デュワー瓶の構造。 デュワー船とは何ですか？ デュワー船の構造は何ですか? 食品用魔法瓶 - 発明の歴史。 ビデオ。 デュワー瓶の構造

ニーズに応じて、誰もが自分のデバイスについてのアイデアを持っているわけではありません。 ここで、この容器がどのように配置されているか、そしてなぜその中にあると極低温の液体がその特性を保持するのかについて説明します。

現代の船の原型

極低温液体の最初の貯蔵タンクは、19 世紀末にドイツで発明されました。 それは二重壁を持つガラスの箱であり、その間は真空になっていました。 スコットランドの科学者 J. デュワーは、首が狭いフラスコの形状にすることで発明を改良しました。

この設計は偶然に選ばれたわけではありません。狭いネックが極低温液体の急速な蒸発を防ぎ、壁間空間の真空が物質の望ましい温度を維持するのに役立ちます。 内側の壁には銀メッキが施され、断熱効果が高まりました。 新しい技術の出現に伴い、設計は改良され、現在使用されている製品が完成しました。

現代のデュワー船の設計

私たちが慣れ親しんでいる現代の製品は、以前の製品とは多少異なります。 最初のデュワー瓶はガラス製でしたが、現在はアルミニウムまたはステンレス鋼で作られています。 材料の選択において重要な役割を果たすのは、強度と重量です。

デュワー船の主なコンポーネント:

• 外部および内部の容器。
• 首;
• 蓋;
• 壁間空間用の吸着剤です。

外血管と内血管は首でつながっています。 それらの間の空間から、空気が 10 -2 Pa の圧力まで排出されます (真空が生成されます)。 内容器の壁は外側から吸着剤で覆われています。 これは、真空空間から残留ガスを除去するために行われました。

ネックは容器の両方の部分を接続します。 モデルに応じて、ネックを狭くすることも、十分に広くすることもできます (直径 210 mm まで)。 強化プラスチック製ですが、ステンレス鋼を使用することで製造コストを削減できます。

容器の蓋を使用すると、首をしっかりと（密閉ではなく）閉じることができます。 さらに発泡シリンダーが取り付けられており、密閉して過剰な液体窒素を排出するのに役立ちます。 彼らは容器の壁の銀メッキを放棄し、代わりに研磨を施しました。

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デュワー容器は、物質をより低いまたはより高い温度で保存するのに役立ちます。 このようなデバイスの主な特性の 1 つは、熱伝導率が低いことです。 これにより、温度は元の値を維持することができます。 さらに、この因子の活性化は、物質自体で起こるさまざまな方向のプロセスによっても促進されます。

現代的な船舶デザイン

器が作られています デュワー船ということで… 内側のガラスも外側のガラスも、耐熱アルミニウム製です。 場合によっては、ステンレス鋼が主成分として使用されることもあります。 容器に入れる物質の主な特性は比重です。 2 つのガラスの間にはジャンパーがあります。 十分な強度がありながら、同時に十分に薄い必要があります。 ステンレス鋼または最も耐久性のあるプラスチック (最新のトレンド) で作ることができます。

メーカーは、既存の締結により真空シールを確保するという問題に常に直面しています。 これを行うために、外側の容器は特殊な物質、つまり吸着剤で覆われています。 このような物質は、容器内に放出された過剰なガスを吸収することができます。 熱損失を減らすために、容器はさらに断熱材で覆われています。 起こり得る対流プロセスを減らすために、ジャンパーと重なる発泡シリンダーが蓋に取り付けられていますが、これは完全には行われません。 低圧のガスはすべて真空領域から排出されます。 表面を内側から丁寧に磨き上げます。

ヘリウムデュワーズ

容器の設計にヘリウムが使用されるのは、熱損失が低いためです。 したがって、このタイプの容器は液体窒素で冷却されたヘリウムで保護されています。 スクリーンには熱伝導の良い金属を使用しています。 このようなデュワー容器では、2 つのジャンパーが観察できます。1 つは液体窒素用、もう 1 つはヘリウム用です。 ヘリウムジャンパーには、ドレンフィッティング、圧力計とサイフォンを接続するためのコネクターも付属しています。 このような制御方法を使用すると、特定の圧力を高め、実行される操作を制御できます。

