Для своих нужд, не все имеют представление об их устройстве. Сейчас расскажем, как устроена эта емкость и почему, находясь в ней, криогенные жидкости сохраняют свои свойства.
Прообраз современного сосуда
Первый резервуар для хранения криогенных жидкостей был изобретен в конце девятнадцатого века в Германии. Тогда он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками, между которыми создавался вакуум. Шотландский ученый Дж. Дьюар доработал изобретение, придав ему форму колбы с узким горлом.
Такая конструкция была выбрана неслучайно – узкое горло препятствует быстрому испарению криогенных жидкостей, а вакуум в межстеночном пространстве помогает поддерживать заданную температуру веществ. Стенки с внутренней стороны подвергались серебрению, что обеспечивало дополнительную термоизоляцию. С появлением новых технологий конструкция совершенствовалась, пока мы не получили изделие, которое используем сейчас.
Конструкция современных сосудов Дьюара
Современные изделия, к которым мы привыкли, несколько отличаются от своих предшественников. Если первые сосуды Дьюара изготавливались из стекла, то сейчас их производят из алюминия или нержавеющей стали. Важную роль при выборе материала играют прочность и вес.
Основные составляющие части сосуда Дьюара:
- внешний и внутренний сосуд;
- горловина;
- крышка;
- адсорбент для межстеночного пространства.
Внешний и внутренний сосуды соединяются в горловине. Из пространства между ними воздух откачивается до давления 10 −2 Па (создается вакуум). Стенки внутреннего сосуда с внешней стороны покрыты адсорбирующим веществом. Сделано это для удаления остаточных газов из вакуумного пространства.
Горловина соединяет обе части сосуда. В зависимости от модели горловина может быть узкой или достаточно широкой (до 210 мм в диаметре). Она выполняется из армированного пластика, для удешевления производства может использоваться нержавеющая сталь.
Крышка сосуда позволяет плотно (но не герметично) закрывать горловину. К ней дополнительно крепят пенопластовый цилиндр, который закрывает ее и способствует стравливанию излишков жидкого азота. От серебрения стенок сосуда отказались, заменив его полировкой.
Если вы ищете сосуды Дьюара с высокими техническими характеристиками, рекомендуем заказать их в нашем магазине. Все товары сопровождаются гарантией, а большой выбор продукции позволит подобрать оптимальный вариант.
В 1879 году немецкий физик А. Вайнхольд был озадачен сугубо научной проблемой: как хранить в лабораториях жидкий или даже твердый водород с температурой плавления аж -259,2 °С. Нужен был сосуд, сохраняющий столь низкую температуру даже в теплом помещении. Выход был найден. Ученому пришла идея соединить два тонкостенных стеклянных сосуда, поместив один в другой, спаять герметично горлышки, а из пространства между ними откачать воздух. Таким образом, вакуум сохранял температуру внутренней емкости, не позволяя ей нагреваться или охлаждаться (по такому же принципу действуют привычные оконные стеклопакеты ). Будучи к тому же еще и опытным стеклодувом, физик без труда , а результат подробно описал в своей книге «Демонстрационные опыты по физике», скромно назвав изобретение «бутылкой Вайнхольда». Спустя несколько лет его шотландский коллега Джеймс Дьюар совершенствует изделие, посеребрив внутренние стенки сосуда, для лучшего сохранения температуры. И «бутылка» превращается в «сосуд Дьюара».
Но на этом усовершенствования не закончились. Немецкий стеклодув Бюргер, долгое время производивший колбы для лабораторий, отметил, что сосуд Дьюара может быть полезен не только в науке, но и в быту.
В 1903 году Бюргер немного доработал вакуумный сосуд шотландца, облачив хрупкое стекло в металлическую оболочку, снабдив его функциональной крышкой-чашкой и первым из троих разработчиков догадался запатентовать изобретение. Вскоре был объявлен конкурс на лучшее название для новинки . Немцы активно предлагали различные замысловатые названия для сосуда. Однако победителем оказался житель Мюнхена, вспомнивший греческое слово therme (горячий). Так термо-сосуд, ровно как и фирма, занявшаяся его производством обрели свое имя . В 1904 году немецкая фирма THERMOS GMBH начинает серийный выпуск сосудов Дьюара, с этого момента именуемых не иначе, как термосы.
