Cryogénie

Applications cryogéniques

Définitions, exemples, et plus encore.

L’ingénierie cryogénique se concentre sur les gaz liquides et les applications cryogéniques qui les utilisent. Mais quelles applications cryogéniques reconnaîtrons-nous en 2023 ? Dans quels secteurs l’ingénierie cryogénique joue-t-elle un rôle, et quelles applications peut-on attendre dans un avenir proche ?

Dans ce blog, nous répondrons en détail aux questions ci-dessus. Nous abordons brièvement la technologie cryogénique en général, nous examinons le développement des applications cryogéniques, nous expliquons certaines applications typiques et nous expliquons comment un gaz liquide atteint une application en partant de sa production.

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Qu'est-ce que la technologie cryogénique ?

Avant d’aborder les applications cryogéniques en détail, une brève introduction s’impose : qu’est-ce que la technologie cryogénique et qu’est-ce qui rend un matériau ou une application « cryogénique » ?

L’ingénierie cryogénique est le domaine qui traite des les températures extrêmement basses et les réactions chimiques qui ont lieu au cours du processus. L’accent est mis sur la liquéfaction des gaz industriels. Autour d’une température de -160°C, les gaz prennent une forme liquide, et à partir de cette température et en dessous, ils sont dits « cryogéniques ».

Un grand nombre d’industries utilisent des gaz industriels liquéfiés, qui sont maintenus à l’état liquide grâce à la technologie cryogénique. Parmi les industries qui dépendent de manière significative de la cryogénie, on peut citer :

Chacune de ces industries travaille avec des applications spécifiques qui utilisent différents gaz liquides à différentes températures. Les quatre gaz liquides que nous rencontrons généralement dans de nombreux secteurs sont les suivants :

Azote liquide (avec un point d’ébullition de -195,8°C). L’azote liquide est largement utilisé dans le l’industrie automobile, industrie électronique, l’industrie alimentaire, l’industrie médicaleet industrie pharmaceutiqueoù il est utilisé pour le refroidissement cryogénique des matériaux. L’azote liquide pouvant être extrait de l’air ambiant, il s’agit d’un gaz relativement écologique et abordable. Cela en fait un gaz populaire utilisé par de nombreux fabricants.
Hydrogène liquide (dont le point d’ébullition est de -252,9°C). Comme on peut le lire dans notre blog sur hydrogène liquidece gaz populaire est largement utilisé comme carburant renouvelable et vecteur d’énergie, notamment dans le secteur des transports (routiers).
LNGou du gaz naturel liquéfié (dont le point d’ébullition est de -162°C). Le GNL est un carburant populaire, largement utilisé dans le transport routier et dans le secteur de l’énergie. industries maritimes.
Hélium liquide (avec un point d’ébullition de -268,9°C). L’hélium est essentiel dans la recherche scientifique et est régulièrement utilisé dans l’industrie médicale.

Les toutes premières applications cryogéniques

La technologie cryogénique ne reste pas immobile. La recherche de nouvelles techniques, applications et possibilités pour l’utilisation la plus efficace des gaz liquides est permanente. Mais où tout cela a-t-il commencé ? À quoi ressemblaient les premières applications cryogéniques ?

Comme on pouvait s’y attendre, le développement des applications cryogéniques a commencé par des recherches sur la production et le stockage de gaz liquéfié. production et le stockage de gaz liquéfié. Ainsi, en 1892, peu de temps après la première liquéfaction de divers gaz, James Dewar a mis au point son célèbre procédé de liquéfaction. Dewar. Le Dewar est un récipient de stockage de gaz extrêmement froid qui est encore largement utilisé aujourd’hui.

Quelques décennies plus tard, l’accent a été mis sur la production à grande échelle de gaz industriels. Un exemple fort d’un développement important dans ce domaine a été la construction de la première usine de séparation de l’air pour l’oxygène en 1902. Cette nouvelle technique, découverte par Carl Von Linde, était considérée comme une percée majeure dans le domaine de la cryogénie.

Avec l’essor de la production à grande échelle de gaz industriels, des applications cryogéniques ont été développées et déployées dans diverses industries. Pour ne citer que quelques exemples :

Autour de 1960l’azote liquide a été utilisé pour la première fois pour la réfrigération des aliments sur une base commerciale dans des systèmes de congélation à grande échelle.
Sur 1961l’hydrogène et l’azote liquides ont été utilisés dans la fusée américaine fusée américaine Atlas Centaur.
Au cours de la même période, plusieurs développements ont également eu lieu dans le domaine médical. Par exemple, les premiers cryoprotecteurs ont été utilisés dans les pays suivants 1946 et 1959 pour refroidir les tissus médicaux. Sur 1961, la cryochirurgie a été réalisée pour la première fois, et en 1983, les premières techniques cryogéniques ont été utilisées pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM). l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Les applications ci-dessus ne représentent qu’une petite sélection de toutes les applications cryogéniques découvertes et développées au cours du siècle dernier. Certaines sont restées, d’autres ont été remplacées, et de nouvelles applications sont ajoutées chaque année.

Applications cryogéniques en 2023

En 2023, la technologie cryogénique deviendra un élément indispensable de bon nombre d’industries. De nombreux processus de fabrication dépendent désormais des gaz liquides, et les infrastructures cryogéniques sont de plus en plus performantes et sophistiquées.

Plus loin dans ce blog, nous reviendrons sur certaines découvertes récentes en matière de cryogénie et sur les applications cryogéniques possibles à l’avenir. Toutefois, nous souhaitons tout d’abord aborder brièvement les applications cryogéniques qui seront pleinement établies et largement produites et utilisées d’ici 2023.

Applications cryogéniques dans l'industrie médicale et pharmaceutique

Les deux secteurs interdépendants dans lesquels les applications cryogéniques seront largement utilisées en 2023 sont les suivants médical et pharmaceutiques. Dans les deux secteurs, le La préservation des tissus sous une forme optimale est vitale, qu’il s’agisse de médicaments ou matériaux biologiques.

Systèmes de congélation cryogénique

Le congélateur cryogénique est l’un des systèmes les plus anciens et les plus utilisés. congélation cryogénique dans le secteur médical et pharmaceutique. En standard congélateurs cryogéniques, l’azote liquide est injecté dans le système, créant des vapeurs froides. Ces vapeurs enveloppent le produit à refroidir et l’amènent à la basse température souhaitée.

De nombreuses substances, comme certains médicaments, les cellules sanguines, les cellules souches et les œufs, peuvent être congelées à l’aide d’un congélateur cryogénique « ordinaire ». congélateur cryogénique ou un congélateur dit congélateur à taux de contrôle. Toutefois, cela ne s’applique pas à toutes les substances. Parfois, la préservation de composants spécifiques est si importante que d’autres techniques sont nécessaires. Dans ce cas, lyophilisation – ou lyophilisation– peut offrir la solution.

Lyophilisation est un procédé de réfrigération dans lequel l’eau est retirée d’une substance après qu’elle ait été congelée et placée sous vide. Ce procédé est utilisé pour la congélation des aliments, des produits pharmaceutiques et biopharmaceutiques, des produits pharmaceutiques et des produits de beauté. ingrédients en vracprotéines, collagène, peptide, oligonucléotide, API chimique, enzymes et AcM.

Stockage de matériaux et de liquides cryogéniques

Évidemment, le médical et pharmaceutiques utiliser de nombreuses autres applications cryogéniques. Par exemple, les petits échantillons biologiques sont stockés dans des CRF et des conteneurs de stockage, où ils peuvent être conservés pendant une période prolongée tout en conservant une qualité optimale. Ce processus est appelé le stockage des échantillons.

Stockage des échantillons s’effectue dans de petits flacons, qui sont refroidis dans l’azote liquide à environ -135°C. Le froid extrême stoppe pratiquement toute activité biologique et minimise théoriquement la dégradation des échantillons à long terme.

Enfin, dans de nombreuses installations médicales, on trouve également les dewars de stockage cryogénique mentionnés ci-dessus. Dewars de stockage cryogénique et stations de remplissage d’azote. Ces stations sont placées près d’un réservoir à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment et permettent de récupérer rapidement plusieurs litres d’azote liquide pour les utiliser.

