Фрагмент заявки на патент
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 году разработал немецкий физик Адольф Фердинанд Вейнхольд.
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
Схема сосуда Дьюара для гелия
1 - горловина для заливка азота;
2 - головка со штуцерами ;
3 - горловина гелиевой емкости;
4 - емкость для жидкого азота;
5 - тепловые экраны;
6 - емкость для жидкого гелия;
7 - теплоизоляция;
8 - адсорбент
Ссылки
- Технические характеристики, хранение азота в Сосуде Дьюара
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Дьюара сосуды" в других словарях:
- (по имени Дж. Дьюара) сосуды с двойными стенками, между которыми создан вакуум [не менее 1,33 мн/м2 (10 5 мм рт. cт.)], что обеспечивает высокую теплоизоляцию вещества, находящегося внутри сосуда. Теплообмен в Д. с. происходит практически …
Дьюара сосуд - Дьюара сосуды: а, б стеклянные; в металлические для жидких газов (азота и гелия). ДЬЮАРА СОСУД, колба с двойными посеребренными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разреженного газа между стенками… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Колба с двойными посеребрёнными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разрежённого газа между стенками столь мала, что температура веществ, помещаемых в Дьюара сосуд, сохраняется постоянной долгое время … Энциклопедический словарь
Сосуд с двойными стенками, между которыми создан вакуум не менее 1.33 мН/мІ (10–5 мм рт. ст.), что обеспечивает высокую теплоизоляцию внутреннего объёма сосуда. Предложен английским физиком Дж. Дьюаром в 1898 г. Простейший сосуд Дьюара… … Энциклопедия техники
Колба с двойными посеребренными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разреженного газа между стенками столь мала, что температура веществ, помещаемых в сосуд Дьюара, сохраняется постоянной долгое время … Большой Энциклопедический словарь
- [во имени англ. физика и химика Дж. Дыоара (J. Dewar; 1842 1923)] сосуд с двойными стенками, между к рыми создан вакуум, что обеспечивает высокую теплоизоляцию в ва, находящегося внутри сосуда. Небольшие Д. с. изготовляют из стекла, сосуды… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Для жидкого кислорода Сосуд Дьюара сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре. Перед помещением в сосуд Дьюара вещество необходимо нагреть или охладить. Постоянная температура… … Википедия
СОСУД ДЬЮАРА - Специальный холодильный сосуд для замораживания и хранения спермы производителей в жидком азоте. Представляет собой двухстенную емкость из алюминиевых сплавов или нержавеющей стали. Между стенками помещена специальная теплоизоляция. Для повышения … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных
- (от Крио... и греч. states стоящий, неподвижный) Термостат, в котором рабочий узел или исследуемый объект поддерживается при температурах менее 120 К (криогенных температурах) за счёт постороннего источника холода. Обычно в качестве… … Большая советская энциклопедия
Криогенные температуры, обычно температуры, лежащие ниже точки кипения жидкого воздуха (около 80 К). Такие температуры принято отсчитывать от абсолютного нуля (См. Абсолютный нуль) температуры (273,15 °С, или 0 К) и выражать в кельвинах… … Большая советская энциклопедия
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.
- 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.
- 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.
- Ветеринария. Цистерны Дьюара в этой сфере могут послужить контейнером для транспортировки биоматериалов (используются для искусственного оплодотворения животных).
- Лаборатории. Жидкий азот применяется в научных компаниях и лабораториях. Кроме того, такой контейнер необходим для сохранения многих веществ в определенной температуре.
- Машиностроение и промышленность. Довольно часто азотом пользуются для достижения повышенной прочности металлических деталей.
- 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.
- 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.
Сосуд Дьюара - это дедушка современных термосов. Сегодня нет проблем с сохранением необходимых продуктов длительное время при определенной температуре. Причиной для изобретения подобного сосуда послужило то, что у физиков не было возможности в течение какого-то времени сохранять газы в жидком состоянии. Сосуд Дьюара для жидкого азота был именно тем изобретением, которое успешно решило проблему. И, как это всегда бывает, находка для научных работ нашла свое применение в быту.
История
Так называемый сосуд Дьюара начинает свою историю с 1881 года. Немецкий ученый Адольф Фердинанд Вейнхольд разработал самый первый контейнер, который использовался для хранения сжиженного газа.
Он представлял собой стеклянный ящик, имеющий двойные стенки. Особенностью конструкции было то, что из межстеночного пространства воздух откачивался. В таком сосуде можно было хранить жидкий кислород. Изобретатель назвал сосуд «бутылкой Вайнхольда».
