به شاخه‌ای در علم فیزیک که دربردارنده شرایط تولید در دمای بسیار پایین است، کرایوژنیک می گویند. وسایل مورداستفاده در کرایوژنیک باید به‌گونه‌ای باشند که شرایط کار در دمای فوق سرد را داشته باشند. یکی از اهداف این شاخه از علم فیزیک، جدا کردن گازهای سازنده هوا است. پس از آنکه جداسازی گازهای موجود در هوا مانند اکسیژن، نیتروژن و... انجام شد، از مخازن ویژه‌ای به نام مخزن کرایوژنیک برای حمل آن‌ها و سپس نگهداری گازهای جداشده استفاده می شود.
مخزن کرایوژنیک چیست؟
نام دیگر مخزن کرایوژنیک، تانکر برودتی است. از این مخازن به‌منظور نگهداری گازهای تبدیل‌شده به مایع که در فشار زیاد و دمای بسیار پایین تولید می شوند، مورداستفاده قرار می گیرند. به گازهای تبدیل‌شده به مایع، میعانات گازی هم می گویند. ساختار این مخازن به‌گونه‌ای است که دارای دو تانک ذخیره هستند که یکی از تانک‌ها در داخل تانک دیگر جای گرفته است. اصطلاحاً دارای تانک داخلی و تانک بیرونی می باشند. جنس تانک داخلی مخازن کرایوژنیک استنلس استیل بوده و جنس تانک بیرونی این مخازن از فولاد کربنی است. البته از آلومینیوم هم در ساخت تانک بیرونی استفاده می شود. درصورتی‌که از فولاد کربنی استفاده شود، علاوه بر آنکه کارایی مخزن افزایش پیدا می کند، باعث می شود تا مقاومت مخزن هم افزایش پیدا کند. درصورتی‌که از آلومینیوم به‌جای فولاد در ساخت تانک استفاده شود، هزینه‌ها به طور قابل‌توجهی کاهش خواهد یافت. بین دو تانک داخلی و بیرونی نیز خلأ قرار دارد؛ این خلأ باعث می شود تا یک عایق حرارتی بسیار خوب بین دو لایه فوق ایجاد شود. محفظه فوق طوری طراحی و ساخته شده است که هیچ‌گونه تبادل دمایی بین دو تانک وجود ندارد. دمای داخلی مخزن حدود 196 درجه سانتی‌گراد زیر صفر بوده و دمای بیرونی مخزن به پنجاه درجه بالای صفر می رسد. یکی دیگر از نکات بسیار مهم در رابطه با مخازن کرایوژنیک این است که آن‌ها بدون استفاده از برق، گازهای فوق سرد و مایعات قرار داده شده در مخازن را نگهداری می کنند.
کاربرد مخزن کرایوژنیک چیست؟
مخزن کرایوژنیک از کاربردهای متعددی در بخش‌ها و صنایع مختلف برخوردار است و دارای گستردگی قابل‌توجهی در کاربرد می باشد. از جمله کاربردهای مخزن فوق، استفاده در بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها است. همچنین در صنایع ساخت دارو و مواد شیمیایی به وفور مورداستفاده قرار می گیرند. بهطور کلی در هرجایی که احتیاج به خنک کردن چیزی باشد استفاده از تانکرهای برودتی پیشنهاد می شود. بهطور مثال خنک‌سازی و منجمد کردن مواد خوردنی از جمله مواردی است که استفاده از مخزن فوق بسیار کاربردی می باشد. این مخازن کاربردهای دیگری هم دارد، از سایر کاربردهای این تانکرها، استفاده در مراکز تحقیق و توسعه و کارهای صنعتی از جمله جوشکاری می باشد. استفاده وسیع و کاربردی مخزن کرایوژنیک در فولاد از دیگر کاربردهای آن است.
استاندارد مخازن کرایوژنیک
همان‌طور که هر چیزی دارای استاندارد تعریف شده‌ای است، برای چنین تکنولوژی که در رابطه با نگهداری و جابه‌جایی میعانات گازی می باشد، استانداردهایی تعریف شده که به آن استاندارد مخازن کرایوژنیک گویند. این استانداردها معمولاً توسط سازمان ملل و نهادهای داخلی مربوطه مشخص می شوند. استانداردهای فوق در دسته‌بندی‌های فوق قرار می گیرند.
1-مخزن کرایوژنیک به‌منظور جابه‌جایی محصولاتی که به‌صورت مایع و گاز هستند باید به وپرایزر تجهیز شده باشند.
