Die kryogene Kühlung wird immer häufiger eingesetzt. Obwohl es sich bei der Kryotechnik noch um ein relativ junges Fachgebiet handelt, stellen viele Hersteller fest, dass Produktionsprozesse effizienter und deutlich schneller und auch besser werden, wenn sie bei extrem kalten Temperaturen durchgeführt werden.
Was genau sind die Vorteile der kryogenen Kühlung? Dieser Artikel vergleicht die kryogene Kühlung mit einigen anderen Kühlverfahren und erklärt, warum die Kryokühlung in den vergangenen Jahrzehnten immer bekannter und beliebter geworden ist.
Was ist Kryokühlung?
Unter kryogener Kühlung versteht man die Verwendung von extrem kalten Temperaturen, um Materialien schnell und effektiv zu kühlen. In den meisten Fällen werden dazu Flüssiggase verwendet, die bei -160 °C oder darunter als „kryogene Temperaturen“ bezeichnet werden.
Wie diese Temperaturen erreicht werden, hängt vor allem von dem zu kühlenden Material und der Art des verwendeten Gases ab. Wie Sie auf unserer Seite zur Kryotechnik nachlesen können, werden kryogene Temperaturen unter anderem durch Konduktion, Verdunstungskühlung, Kühlung durch schnelle Ausdehnung oder adiabatische Entmagnetisierung erreicht.
Die Wahl für ein bestimmtes Gas hängt auch von dem zu kühlenden Material ab. Flüssigstickstoff ist für die Kühlung von Lebensmitteln, biologischen Materialien und elektronischen Bauteilen weit verbreitet, während für große Forschungsprojekte und in der Raumfahrt der Einsatz von Helium üblich ist.
Kryogene Kühlung für die Qualitätssicherung
Wie wir vor einigen Wochen in unserem Blog zur Kryokonservierung dargelegt haben, bietet die kryogene Kühlung einen erheblichen Vorteil, wenn ein Produkt oder Material in optimaler Qualität konserviert werden soll.
Wenn beispielsweise Lebensmittel, biologische Präparate oder Medikamente in einem „normalen“ Gefrierschrank bei etwa -18 °C eingefroren werden, verläuft der Gefrierprozess relativ langsam und ungeregelt. Dies führt zur Bildung von Eiskristallen, die die Form und Struktur des Produkts beschädigen können.
Bei gefrorenem Obst ist dieses Phänomen deutlich zu erkennen. Nimmt man es aus einem „normalen“ Gefrierschrank heraus, sind sowohl das Aussehen als auch die Qualität nicht mehr dieselbe.
Bei Nahrungsmitteln muss das nicht immer ein Problem sein, aber bei medizinischen Elementen ist es das durchaus. Daher ist das kryogene Einfrieren eine logische Entscheidung.
Durch die Anwendung kryogener Gefrierverfahren wird der Kühlprozess geregelt (controlled-rate-freezing). Dies ermöglicht ein schnelles und tiefes Einfrieren bei weitestgehender Vermeidung von Flüssigkeitsverlust und Kristallbildung. Kryogenes Gefrieren begrenzt den Flüssigkeitsverlust auf ca. 1 %, während in einem IQF-Tunnelfroster ca. 1,5-2 % und in einem Spiralfroster 4 % Flüssigkeitsverlust auftreten.
Kryogene Kühlung für einen schnellen Arbeitsablauf
Neben der Qualitätssteigerung beschleunigen kryogene Gase auch die Arbeitsabläufe in verschiedenen Branchen.
So kommt es in der Nahrungsmittelindustrie regelmäßig vor, dass die Produktion gestoppt werden muss, weil ein Produkt abkühlen muss – eine Zeitverschwendung, die sich durch den Einsatz von kryogener Kühlung leicht beheben lässt. Ein kryogener Tunnelfroster beispielsweise kühlt Lebensmittel in kürzester Zeit ab, so dass der Produktionsprozess nicht unterbrochen werden muss.
Auch in der Automobilindustrie spart die kryogene Kühlung Zeit. Ein bekanntes kryogenes Kühlverfahren in dieser Branche ist die Schrumpfsitzkühlung. Dabei werden mechanische Teile in einen mit Flüssigstickstoff gefüllten Kühlbehälter getaucht und so weit geschrumpft, dass sie mit geringem Kraftaufwand z. B. in einen Motorblock eingesetzt werden können. Sobald die Teile wieder die Umgebungstemperatur erreicht haben, dehnen sie sich wieder aus und sind dadurch fest verankert. Oft werden zusätzliche Kühlräder in den Kühlbehälter gelegt, die dem Teil Zeit geben, abzukühlen, ohne den Arbeitsablauf zu verzögern.