デュワー船の範囲

誰でも、人生の中でほぼ毎日、デュワー瓶を使用していますが、時にはまったく気づかないこともあります。 通常の魔法瓶は、お茶、コーヒー、その他の飲み物の保存に適した容器モデルです。 デュワー瓶は、物質を冷たく保つために実験研究に使用されます。 さらに、この装置を使用すると、生体サンプルをそのままにして医療に使用することができます。

デュワータンク

冷蔵物質を長距離輸送するために、さまざまなタイプのタンクが使用されます。 製造原理は同じですが、従来の容器と比較して体積が増加するだけです。 作る基盤は、移動式デュワータンク二重底の壁にも適用可能です。 ガラスの製造に使用される材料は鋼であり、ジャンパーは鋼から作られています。 液体窒素が冷却媒体として使用され、タンクはヘリウム層でシールドされます。 デュワータンクは、冷蔵物質の品質を本来の状態に保つのに役立ちます。

デュワー瓶の断熱

以前は、容器の断熱を提供するための 2 つのモデルが使用されていました。真空と、冷却された窒素と組み合わせたヘリウムによる容器のシールドです。 どちらのモデルも非常に効果的でしたが、どちらの場合も、改善が必要な非常に小さな点がいくつかある可能性があります。 特に、ガス漏れの可能性と砲弾の完全性の侵害があったため、それを検出することはほとんど不可能でした。 さまざまな種類の極低温液体を使用することで、容器の使用における安全性を高めることができます。 結局のところ、元の製品の損失が多すぎる場合、内部環境と外部環境の圧力差により容器が爆発する可能性があります。

窒素を圧送するパイプラインの断熱

窒素は、汲み上げや輸送中に常に監視する必要がある物質の 1 つです。 したがって、このガスと接触するパイプラインの断熱は適切でなければなりません。 もっと頻繁にパイプラインの断熱今日、それは液体セラミック材料の形で行われます。 目には見えない酸素が詰まったたくさんのシリコンボールが液体の中で常に動いています。 このような液体の基礎は、アクリルポリマー、合成ゴム、および無機要素です。 この組み合わせにより、材料の柔軟性と信頼性が向上します。 このような液体材料は、通常、白色である。 十分に速く乾燥し、必要な保護膜を形成します。

新しい断熱工法

窒素やその他の物質の輸送と貯蔵のために導入されている技術（液体断熱材の使用）のおかげで、デュワー容器の製造も大幅に安くなるはずです。 同時に、デバイスを実用化するメリットも格段に大きくなります。 これは、同じベースで作られた戦車や小型船舶にも当てはまります。

1879 年、ドイツの物理学者 A. ワインホルトは、融点が -259.2 °C という低い液体または固体の水素を研究室でどのように保管するかという純粋に科学的な問題に悩まされました。 必要とされていたのは、暖かい部屋でもそのような低温を維持できる容器でした。 出口は見つかった。 科学者は、2 つの薄壁のガラス容器を接続し、一方を他方の内側に配置し、ネックを気密にはんだ付けして、それらの間の空間から空気を排出するというアイデアを思いつきました。 したがって、真空によって内側の容器の温度が維持され、容器が熱くなったり冷たくなったりすることはありませんでした（通常の温度）。 窓ガラス）。 経験豊富なガラス吹き職人でもあったこの物理学者は、その結果を著書『物理学における実証実験』で簡単に詳細に説明し、控えめにこの発明を「ワインホルトの瓶」と呼んでいました。 数年後、彼のスコットランド人の同僚ジェームス・デュワーは、温度をより良く保つために容器の内壁を銀色にすることで製品を改良しました。 そして「瓶」が「デュワー瓶」に変わります。

しかし、改善はそこで終わりませんでした。 ドイツ人長年研究室用のフラスコを製造してきたガラス吹き職人のバーガー氏は、デュワー瓶は科学だけでなく日常生活にも役立つと指摘しました。