2-مخزنی که به‌منظور جابه‌جایی استفاده می‌شود باید از ابعاد متناسبی برخوردار باشد.
3-به‌منظور جابه‌جایی آسان‌تر مخازن، بهتر است این مخزن‌ها به‌صورت پایه‌دار باشند.
4-شکل مخزن کرایوژنیک به‌صورت استوانه‌ای باشد تا حمل‌ونقل آن بهتر صورت بگیرد.
هرآنچه را که درباره استانداردهای جابه‌جایی مواد خطرناک با استفاده از مخزن فوق باید بدانید را می توانید با جستجو در سایت‌های معتبر پیدا کنید. این استانداردها باید توسط تولید‌کنند‌گان و مصرف‌کنندگان و بهطور کلی جاهایی که از این مخازن استفاده می‌کنند، رعایت گردند.
مخزن کرایوژنیک و نکات ایمنی مربوط به آن
از آنجایی که مواد خطرناکی در داخل تانکرهای برودتی نگهداری می شود، بهتر است به نکات ایمنی مهمی در رابطه با این مخازن توجه شود. نکات ایمنی موردنظر به شرح زیر است:
1-این مخازن را در جایی نگه ندارید که نور خورشید به طور مستقیم به آن بتابد.
2-ثابت نگه داشتن مخزن کرایوژنیک بسیار مهم است لذا تدابیری اندیشیده شود تا این مخازن سقوط نکنند.
3-این مخازن را در مکان‌هایی قرار ندهید که اجسام تیز و برنده به بدنه آن‌ها برخورد کند.
4- جابه‌جایی مخازن فوق باید با وسایل حمل‌ونقل مناسب صورت بگیرد لذا قبل از جابهجا کردن آن‌ها به تامین وسیله مناسب اقدام کنید.
5- به هنگام استفاده از مخزن کرایوژنیک از تجهیزات استاندارد استفاده شود.
6- قرارگیری این مخازن باید به‌صورت عمودی و مهارشده باشد.
7- محل قرارگیری مخزن‌ها باید از تهویه مناسب برخوردار باشد.
گازهای کرایوژنیک کدام‌ها هستند؟
در اکثر کاربردهای کرایوژنیک که در بالا به آن اشاره شد، گازهای مایع مورداستفاده قرار می گیرند. نیتروژن مایع و هلیوم مایع از جمله گازهای مایعی هستند که بیشتر استفاده می شوند. رایج‌ترین گاز استفاده‌شده در مخزن کرایوژنیک، گاز نیتروژن مایع می باشد. این عنصر را می توان به طور قانونی در سراسر دنیا خریداری کرد. استفاده از هلیوم مایع به دلیل آنکه اجازه دسترسی به حداقل درجه حرارت را می دهد، متداول است. از این مخازن برای جابه‌جایی مایعات کرایوژنیک استفاده می شود. اکسیژن مایع، آرگون مایع و نیتروژن مایع از جمله مایعاتی هستند که با این مخزن جابهجا می شوند.
سوخت کرایوژنیک
سوخت برودتی یا سوخت کرایوژنیک را می توان در دو خانواده آتش‌زا و بی‌اثر تقسیم‌بندی کرد. در هر دو گروه حجم مایع استفاده شده نسبت به گاز، بسیار بیشتر است. ازجمله جاهایی که از سوخت کرایوژنیک استفاده می شود، در احتراق موتور سوخت و پرتاب وسایل فضایی می باشد. از اکسیژن مایع و هیدروژن مایع به‌عنوان پیشران موتور کرایوژنیک استفاده می شود.
قیمت مخازن کرایوژنیک
قیمت این محصولات متفاوت است چراکه عوامل مختلفی بر قیمت آن‌ها تأثیرگذار است. این مخازن را می توان از سایزهای کوچک تا سایزهای خیلی بزرگ مشاهده کرد. میزان حجم و متریال استفاده‌شده در ساخت آن‌ها، استفاده از فولاد یا آلومینیوم ازجمله مواردی هستند که در قیمت این مخازن بسیار تأثیرگذار هستند.
نتیجه‌گیری
کرایوژنیک باتوجه به آنکه یکی از شاخه‌های علم فیزیک است از اهمیت ویژه‌ای در صنعت برخوردار است. مخزن کرایوژنیک محصولی مهم به‌منظور جابه‌جایی و نگهداری میعانات گازی محسوب می شود. جابه‌جایی و نگهداری این مخازن بر طبق اصول استانداردی صورت می گیرد که توجه به این استانداردها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.