Kryogene Kühlmethoden sparen auch in der Fertigungsindustrie viel Zeit. So wird in der Auminium-Extrusionsindustrie flüssiger Stickstoff verwendet, um den Arbeitsraum zu inertisieren ( wie auch in der Elektronikindustrie) und Aluminiumprofile direkt nach der Produktion schnell abzukühlen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Kryokühlung auch die Geschwindigkeit und Effektivität von Werkzeugen in der Stahlproduktion erhöht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die kryogene Kühlung als eine sehr effektive Kühlmethode erweist. Und je effektiver die Kühlung ist, desto weniger Unterbrechung wird im Arbeitsprozess verursacht, und desto schneller kann ein Projekt abgeschlossen werden.
Kryogenes Kühlen als nachhaltige Alternative
Obwohl sie sich deutlich unterscheiden, haben kryogene Gase auch eine markante Gemeinsamkeit: sie sind ein Naturprodukt. Stickstoff zum Beispiel ist in der Luft, die wir atmen, reichlich vorhanden.
In Luftzerlegungsanlagen (LZA) werden Stickstoff, Sauerstoff, Argon und einige wenige Edelgase aus der Luft gefiltert und voneinander getrennt, um dann in flüssiger Form in kryogenen Anwendungen zum Einsatz zu kommen.
Wird das Gas nach seiner Verwendung abgelassen, so vermischt es sich einfach wieder mit der Luft. Es ist nicht notwendig, es aufzufangen und zu filtern, da es die Luft nicht verunreinigt.
Wenn Flüssiggas für die Kühlung von Produktionswerkzeugen verwendet wird, bringt es einen zusätzlichen Nachhaltigkeitsvorteil. Die Kryokühlung reduziert nachweislich den Werkzeugverschleiß. Bessere und längere Nutzbarkeit der Ausrüstung reduziert Abfall und Verschmutzung.
Geld sparen mit kryogener Kühlung
Wahrscheinlich spricht dieser Vorteil nach der Lektüre der vorangegangenen Abschnitte bereits für sich selbst. Dennoch wollen wir auch die finanziellen Vorteile der Kryokühlung erwähnen. Im Vergleich zu alternativen Kühlmethoden hat die kryogene Kühlung zwei wesentliche wirtschaftliche Vorteile.
Erstens ist die Kryokühlung viel schneller als die meisten anderen Kühlmethoden, was natürlich Zeit spart. Sie sorgt dafür, dass Prozesse ohne Wartezeiten oder Unterbrechungen weiterlaufen können.
Zweitens sind kryogene Kühlsysteme oft kostengünstiger in der Aufstellung und Anschaffung als bekannte Alternativen. Auch die Wartungskosten sind gering, und die Systeme lassen sich einfach und schnell reinigen.
In diesem Zusammenhang beziehen wir uns auf Kühlanlagen, die Gase verwenden, wie z. B. den beliebten Flüssigstickstoff. Bei der Verwendung eines knapperen Gases, wie z. B. Helium, kann ein Projekt deutlich teurer ausfallen.
Mit der richtigen Technologie ist aber auch die nachhaltige und bezahlbare Nutzung von knappen Flüssiggasen möglich. Ein perfektes Beispiel dafür ist das kryogene Triebwerk ASMED, das wir in unserem letzten Blog ausführlich beschrieben haben. Dieses innovative und supraleitende Flugtriebwerk nutzt Helium in einem so genannten geschlossenen Kreislaufsystem. Das Helium verlässt das System nicht und wird kontinuierlich umgewälzt und wiederverwendet. Weitere Informationen finden Sie in unserem Blog über den kryogenen Motor.
Wie Demaco die kryogene Kühlung ermöglicht
Bei Demaco dreht sich alles um die kryogene Kühlung. Jeden Tag ist unser erfahrenes Team an neuen kryogenen Projekten und Fragestellungen in einer Vielzahl von kryogenen Industrien beteiligt.
Unsere vakuumisolierten Transferleitungen, Konditionierungsprodukte (qualitätsverbessernde Produkte) und Komplettlösungen tragen gemeinsam zu effizientem Transport, Lagerung und Flüssiggasnutzung bei. Das Ergebnis ist eine sichere, nachhaltige und effektive Kryokühlung, die perfekt auf die Anforderungen unserer Kunden abgestimmt ist.
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