יישומים קריוגניים כוללים חומרים ותהליכים שיכולים לשמור על טמפרטורה גבוהה או להקטין את נפחו של עצם. קירור קריוגני ומקפיאי מנהרה הם דוגמאות ליישומים כאלה. פתרונות אטימה קריוגניים יכולים לשמש לשמירה על חומרים במצב אינרטי ולמניעת קורוזיה.
קירור קריוגני
קירור קריוגני יכול להיות יתרון במגוון יישומים תעשייתיים. לדוגמה, בתהליך עיבוד שבבי נוזל קירור קר יכול להגדיל את כוח החיתוך ולהגביר את שבירות השבבים. בנוסף, טמפרטורות קרות מפחיתות חיכוך ומקטינות את הכוח הנדרש להזנת חומר העבודה. עם זאת, קירור קריוגני אינו תמיד משתלם, ויש כמה טעויות נפוצות שיש להימנע מהן.
מלבד היותו חסכוני יותר באנרגיה, לקירור קריוגני עלות נמוכה יותר משיטות קירור מכניות. הוא גם מהיר יותר ומאפשר תהליכים ללא הפרעה. יתרה מזאת, מערכות קריוגניות קלות יותר לתחזוקה ולניקוי. הדבר הופך אותן לבחירה טובה יותר ליישומים רבים. להלן רק כמה מיתרונותיו הרבים של קירור קריוגני ביישומים:
ראשית, מערכת קירור קריוגנית חייבת להיות מסוגלת לשמור על טמפרטורות קבועות. נוזל קריוגני צפוף מאוד ונוטה לספוג חום. לכן חשוב להשתמש בצינור איכותי מבודד ואקום כדי להפחית את הסבירות לספיגת חום משמעותית. שנית, נוזל קריוגני יכול ליצור זרימות דו-פאזיות, המביאות לקצב זרימה מסתי מופחת ולרעידות צנרת.
מערכות קירור קריוגניות חייבות להיות בעלות תכנון מעגל סגור המתייחס לשיקולי תכנון שונים. שיקולים אלה כוללים הפקת קור, העברת חום, התנגדות לזרימה ועלות. תכנונים אלה הם לעיתים קרובות איטרטיביים ודורשים אופטימיזציה של סדרת פרמטרים. נקודות המוצא לתהליך התכנון הן הספק הקירור הנדרש ביישום הלקוח, הפרש הטמפרטורות (delta T) שאפשר להשיג ביישום ולחץ העבודה של נוזל הקירור.
אף שקירור קריוגני הוא טכניקה שימושית לקירור חומרים עדינים, הוא גם תהליך מסוכן. פחמן דו-חמצני נוזלי וחנקן אינם רעילים לבני אדם, אך הטמפרטורה הנמוכה שלהם עלולה לדחוק חמצן נשימתי בחדר. אם שואפים אותם בריכוזים גבוהים הם עלולים לגרום לתסמינים של בחילה, סחרחורת וכאב ראש. המשמעות היא שחשוב להשתמש בחדרים מאווררים היטב ובמד חמצן בעת שימוש בקירור קריוגני.
דלקים קריוגניים
דלקים קריוגניים יכולים לשמש למטרות שונות. חלק מהדלקים הקריוגניים משמשים בריתוך מדויק. אחרים משמשים למטרות רפואיות. כמה מהדלקים הקריוגניים הנפוצים ביותר הם ארגון, חנקן וחמצן. לדוגמה, חנקן משמש כדי לשמור על אזור חיבור הריתוך קר.
נוזלים וגזים קריוגניים מאוחסנים בדרך כלל במיכלים מיוחדים. הם נקראים בקבוקי דיואר, על שם ממציאם, ג'יימס דיואר. מיכלים אלה כפולי דופן ויש בהם ואקום מבודד בין שתי הדפנות. הדבר עוזר למנוע הצטברות לחץ מרתיחת הגז. הדבר עלול להוביל לפיצוץ. נוזלים קריוגניים אלה דורשים גם חיישנים וציוד מיוחדים לניטור הטמפרטורות שלהם. בדרך כלל מועדפים גלאי טמפרטורה מבוססי התנגדות ליישומים קריוגניים. לטמפרטורות נמוכות יותר משתמשים בדיודות סיליקון מיוחדות.
דלקים קריוגניים משמשים בעיקר בתעשיות הייצור. צפוי שמגזר זה יהווה חלק גדול מכלל השוק. מגזר זה מונע על ידי תעשיית הייצור הגדלה במשקים מתעוררים, שהזינה את הביקוש לדלקים קריוגניים. בנוסף לייצור, דלקים קריוגניים משמשים במחקר רפואי וביו-רפואי.
