Колбата на Дюар е дядото на съвременните термоси. Днес няма проблеми със спестяването необходими продуктиза дълго време при определена температура. Причината за изобретяването на такъв съд е, че физиците не са имали възможност за известно време да съхраняват газове в течно състояние. Колбата на Дюар за течен азот беше именно изобретението, което успешно реши проблема. И както винаги се случва, божи дар за научни трудовенамира приложение в ежедневието.
История
Така наречената колба на Дюар датира от 1881 г. Германският учен Адолф Фердинанд Вайнхолд разработи първия контейнер, използван за съхранение на втечнен газ.
Беше стъклена кутия с двойни стени. Особеност на дизайна е, че въздухът се изпомпва от междустенното пространство. В такъв съд може да се съхранява течен кислород. Изобретателят нарече съда „бутилка Weinhold“.
През 1892 г. шотландският химик и физик сър Джеймс Дюар прави някои подобрения в дизайна на A.F. Weinhold. Стъклената кутия промени формата си и се превърна в колба с тясно гърло, което значително намали изпарението на течността. Освен това, според инструкциите на Dewar, интерстициалното пространство е осребрено. За първи път е получен и съхраняван не само течен, но и твърд водород.
Първата демонстрация се състоя на публична лекция през януари 1893 г., а масовото производство на съдовете започна през 1904 г. Thermos GmbH (Германия) е основана за производство на термоси и се заема с прилагането на изобретението за търговски цели.
Принцип на действие
Как работи колбата на Дюар? Дизайнът на устройството е поразителен с гениалната си простота: стъклена или метална колба с двойни стени, между които се евакуира въздух. Тази система значително намалява топлопроводимостта на стените.
Оставащото много малко количество въздушни молекули предава температурата на съдържанието на колбата на Дюар среда. Тази остатъчна топлопроводимост провокира постоянно и постепенно изпаряване на течния газ.
Това от своя страна води до повишаване на налягането вътре в контейнера. За да се избегне неизбежна експлозия, устройството е оборудвано с предпазен клапан или не е плътно затворено. Хлабаво затворената тапа има малък ефект върху изпарението на течния азот. Предаването на топлина отдолу нагоре става бавно и площта на отвора в съда е незначителна.
Така газът постепенно се освобождава. Загубата на веществото е незначителна, например един килограм течен въздух ще загуби само 4 грама за 10 дни съхранение.
Това устройство позволява да се съхранява и транспортира газ в течно състояние за дълго време, което е много важно за съвременната индустрия.
Модели
В много индустрии колбите на Дюар се използват за различни цели. Има няколко модела:
- серия X, XT, LD - алуминиева, стъклопластова шийка, предназначена за транспортиране и съхранение на течен азот и биоматериали;
- серия SK, SDP - със стъклопластова гърловина, изработена от алуминий, предназначена за транспортиране и съхранение на малки количества течен азот;
- Серия SDS - алуминиева, фибростъкло шийка за транспортиране и съхранение на биоматериали;
- вертикални (обем 28-660 литра) - изработени от неръждаема стомана, предназначени за транспортиране и съхранение на азотен оксид, течен азот, въглероден диоксид, аргон, кислород;
- хоризонтални - изработени от неръждаема стомана, използвани за съхранение на течен азот.
Освен това е усвоено производството на огромни железопътни и пътни цистерни. Има и специално оборудвани кораби, превозващи големи количества втечнен газ.
Приложение
Колбите на Дюар се използват широко в съвременните индустрии. Най-често устройството се използва:
- в ежедневието - за дългосрочно съхранение на напитки, храна (термоси);
- в промишлеността, лаборатории - за съхранение на течен азот и други криофлуиди;
- във ветеринарната медицина и медицината - за съхранение на биологичен материал;
- по геофизика - за работа в горещи кладенци (кристали и електронни компоненти се поставят в съд).
Цена
В момента на пазара се предлага голямо разнообразие от марки и видове термоси. Малките домакински продукти се използват за храна или течности (чай, кафе). Цената, в зависимост от обема, материала и марката на производителя, може да варира от $5 до $50.
Цената на тези съдове, които се използват в индустриален мащаби се наричат колба на Дюар. Цената се определя от обема и качеството на изработката. Едно добро устройство с голям обем може да струва няколкостотин долара:
- модел X-40SP (Харковски завод за транспортно оборудване, Украйна) - $650;
- модел L2050 (Cryo Diffusion, Франция) - $1050;
- модел XT-3 (Taylor-Wharton, Словакия) - $220.
Резервоарите, шосейни или железопътни, за транспортиране на криогенни течности струват десетки хиляди долари.
