Het gebruik van cryogene koeling wordt steeds gangbaarder. Terwijl de cryogene techniek nog relatief nieuw is, merken steeds meer producenten dat hun werk met behulp van zeer koude temperaturen aanzienlijk sneller, beter en effectiever kan.
Maar wat zijn de voordelen van cryogene koeling nu precies? In dit artikel vergelijken we cryogene koeling met enkele andere koelmethoden en leggen we uit waarom de cryogenie in de afgelopen decennia steeds bekender en populairder is geworden.
Wat is cryogene koeling?
Cryogene koeling is het gebruik van extreem koude temperaturen om materialen snel en effectief af te koelen. In de meeste gevallen wordt hierbij gebruik gemaakt van vloeibare gassen, die bij een temperatuur van -160 °C of lager ‘cryogeen’ worden genoemd.
Hoe deze temperaturen worden bereikt hangt sterk af van het te koelen materiaal en het soort gas dat hiervoor wordt gebruikt. Zoals op onze pagina over cryogene techniek is te lezen, worden cryogene temperaturen onder meer bereikt door warmtegeleiding, verdampingskoeling, koeling door snelle expansie of adiabatische demagnetisatie.
Ook de keuze voor een bepaald gas hangt af van het te koelen materiaal. Voor de koeling van voedsel, biologische materialen en elektronische componenten wordt veel gebruik gemaakt van vloeibaar stikstof, terwijl voor grote onderzoeksprojecten en in de ruimtevaart het gebruik van helium gangbaar is.
Cryogene koeling voor behoud van kwaliteit
Zoals enkele weken geleden beschreven in onze blog over cryopreservatie, heeft cryogene koeling een aanzienlijk voordeel wanneer een product of materiaal in optimale kwaliteit bewaard moet worden.
Wanneer voedingswaren, biologische materialen of geneesmiddelen bijvoorbeeld in een ‘gewone’ vriezer van zo’n -18 °C worden ingevroren, dan verloopt het vriesproces relatief langzaam en ongereguleerd. Dit resulteert in de vorming van ijskristallen, die de vorm en structuur van het product kunnen beschadigen.
Bevroren fruit laat dit probleem duidelijk zien. Komt dit een ‘gewone’ vriezer uit, dan is zowel het uiterlijk als de kwaliteit van het product niet meer hetzelfde.
Bij voeding is dit niet altijd een probleem, maar bij medische materialen wel degelijk. In dit geval is cryogeen vriezen dan ook een logische oplossing.
Door cryogene vriestechnieken toe te passen wordt het koelproces gereguleerd (controlled-rate-freezing). Hierdoor wordt snel en diep invriezen mogelijk, terwijl vochtverlies en kristalvorming zoveel mogelijk worden voorkomen. Zo beperkt cryogeen vriezen het vochtverlies tot zo’n 1%, vergeleken met ongeveer 1,5-2% in een IQF-tunnelvriezer en 4% in een spiraalvriezer.
Cryogene koeling voor een snel werkproces
Naast een verhoging van de kwaliteit, zorgen cryogene gassen binnen diverse industrieën ook voor een versneld werkproces.
In bijvoorbeeld de food industry komt het regelmatig voor dat de werkzaamheden even worden stilgelegd omdat een product eerst moet afkoelen. Dit is zonde, en makkelijk op te lossen met behulp van cryogene koeling. Zo zorgt bijvoorbeeld een cryogene vriestunnel dat voedingswaren binnen no-time zijn afgekoeld, waardoor het onderbreken van het productieproces niet nodig is.
Ook in de automotive industry bespaart cryogene koeling tijd. Een bekende cryogene koelmethode binnen deze industrie is de krimppassing. Hierbij worden onderdelen in een met vloeibaar stikstof gevulde koelbak gedompeld en daardoor zover gekrompen, dat ze vervolgens met een lichte kracht in (onder meer) een motorblok kunnen worden geplaatst. Zodra de onderdelen vervolgens weer op omgevingstemperatuur komen, zetten deze weer uit en zitten ze direct stevig verankerd. Vaak worden extra koelwielen in de koelbakken geplaatst, waardoor het object de tijd heeft om af te koelen zonder dat dit het werkproces vertraagd.
