Kriogenika: Różnice pomiędzy wersjami
[wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
Michał Ski (dyskusja | edycje) poprawa ujedn. i przek., WP:SK, popr. przypisów |
|||
Linia 32: | Linia 32: | ||
|} |
|} |
||
Ciecze te mogą być wykorzystywane w procesach [[chłodzenie|chłodzenia]] zarówno poprzez bezpośredni kontakt jak i w obiegach zamkniętych, w kriochłodziarkach (kriokulerach). Kriochłodziarki są wykorzystywane przede wszystkim w zastosowaniach naukowych. Pozwalają na osiągnięcie bardzo niskich temperatur bez konieczności uzupełniania ciekłych gazów. |
Ciecze te mogą być wykorzystywane w procesach [[chłodzenie|chłodzenia]] zarówno poprzez bezpośredni kontakt jak i w obiegach zamkniętych, w kriochłodziarkach (kriokulerach). Kriochłodziarki są wykorzystywane przede wszystkim w zastosowaniach naukowych. Pozwalają na osiągnięcie bardzo niskich temperatur bez konieczności uzupełniania ciekłych gazów. |
||
W celu minimalizacji strat cieczy kriogenicznych i mocy chłodniczej wytworzonej przez |
W celu minimalizacji strat cieczy kriogenicznych i mocy chłodniczej wytworzonej przez kriokulery istotnym zagadnieniem jest [[izolacja|odizolowanie]] systemu kriogenicznego od otoczenia. Systemami zapewniającymi odpowiedni poziom izolacji są kriostaty. Kriostaty zbudowane są zwykle z podwójnego naczynia o izolacji próżniowej i ekran radiacyjny|ekranów radiacyjnych, najczęściej w formie [[MLI]]. |
||
== Zastosowanie == |
== Zastosowanie == |
||
Bardzo niskie temperatury wykorzystywane są w szerokim zakresie badań naukowych i rozwiązań technologicznych. Przykłady zastosowania kriogeniki to: |
Bardzo niskie temperatury wykorzystywane są w szerokim zakresie badań naukowych i rozwiązań technologicznych. Przykłady zastosowania kriogeniki to: |
Wersja z 18:31, 14 sty 2021
Kriogenika (gr. krios „zimno”, genos „ród”) – dziedzina nauki (fizyki i techniki) zajmująca się badaniem i wykorzystaniem właściwości ciał w ekstremalnie niskich temperaturach, uzyskiwaniem i mierzeniem niskich temperatur. Temperatury te nie są ściśle zdefiniowane, zwykle przyjmuje się jako graniczne temperatury niższe od −150 °C (123 K)[1].
Kriogenika ma poważny udział w takich dziedzinach jak: badania przestrzeni kosmicznej, biologia i chirurgia, w przemyśle spożywczym, metalurgicznym, chemicznym i urządzeniach nadprzewodzących. Zastosowanie elementów nadprzewodzących w urządzeniach energetycznych prowadzi do znacznego zmniejszenia kosztów i masy tych urządzeń oraz zwiększenia sprawności i wydajności przy zachowaniu ich mocy.
Skraplanie gazów
Ważną poddziedziną kriogeniki są technologie uzyskiwania i magazynowania skroplonych gazów. Zastosowanie skroplonych gazów jest najczęściej stosowaną w przemyśle technicznym metodą osiągnięcia bardzo niskich temperatur. W poniższej tabeli przedstawiono najczęściej stosowane w kriogenice ciekłe gazy wraz z ich temperaturą wrzenia w ciśnieniu atmosferycznym[2].