אפשר להשתמש בדלקים קריוגניים לייצור דלקים נוזליים בעלי אנרגיה גבוהה. אפשר לייצר דלקים אלה בכמויות גדולות וגם לאחסנם לתקופות ארוכות. חוץ מזה, דלקים אלה בטוחים לסביבה. אחד המבטיחים ביותר הוא מימן נוזלי. הזרקת דלק בלחץ גבוה קריוגנית והתאמת הדלק חשובות למנועי מימן.
ההתקדמות בקריוגניקה החלה במהלך מלחמת העולם השנייה, כאשר מתכות שהוקפאו נמצאו עמידות יותר בפני שחיקה. קריוגניקה הוכנסה לסביבה התעשייתית גם בסוף שנות ה-1960. חברת העיבוד הקריוגני המסחרית הראשונה נוסדה על ידי אד בוש, שרקעו היה בתחום הטיפול התרמי. הוא התעניין גם בשימוש בקריוגניקה לשיפור אורך חייהם של כלי מתכת.
- AC XL+10-S - קניסטרים קצרים
- AC XL+10
- AC XL+15
- AC XL+15-S - קניסטרים קצרים
- AC XL+20
- AC XL+20-S - קניסטרים קצרים
מקפיאי מנהרה קריוגניים
מקפיאי מנהרה קריוגניים ליישומים הם סוג של מקפיא המשתמש בטמפרטורות נמוכות לאחסון ועיבוד נוזלים או שלג. אפשר לוויסת את טמפרטורת המוצר על ידי שליטה בזרימת הפחמן הדו-חמצני. מקפיאים אלה יכולים להתמודד עם קלט קריוגן גדול יותר מסוגי מקפיאים אחרים.
מקפיאי מנהרה קריוגניים הם אפשרות מצוינת לעיבוד נפחים גדולים של מוצרים תוך שמירה על טביעת רגל קטנה. הם מגדילים את תפוקת המוצרים על ידי שמירה על המרקם שלהם וצמצום ההתייבשות. מקפיאים אלה מצוידים בסרטי נשיאה, מאווררי סירקולציה ומערכות פליטה כדי לסייע בשמירה על לחות המוצרים.
ההבדלים העיקריים בין מקפיאי מנהרה מסורתיים למקפיאים קריוגניים הם באופן שבו הקריוגנים נשאבים דרכם. בניגוד לחנקן נוזלי, CO2 נוזלי מועבר בצנרת למנהרה בלחץ גבוה ומתפשט לתערובת של גז וחלקיקים מוצקים של קרח יבש. חלקיקים מוצקים אלה, המכונים בדרך כלל שלג קרח יבש, עוברים אז סובלימציה מחום מוצר המזון. הדבר גורם ל-CO2 לספוג את החום וליצור אפקט קירור. החום הכמוס של הסובלימציה הוא כ-120 BTU לליברה של CO2 מוצק.
מקפיאי מנהרה קריוגניים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית המזון. יש להם יתרונות רבים, כולל היכולת לקרר במהירות כמויות גדולות של מזון. מקפיאים אלה יכולים להיבנות ממערכת זרימה מקבילה או זרימה נגדית. הדבר מאפשר לקרר את המוצר בצורה בטוחה ועקבית.
מקפיא מנהרה קריוגני יכול לשמש לסוגים רבים ושונים של יישומים. היתרון העיקרי של מקפיא זה הוא שהוא דורש מעט מקום וניתן להתקינו בסוף שבוע. מקפיאי מנהרה קריוגניים משתמשים בחנקן נוזלי לשמירה על הטמפרטורה הרצויה. שימוש בחנקן נוזלי לקירור מוצרי חלב נוזליים מבטל את הצורך במאווררי פליטה, שעלולים להיות מסוכנים. מקפיאי מנהרה קריוגניים גם זולים לרכישה ולתחזוקה וניתנים להתקנה בקלות.
פתרונות אטימה קריוגניים
פתרונות אטימה קריוגניים דורשים שילוב של חומרים העומדים בלחץ קיצוני ובטמפרטורה קיצונית. חמצן נוזלי הוא אחד המדיומים הנפוצים ביותר. ליישומים אלה יכולות להיות טמפרטורות פעולה הנעות בין −420 F ל-500 F. כדי לעמוד בטמפרטורות קיצוניות, יש לייצר אטמים קריוגניים מהחומרים הטובים ביותר ולתכננם מתוך שאיפה ליעילות מיטבית. מלבד בחירת החומרים הנכונים, חשוב מאוד גם לבחור את היצרן הנכון.