През 1879 г. немският физик А. Вайнхолд е озадачен от чисто научен проблем: как да съхранява течен или дори твърд водород в лаборатории с точка на топене до -259,2 °C. Беше необходим съд, който да поддържа такава ниска температура дори в топло помещение. Беше намерено решение. Ученият излезе с идеята да свърже два стъклени съда с тънки стени, да постави един в друг, да запои гърлата херметично и да изпомпва въздуха от пространството между тях. По този начин вакуумът поддържаше температурата на вътрешния контейнер, като не му позволяваше да се нагрява или охлажда (същият принцип важи и за конвенционалните остъкляване на прозорци). Освен това като опитен стъклар, физикът лесно описва резултата в детайли в книгата си „Демонстрационни експерименти във физиката“, скромно наричайки изобретението „бутилката на Вайнхолд“. Няколко години по-късно шотландският му колега Джеймс Дюар подобрява продукта, като посребрява вътрешните стени на съда, за да запази по-добре температурата. И „бутилката“ се превръща в „колба Дюар“.
Но подобренията не спряха дотук. немскистъклодув бургер, за дълго времекойто произвеждаше колби за лаборатории, отбеляза, че колбата на Дюар може да бъде полезна не само в науката, но и в ежедневието.
През 1903 г. Бъргър леко модифицира вакуумния съд на Scotsman, обвивайки крехкото стъкло в метална обвивка, оборудвайки го с функционален капак за чаша и беше първият от тримата разработчици, който патентова изобретението. Скоро беше обявен конкурс за най-доброто имеЗа нови елементи. Германците активно предлагаха различни сложни имена за кораба. Победител обаче беше жител на Мюнхен, който запомни гръцката дума therme (горещо). Така че термичен съд, точно като компанията, която го е произвела намери името ти. През 1904 г. немската компания THERMOS GMBH започва серийно производство на съдове на Дюар, които от този момент нататък се наричат само термоси.
Естествено, създателят на термоса Джеймс Дюар се опита да докаже правата върху изобретението, което по това време вече генерираше сериозни приходи. За съжаление, ученият така и не постигна справедливост; Райнхолд Бъргер остана единственият разработчик, посочен в патента.
Оттогава са минали повече от сто години. Сега можете да изберете термос с всякакъв капацитет и цвят, в метална, пластмасова и дори стъклена кутия. И, например, в съветска епохапрактически във всяко семействоимаше голям тенекиен термос, червен или син, украсена с цветяили изображение на изгряващото слънце. Ярък и лъскав, в съветската кухня той беше държан на видно място като мебел. Германските термоси не достигнаха до Съюза, но беше лесно да се купи китайски еквивалент. Повечето от термосите, внесени в страната, са произведени в пекинската фабрика Olen. Всъщност чужди именакомпаниите обикновено преписват, а не превеждат, но „Олен“ реши да напусне своя китайскииме, навлизайки на западния пазар като Bejiing Deer (пекински елен). Така в живота ни влезе тенекиен китаец с немско име.
Като цяло от онези времена дизайнът на термоса не се е променил, с изключение на малък, но много важна подробност- задръствания. Той, за разлика от горния капак на чашата, не се завинтва. Факт е, че вътрешният съд на китайския термос се състоеше от стъкло и нямаше резба. Така че се използваше само капак на щепсела, обикновено дървен. Естествено, такъв съд не може да се обърне, което не винаги е възможно в природата или при дълги пътувания.
Сега има огромно разнообразие от марки и разновидности на термоси: за храна, напитки, термо чаши. С една дума, прогресът не стои неподвижен. За мнозина обаче това не е просто предмет, а топло напомняне за приятни събития: пътуване до природата с приятели, дълго пътуване или зимна разходка.
Видео Какво е термос?
За техните нужди не всеки има представа за тяхната структура. Сега ще ви разкажем как е проектиран този контейнер и защо, докато са в него, криогенните течности запазват свойствата си.
Прототип на модерен плавателен съд
Първият резервоар за съхранение на криогенни течности е изобретен в края на деветнадесети век в Германия. Тогава това беше стъклена кутия с двойни стени, между които се създаваше вакуум. Шотландският учен Дж. Дюар модифицира изобретението, като му придаде формата на колба с тясно гърло.
Този дизайн не е избран случайно - тясното гърло предотвратява бързото изпаряване на криогенни течности, а вакуумът в междустенното пространство спомага за поддържането на зададената температура на веществата. Стените от вътрешната страна са със сребърно покритие, което осигурява допълнителна топлоизолация. С навлизането на новите технологии дизайнът се подобряваше, докато получихме продукта, който използваме сега.