Als laatste besparen cryogene koelmethoden ook in de productiebranche veel tijd. Bij bijvoorbeeld aluminium extrusie wordt vloeibaar stikstof niet alleen ingezet voor het inertiseren van de werkruimte (net als in de electronics industry) maar ook voor het snel afkoelen van aluminium profielen direct na de productie hiervan. Bovendien is gebleken dat cryogene koeling ook de snelheid en effectiviteit van stalen werktuigen vergroot.
Kortom, cryogene koeling blijkt een zeer effectieve koelmethode te zijn. En hoe effectiever de koeling, hoe minder onderbreking er tijdens het werk plaatsvindt, en hoe sneller een project kan worden afgerond.
Cryogene koeling als duurzaam alternatief
Terwijl ze aanzienlijk van elkaar verschillen, hebben cryogene gassen ook een belangrijke overeenkomst: ze zijn een natuurlijk product. Het veelgebruikte stikstof, bijvoorbeeld, is gewoon aanwezig in de lucht.
In luchtscheidingsfabrieken worden stikstof, zuurstof, argon en een hele kleine hoeveelheid edelgassen uit de lucht gefilterd en van elkaar gescheiden, waarna ze in vloeibare vorm kunnen worden gebruikt in cryogene toepassingen.
Komt een gas na gebruik weer vrij? Dan mengt dit zich vanzelf weer met de lucht. Het opvangen en filteren hiervan is niet nodig en sprake van luchtvervuiling is er niet.
Voor de koeling van werktuigen brengt het gebruik van vloeibaar gas nog een extra duurzaamheidsvoordeel met zich mee. Zo is namelijk gebleken dat met cryogene koeling de slijtage van gereedschap wordt beperkt. Betere en langere bruikbaarheid van materialen beperkt verspilling en vervuiling.
Geld besparen door cryogene koeling
Wellicht spreekt dit voordeel al voor zich na het lezen van de voorgaande paragrafen. Echter, kunnen we de financiële voordelen van cryogeen koelen niet zomaar voorbij laten gaan. Vergeleken met alternatieve koelmethoden kent cryogene koeling namelijk twee belangrijke financiële voordelen.
Ten eerste gaat koeling met cryogene gassen stukken sneller dan de meeste andere koelmethoden, en dit bespaart simpelweg tijd. Het zorgt dat processen zonder problemen kunnen doorlopen, zonder wachttijd of onderbreking.
Ten tweede zijn cryogene koelsystemen vaak goedkoper in opzet- en aanschafkosten dan de bekende alternatieven. Ook zijn de onderhoudskosten laag en kunnen de systemen makkelijk en snel worden gereinigd.
Uiteraard hebben we het hier over koelsystemen die gebruik maken van luchtgassen, zoals het populaire vloeibare stikstof. Bij gebruik van een schaarser gas, zoals helium, kan een project een stuk duurder uitpakken.
Met de juiste techniek is duurzaam en betaalbaar(der) gebruik van schaarse vloeibare gassen echter ook mogelijk. Een mooi voorbeeld hiervan is de ASuMED cryogenic engine, die we in onze vorige blog uitgebreid beschreven. Deze innovatieve en supergeleidende vliegtuigmotor gebruikt helium in een zogenaamd closed-loop systeem. Het helium verlaat het systeem hierdoor niet en wordt continu gecirculeerd en hergebruikt. Voor meer informatie, bekijk onze blog over de cryogenic engine.
Hoe Demaco cryogene koeling mogelijk maakt
Alles draait bij Demaco om cryogeen koelen. Elke dag wordt ons ervaren team betrokken bij nieuwe cryogene projecten en vraagstukken binnen een grote verscheidenheid aan cryogene industrieën.
Onze vacuüm geïsoleerde transfer leidingen, conditioneringsproducten (kwaliteitsverbeterend) en turnkey-oplossingen dragen gezamenlijk bij aan het efficiënt vervoeren, opslaan en gebruiken van vloeibaar gas. Hierdoor wordt cryogeen koelen veilig, duurzaam en effectief mogelijk gemaakt op een manier die perfect aansluit bij de wens van de klant binnen het specifieke project.
Meer weten?
Vragen over onze cryogene producten en de manier waarop Demaco cryogene koeling mogelijk maakt? Neem gerust contact met ons op of neem een kijkje tussen onze producten en projecten voor meer informatie.