Естественно, создатель термоса, Джеймс Дьюар, пытался доказать права на изобретение, к тому времени уже приносившее серьезный доход. К сожалению, справедливости ученый так и не добился, единственным разработчиком, указанным в патенте так и остался Рейнгольд Бюргер.
С тех пор прошло больше ста лет. Сейчас можно выбрать термос любой емкости и расцветки, в металлическом, пластиковом и даже стеклянном корпусе. А, например, в советское время практически в каждой семье был большой жестяной термос красного или синего цвета, украшенный цветами или изображением восходящего солнца. Яркий и блестящий, на советской кухне он хранился на виду как предмет интерьера. Немецкие термосы до Союза не доезжали, зато без труда можно было купить китайский аналог. Большая часть привозимых в страну термосов производилась на пекинской фабрике «Олень». Вообще-то иностранные названия фирм обычно транскрибируют, а не переводят, но «Олень» решил оставить в тени свое китайское название, войдя на западный рынок как Bejiing Deer (пекинский олень). Таким образом жестяной китаец с немецким именем вошел в нашу жизнь.
По большому счету, с тех времен конструкция термоса не изменилась, за исключением маленькой, но очень важной детали — пробки. Она, в отличие от верхней крышки-чашки, не завинчивалась. Дело в том, что внутренний сосуд китайского термоса состоял из стекла и не имел резьбы. Так что использовалась исключительно крышка-затычка, как правило деревянная. Естественно, такой сосуд нельзя было переворачивать, что не всегда возможно на природе или в дальних поездках .
Сейчас существует огромное разнообразие марок и разновидностей термосов: для еды, напитков, термокружки. Одним словом, прогресс не стоит на месте. Впрочем, для многих это не просто предмет, а теплое напоминание о приятных событиях: поездке на природу с друзьями, дальнем путешествии или зимней прогулке.
Видео Что такое термос?
HVM - итальянская компания с главным офисом в городе Ливорно, - уже более 20 лет разрабатывает и производит широкий спектр криогенных сосудов Дьюара с различным рабочим давлением, разными системами отвода газов и жидкостей, вертикальных и горизонтальных, паллетизированным управлением и т.д. Продукция компании используется при хранении и транспортировке газов при низких температурах. Области использования:
- индустриальная
- научная
- пищевая
- рыбоводство
- криобиология
- животноводство
- борьба с вредителями
Также, компания разработала установки для кислородотерапии (стационарный “OXY-BLU” и компактный “OXY-LIGHT).
Вся продукция отвечает европейским требованиям ADR и TPED (Directive 2010/35/UE). Вестмедгрупп является официальным поставщиком криогенных сосудов на российский рынок медицинской техники.
Сосуд Дьюара - сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре. Постоянная температура поддерживается пассивными методами, за счет хорошей теплоизоляции и/или процессов в хранимом веществе (например, кипение). В этом основное отличие сосуда Дьюара от термостатов, криостатов.
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.
Шотландский физик 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 фирма Thermos GmbH по производству термосов. 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).
Криостаты различаются
по роду применяемого хладагента (азотные, гелиевые, водородные и т. д.);
по материалу, из которого они сделаны (стеклянные, металлические, пластмассовые);
по назначению (для радиотехнических, оптических, медицинских и др. исследований, для сверхпроводящих магнитов, приёмников излучения и т. д.).
Плюсом в использовании криогенных вертикальных емкостей является экономия площади по сравнению с горизонтальными криогенными емкостями. Однако вертикальные емкости требуют разработки проекта их установки и регистрации в органах Ростехнадзора, в отличие от транспортных криогенных емкостей.
Сосуды Дьюара помогают хранить вещество при температуре, имеющей пониженное либо повышенное значение. Одним из главных качеств подобного устройства является его низкая теплопроводность. За счет этого температура может сохранять свое исходное значение. Кроме того, активизации данного фактора способствуют также процессы разной направленности, протекающие в самом веществе.
Современная конструкция сосуда
Изготавливаются сосуды сосуды дьюара
так… Оба стакана - и тот, что находится внутри, и тот, что снаружи, выполняются из теплостойкого алюминия. Иногда в качестве основного компонента может выступать нержавеющая сталь. Главным свойством вещества для помещения его в сосуд является удельный вес. Между двумя стаканами располагается перемычка. Она должна быть достаточно прочной, но в то же время достаточно тонкой. Изготавливаться она может из нержавеющей стали или из прочнейшего пластика (новейшие тенденции).
