Сосуд дьюара тип к

Типы сосудов Дьюара

Самогерметизирующийся дьюар (серебряный, передний план) заполняется жидким азотом из большого резервуара для хранения (белый, задний план).

Сосуды для криогенного хранения

Дьюар для криогенного хранения (в честь разработчика Джеймса Дьюара) – это специализированный вид термоса, используемый для хранения сверххолодных веществ (например, жидкого азота или жидкого гелия), чьи температуры кипения значительно ниже комнатной.

Криогенные дьюары могут принимать несколько различных форм, включая открытие бадьи, фляги с неплотно закрывающимися пробками и самогерметизирующиеся резервуары. Все они имеют стенки, построенные из двух или более слоев, с поддержанием высокого вакуума между слоями.Это обеспечивает очень хорошую теплоизоляцию между содержимым дьюара и наружной средой, что снижает скорость, с которой содержимое выкипает.

Меры предосторожности предусмотрены в конструкции дьюаров, чтобы безопасно управлять газом, который выделяется по мере того, как жидкость медленно кипит. Чтобы предотвратить опасность взрыва самые простые дьюары позволяют газу выходить наружу через открытый верх или мимо неплотной пробки. Более усложнённые дьюары улавливают газ над жидкостью и удерживают его под высоким давлением. Это повышает температуру кипения жидкости, позволяя сохранять её в течение длительного периода. Избыточное давление паров снимается автоматически через предохранительные клапаны.

Метод перемещения жидкости из дьюара зависит от его конструкции. Простой дьюар может быть наклонен, чтобы налить жидкость из горлышка. Самогерметизирующаяся конструкция используют давление газа в верхней части дьюара, чтобы направить жидкость вверх по трубе, ведущей к горловине.

БЕЗОПАСНОСТЬ

Сверххолодные вещества представляют ряд угроз для безопасности и емкости предназначены для уменьшения связанного с ними риска.

Прежде всего, нет дьюара, который может обеспечить идеальную теплоизоляцию и криогенные жидкости медленно выкипают, что производит огромное количество газа. Например, коэффициент расширения криогенного аргона от температуры кипения до комнатной составляет от 1 до 847, жидкого водорода – от 1 до 851, жидкого гелия – от 1 до 757, жидкого азота – от 1 до 696, а жидкого кислорода – от 1 к 860. Неон имеет высочайший коэффициент расширения с 1 до 1438.

В дьюарах с открытым верхом, газ просто улетучивается в окружающее пространство. Однако, внутри герметичных дьюаров может накапливаться очень высокое давление и приняты меры предосторожности, чтобы минимизировать риск взрыва.  Так, клапаны сброса давления (один или более) позволяют стравливать газ из дьюара, если давление становится чрезмерным.

На внутренней поверхности дьюара может образовываться лед, если оо остается открытым на воздухе в течение длительного периода времени. Это может быть крайне опасно, так как отверстие дьюара может быть заблокировано, что приводит к увеличению давления и риску взрыва.

Газ, выходящий из дьюара, может постепенно вытеснять кислород из воздуха в окружающем пространстве, что представляет опасность удушья. Потребители обучаются хранить дьюары только в хорошо проветриваемом помещении, а перед транспортировкой дьюаров в лифте избыточное давление газа сбрасывается  и дьюары отправляются к месту назначения без сопровождения.

Рекомендуем

Рекомендуем

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.