Gaz | Nominalna temperatura wrzenia (K) |
---|---|
Hel | 4,2 |
Wodór | 20,3 |
Azot | 77,3 |
Powietrze | 78,8 |
Tlen | 90,2 |
Metan | 111,6 |
Fluor | 84,9 |
Argon | 87,3 |
Krypton | 119,8 |
Ksenon | 165,0 |
Ciecze te mogą być wykorzystywane w procesach chłodzenia zarówno poprzez bezpośredni kontakt jak i w obiegach zamkniętych, w kriochłodziarkach (kriokulerach). Kriochłodziarki są wykorzystywane przede wszystkim w zastosowaniach naukowych. Pozwalają na osiągnięcie bardzo niskich temperatur bez konieczności uzupełniania ciekłych gazów. W celu minimalizacji strat cieczy kriogenicznych i mocy chłodniczej wytworzonej przez kriokulery istotnym zagadnieniem jest odizolowanie systemu kriogenicznego od otoczenia. Systemami zapewniającymi odpowiedni poziom izolacji są kriostaty. Kriostaty zbudowane są zwykle z podwójnego naczynia o izolacji próżniowej i ekran radiacyjny|ekranów radiacyjnych, najczęściej w formie MLI.
Zastosowanie
Bardzo niskie temperatury wykorzystywane są w szerokim zakresie badań naukowych i rozwiązań technologicznych. Przykłady zastosowania kriogeniki to:
- Energetyka – niektóre ciekłe gazy wykorzystywane są jako źródła energii. Gaz ziemny jest jednym z najpowszechniej stosowanych paliw kopalnych. Skroplenie go powoduje zmniejszenie jego objętości około 600 razy. Zwiększona gęstość LNG ułatwia jego magazynowanie i transport. Transport morski LNG jest najbardziej ekonomiczną formą przesyłania gazu ziemnego na odległość większą od 4000 km[3]. Innym nośnikiem energii w postaci ciekłego gazu jest LH2. Wodór jest za pozbawionym śladu węglowego nośnikiem energii, gdyż w reakcji spalania (lub utleniania w ogniwie paliwowym) powstaje jedynie obojętna dla środowiska para wodna.
- Nadprzewodnictwo – materiały nadprzewodzące charakteryzują się określoną temperaturą krytyczną, poniżej której wykazują swoje nadprzewodzące właściwości. Większość znanych człowiekowi nadprzewodników tę temperaturę ma w granicach temperatur kriogenicznych. Niezbędne jest więc utrzymanie ich w tej temperaturze poprzez np. kąpiel w ciekłym helu (4,2 K).
- Gazy techniczne – produkcja gazów technicznych jak np. tlen i argon wykorzystuje kriogeniczne technologie separacji powietrza.
- Medycyna – kriogenika znajduje szerokie zastosowanie w medycynie. Bardzo niskie temperatury mogą być wykorzystane zarówno do przechowywania rzadkich grup krwi jak i w kriochirurgii, gdzie wykorzystywane są do zabijania szkodliwych tkanek, jak np. brodawki[4].
- Przemysł spożywczy – mrożenie żywności poprzez chłodzenie ciekłym azotem zwiększa dynamikę procesu. Wskutek tej metody mrożenia powstają również dużo mniejsze kryształy lodu, co przekłada się na wyższą jakość przechowywanej żywności[5].
Zobacz też
Przypisy
- ↑ Cryogenic Technology, [w:] Roger E. Bilstein , Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles (NASA SP-4206), NASA History Office, 1996 (The NASA History Series), s. 90, ISBN 0-7881-8186-6 [dostęp 2020-12-08] (ang.).
- ↑ Maciej Chorowski, Kriogenika – podstawy i zastosowania, IPPU Masta, 2007, ISBN 978-83-921555-3-9 .
- ↑ Miguel Angel Gonzalez-Salazar , System analysis of waste heat applications with LNG regasification [Thesis for Master of science in mechanical engineering], Stockholm, Sweden: Department of Energy Technology, Royal Institute of Technology, 2008 [dostęp 2020-12-08] (ang.).
- ↑ Amanda Oakley , Cryotherapy [online], dermnetnz.org, 1997 [dostęp 2020-12-08] .
- ↑ R. Paul Singh , Food preservation. Industrial freezers [online], Encyclopaedia Britannica [dostęp 2020-12-08] (ang.).