Дизайн на модерни дюарови колби
Съвременните продукти, с които сме свикнали, са малко по-различни от своите предшественици. Докато първите колби на Дюар са направени от стъкло, сега те са направени от алуминий или неръждаема стомана. Важна роляПри избора на материал силата и теглото играят роля.
Основните компоненти на колбата на Дюар:
- външен и вътрешен съд;
- врата;
- капак;
- адсорбент за междустенното пространство.
Външните и вътрешните съдове са свързани на шията. От пространството между тях се изпомпва въздух до налягане 10 -2 Pa (създава се вакуум). Стените на вътрешния съд са покрити отвън с адсорбиращо вещество. Това беше направено, за да се отстранят остатъчните газове от вакуумното пространство.
Шийката свързва двете части на съда. В зависимост от модела гърлото може да бъде тясно или доста широко (до 210 мм в диаметър). Изработен е от подсилена пластмаса, за да се намали цената на производството, може да се използва неръждаема стомана.
Капакът на съда ви позволява плътно (но не херметично) да затворите гърлото. Към него е допълнително прикрепен дунапренов цилиндър, който го затваря и подпомага отделянето на излишния течен азот. Посребряването на стените на съдовете е изоставено, заменено с полиране.
Ако търсите дюаровите колби с висока технически характеристики, препоръчваме да ги поръчате в нашия магазин. Всички продукти са с гаранция, а голям избор от продукти ще ви позволи да изберете най-добрия вариант.
HVM, италианска компания със седалище в Ливорно, разработва и произвежда широка гама от криогенни съдове на Дюар с различни работни налягания, различни системи за отстраняване на газ и течности, вертикални и хоризонтални, палетизирани контроли и т.н. повече от 20 години. Продуктите на компанията се използват за съхранение и транспортиране на газове при ниски температури. Области на употреба:
- индустриален
- научен
- храна
- рибовъдство
- криобиология
- животновъдство
- контрол на вредителите
Също така, компанията е разработила апарати за кислородна терапия (стационарни „OXY-BLU” и компактни „OXY-LIGHT”).
Всички продукти отговарят на европейските изисквания за ADR и TPED (Директива 2010/35/UE). Westmedgroup е официален доставчик на криогенни съдове за руски пазармедицинско оборудване.
Дюарова колба е съд, предназначен за дългосрочно съхранение на вещества при високи или ниски температури. Постоянна температура се поддържа с пасивни методи, поради добра топлоизолация и/или процеси в съхраняваното вещество (например кипене). Това е основната разлика между съда на Дюар и термостатите и криостатите.
Първи контейнер за съхранение втечнени газовее разработен през 1881 г. от немския физик A.F. Weinhold. Това беше стъклена кутия с двойни стени с изпомпван въздух от междустенното пространство и беше използвана от физиците К. Олшевски и С. Врублевски за съхранение на течен кислород.
Шотландският физик сър Джеймс Дюар подобри стъклената кутия на Weinhold през 1892 г., превръщайки я в двустенна колба с тясно гърло, за да се намали изпарението на течността. Междустенното пространство е посребрено и от него се евакуира въздух. Дюар окачи цялата тази крехка конструкция на пружини в метален корпус. Благодарение на разработката си Дюар пръв получава и съхранява течен (1898) и дори твърд (1899) водород.
Първите колби Дюар за търговска употреба са произведени през 1904 г., когато е основан германският производител на термоси Thermos GmbH. В лабораториите и промишлеността колбата на Дюар се използва за съхранение на криофлуиди, най-често течен азот.
В медицината и ветеринарната медицина се използват специални съдове на Дюар за дългосрочно съхранение на биологични материали при ниски температури.
В геофизиката електронните компоненти и кристали се поставят в съдове на Дюар, когато се работи в горещи кладенци (от 400K).
Криостатите варират
по вида на използвания хладилен агент (азот, хелий, водород и др.);
от материала, от който са направени (стъкло, метал, пластмаса);
по предназначение (за радиотехнически, оптични, медицински и други изследвания, за свръхпроводящи магнити, приемници на радиация и др.).
Предимството на използването на вертикални криогенни резервоари е спестяването на място в сравнение с хоризонталните криогенни резервоари. Вертикалните резервоари обаче изискват разработването на проект за тяхното инсталиране и регистрация в Rostechnadzor, за разлика от транспортните криогенни резервоари.
Термосът е изобретен от трима души за четвърт век. През 1879 г. физикът професор А. Уейнолд предложи да се използва стъклен съд с двойни стени с вакуум между стените за запазване на течни газове. През 1890 г. английският химик професор Джеймс Дюар подобри "бутилката Weinhold" чрез посребряване на стените, което намали изтичането на топлина през стените. Накрая през 1904 г. берлинският стъклар Р. Бъргер добавя защитна обвивка към колбата на Дюар и започва да я продава като термос за горещо кафе или бульон.
