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Zu den kryogenen Anwendungen gehören Materialien und Verfahren, die eine hohe Temperatur aufrechterhalten oder das Volumen eines Objekts verringern können. Kryogene Kühlung und Tunnelgefrieranlagen sind Beispiele für solche Anwendungen. Kryogene Dichtungslösungen können verwendet werden, um Materialien in einem inerten Zustand zu halten und Korrosion zu verhindern.
Die kryogene Kühlung kann bei einer Vielzahl von industriellen Anwendungen von Vorteil sein. In einem Bearbeitungsprozess kann eine kalte Kühlflüssigkeit beispielsweise die Schnittkraft erhöhen und die Zerspanbarkeit verbessern. Außerdem verringern kalte Temperaturen die Reibung und damit die für den Vorschub eines Werkstücks erforderliche Kraft. Die kryogene Kühlung ist jedoch nicht immer kosteneffizient, und es gibt einige häufige Fehler, die vermieden werden sollten.
Die kryogene Kühlung ist nicht nur energieeffizienter, sondern auch kostengünstiger als mechanische Kühlmethoden. Sie ist auch schneller und ermöglicht ununterbrochene Prozesse. Außerdem sind kryogene Systeme einfacher zu warten und zu reinigen. Das macht sie für viele Anwendungen zur besseren Wahl. Nachfolgend sind nur einige der vielen Vorteile der kryogenen Kühlung in Anwendungen aufgeführt:
Erstens muss ein kryogenes Kühlsystem in der Lage sein, konstante Temperaturen zu halten. Kryogene Flüssigkeiten sind extrem dicht und neigen dazu, Wärme zu absorbieren. Daher ist es wichtig, hochwertige vakuumisolierte Rohre zu verwenden, um die Wahrscheinlichkeit einer erheblichen Wärmeaufnahme zu verringern. Zweitens kann eine kryogene Flüssigkeit zweiphasige Strömungen erzeugen, die zu einem geringeren Massendurchsatz und zu Vibrationen in den Rohrleitungen führen.
Kryogene Kühlsysteme müssen einen geschlossenen Kreislauf aufweisen, der eine Vielzahl von Designüberlegungen berücksichtigt. Zu diesen Überlegungen gehören Kälteerzeugung, Wärmeübertragung, Strömungswiderstand und Kosten. Diese Entwürfe sind oft iterativ und erfordern eine Reihe von Parametern, die optimiert werden müssen. Ausgangspunkte für diesen Auslegungsprozess sind die für die Anwendung des Kunden erforderliche Kühlleistung, das Delta T, das für die Anwendung erreicht werden kann, und der Betriebsdruck der Kühlflüssigkeit.
Die Tieftemperaturkühlung ist zwar eine nützliche Technik zur Kühlung empfindlicher Materialien, aber auch ein riskantes Verfahren. Das flüssige Kohlendioxid und der Stickstoff sind für Menschen nicht giftig, aber ihre niedrige Temperatur kann den atembaren Sauerstoff in einem Raum verdrängen. Wenn sie in hohen Konzentrationen eingeatmet werden, können sie Symptome wie Übelkeit, Schwindel und Kopfschmerzen hervorrufen. Daher ist es wichtig, gut belüftete Räume zu verwenden und bei kryogener Kühlung einen Sauerstoffmonitor einzusetzen.
Kryogene Brennstoffe können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. Einige kryogene Brennstoffe werden beim Präzisionsschweißen verwendet. Andere werden für medizinische Zwecke verwendet. Zu den gebräuchlichsten kryogenen Brennstoffen gehören Argon, Stickstoff und Sauerstoff. Stickstoff wird z. B. verwendet, um den Schweißbereich kalt zu halten.
Kryogene Flüssigkeiten und Gase werden in der Regel in speziellen Behältern gelagert. Sie werden Dewar-Röhrchen genannt, benannt nach ihrem Erfinder James Dewar. Diese Behälter sind doppelwandig und weisen ein isolierendes Vakuum zwischen den beiden Wänden auf. Dadurch wird verhindert, dass sich der Druck durch das Sieden des Gases aufbaut. Dies könnte zu einer Explosion führen. Diese kryogenen Flüssigkeiten erfordern auch spezielle Sensoren und Geräte zur Überwachung ihrer Temperatur. Im Allgemeinen werden für kryogene Anwendungen Widerstandstemperaturdetektoren bevorzugt. Für niedrigere Temperaturen werden spezielle Siliziumdioden verwendet.
