Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Посудина Дьюара



План:


Введення

Посудина Дьюара для рідкого кисню

Посудина Дьюара - посудина, призначена для тривалого зберігання речовин при високій або низькій температурі. Перед приміщенням в посудину Дьюара речовина необхідно нагріти або охолодити. Постійна температура підтримується пасивними методами, за рахунок хорошої теплоізоляції та / або процесів в доглянутому речовині (наприклад, кипіння). В цьому основна відмінність посудини Дьюара від термостатів, криостатов.


1. Історія винаходу

Фрагмент заявки на патент

Перший контейнер для зберігання зріджених газів був розроблений в 1881 році німецьким фізиком А.Ф.Вейнхольдом. Він представляв собою скляний ящик з подвійними стінками з відкачати з Міжстінний простору повітрям і був використаний фізиками К. Ольшевським і С. Врублевським для зберігання рідкого кисню [1] [2].

Шотландський фізик і хімік сер Джеймс Дьюар в 1892 удосконалив скляний ящик Вейнхольда, перетворивши його в двостінні колбу з вузьким горлом для зменшення випаровування рідини. Міжстінний простір посріблене і з нього відкачано повітря. Всю цю тендітну конструкцію Дьюар підвісив на пружинах в металевому кожусі. Завдяки своїй розробці Дьюар першим зміг отримати і зберегти рідкий ( 1898) [3] і навіть твердий ( 1899) водень [4].

Меморіальна дошка на будинку, де жив і працював Рейнольд Бюргер, винахідник термоса

Перші судини Дьюара для комерційного використання були зроблені в 1904, коли була заснована німецька компанія Термос ( ньому. Thermos GmbH ). Компанія Thermos існує і сьогодні. Вона як і раніше випускає одні з кращих в світі термосів. Девіз компанії говорить: "Зберігаємо тепло. З 1904 року". Фірмою Thermos Bottle Company 3 грудня 1907 р. був отриманий патент США US Patent 872795 на "Посудина з подвійними стінками і вакуумом між ними". Патент оформлений на Рейнольда Бюргера ( ньому. Reinhold Burger ), Німецького винахідника і виробника скляних інструментів. Ім'я Дьюара в патенті не згадується. В Німеччині Рейнольд Бюргер (Нім.) вважається винахідником термоса. В деяких країнах термос залишається зареєстрованим товарним знаком, але в більшості країн це товарний знак, що став прозивним.


2. Пристрій

Реклама термос-пляшок. Берлін, 1906

Оригінальний посудину Дьюара представляв собою скляну колбу з подвійними стінками, з простору між якими викачано повітря. Для зменшення втрати на випромінювання обидві внутрішні поверхні колби були покриті шаром. Дьюар використовував як відбиває покриття срібло. Подібна конструкція застосовується і в сучасних дешевих побутових термосах.


2.1. Сучасні конструкції

Схема посудини Дьюара
1 - підставка; 2 - вакуумування порожнину; 3 - теплоізоляція, 4 - адсорбент; 5 - зовнішній посудину; 6 - внутрішній посудину; 7 - горловина; 8 - кришка; 9 - трубка для вакуумування;

Сучасні судини Дьюара конструктивно виконані трохи інакше. Внутрішній і зовнішній судини роблять з алюмінію або нержавіючої сталі. Теплопровідність матеріалу не важлива, а міцність і вага відіграють велику роль. Горловина з'єднує внутрішній і зовнішній судини. В дьюара об'ємом до 50 л внутрішній посудину кріпиться тільки на горловині і вона відчуває великі механічні навантаження. Також до неї пред'являються високі вимоги по теплопровідності. Тобто горловина повинна бути міцною, але тонкою. У звичайних судинах горловину роблять з нержавіючої сталі. У високоякісних судинах Дьюара горловина виготовляється з міцного армованого пластика. При цьому виникає проблема вакуумноплотного кріплення металу і пластика. Зовні внутрішній посудину покривається адсорбентом, який при охолодженні поглинає залишкові гази з вакуумної порожнини. Для зменшення тепловтрат внутрішній посудину покривають додатковою теплоізоляцією. До кришки дьюара, для зниження конвекційної теплопередачі прикріплюють пінопластовий циліндр, який негерметично закриває горловину. Вакуумну порожнину відкачують до тиску 10 -2 Па. Від сріблення внутрішніх поверхонь відмовилися і замінили його поліруванням.

Сучасні судини Дьюара мають низькі втрати від випаровування: від 1,5% на добу для великих ємностей, до 5% на добу - для малих обсягів.


