Сосуды для жидкого гелия
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 июля 2020; проверки требуют 2 правки.
Сосу́д Дью́ара — сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре.
Перед помещением в сосуд Дьюара вещество необходимо нагреть или охладить.
Постоянная температура поддерживается пассивными методами, за счёт хорошей теплоизоляции и/или процессов в хранимом веществе (например, кипение).
В этом основное отличие сосуда Дьюара от термостатов, криостатов.
История изобретения[править | править код]
Первый контейнер для хранения сжиженных газов был разработан в 1881 году немецким физиком А. Ф. Вейнхольдом. Он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками с откачанным из межстеночного пространства воздухом и был использован физиками К. Ольшевским и С. Врублёвским для хранения жидкого кислорода[1][2].
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. Свой сосуд Дьюар впервые продемонстрировал перед аудиторией на публичной лекции 20 января 1893 года[3]. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898)[4] и даже пытался получить твёрдый (1899) водород[5].
Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая фирма Thermos GmbH по производству термосов.
Устройство[править | править код]
Оригинальный сосуд Дьюара представлял собой стеклянную колбу с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух.
Для уменьшения потерь тепла через излучение обе внутренние поверхности колбы были покрыты отражающим слоем. Дьюар использовал в качестве отражающего покрытия серебро.
Подобная конструкция применяется и в современных дешёвых бытовых термосах.
Современные конструкции[править | править код]
Схема сосуда Дьюара
1 — подставка; 2 — вакуумированая полость; 3 — теплоизоляция; 4 — адсорбент; 5 — наружный сосуд; 6 — внутренний сосуд; 7 — горловина; 8 — крышка; 9 — трубка для вакуумирования
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 объёмом до 50 л внутренний сосуд крепится только на горловине и она испытывает большие механические нагрузки. Также к ней предъявляются высокие требования по теплопроводности. То есть 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 ёмкостей до 5 % в сутки для малых объёмов.
Гелиевые сосуды Дьюара[править | править код]
Схема сосуда Дьюара для гелия
1 — горловина для заливки азота; 2 — головка со штуцерами; 3 — горловина гелиевой ёмкости; 4 — ёмкость для жидкого азота; 5 — тепловые экраны; 6 — ёмкость для жидкого гелия; 7 — теплоизоляция; 8 — адсорбент
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 Дьюара, в которых не используется охлаждение жидким азотом. По утверждениям производителей, в таких сосудах Дьюара потери на испарение составляют 1 % в день для ёмкостей на 100 л.
Азот испаряется из сосуда Дьюара
Назначение и применение[править | править код]
- Для сохранения температуры еды и напитков используются бытовые сосуды Дьюара — 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.
- В геофизике в сосуды Дьюара помещают электронные компоненты и кристаллы при работах в горячих скважинах (от 400К).
- В космонавтике. Детектор прибора NICMOS, установленного на космический телескоп Хаббл, был помещён в сосуд Дьюара с использованием в качестве хладагента азота в твёрдом состоянии.
См. также[править | править код]
- Термос
- Криогеника
- Криостат
Примечания[править | править код]
- ↑ Хранить тепло и холод: Термос, Популярная механика — 2005, № 3.
- ↑ А. ВАСИЛЬЕВ, Университеты Польши, КВАНТ, 2005, № 4
- ↑ К. Мендельсон. На пути к абсолютному нулю. — Рипол Классик. — С. 52. — ISBN 9785458327268.
- ↑ Classic Kit: Dewar’s flask, Chemistry World, August 2008, Vol 5, No 8
- ↑ Annales de chimie et de physique
Источники[править | править код]
- Burger, R., U.S. Patent 872 795, «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.