Дюаровият съд е резервоар тип „съд в съд“, чието междустенно пространство е запълнено с многослойна изолация (алуминиево фолио ADI-M-0.011 и стъклена хартия – стъклен воал EVTI-7), а въздухът по време на производството се евакуира до остатъчно налягане от 10 (-4) mmHg. За поддържане на дълбок вакуум в междустенното пространство са разположени адсорбент и водороден абсорбер. Материалът на съда е алуминиева сплав АМц, благодарение на която температурата в горната зона на съда на Дюар не се покачва над минус 170 градуса по Целзий дори при 5 кг в него. (12%) течен азот.
В момента криогенното оборудване се произвежда в търговската мрежа ( гръцки Криос- студено, генос- раждане) от различни видове и марки: промишлени съдове на Дюар - SDP: SDP-5, SDP-10, SDP-16, SDP-25, SDP-40 и др. (цифрата показва вместимостта на съда в литри); SD - селскостопански: SDS-5, SDS-20, SDS-30, X-30 (Харков-30) и др.; стационарни складови съоръжения – ХСЖА, КВ-6202, ХБ-0,5 (за 500 л.), ХБ-0,2 (за 240 л.) и др.
Най-важната характеристика на съда на Дюар е периодът на пълно изпаряване на течния азот, който за всички SDP и SDS е 30-35 дни, а в съдове от стария тип AT-6 - до 20 дни. Летливостта на течния азот от SDP-5 до SDP-40 варира от 10 до 24 g/h (4,8-1,8% на ден!), в SDS-20, SDS-35, SDS-50 съответно 10,12, 14 g /ч.
Съдовете на Дюар от ново поколение “SDS-35M” и SDS-6M – имат по-усъвършенствана многослойна топлоизолация и висок вакуум; вътрешният и външният слой от алуминиева сплав са свързани с гърло от фибростъкло, докато времето за пълно изпаряване на течния азот достига съответно 300 и 48 дни, а изпарението на течния азот е 3,9 и 4,6 g/час. (Вижте фиг. Диаграма на съд на Дюар).
Течният азот е безцветна течност, външен виднаподобява вода. Точката му на кипене е -196 °C, специфично тегло 0,804 kg/l, топлина на изпарение -47,7 kcal/kg. От всички криогенни течности, получени чрез втечняване на атмосферния въздух (течен въздух, течен кислород -183 °C), течният азот е най-малко опасен и химически инертен. Изпарявайки се, той се превръща в азотен газ, който е безцветен, без мирис, незапалим, специфичното му тегло е 1,16 kg/m3, молекулно тегло 28; V атмосферен въздухсъдържа се в количество 79%. При продължително вдишване на въздух с високо съдържание на азот (намаляване на съдържанието на кислород под 16%) човек изпитва главоболие, а при високи концентрации на азот (например изливане на азот от паднала колба на Дюар) възниква състояние на припадък . Ето защо в помещенията, където работят с течен азот, трябва да има принудителна вентилация. В пункта съдовете на Дюар се съхраняват в кошара, в специално оградено място или лаборатория, на такова разстояние от прозорец или врата, че да може да ги достигне маркуч за пълнене с течен азот.
В случай на падане, удар или резки удари може да настъпи нарушаване на връзката между вътрешните и външните съдове, тъй като те са свързани само в областта на шията, което е придружено от загуба на вакуум, следователно по време на транспортиране , е необходимо да закрепите надеждно съда на Дюар в каросерията на превозното средство. Първият признак на загуба на вакуум е заледяване, появата на скреж - образуването на "снежна покривка" в областта на гърлото на корпуса на съда на Дюар става много бързо; Строго е забранено да оставяте такива колби на Дюар за отопление в помещение, където може да има хора, тъй като повишаването на налягането в междустенното пространство може да доведе до експлозия. Колбите на Дюар, които са загубили вакуум, се нагряват най-малко три дни в изолирана стая и след това се изпращат на производителя за ремонт.
Характеристики на работата на съдовете на Дюар е, че операторът трябва редовно да определя нивото на течния азот в тях. Първото измерване се прави седмица след доливането, второто - седмица след първото. Резултатите от измерването се записват в дневник. За конвенционалните съдове на Дюар е необходимо да се направи трето измерване през третата седмица след зареждането и е необходимо да се запише температурата на околната среда и колко пъти е отварян съдът на Дюар. Нивото на течния азот може да се определи със специална метална сонда - измервателна линийка: тя се спуска в съда на Дюар до дъното и се държи 15-20 секунди, отстранява се - замръзналата зона ще покаже количеството азот в съда на Дюар Съд.