2.2. Гелієві судини Дьюара

Схема посудини Дьюара для гелію
1 - горловина для заливки азоту; 2 - головка з штуцерами; 3 - горловина гелієвої ємності; 4 - ємність для рідкого азоту; 5 - теплові екрани; 6 - ємність для рідкого гелію; 7 - теплоізоляція; 8 - адсорбент

Гелій має дуже маленьку теплоту випаровування. Тому для зниження тепловтрат в гелієвих дьюара застосовуються теплові екрани, охолоджувані рідким азотом. Екрани виготовляють з матеріалів, добре проводять тепло ( мідь). Такий посудину Дьюара має дві горловини: для рідких азоту і гелію. Гелієва горловина обладнана спеціальними штуцерами для газоскид, під'єднання сифона, манометра, клапана. Гелієвий дьюар не можна нахиляти, він завжди повинен перебувати у вертикальному положенні.

З розвитком техніки багатошарової екранно-вакуумної термоізоляції на ринку з'явилися пропозиції гелієвих судин Дьюара в яких не використовується охолодження рідким азотом. За твердженнями виробників в таких посудинах Дьюара втрати на випаровування складають 1% в день для ємностей на 100 л.

Азот випаровується з посудини Дьюара.
Пара 250 літрових судин Дьюара з рідким гелієм.

3. Призначення та застосування

  • У побуті і в харчовій індустрії судини Дьюара часто застосовуються для збереження температури їжі або напоїв - термоси.
  • У медицині та ветеринарії спеціальні посудини Дьюара використовуються для тривалого зберігання біологічних матеріалів при низьких температурах.
  • У геофізиці в судини Дьюара поміщають електронні компоненти і кристали при роботах в гарячих свердловинах (від 400К)

4. Різновиди побутових термосів

В залежності від обсягу і типу використовуваної їжі сучасні побутові термоси можна розділити на такі різновиди:

  • Харчові термоси. Призначені для гарячої та холодної їжі. Діаметр горловини практично дорівнює діаметру корпусу, завдяки чому в термос зручно поміщати і витягувати супи та другі страви. Існують моделі з корпусом і колбою з нержавіючої сталі, з корпусом з пластика і колбою із загартованого скла, з корпусом з металопластику і колбою із загартованого скла.
  • Харчові термоси з судками. Представляють собою харчові термоси, забезпечені металевими або пластиковими судками. Дані термоси дозволяють узяти з собою відразу кілька страв, але при цьому температура зберігається приблизно в два рази гірше, ніж у звичайних харчових термосів.
  • Термоси для напоїв з вузькою горловиною. Призначені для гарячих і холодних напоїв. Як правило в ролі цих напоїв виступають гарячий чай або каву. Діаметр горловини від 25 мм до 55 мм. Також як і у харчових термосів, для термосів з вузькою горловиною існують моделі з корпусом і колбою з нержавіючої сталі, з корпусом з пластика і колбою із загартованого скла, з корпусом з металопластику і колбою із загартованого скла. Всі термоси мають дві пробки. Внутрішня (замикає посудину) буває: без отворів (вимагає відкручування для набору чаю) або з отвором дозволяє через спеціальний механізм наливати чай не відкручуючи кришку. Зовнішня кришка захищає внутрішню і служить чашкою.
  • Помпові термоси для напоїв. Зазвичай мають об'єм від 1,5 літра і більше. У таких термосів є краник і насос, за допомогою яких рідина витісняється повітрям з колби термоса.
  • Термоси універсальні. Призначені як для напоїв, так і для перших і других страв. Діаметр горловини від 65-80 мм. Конструкція внутрішньої пробки універсальних термосів аналогічна пробкам для термосів з вузьким горлом, хоча буває і комбінована пробка складається з двох частин (відкручує внутрішню частину отримуєте вузьке горло, відкручує всю кришку набуває широкого горло). Потрібно відзначити, що кришка є джерелом значних тепловтрат у термосі. Чим складніше конструкція пробки, тим менше вона надійна і тим сильніше пропускає тепло. Застосування глухих (без отворі) пробок дають показники по температурі на 5-15% вище, ніж наприклад з комбінованими пробками, які звичайно більш зручні, але за це доводиться платити деяким зниженням температури.
  • Термокружки та гуртки-термоси. Представляють собою термоси невеликого обсягу (не більше літра) з ручкою і з широкою шийкою. Часто забезпечуються пластикової чи сталевий кришкою. Призначені для нетривалого збереження температури напоїв.

Джерела

  • Burger, R., US Patent 872795 , "Double walled vessel with a space for a vacuum between the walls", December 3, 1907.
  • Сивухин Д. В. Загальний курс фізики - М .: Наука, 1975. - Т. II. Термодинаміка і молекулярна фізика. - 519 с.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Посудина
Кратер (посудина)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru