한의 저온에 도달하고 이를 유지할 수 있도록 해줍니다.

최적의 열전달을 위한 고효율 열교환기

효율적인 열전달은 초저온 냉각기가 유지할 수 있는 극한 냉각 성능에 큰 영향을 미칩니다. 이는 열교환기의 설계를 개선함으로써 이루어집니다. 초저온 냉각기는 두 가지 주요 열교환기를 포함하는데, 하나는 대상 시스템 내에서 열을 흡수하는 증발기(evaporators)이며, 다른 하나는 주변 환경으로 열을 방출하는 응축기(condensers)입니다. Liatem의 초저온 냉각기는 마이크로채널 또는 핀튜브 구조와 같이 넓은 표면적을 갖는 설계를 적용하여 냉매와 열원/열흡수부 간의 접촉을 극대화함으로써 이러한 시스템을 개선했습니다.

증발기는 얇고 간격이 있는 튜브를 가지고 있으며, 낮은 온도의 냉매로부터 열을 빠르게 흡수하여 의약품 용액이나 전자 부품의 냉각수에 맞게 조절합니다. 반면 응축기는 팬 또는 물을 사용하여 냉매를 냉각시키고 응축시킵니다. Liatem의 초저온 냉각 장치에서는 열교환기에 폐쇄형 셀 폼과 같은 단열재를 추가하여 영하의 온도를 유지합니다. 이 에너지 효율적인 설계는 극한의 열전달 상황에서도 에너지를 절약하면서도 안정적인 저온을 유지할 수 있도록 보장합니다. 이 LOL의 극한 열전달 성능은 단순화된 설계 반복을 통해 가능했습니다.

안정성을 위한 온도 제어 시스템

LOL의 초저온 냉각기에서 제어 시스템은 극한 온도에 대응할 시간이 없었으며, 이러한 시스템들은 높은 정확도와 낮은 변동성을 가진 시스템을 갖추고 있었다. 온도 폐회로 방식의 냉매 시스템에서는 고감도 온도 센서가 데이터를 실시간으로 측정하여 컨트롤러에 전송하였다. 시스템 자체는 마이크로프로세서 기반 제어 시스템에서 압축기 단계와 팬을 조절하고, 요구되는 온도 범위를 유지하기 위해 추가적인 설정을 자동으로 보완하였다.

냉각기의 다양한 제어 모드에서 발생하는 작동 방식을 생각해 보세요. 압축기 제어 장치에서 설정한 온도 목표값이 원하는 기준 온도보다 낮아지면, 제어 장치는 압축기 출력을 줄이고 냉매 흐름을 증가시켜 추가적인 열을 더 흡수하도록 합니다. 냉각기는 또한 고압이나 냉매 부족과 같은 시스템 파라미터를 모니터링하여 시스템 손상을 방지합니다. 원격으로 시스템 설정을 모니터링하면 어디서든 시스템을 제어할 수 있으며, 시스템이 무인 상태로 남겨진 경우에도 냉각을 유지할 수 있습니다.
 
응축 방지를 위한 조치와 함께 두꺼운 단열재를 사용하면 냉각 장치가 낮은 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 압축기, 열교환기 및 냉매 라인과 같은 시스템 구성 부품은 폴리우레탄 폼으로 만들어진 두꺼운 고성능 단열재로 감싸져 있습니다. 냉각 장치의 에너지 소비가 줄어들면 온도 제어 성능이 향상됩니다. Liatem의 초저온 냉각기는 시스템 표면에서의 냉각 응축을 억제하면서 에너지 소비를 효과적으로 관리해 줍니다.

냉각 장치의 주변 저온 냉매 라인과 증발기에는 가열 패널이 설치되어 있습니다. 이를 통해 표면 온도를 이슬점보다 약간 높게 유지하여 수분 응결이 발생하지 않도록 합니다. 또한 외함에는 밀봉된 개스킷이 적용되어 습한 공기가 내부로 유입되지 않도록 차단합니다. 초저온 냉각기의 경우 응결 방지를 위한 단열이 필수적이며, 장치는 일반적인 산업용 또는 실험실 환경에서도 정상적이고 신뢰성 있게 작동해야 합니다.

초저온 냉각기는 다단 압축, 저비점 냉매, 고급 열교환기, 온도 제어 및 단열 기술을 사용하여 원하는 온도까지 극한의 냉각을 달성하고 유지합니다. Liatem의 엔지니어링 덕분에 초저온 냉각 장치는 항공우주 부품의 냉동에서 의약품 샘플 테스트와 같은 가장 까다로운 작업에 이르기까지 높은 정밀도로 신뢰성 있고 효율적인 냉각을 제공할 수 있습니다. 산업 분야에서 정밀도에 대한 요구가 점점 커짐에 따라 초저온 냉각기는 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. Liatem의 엔지니어링은 극저온 냉각 기술에서 큰 발전을 이루었습니다. 신뢰할 수 있는 초저온 냉각이 필요한 기업에게 초저온 냉각기는 공정 품질을 위한 타협 없는 투자입니다.