Перед изготовителями постоянно встает вопрос об обеспечении вакуумного уплотнения благодаря имеющемуся креплению. Для этого тот сосуд, что находится снаружи, покрывается особым веществом - адсорбентом. Такое вещество способно поглощать излишние выделившиеся внутри сосуда газы. Чтобы снизить теплопотери, сосуд дополнительно покрывают теплоизоляционным материалом. Чтобы снизить возможный процесс конвекции, к крышке крепят цилиндр из пенопласта, который перекрывает перемычку, но делает это не полностью. Все те газы, которые имеют низкое давление, откачиваются из области вакуума. Поверхность изнутри тщательно отполирована.
Гелиевые сосуды Дьюара
Применение гелия для использования его в конструкции сосуда обусловлено низкими теплопотерями. Поэтому данный вид сосуда экранируют гелием, охлаждаемым при этом жидким азотом. Для экрана же применяют металлы, хорошо проводящие тепло. У такого сосуда Дьюара можно наблюдать две перемычки: одна делается для жидкого азота, другая - для гелия. Гелиевая перемычка снабжается также сбросовыми штуцерами, разъемами для подключения манометра и сифона. Такие методы контроля позволяют нагнетать определенное давление и контролировать производимые манипуляции.
Сфера применения сосудов Дьюара
Сосуды Дьюара любой человек применяет почти каждодневно в своем быту, порой об этом совершенно не подозревая. Обыкновенный термос является моделью сосуда, адаптированной для сохранения чая, кофе и других напитков. Сосуды Дьюара используются для экспериментальных исследований, помогая сохранять вещества в охлажденном состоянии. Кроме того, данное оборудование позволяет оставлять неизменными биологические образцы для их использования в медицине.
Цистерны Дьюара
Цистерны различных типов используются для транспортировки охлажденных веществ на некоторое расстояние. Принцип их изготовления идентичен, только увеличены объемы по сравнению с обычными сосудами. Основа, которая делает мобильные цистерны дьюара возможными к применению - стенки с двойным дном. Материалом для изготовления стаканов является сталь, из нее же выполняются перемычки. В качестве охлаждающей среды используется жидкий азот, экранироваться цистерна может гелиевым слоем. Цистерны Дьюара помогают сохранять качества охлажденного вещества в их изначальном состоянии.
Теплоизоляция сосудов Дьюара
Прежде использовались две модели обеспечения теплоизоляции сосуда: вакуумная, и экранирование сосуда гелием вкупе с охлажденным азотом. Обе модели были весьма действенными, но в обоих случаях могли наблюдаться очень незначительные некоторые моменты, требующие доработки. В частности, при возможной утечке газа и нарушении целостности оболочки обнаружить ее было практически невозможно. Использование криогенной жидкости различного рода позволяет увеличить безопасность при применении сосуда. Ведь в случае слишком большой потери исходного продукта сосуд способен взорваться из-за разницы давления внутренней и внешней среды.
Теплоизоляция трубопроводов для перекачивания азота
Азот относится к числу веществ, требующих постоянного контроля при перекачивании и транспортировке. Поэтому и теплоизоляция для трубопроводов, контактирующих с данным газом, должна быть соответствующая. Чаще всего
теплоизоляция трубопроводов
сегодня выполняется в виде жидкого керамического материала . Множество не видимых глазу силиконовых шариков, заполненных кислородом, непрерывно движутся внутри жидкой консистенции. Основой для такой жидкости служат полимеры акрила, синтетический каучук, элементы неорганики. Данная комбинация способствует большей гибкости, большей надежности материала. Такой жидкий материал обычно бывает белого цвета. Сохнет он достаточно быстро, образуя необходимую защитную пленку.
Новый метод теплоизоляции
Благодаря вводимым в эксплуатацию технологиям (применение жидкой теплоизоляции) по транспортировке и хранению азота и иных веществ производство сосудов Дьюара также должно стать гораздо дешевле. При этом польза от применения устройств в практических целях заметно возрастет. Это касается и цистерн, и малых сосудов изготовленных по одному тому же признаку.