В 1892 г. шотландский химик и физик сэр Джеймс Дьюар внес в конструкцию А. Ф. Вейнхольда некоторые усовершенствования. Стеклянный ящик изменил форму и стал колбой с узким горлом, что позволило значительно сократить испарение жидкости. Кроме того, по указанию Дьюара было посеребрено межстеночное пространство. Впервые был получен и сохранен не только жидкий, но и твердый водород.
Первая демонстрация состоялась на публичной лекции в январе 1893 года, а массовое производство сосудов было начато в 1904 году. Фирма Thermos GmbH (Германия) была основана для изготовления термосов, она и взялась за внедрение изобретения для коммерческих целей.
Принцип действия
Как же работает сосуд Дьюара? Устройство аппарата поражает своей гениальной простотой: стеклянная или металлическая колба, имеющая двойные стенки, между которыми откачан воздух. Такая система значительно уменьшает теплопроводность стенок.
Оставшееся очень незначительное количество молекул воздуха переносит к содержимому сосуда Дьюара температуру окружающей среды. Такая остаточная теплопроводность провоцирует постоянное и постепенное испарение жидкого газа.
Это, в свою очередь, приводит к увеличению давления внутри емкости. Чтобы избежать неминуемого взрыва, аппарат снабжают предохранительным клапаном либо его неплотно закрывают. На испарение жидкого азота неплотно закрытая пробка влияет мало. Передача тепла снизу вверх происходит медленно, а площадь отверстия в сосуде ничтожно мала.
Таким образом, газ понемногу стравливается. Потери вещества незначительны, например, один килограмм жидкого воздуха за 10 дней при хранении потеряет всего 4 грамма.
Такое устройство позволяет в течение длительного времени сохранять и транспортировать газ в жидком состоянии, что очень важно для современной промышленности.
Модели
Во многих отраслях промышленности сосуд Дьюара применяют для различных целей. Существуют несколько моделей:
- серия Х, ХТ, LD - алюминиевые, горловина стеклопластиковая, применяются для перевозки и хранения жидкого азота и биоматериалов;
- серия СК, СДП - со стеклопластиковой горловиной, изготовлены из алюминия, применяются для транспортировки, хранения небольшого количества жидкого азота;
- серия СДС - алюминиевые, горловина стеклопластиковая применяются для транспортировки и хранения биоматериалов;
- вертикальные (объем 28-660 литров) - изготовлены из нержавеющей стали, применяются для транспортировки и хранения закиси азота жидкого азота, углекислоты, аргона, кислорода;
- горизонтальные - выполнены из нержавеющей стали, служат для хранения жидкого азота.
Кроме того, освоен выпуск огромных железнодорожных и автомобильных цистерн. Есть и специально оборудованные корабли, перевозящие крупные партии сжиженного газа.
Применение
Сосуд Дьюара широко применяется в современных отраслях хозяйствования. Чаще всего аппарат используют:
- в быту - для продолжительного хранения напитков, продуктов питания (термосы);
- в промышленности, лабораториях - для сохранения жидкого азота и прочих криожидкостей;
- в ветеринарии и медицине - для хранения биологического материала;
- в геофизике - для работы в горячих скважинах (в сосуд помещают кристаллы и электронные компоненты).
Стоимость
В настоящее время на рынке представлены самые разнообразные марки и разновидности термосов. Небольшие бытовые изделия используют для продуктов питания или жидкостей (чай, кофе). Цена в зависимости от объема, материала и марки производителя может колебаться от 5 долларов до 50.
На порядок выше стоимость тех сосудов, которые используются в промышленных масштабах и называются сосуд Дьюара. Цена определяется объемом и качеством изготовления. Хороший, на большой объем аппарат может стоить и несколько сотен долларов:
- модель Х-40СП (Харьковского завода транспортного оборудования, Украина) - 650 $;
- модель L2050 (Cryo Diffusion, Франция) - 1050 $;
- модель ХТ-3 (Taylor-Wharton, Словакия) - 220 $.
Цистерны, автомобильные или железнодорожные, для транспортировки криогенных жидкостей, стоят десятки тысяч долларов.
Термос изобретен усилиями трех человек на протяжении четверти века. В 1879 году физик профессор А. Вайнольд предложил использовать для сохранения жидких газов двустенный сосуд из стекла с вакуумом между стенками. В 1890 году английский химик профессор Джеймс Дьюар усовершенствовал «бутылку Вайнхольда», посеребрив стенки, что ослабило утечку тепла через стенки. Наконец, в 1904 году берлинский стеклодув Р. Бургер добавил к сосуду Дьюара защитную оболочку и стал продавать его как термос для горячего кофе или бульона.
Сосуд Дьюара представляет собой резервуар «сосуд в сосуде», межстенное пространство которого заполнено многослойной изоляцией (алюминиевая фольга АДI-М-0,011 и стеклобумага - стекловуаль ЭВТИ-7) и откачан воздух при изготовлении до остаточного давления 10 (-4) мм.рт.ст. Для поддержания глубокого вакуума в межстенном пространстве расположены адсорбент и поглотитель водорода. Материал сосуда - алюминиевый сплав АМц, благодаря этому температура в верхней зоне сосуда Дьюара не поднимается выше минус 170 градусов цельсия даже при наличии в нем 5 кг. (12%) жидкого азота.
В настоящее время промышленно выпускается криогенное оборудование (греч. криос – холод, генос - рождение) разных типов и марок: сосуды Дьюара промышленные – СДП: СДП-5, СДП-10, СДП-16, СДП-25, СДП-40 и др. (цифра означает емкость сосуда в литрах); СД –сельскохозяйственные: СДС-5, СДС-20, СДС-30, Х-30 (Харьков-30) и др.; стационарные хранилища – ХСЖА, КВ-6202, ХБ-0,5 (на 500 л.), ХБ-0,2 (на 240 л.) и др.
Важнейшей характеристикой Сосуда Дьюара является срок полного испарения жидкого азота, который для всех СДП и СДС составляет 30-35 суток, а в сосудах старого типа АТ-6 – до 20 суток. Испаряемость жидкого азота от СДП-5 до СДП-40 составляет от 10 до 24 г/ч (4,8-1,8% в сутки!), в СДС-20, СДС-35, СДС-50 соответственно 10,12,14 г/ч.
Сосуды Дьюара нового поколения «СДС-35М» и СДС-6М – имеет более совершенную многослойную теплоизоляцию и высокий вакуум; внутренний и наружный слои из алюминиевого сплава соединены стеклопластиковой горловиной, при этом время полного испарения жидкого азота доходит до 300 и 48 суток соответственно, а испаряемость жидкого азота составляет 3,9 и 4,6 г/час. (См. Рис. Схема сосуда Дьюара).
Жидкий азот – это бесцветная жидкость, по внешнему виду напоминает воду. Температура кипения его -196 °C, удельный вес 0,804 кг/л, теплота испарения -47,7 ккал/кг. Из всех криогенных жидкостей, получаемых путем сжижения атмосферного воздуха (жидкий воздух, жидкий кислород -183 °C) жидкий азот наименее опасен, химически инертен. Испаряясь, он превращается в газообразный азот, который бесцветен, не имеет запаха, не горюч, его удельный вес 1,16 кг/м3, молекулярная масса 28; в атмосферном воздухе он содержится в количестве 79%. При длительном вдыхании воздуха с повышенным содержанием азота (уменьшение содержание кислорода менее 16%) у человека наблюдается головная боль, а при больших концентрациях азота (например, выливание азота из упавшего Сосуда Дьюара) – обморочное состояние. Поэтому в помещениях, где работают с жидким азотом, должна быть принудительная вентиляция. На пункте Сосуды Дьюара хранят в манеже, в специально отгороженном решеткой месте или лаборатории, на таком расстоянии от окна или двери, чтобы до него мог достать шланг для заправки жидким азотом.
При падении, ударах, резких толчках может произойти нарушение соединения внутреннего и наружного сосудов, так как они соединены только в области горловины, что сопровождается потерей вакуума, поэтому при транспортировке необходимо надежно закреплять Сосуд Дьюара в кузове машин. Первым признаком потери вакуума является обледенение, появление инея – образование «снеговой шубы» в области горловины кожуха Сосуда Дьюара, испарение жидкого при этом идет очень быстро. Категорически запрещается оставлять на отогрев такие сосуды Дьюара в помещение, где могут находится люди, так как увеличение давления в межстенном пространстве может привести к взрыву. Сосуды Дьюара, потерявшие вакуум, отогревают в течение не менее трех суток в изолированном помещении, а затем отправляют для ремонта на завод-изготовитель.
Особенности эксплуатации Сосудов Дьюара заключается в том, что оператор должен регулярно определять уровень жидкого азота в них. Первый замер производится через неделю, после доливки, второй – через неделю после первого. Результаты замеров фиксируются в журнале. Для обычных Сосудов Дьюара необходимо произвести третий замер, в течение третий недели после доливки, при этом необходимо записывать температуру окружающего воздуха, сколько раз открывался сосуд Дьюара. Определять уровень жидкого азота можно специальными металлическим щупом –мерной линейкой: её опускают в Сосуд Дьюара до дна и выдерживают 15-20 секунд, извлекают – замерзшая зона покажет количество азота в Сосуде Дьюара.