Traitement cryogénique de la santé avec le cryosauna

Avant de passer à l’industrie l’industrie alimentairevoici une autre application populaire qui est fortement liée au medical sector: le cryosauna. Un traitement dans ce sauna, appelé cryothérapieLa cryothérapie, qui expose le corps à des températures cryogéniques pendant plusieurs minutes, permet d’améliorer la santé générale.

Habituellement, un cryosauna est refroidi par de la vapeur d’azote liquide ou de l’air refroidi par l’électricité. L’application ressemble à une grande cabine, avec un vase de Dewar contenant de l’azote liquide à côté (ou à l’intérieur).

Applications cryogéniques dans l'industrie alimentaire

L’industrie alimentaire est un autre secteur qui fait un usage intensif des applications cryogéniques. Le refroidissement des aliments, alors qu’ils sont à leur meilleure qualité, est crucial dans ce secteur. Les systèmes de réfrigération cryogéniques se sont avérés être la meilleure méthode pour cela.

Systèmes de congélation des aliments

Le site tunnel de congélation est l’un des systèmes de congélation les plus utilisés pour la congélation rapide et à grande échelle des aliments. Les produits entrent dans ces grands systèmes de congélation d’un côté et ressortent de l’autre complètement congelés.

Un avantage du tunnel de congélation est le fait que les aliments se congèlent si rapidement que leur qualité reste très élevée. Les nutriments et les vitamines contenus dans les aliments restent relativement bien préservés.

Comment un tunnel de congélation Le fonctionnement exact dépend du système et du produit à congeler. Cependant, les produits sont généralement pulvérisés avec azote liquide à -196°C (77 K) pour durcir la surface du produit.

Pour une durée de conservation encore meilleure, la lyophilisation est également utilisé pour certains produits alimentaires. Comme pour les matériaux biologiques, les produits alimentaires bénéficient également de la la préservation optimale de leur structure que lyophilisation permet.

A lyophilisateur congèle un produit, puis réduit la pression et ajoute de la chaleur pour que l’eau gelée dans le matériau se vaporise instantanément.

Bien sûr, également dans le l’industrie alimentaireEn outre, les systèmes de congélation ne sont pas les seuls à être concernés. Voici quelques autres applications cryogéniques utilisées par de nombreux producteurs alimentaires des plateaux de refroidissement contenant de l’azote liquide ainsi que les célèbres dewars et stations de remplissage.

Applications cryogéniques dans l'industrie spatiale

Non seulement l’industrie spatiale utilise largement les applications cryogéniques, mais elle serait complètement différente sans la technologie cryogénique. Par exemple, les gaz cryogéniques sont utilisés comme combustible, et l’hélium liquide sert à refroidir les détecteurs afin qu’ils puissent effectuer des mesures très précises dans l’espace.

Moteurs de fusée cryogéniques

Un moteur de fusée cryogénique utilise un combustible cryogénique et oxydantgénéralement composé de d’oxygène liquide (à -183°C) et d’hydrogène liquide (à -253°C). Cette technologie a été utilisée pour la première fois dans la célèbre fusée américaine Atlas-Centaur et a contribué de manière significative au succès de la NASA à atteindre la lune avec la fusée Saturn V.

La chambre d'essai cryogénique

Les applications cryogéniques sont également indispensables à la préparation des lancements. Le site chambre d’essai cryogénique est un exemple d’application cryogénique qui prépare les satellites et les fusées au départ. Dans cette chambre, les températures cryogéniques sont utilisées pour étudier dans quelle mesure toutes les fonctions d’un satellite ou d’un moteur restent actives sous l’effet de la chaleur. variations extrêmes de température.

Applications cryogéniques dans transport

Parmi les industries dans lesquelles les gaz liquides sont de plus en plus inclus dans le développement de nouvelles applications, le secteur des transports est peut-être le plus important.

Principalement l’hydrogène constitue la base des efforts actuels en matière de durabilité dans les transports routiers et maritimes, et de nombreuses voitures, camions et navires fonctionnant à l’hydrogène sont en cours de développement.