Ссылки[править | править код]
- Технические характеристики сосудов Дьюара для хранения азота
- Техника безопасности при работе с жидким азотом и Сосудами Дьюара
- Взрыв сосуда Дьюара при наливании жидкого азота (нарушение ТБ)
Источник
Особенности хранения и транспортировки, а также точной и качественной заправки специализированной техники жидким гелием
Сосуд Дьюара многие в шутку называют «Хранителем холода» или «Дедушкой термосов». То и другое – в точку! Созданный для хранения и транспортировки сжиженных газов без ущерба их стартовым характеристикам, этот «дедушка» претерпел значительные изменения на протяжении истории своего существования.
Сегодня дьюары с объемом 2-1000 л применяют не только в качестве емкостей для газов и жидкостей с определенными температурными характеристиками, но и как важнейшую составляющую часть разнообразной криогенной техники.
Специалисты компании «Медстрой» занимаются заправкой жидким гелием МРТ и другого оборудования, которое необходимо в разных сферах деятельности. Наша компания, официальный партнер ПАО «Газпром», производит жидкий гелий на собственных мощностях с 2015 года.
| Благодаря богатому опыту, знаниям и навыкам мы обеспечиваем высокую точность и гарантируем качество заправки, соблюдение всех норм хранения и транспортировки криогенной жидкости. | Используем в работе емкости разного объема, что позволяет клиентам ощутимо экономить при заправке оборудования. Знаем все о сосудах Дьюара и готовы давать подробные консультации. |
Немного об истории создания «хранителя холода»
2-стенная вакуумная емкость была названа в честь своего изобретателя – физика и химика Джеймса Дьюара (James Dewar) из Шотландии. На его счету – огромное число исследований и открытий, среди которых – сосуд, изолирующий содержимое от окружающей среды и длительно сохраняющий его температуру.
В начале 90-х годов XIX века появилось оборудование, производившее жидкий кислород и жидкий озон в промышленных масштабах. Джеймс вел исследования магнетизма этих веществ.
Ему требовалась вакуумная емкость для хранения, что и навело его на мысль о создании будущего «термоса». В те времена изобретатель даже не мог предположить, что именно эта идея и ее реализация прославят его на весь мир!
Шотландец использовал двустенную вакуумную бутылку Вайнольда, своего немецкого коллеги-физика, но усовершенствовал ее, посеребрив стенки, создав вакуум. Это обеспечило более длительную и качественную теплоизоляцию.
Свою колбу с вакуумными стенками Джеймс впервые публично представил в 1893 году. Сосуд оказался невероятно эффективным. Даже самая первая модель уже позволила длительно сохранять жидкий кислород и озон без потери их свойств.
Увы, ученый оказался не слишком расторопным. Его емкость запатентовала немецкая компания «Термос» (Thermos GmbH). Она оперативно оформила документы и наладила в 1904 году производство первых коммерческих сосудов.
Джеймсу Дьюару пришлось довольствоваться лишь званием изобретателя уникального термоса.
Строение, сферы применения и особенности гелиевых сосудов Дьюара
Сосуд первоначально производился из стекла. Современные модели выполняются в основном из металла – сплава алюминия или нержавеющей стали.
Два резервуара, внешний и внутренний, соединяются тонкими, но очень прочными перемычками. Их выполняют из нержавеющей стали, но в новых моделях начали использовать высокопрочный пластик последних поколений.
Внешний сосуд покрывается абсорбентом, поглощающим остаточный газ в пространстве, и слоем теплоизоляции. Внутренний сосуд полируется до абсолютной гладкости.
Воздух из пространства между резервуарами откачивается до достижения вакуума (давление 10־² Па).
Емкость, изобретенная Джеймсом Дьюаром, имела узкое горлышко. Современные модели оснащаются специальной пробкой, которая позволила расширить горловину, и крышкой.
В отличие от термостатов или криостатов в дьюарах постоянная температура содержимого поддерживается пассивными методами, только благодаря хорошей теплоизоляции. Используют дьюары для хранения и транспортировки биоматериалов, жидкого азота, кислорода, гелия, а также для замораживания веществ или материалов.
Мы в работе применяем специальные гелиевые сосуды Дьюара.
Для снижения теплопотерь в них дополнительно в конструкции предусмотрены тепловые экраны, в основном из меди или других проводящих тепло металлов.
Экраны охлаждаются жидким азотом. У емкости соответственно больше слоев, две горловины – для закачки гелия и азота.
Дополнительно горловина оснащена штуцерами. Они предназначены для сброса газа, подключения оборудования для перекачки и других действий.
Гелиевый дьюар имеет также особенности хранения в наполненном состоянии: его недопустимо наклонять. Все тонкости и особенности учитывают специалисты при предоставлении криогенного сервиса:
в медицине и ветеринарии; | в косметологии и при лабораторных исследованиях; |
в машиностроении и промышленности; | в пищевой сфере и даже в сфере развлечений. |
Не так давно рынке появилась новая разработка – гелиевый сосуд без азотной «рубашки». Производители в характеристиках заявляют, что теплопотери составляют не более 1% в сутки при объеме 100 л.
Стоимость услуг в компании «Медстрой» минимальна для того высокого уровня качества, которым отличаются результаты нашей работы. Считаем, что наши цены – одни из самых лучших в регионе. Мы изучаем рынок столицы и всегда ориентированы на наиболее лояльные для заказчиков условия.
При повторном обращении и больших объемах работ действует гибкая система скидок.
Продумываем специальные условия для компаний, которые обслуживаем на постоянной основе.
Даем полноценные бесплатные консультации, компетентно отвечаем на все вопросы, связанные с жидким и газообразным гелием.
Принимаем заявки в удобном для вас режиме – по телефону, е-мейл, прямо с сайта. Звоните или пишите нам, чтобы узнать все, что вас давно волновало и получить качественный и своевременный криогенный сервис.
Источник
Цены на Жидкий гелий
| Наименование | ГОСТ, ТУ | Ед.изм. | Цена | Количество/Заказать |
|---|---|---|---|---|
| Гелий жидкий (от 250л) | ТУ 51 – 224 – 84 (с изм. 1,2,3) | 1 литр | 1150 p. |
Подробнее о продукте “Жидкий гелий”
Жидкий гелий широко применяется в области высоких технологий благодаря его исключительным свойствам. Так, сверхпроводимые элементы жидкого гелия при воздействии температуры начинают гораздо лучше проводить электричество и создавать мощное магнитное поле без дополнительного нагревания. Таким образом, гелий получил широкое применение в ядерных магнитно-резонансных опытах и в магнитно-резонансной томографии.
В жидком состоянии гелий гораздо выгоднее перевозить с экономической точки зрения. Например, в 40-литровом баллоне жидкий гелий будет весить всего 1 кг, в то время как сам баллон весит 67 кг. Соответственно, гораздо экономичнее транспортировать большое количество гелия в крупногабаритных баллонах.
Для производства жидкого гелия используется очищенное газообразное вещество с объемом долей не меньше 99,995.
Хранение и транспортировка
Для транспортировки жидкого гелия применяются специальные сосуды Дьюара СТГ-10, СТГ-25, СТГ-40. СТГ-100, которые имеют соответствующий объем (10, 25, 40 и 100 литров). Раскрашены баллоны в светло-серую окраску, перевозятся и хранятся исключительно в вертикальном положении.
Из-за того, что в баллоне происходит естественное испарение жидкости, гелий находится под небольшим давлением, что позволяет не допустить загрязнение вещества воздухом при возникновении разгерметизации. В случае возникновения избыточного давления приоткрывается клапан для удаления небольшой дозы испарений. На головной части баллона размещается специальная соединительная часть, которая позволяет легко подключить сосуд к гелиевой сети. В этой части гелий собирается для вторичного использования, что позволяет экономить столь недешевый газ. Также на данном узле можно найти аварийный клапан и манометр для отслеживания показателей давления.
