Что такое сосуды дьюара

10.04.2017

Криогенная техника — это такое специальное оборудование, которое позволяет производить, долго хранить и транспортировать различные газы. При этом, одной из главных составляющих этого оборудования считается сосуд Дьюара.

Что это такое?

Этот предмет представляет собой сосуд особого типа, необходимый для хранения различных веществ, температура которых отличается от температуры откупающей среды (пониженная или повышенная). Именно с помощью таких сосудов и удается долгое время хранить вещества с нужными температурными показателями. В целом, сосуд Дьюара действует по типу знакомого всем бытового термоса.

Строение сосуда Дьюара

Для обеспечения низкой тепловодности сосуд Дьюара изготовляется по особой технологии. Состоит он из 2 резервуаров:

• внешнего;
• внутреннего.

Обе эти емкости изготовлены из теплостойкого алюминия, однако в некоторых случаях в качестве основного материала может выступать нержавеющая сталь. Между резервуарами предусмотрены перемычки. Они должны быть одновременно тонкими и достаточно прочными. Такие характеристики может обеспечить нержавеющая сталь, но в последнее время ее все чаще заменяют специализированным прочным пластиком. Существуют и другие особенности, позволяющие увеличить эффект от использования сосуда Дьюара.

Внешний резервуар покрывается абсорбентом. Такая дополнительная защита позволяет эффективно поглощать газы, которые выделяются веществом из внутренней части сосудов.

Слой теплоизоляции на внешнем сосуде позволяет снизить теплопроводность до минимальных показателей.

Особую подготовку проходит и внутренний сосуд — его тщательно полируют для придания идеальной гладкости. На крышке устанавливается пенопластовый цилиндр, препятствующий началу процесса конвекции.

Цистерны Дьюара

Разработка сосудов Дьюара заметно повлияла на хранение и транспортировку различных веществ, среди которых, и жидкий азот. Хранить и транспортировать вещества в больших объемах позволяют большие емкости, которые и получили название «цистерны». Они могут иметь разный объем, достигающий 50 л. В зависимости от цели применения, можно выбрать, как совсем маленький, так и большой резервуар.

Отличительной характеристикой этого сосуда являются максимально прочные стенки наличие ручек для удобной переноски. Транспортировка цистерн с помощью ручек максимально удобна и безопасна даже с учетом низких температур транспортируемого вещества — холодный ожог рукам не грозит.

Сферы применения сосудов Дьюара

Цистерны, позволяющие хранить и транспортировать вещества с низкими температурами, получили широкое распространение. Особенно это касается перевозки и хранения в них жидкого азота. Так, купить сосуд Дьюара можно совершенно для разного применения.

1. Медицина. Жидкий азот нашел применение в нейрохирургии, гинекологии, оториноларингологии, нейрохирургии, хирургии и других направлениях. С его помощью удаляют злокачественные и доброкачественные опухоли и разные патологические ткани. При этом, процедура проходит быстро и безболезненно, а после нее не остается шрамов.
2. Косметология. В этом направлении азот получил не меньшую популярность. С его помощью удается избавиться от папиллом и бородавок. Азотом проводится криомассаж, в результате которого кожа приобретает здоровый цвет, гладкость и молодость. Криосауны — еще одно место, где без сосуда Дьюара просто не обойтись. Всего за 2-3 минуты нахождения в кабинке с жидким азотом, человек может начать эффективно худеть, омолодиться, улучшить состояние своей кожи.
3. Ветеринария. Цистерны Дьюара в этой сфере могут послужить контейнером для транспортировки биоматериалов (используются для искусственного оплодотворения животных).
4. Лаборатории. Жидкий азот применяется в научных компаниях и лабораториях. Кроме того, такой контейнер необходим для сохранения многих веществ в определенной температуре.
5. Машиностроение и промышленность. Довольно часто азотом пользуются для достижения повышенной прочности металлических деталей.
6. Приготовление еды. Молекулярная кухня… Для этих кулинарных изысков, основанных на физико-химическом процессе, тоже придется купить сосуды Дьюара. Именно с участием жидкого азота возникают химические реакции. Для ресторанов, работающих в традиционном направлении приготовления еды, азот тоже пригодится. Он помогает моментально охладить продукты.
7. Развлечения. Цистерны Дьюара — то, без чего невозможны многие развлекательные шоу для детей и взрослых.

Учитывая все вышесказанное, можно заключить: Такое криогенное оборудование, как сосуд Дьюара, широко распространен во многих отраслях промышленности и науки. Более того, спрос на него неуклонно растет.

История изобретения

Физики Кароль Ольшевский и Зыгмунт Вроблевский для хранения сжиженных газов использовали стеклянный ящик с двойными стенками, с откачанным из межстеночного пространства воздухом. Этот контейнер в 1881 году разработал немецкий физик Адольф Фердинанд Вейнхольд.

Шотландский физик и химик сэр Джеймс Дьюар в 1892 году усовершенствовал стеклянный ящик Вейнхольда, превратив его в двустенную колбу с узким горлом для уменьшения испарения жидкости. Межстеночное пространство посеребрено и из него откачан воздух. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898) и даже твердый (1899) водород

Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая компания Термос (нем. Thermos GmbH). Компания Thermos существует и сегодня. Она по-прежнему выпускает одни из лучших в мире термосов. Девиз компании гласит: «Храним тепло. С 1904 года». Фирмой Thermos Bottle Company 3 декабря 1907 г. был получен патент США U.S. Patent 872795 (англ.) на «Сосуд с двойными стенками и вакуумом между ними». Патент оформлен на Рейнольда Бюргера (нем. Reinhold Burger), немецкого изобретателя и производителя стеклянных инструментов. Имя Дьюара в патенте не упоминается. В Германии Рейнольд Бюргер(нем.) считается изобретателем термоса.

Термос в некоторых странах остается зарегистрированным товарным знаком, но в большинстве стран это товарный знак, ставший нарицательным.

Устройство

Оригинальный сосуд Дьюара представлял из себя стеклянную колбу с двойными стенками, между которыми выкачан воздух. Для уменьшения потери на излучение обе внутренние поверхности колбы были покрыты отражающим слоем. Дьюар использовал в качестве отражающего покрытия серебро. Подобная конструкция применяется и в современных дешевых бытовых термосах.

Современные конструкции

Современные сосуды Дьюара конструктивно выполнены несколько иначе. Внутренний и внешний сосуды делают из алюминия или нержавеющей стали. Теплопроводность материала не важна, а прочность и вес играют большую роль. Горловина соединяет внутренний и внешний сосуды. В дьюарах объемом до 50 л внутренний сосуд крепится только на горловине и она испытывает большие физические нагрузки. Также к ней предъявляются высокие требования по теплопроводности. Т.е. горловина должна быть прочной, но тонкой. В обычных сосудах горловину делают из нержавеющей стали. В высококачественных сосудах Дьюара горловина изготовляется из прочного армированного пластика. При этом возникает проблема вакуумноплотного крепления металла и пластика. Снаружи внутренний сосуд покрывается адсорбентом, который при охлаждении поглощает остаточные газы из вакуумной полости. Для уменьшения теплопотерь внутренний сосуд покрывают дополнительной теплоизоляцией. К крышке дьюара, для снижения конвекционной теплопередачи прикрепляют пенопластовый цилиндр, который негерметично закрывает горловину. Вакуумную полость откачивают до давления 10-2 Па. От серебрения внутренних поверхностей отказались и заменили его полировкой.

Современные сосуды Дьюара имеют низкие потери от испарения: от 1,5 % в сутки для больших емкостей, до 5 % в сутки – для малых объёмов.

Гелиевые сосуды Дьюара

Гелий имеет очень маленькую теплоту испарения. Поэтому для снижения теплопотерь в гелиевых дьюарах применяются тепловые экраны, охлаждаемые жидким азотом. Экраны изготавливают из материалов, хорошо проводящих тепло (медь). Такой сосуд Дьюара имеет две горловины: для жидких азота и гелия. Гелиевая горловина оборудована специальными штуцерами для газосброса, подсоединения сифона, манометра, клапана. Гелиевый дьюар нельзя наклонять, он всегда должен находиться в вертикальном положении.

С развитием техники многослойной экранно-вакуумной термоизоляции на рынке появились предложения гелиевых сосудов Дьюаров в которых не используется охлаждение жидким азотом. По утверждениям производителей в таких сосудах Дьюара потери на испарение составляют 1 % в день для емкостей на 100 л.

Назначение и применение

• В быту и в пищевой индустрии сосуды Дьюара часто применяются для сохранения температуры еды или напитков (термосы).

• В лабораториях и в промышленности сосуд Дьюара используется для хранения криожидкостей, чаще всего жидкого азота.

• В медицине и ветеринарии специальные сосуды Дьюара используются для длительного хранения биологических материалов при низких температурах.

Источники

• Burger, R., U.S. Patent 872795 (англ.), «Double walled vessel with a space for a vacuum between the walls», December 3, 1907.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.

См. также

• Криогеника
• Криостат

Ссылки

• Термосы для дома и офиса
• Технические характеристики, хранение азота в Сосуде Дьюара

Wikimedia Foundation.
2010.