1903 年、バーガーはスコットランドの真空容器をわずかに改造し、壊れやすいガラスを金属の殻で覆い、機能的なカップの蓋を付けました。また、発明の特許を取得することを推測した 3 人の開発者のうちの最初の人物でした。 すぐに、最も優れた名前を決めるコンテストが発表されました。 ノベルティ。 ドイツ人はこの船にさまざまな複雑な名前を積極的に提案しました。 しかし、優勝したのはギリシャ語のテルメ（熱い）を覚えていたミュンヘン在住の男性だった。 つまり、製造を開始した会社とまったく同じ熱容器です 彼らの名前がついた。 1904 年、ドイツの企業 THERMOS GMBH は、その瞬間から魔法瓶と呼ばれるデュワー容器の連続生産を開始しました。

当然のことながら、魔法瓶の創始者であるジェームス・デュワーは、その時までにすでに多大な収入をもたらしていた発明の権利を証明しようとしました。 残念ながら、科学者は正義を達成できず、特許に示されている開発者はラインホルト・バーガー氏だけでした。

それから百年以上が経過しました。 金属、プラスチック、さらにはガラスのケースに入った、任意の容量と色の魔法瓶を選択できるようになりました。 そして、たとえばソ連時代には、ほぼ それぞれの家庭で赤か青の大きなブリキの魔法瓶がありました。 花で飾られたあるいは朝日の写真。 明るく光沢のあるそれは、ソビエトのキッチンで家具として目に見えるところに置かれていました。 ドイツの魔法瓶は連合には届きませんでしたが、中国製の同等品を購入するのは簡単でした。 中国に持ち込まれた魔法瓶のほとんどは北京鹿工場で生産された。 実際、外国の企業名は通常、翻訳ではなく転写されますが、オーレンはその名前をそのまま残すことにしました。 中国語名称をBejiing Deer（北京鹿）として西洋市場に参入しました。 このようにして、ドイツ語の名前を持つブリキの中国人が私たちの生活に入りました。

全体として、魔法瓶のデザインは、小さいながらも非常に重要な細部であるコルクを除いて、それ以来変わっていません。 トップカバーカップとは異なり、彼女はねじ込まれませんでした。 事実は、中国の魔法瓶の内容器はガラスで構成されており、糸がありませんでした。 そのため、通常は木製の蓋プラグのみが使用されました。 当然のことながら、そのような船をひっくり返すことはできませんが、自然界や環境では常に可能であるとは限りません。 長い旅で.

現在、食品、飲み物、サーモマグなど、多種多様なブランドや種類の魔法瓶が販売されています。 一言で言えば、進歩は止まらないのです。 しかし、多くの人にとって、これは単なる物ではなく、友人との自然への旅行、長旅、冬の散歩など、楽しい出来事を温かく思い出させるものです。

ビデオ 魔法瓶とは何ですか?

デュワー瓶は現代の魔法瓶の祖先です。 現在では、必要な製品を一定の温度で長期間保存しても問題はありません。 このような容器が発明された理由は、物理学者がガスをしばらく液体状態に保つ機会がなかったためです。 液体窒素デュワーはまさにその問題を見事に解決した発明でした。 そして、いつも起こることですが、科学的研究の発見は、日常生活への応用を発見しました。

話

いわゆるデュワー船の歴史は 1881 年に始まりました。 ドイツの科学者アドルフ・フェルディナンド・ワインホルトは、液化天然ガスを貯蔵するために使用される最初のコンテナを開発しました。

それは二重壁のガラスの箱でした。 デザイン上の特徴は、空気が壁間の空間から排出されることでした。 このような容器では液体酸素を貯蔵することが可能であった。 発明者はこの容器を「ワインホールドボトル」と呼びました。

1892 年、スコットランドの化学者で物理学者のサー・ジェームス・デュワーは、A.F. ワインホールドの設計にいくつかの改良を加えました。 ガラス箱が形状を変えて口が狭いフラスコになり、液体の蒸発が大幅に減少しました。 さらにデュワー社の指示で壁の間は銀メッキになった。 液体だけでなく固体の水素も初めて得られ、貯蔵された。