Kryogene Brennstoffe werden hauptsächlich in der verarbeitenden Industrie verwendet. Auf dieses Segment wird voraussichtlich ein großer Teil des Gesamtmarktes entfallen. Dieses Segment wird durch die wachsende verarbeitende Industrie in den Schwellenländern angetrieben, die die Nachfrage nach kryogenen Brennstoffen ankurbelt. Neben der verarbeitenden Industrie werden kryogene Brennstoffe auch in der medizinischen und biomedizinischen Forschung eingesetzt.
Kryogene Brennstoffe können zur Herstellung hochenergetischer flüssiger Brennstoffe verwendet werden. Diese Brennstoffe können in großen Mengen hergestellt und auch über lange Zeiträume gelagert werden. Außerdem sind diese Brennstoffe umweltverträglich. Einer der vielversprechendsten ist flüssiger Wasserstoff. Die kryogene Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffaufbereitung sind wichtig für Wasserstoffmotoren.
Die Fortschritte in der Kryotechnik begannen während des Zweiten Weltkriegs, als eingefrorene Metalle verschleißfester waren. In den späten 1960er Jahren wurde die Kryotechnik auch in der Industrie eingeführt. Das erste kommerzielle Unternehmen für kryogene Verarbeitung wurde von Ed Busch gegründet, der aus der Wärmebehandlungsbranche stammte. Er war auch daran interessiert, die Lebensdauer von Metallwerkzeugen durch Kryogenik zu verlängern.
Kryogene Tunnelgefriergeräte für Anwendungen sind eine Art von Gefriergeräten, die niedrige Temperaturen zur Lagerung und Verarbeitung von Flüssigkeiten oder Schnee verwenden. Die Temperatur des Produkts kann durch die Steuerung des Kohlendioxidflusses reguliert werden. Diese Gefriergeräte können eine größere Menge an Kryogen verarbeiten als andere Gefriergeräte.
Kryogene Tunnelfroster sind eine großartige Option für die Verarbeitung großer Mengen von Produkten bei gleichzeitig geringem Platzbedarf. Sie erhöhen die Ausbeute der Produkte, indem sie ihre Beschaffenheit bewahren und die Austrocknung minimieren. Diese Gefriergeräte sind mit Förderbändern, Umwälzlüftern und Abluftsystemen ausgestattet, um die Feuchtigkeit der Produkte zu bewahren.
Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichen Tunnelfrostern und kryogenen Frostern liegt in der Art und Weise, wie die Kryogene durch sie gepumpt werden. Im Gegensatz zu flüssigem Stickstoff wird flüssiges CO2 unter hohem Druck in den Tunnel geleitet und expandiert zu einem Gemisch aus Gas und Trockeneis-Feststoffteilchen. Diese festen Partikel, die gemeinhin als Trockeneisschnee bezeichnet werden, werden dann durch die Hitze des Lebensmittels sublimiert. Dadurch absorbiert das CO2 die Wärme und erzeugt einen Kühleffekt. Die latente Sublimationswärme beträgt etwa 120 BTUs pro Pfund festes CO2.
Kryogene Tunnelgefriergeräte sind in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet. Sie haben viele Vorteile, Inklusive die Fähigkeit, große Mengen an Lebensmitteln schnell zu kühlen. Diese Gefriergeräte können entweder mit einem Gleichstrom- oder Gegenstromsystem ausgestattet sein. Dadurch kann das Produkt sicher und gleichmäßig gekühlt werden.
Ein kryogener Tunnelfroster kann für viele verschiedene Arten von Anwendungen eingesetzt werden. Der Hauptvorteil dieses Gefriergeräts ist, dass es wenig Platz benötigt und an einem Wochenende installiert werden kann. Kryogene Tunnelfroster verwenden Flüssigstickstoff, um die gewünschte Temperatur zu halten. Durch die Verwendung von Flüssigstickstoff zur Kühlung von flüssigen Molkereiprodukten entfällt die Notwendigkeit von Abluftventilatoren, die gefährlich sein können. Kryogene Tunnelfroster sind außerdem kostengünstig in der Anschaffung und Wartung und lassen sich leicht installieren.
Kryogene Dichtungslösungen erfordern eine Kombination von Materialien, die extremem Druck und extremen Temperaturen standhalten können. Flüssiger Sauerstoff ist eines der am häufigsten verwendeten Medien. Diese Anwendungen können Betriebstemperaturen von -420F bis 500F aufweisen. Um den extremen Temperaturen standhalten zu können, müssen kryogene Dichtungen aus den besten Werkstoffen hergestellt und mit Blick auf optimale Effizienz konstruiert werden. Neben der Wahl der richtigen Werkstoffe ist auch die Wahl des richtigen Herstellers entscheidend.
Kryogene Flüssigkeiten werden zur Stabilisierung und Verlangsamung chemischer Reaktionen verwendet, um genaue Messungen und Transporte zu gewährleisten. Kryogene Flüssigkeiten werden in der Regel in Eisenbahnwaggons oder Lastwagen angeliefert und müssen für den sicheren Transport und die Handhabung speziell versiegelt werden. Die raue Umgebung dieser Flüssigkeiten kann bei unsachgemäßer Handhabung lebensbedrohlich sein. Außerdem sind sie leicht entzündlich und können aufgrund ihrer schnellen Ausdehnung explodieren.
Das kryogene Versiegeln mit flüssigem Stickstoff ist ein schwieriges Verfahren. Druck und Temperatur müssen genau kontrolliert werden. Außerdem dürfen die Dichtungen keine Schmiermittel verwenden, was zu Ausfällen führen kann. PTFE ist ein bevorzugter Werkstoff für kryogene Anwendungen. Seine chemische Verträglichkeit, seine guten thermischen Eigenschaften und seine Dimensionsstabilität machen es zu einer guten Wahl für kryogene Dichtungen.
Kryogenische Dichtungslösungen können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Statische kryogene Hochdruckdichtungen können mit durchbiegungsbetätigten beschichteten Metalldichtungen erreicht werden. Darüber hinaus können bei statischen kryogenen Hochdruckdichtungsanwendungen umsichtige Flanschverbindungen eingesetzt werden. Kryogene Dichtungslösungen wurden im Haupttriebwerk des Space Shuttle, im externen Tank und in Saturn I eingesetzt. Sie sind jedoch auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen und Systeme nützlich.
Polymere sind ein weiteres Material, das in kryogenen Anwendungen eingesetzt wird. Diese Materialien sind bekannt für ihr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Polymere haben außerdem eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Elastizität, wodurch sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen.
Das kryogene Biobanking ist eine äußerst wertvolle Ressource für Forschungslabors weltweit. Es bewahrt die Unversehrtheit hochwertiger Güter und gewährleistet gleichzeitig die Zugänglichkeit und Rückverfolgbarkeit der Proben. Mit Hilfe eines speziell entwickelten Softwaresystems, CryoSMART, werden die Prozesse bei der kryogenen Lagerung überwacht und verwaltet. Die Software umfasst eine Datenbank mit Probeninformationen sowie ein Rückverfolgbarkeitssystem für die Lagerbedingungen.
Es wird erwartet, dass der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen in den kommenden Jahren dank der steigenden Nachfrage nach biologischen Proben wachsen wird. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach kryogenen Biobankdienstleistungen mit der steigenden Zahl wissenschaftlicher Forschungsprojekte ebenfalls zunehmen wird. Zu den Faktoren, die zum Marktwachstum beitragen, gehören die zunehmenden Investitionen von Pharmaunternehmen, die zunehmende Einführung von Nabelschnurblutbanken und die Einführung neuer kryogener Biokonservierungsanlagen.
Der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen ist nach Regionen unterteilt. Nordamerika ist der größte Markt für kryogene Biobankdienstleistungen. Europa ist die zweitgrößte Region. Es wird erwartet, dass der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen bis 2029 USD XX Millionen erreichen wird. Kryogene Biobankdienstleistungen werden für die Lagerung von Bioproben für die Forschung und Entwicklung neuer Medikamente verwendet. Der asiatisch-pazifische Raum ist einer der aufstrebenden Märkte für kryogene Biobankdienstleistungen.
Die wachsende Bedeutung von Biobanken in Forschung und Entwicklung führt zu einer Vielzahl von Technologien und Strategien, um sie nachhaltiger zu machen. Die Verwendung von Stickstoffgas bietet eine Reihe von Vorteilen. Es senkt die Temperatur, verringert das Risiko einer Verunreinigung und ist umweltfreundlich. Das Verfahren minimiert auch die Wartungskosten und den Zeitaufwand. Es ist möglich, Bioproben aus der Allgemeinbevölkerung sowie von Patienten ausschließlich für Forschungszwecke zu sammeln. Um eine Biobank in Betrieb nehmen zu können, muss die Einrichtung über eine angemessene Finanzierung zur Deckung der Kosten verfügen.
Der Einsatz der kryogenen Biobanktechnologie ist ein wichtiger Bestandteil der klinischen Forschung. Diese Proben können Ärzten helfen, die Wirksamkeit neuer Behandlungen zu beurteilen und festzustellen, ob sie funktionieren oder nicht.