Как уже говорилось ранее, баллоны хранятся исключительно в вертикальном положении, переворачивать их нельзя. Чтобы перелить содержимое, используют специальные сифоны.
Гелий испаряется при относительно низкой температуре, однако отлично проводит тепло. Именно по этой причине теплоизоляции сосудов Дьюара уделяется много внимания. Если вакуумная изоляция будет повреждена, гелий может попасть в полость, вследствие чего произойдет взрыв. Для предотвращения подобного инцидента в вакуумной полости баллона располагается еще один слой, который находится под охлаждением азота (при температуре 77К). Подобная «азотная рубашка» позволяет значительно снизить потери газа на испарение и сократить обмен тепла между атмосферой и гелием.
Применение жидкого гелия
- Для создания криожидкостей и поддержания в них низких температур;
- Для снижения температуры сверхпроводящих магнитов;
- В криостатах растворения;
- Для применения в сканирующих микроскопах;
- В ускорителях заряженных частиц (пример – Большой адронный коллайдер);
- В криогенных машинах;
- В медицинской технике.
- История открытия гелия
- Применение гелия
- Гелий в природе
- Добыча гелия
- Безопасность
- Хранение и перевозка гелия
- Информация о гелиевых баллонах
- Что такое чистота? Определение чистоты гелия
Источник
От объемных рукавов для больших емкостей до миниатюрных переливалок – вот полная линия продукции Technifab по устройствам для перелива жидкого гелия, безопасным, эффективным, обеспечивающим минимальные криогенные потери. Technifab проектирует и производит:
Опыт работы в разнообразных системах жидкого гелия (LHe) делает Technifab главным поставщиком для всех, кто нуждается в системах перелива жидкого гелия высокой эффективности. Technifab может спроектировать и изготовить переливочное вакуумно изолированное оборудование для любого применения, совместимое со стандартными отраслевыми байонетными соединениями, или использовать собственный запатентованный дизайн. Все оборудование для жидкого гелия проверяется на герметичность с помощью гелиевого течеискателя. Непосредственно перед отправкой все шланги проходят холодные испытания, для проверки сохранности вакуума. Шланги для перелива жидкого гелия доступны в стандартных конструкциях или могут быть изготовлены по спецификациям заказчика. На конце может быть байонетное соединение, стингер или трубка. Опции для шлангов Technifab:
Соединение различных типов оборудования или систем с несоответствующими друг другу байонетными соединениями не проблема. Technifab производит байонетные разъемы и переходники для соединения любых типов оборудования.
Применение Гибкие переливочные шланги для жидкого гелия с вакуумной изоляцией Techflex производства Technifab могут быть использованы в любых отраслях для безопасной передачи жидкого гелия из стационарной емкости в зоны использования, в том числе в научном, производственном и медицинском научно-исследовательском оборудовании. Эти переливочные шланги изготавливаются из немагнитных материалов для обслуживания МРТ магнитов и других подобных устройств. Устройство Шланги Technifab имеют исключительно низкий уровень теплопритоков изготовлены из нержавеющей гофрированной трубы с внешней оболочкой, обеспечивающей максимальную гибкость и прочность. Независимые испытания доказали, что шланги Technifab для гелия являются более эффективными, чем у конкурентов. Шланги изготовлены из немагнитной нержавеющей стали 300 серии, , которая обеспечивает наилучшее соотношение массы и прочности из всех обычных антикоррозийных металлов.Внутренняя труба шланга также сделана из нержавеющей стали серии 300, которая противостоит теплоотдаче излучением лучше, чем медь, таким образом обеспечивая превосходные теплоизоляционные характеристики.Внутренняя труба, по которой течет гелий, обернута несколькими слоями супер-изоляции, уложена в вакуумной полости, заварена, отвакуумирована и представляет единую многослойную конструкцию. Системы перелива для жидкого гелия Technifab Techflex LHE и аксессуары имеют гарантию качества. на фото представлены байонетные разъемы для гелиевых шлангов:
|
Источник