נוזלים קריוגניים משמשים לייצוב והאטת תגובות כימיות ומבטיחים מדידה והובלה מדויקות. נוזלים קריוגניים המסופקים בדרך כלל ברכבות או במשאיות דורשים אטימה מיוחדת להובלה וטיפול בטוחים. הסביבה הקשה של נוזלים אלה עלולה להוות סכנות מסכנות חיים אם מטפלים בהם שלא כראוי. הם גם דליקים מאוד ועלולים להתפוצץ בשל התפשטותם המהירה.
אטימה קריוגנית באמצעות חנקן נוזלי היא תהליך קשה. יש לשלוט בלחץ ובטמפרטורה בדיוק. בנוסף, אסור לאטמים להשתמש בחומרי סיכה, העלולים להוביל לכשל. PTFE הוא חומר מועדף ליישומים קריוגניים. התאימות הכימית של החומר, תכונותיו התרמיות השימושיות ויציבותו הממדית הופכות אותו לבחירה טובה לאטמים קריוגניים.
פתרונות אטימה קריוגניים יכולים לשמש במגוון יישומים. אטימה קריוגנית סטטית בלחץ גבוה ניתנת להשגה באמצעות אטמי מתכת מצופים המופעלים בכיפוף. בנוסף, תכנוני חיבורי אוגן נבונים יכולים לשמש ביישומי אטימה קריוגנית סטטית בלחץ גבוה. פתרונות אטימה קריוגניים שימשו במנוע הראשי של מעבורת החלל, במיכל החיצוני וב-Saturn I. עם זאת, הם שימושיים גם למגוון יישומים ומערכות אחרים.
פולימרים הם חומר נוסף המשמש ביישומים קריוגניים. חומרים אלה ידועים ביחסי חוזק למשקל גבוהים. לפולימרים גם מוליכות תרמית נמוכה וחוסן גבוה, מה שהופך אותם למתאימים למגוון רחב של יישומים.
ביובנקאות קריוגנית
ביובנקאות קריוגנית היא משאב רב ערך למעבדות מחקר ברחבי העולם. היא משמרת את שלמותם של נכסים בעלי ערך גבוה תוך שמירה על נגישות הדגימות ויכולת המעקב אחריהן. התוכנה כוללת מסד נתונים של מידע על דגימות, וכן מערכת מעקב לתנאי אחסון.
שוק שירותי הביובנקאות הקריוגנית צפוי לצמוח בשנים הבאות, הודות לביקוש הגובר לדגימות ביולוגיות. הביקוש לשירותי ביובנקאות קריוגנית צפוי גם הוא לעלות עם מספר גדל של פרויקטי מחקר מדעיים. גורמים התורמים לצמיחת השוק כוללים השקעות גוברות של חברות פרמצבטיות, אימוץ גובר של בנקי דם טבורי והקמת מתקנים חדשים לשימור ביולוגי קריוגני.
שוק שירותי הביובנקאות הקריוגנית מחולק לפי אזורים. צפון אמריקה היא השוק הגדול ביותר לשירותי ביובנקאות קריוגנית. אירופה היא האזור השני בגודלו. שירותי ביובנקאות קריוגנית משמשים לאחסון דגימות ביולוגיות למחקר ולפיתוח של תרופות חדשות. אסיה-פסיפיק היא אחד השווקים המתעוררים לשירותי ביובנקאות קריוגנית.
החשיבות הגוברת של ביובנקאות במחקר ובפיתוח מניעה מגוון טכנולוגיות ואסטרטגיות כדי להפוך אותן לבנות קיימא יותר. לשימוש בחנקן נוזלי יש מספר יתרונות. הוא מוריד את הטמפרטורה, מפחית את הסיכון לזיהום ואקולוגי. התהליך גם ממזער עלויות וזמן תחזוקה. אפשר לאסוף דגימות ביולוגיות מהאוכלוסייה הכללית וכן מחולים למטרות מחקר בלבד. כדי להפעיל ביובנק, על המוסד להיות בעל מימון מתאים לכיסוי העלויות.
השימוש בטכנולוגיית ביובנקאות קריוגנית הוא חלק חיוני מהמחקר הקליני. דגימות אלה יכולות לעזור לרופאים להעריך את יעילות הטיפולים החדשים ולקבוע אם הם עובדים או לא.