Voici quelques exemples d’applications cryogéniques dans le secteur des transports :

Voitures particulières avec un moteur qui fonctionne à l’hydrogène liquide. En 2001, BMW a lancé la Mini Hydrogen, qui est considérée comme l’une des premières voitures fonctionnant à l’hydrogène liquide. Actuellement, de plus en plus de voitures à hydrogène apparaissent sur le marché, utilisant principalement une pile à combustible à hydrogène.
Le développement des camions avec des piles à combustible à hydrogène ou des réservoirs d’hydrogène liquide. Un bon exemple est le camion Mercedes-Benz GenH2 de Daimler, actuellement en cours de développement.
L’utilisation du GNL comme carburant principalement pour les camions et navires de charge. GNL (gaz naturel liquide) est désormais largement disponible et est considéré comme un carburant un peu plus durable que le carburant diesel ordinaire.
Une station de ravitaillement pour le GNL ou l’hydrogène.

Applications cryogéniques dans la recherche scientifique

L’une des toutes premières industries à expérimenter les techniques cryogéniques, et donc les applications cryogéniques, est la la recherche scientifique.

En refroidissant des aimants avec des gaz cryogéniques jusqu’à un niveau proche du zéro absolu, il est possible, selon le matériau, de les rendre supraconducteurs et de générer des forces énormes avec des tailles relativement petites. Et ces forces énormes font l’objet de recherches approfondies.

Quelques exemples de projets cryogéniques dans recherche scientifique incluent des expériences avec accélérateurs de particules et grands supraconducteurs. Dans le même temps, l’effet de températures extrêmes est surveillée.

Parce que c’est l’un des gaz cryogéniques les plus froids et les plus puissants, l’hélium liquide est souvent utilisé comme réfrigérant dans les expériences scientifiques.

Des dizaines d'industries

Évidemment, la liste des industries et des applications ci-dessus est loin d’être complète. Les autres industries dans lesquelles les applications cryogéniques sont utilisées sont les suivantes l’industrie électronique, industrie automobile, l’industrie chimiqueet industrie métallurgique.

Vous souhaitez en savoir plus sur ces industries et les applications cryogéniques qui y sont utilisées ? Puis Pour en savoir plus sur les onze industries cryogéniques auxquelles Demaco fournit des services et des infrastructures cryogéniques.

Le rôle futur de l applications cryogéniques

Les applications cryogéniques ont connu d’énormes changements au cours du siècle dernier, et la recherche se poursuit. À quoi ressemble l’avenir des applications cryogéniques ? Quel rôle la cryogénie jouera-t-elle en 2023 et au-delà ?

Si l’on considère les projets en cours de développement ainsi que la mission et la vision des principaux acteurs de l’industrie cryogénique, deux thèmes se dégagent pour l’avenir proche : la poursuite du développement technique des applications cryogéniques et l’utilisation des techniques cryogéniques pour rendre diverses industries plus durables.

Parmi les nouvelles applications cryogéniques que nous nous attendons à voir de plus en plus à l’avenir, citons :

Nouvelles applications cryogéniques dans l’industrie l’industrie médicaletelles que les dispositifs d’IRM ouverts, la magnétoencéphalographie basée sur des détecteurs SQUID pour cartographier la réponse du cerveau aux stimuli, et les les accélérateurs compacts pour la protonthérapiesont utiles dans certains traitements du cancer.
La poursuite du développement et la mise à l’échelle du transport routier à l’hydrogène. Propulsion à l’hydrogène voitures particulières seront plus accessibles, le transport de marchandises à l’hydrogène devrait prendre son essor, et des travaux sont en cours sur les moteurs à combustion fonctionnant à l’hydrogène liquide. moteurs à combustion fonctionnant à l’hydrogène liquide.
Le développement de moteurs d’avions durables basés sur des techniques cryogéniques. Plusieurs avions sont actuellement en cours de développement avec des moteurs supraconducteurset les prototypes devraient être produits d’ici 2030.

Transport de l’énergie en utilisant de l’hydrogène liquide. Alors que nous nous tournons de plus en plus vers les énergies renouvelables dans le monde, il devient essentiel de transporter cette énergie au niveau international. Après tout, tous les pays n’ont pas le même accès aux énergies solaire, éolienne et autres sources d’énergie renouvelables. Convertir cette énergie en hydrogène liquide en utilisant électrolyseurs facilite considérablement son transport sur de longues distances.

Comment le gaz liquide atteint l'application cryogénique

Une application cryogénique n’est rien sans un liquide cryogénique. Mais comment un gaz liquide atteint-il l’application ? Comment le liquide extrêmement froid est-il produit et transporté, et comment l’approvisionnement de l’application est-il géré ?

De la production au transport et au stockage

Les gaz industriels, tels que l’azote, l’oxygène, l’hélium et l’hydrogène, sont produits sous forme gazeuse. La façon dont cela fonctionne dépend du type de gaz. Par exemple, l’hydrogène est produit par reformage du méthane à la vapeur ou électrolyse. L’hélium, l’oxygène, et l’azote sont produits en les installations de séparation de l’air.

Après la production, les gaz sont stockés sous forme gazeuse ou liquéfiés à l’aide d’un appareil appelé liquéfacteur pour un stockage et un transport plus efficaces. En effet, les gaz prennent moins de place sous forme liquide que sous forme gazeuse, ce qui rend le stockage et le transport sous forme liquéfiée beaucoup plus efficaces.

Le liquide est ensuite transporté vers l’utilisateur final dans un réservoir cryogénique par bateau ou par camion.

Du réservoir de stockage à l'application

La plupart des utilisateurs de gaz cryogéniques disposent d’un réservoir de vrac sur place, qui stocke le liquide dans isolation optimale. Ce réservoir est rempli selon les besoins et fournit aux applications cryogéniques un approvisionnement adéquat en gaz liquide.

Mais comment le liquide de ce réservoir atteint-il la ou les applications ? C’est là que infrastructures cryogéniques sont indispensables. Dans la plupart des cas, les liquides cryogéniques sont stockés à plusieurs dizaines de mètres d’un réservoir de stockage (souvent à l’extérieur d’un bâtiment) d’une application (à l’intérieur d’un bâtiment). Il est essentiel que le liquide atteigne l’application à la bonne pression et à la bonne température.

La plupart des sites installent un réseau de lignes de transfert isolées sous vide pour maintenir la plus haute qualité du gaz, complétée par des produits d’amélioration de la qualité tels qu’un séparateur de phases, un dégazeurou vanne d’évacuation des gaz. De plus, comme nous l’avons mentionné précédemment, certains réservoirs sont équipés d’une station de remplissage d’azotepermettant aux utilisateurs de transporter de petites quantités d’azote jusqu’à leur poste de travail.

Isolation sous vide

Un système de tuyauterie cryogénique doit être techniquement parfait. La meilleure isolation est essentielle pour le sûr transport des gaz cryogéniques, c’est pourquoi l’isolation sous vide est utilisée dans la plupart des cas.

Les lignes de transfert isolées par le vide contiennent une ligne de processus qui est entourée d’une chambre à vide, par laquelle un vide isolant de haute qualité est garanti. Le vide isolant empêche la pénétration de l’énergie de l’extérieur et permet de réduire l’évaporation au minimum..

Vous souhaitez en savoir plus sur la meilleure isolation pour les infrastructures cryogéniques ? Veuillez alors lire notre page sur la technologie du vide.

Comment Demaco améliore les applications cryogéniques pour un fonctionnement optimal

Ce blog indique sans ambiguïté que la technologie cryogénique est très polyvalente. Les fluides cryogéniques sont utilisés dans des dizaines d’industries et se déclinent en une infinité de variétés. Et c’est précisément ce qui rend le métier d’ingénieur cryogénique à la fois compliqué et passionnant.

Demaco est à la pointe de l’industrie cryogénique depuis des décennies. Notre équipe d’ingénieurs en cryogénie est impliquée dans une grande variété d’industries. Demaco fournit des infrastructures complètes qui garantissent que les gaz cryogéniques sont acheminés en parfait état depuis le réservoir de stockage jusqu’à l’application.

Nous conseillons, sur la conception, la construction, la fabrication et la fourniture ; nous assemblons, supervisons et certifions les tuyauteries, les systèmes et les composants isolés sous vide. Nous fournissons également divers produits isolés sous vide à partir de notre site Web. Webshop Vacuum.

Pour plus d’informations sur notre travail, consultez nos produits et services ou contactez-nous pour toute question ou pour une consultation gratuite.