最初のデモンストレーションは 1893 年 1 月の公開講演会で行われ、1904 年に容器の量産が始まりました。 Thermos GmbH 社 (ドイツ) は魔法瓶の製造のために設立され、商業目的での発明の実施を引き受けました。

動作原理

デュワー船はどのように機能するのでしょうか? この装置の装置は、その独創的なシンプルさが印象的です。二重壁を備えたガラスまたは金属製のフラスコで、その間に空気がポンプで送り出されます。 このようなシステムは壁の熱伝導率を大幅に低下させます。

残っている非常に少量の空気分子は、周囲温度をデュワー容器の内容物に伝えます。 この残留熱伝導率により、液体ガスの一定かつ段階的な蒸発が引き起こされます。

これにより、コンテナ内の圧力が上昇します。 差し迫った爆発を避けるために、装置には安全弁が設けられているか、緩く閉じられています。 プラグが緩く閉じられていると、液体窒素の蒸発にはほとんど影響がありません。 底部から上部への熱伝達は遅く、容器の穴の面積は無視できます。

このようにして、ガスは徐々に排出される。 物質の損失はわずかで、たとえば、1 キログラムの液体空気は、保管中に 10 日間でわずか 4 グラムしか失われません。

このような装置により、ガスを液体状態で長期間貯蔵および輸送することが可能になり、これは現代の産業にとって非常に重要である。

モデル

多くの業界で、デュワー瓶はさまざまな目的に使用されています。 いくつかのモデルがあります。

• シリーズ Х、ХТ、LD - アルミニウム、グラスファイバーネック、液体窒素および生体材料の輸送と保管に使用されます。
• シリーズ SK、SDP - グラスファイバーネック付き、アルミニウム製、少量の液体窒素の輸送、保管に使用されます。
• SDS シリーズ - アルミニウム、グラスファイバーの口は生体材料の輸送と保管に使用されます。
• 垂直型 (容量 28 ～ 660 リットル) - ステンレス鋼製で、亜酸化窒素、液体窒素、二酸化炭素、アルゴン、酸素の輸送と保管に使用されます。
• 横型 - ステンレス鋼製で、液体窒素の保管に使用されます。

さらに、巨大な鉄道戦車や自動車戦車の生産もマスターされました。 液化ガスの大量の積荷を運ぶ特別装備の船もあります。

応用

デュワー船は現代の産業で広く使用されています。 最も頻繁に使用されるデバイスは次のとおりです。

• 日常生活 - 飲み物、食べ物（魔法瓶）の長期保管用。
• 産業、研究室 - 液体窒素およびその他の極低温液体の保存用。
• 獣医学および医学 - 生物学的物質の保管用。
• 地球物理学 - 高温井戸での作業用 (結晶と電子部品が容器に入れられます)。

価格

現在、市場にはさまざまなブランドと種類の魔法瓶が販売されています。 小さな家庭用品は、食品または液体（お茶、コーヒー）に使用されます。 価格は、量、素材、メーカーのブランドによって異なりますが、5 ドルから 50 ドルの範囲です。

工業規模で使用され、デュワー船と呼ばれる容器のコストは一桁高くなります。 価格は仕上がりの量と品質によって決まります。 優れた大容量デバイスには数百ドルの費用がかかる場合があります。

• X-40SP モデル (ウクライナ、ハリコフ輸送機器工場) - 650 ドル。
• モデル L2050 (Cryo Diffusion、フランス) - 1050 ドル。
• XT-3 モデル (Taylor-Wharton、スロバキア) - 220 ドル。

極低温液体を輸送するためのタンカーは、道路でも鉄道でも数万ドルかかります。

魔法瓶は四半世紀にわたる3人の努力によって発明されました。 1879 年、物理学者の A. ワイノルド教授は、液体ガスを保存するために壁の間に真空を設けた二重壁のガラス容器を使用することを提案しました。 1890 年、英国の化学者ジェームス デュワー教授は、壁を銀色にすることでワインホールドの瓶を改良し、壁からの熱漏れを減らしました。 最後に、1904 年にベルリンのガラス吹き職人 R. バーガーがデュワー瓶に保護シェルを追加し、ホットコーヒーやスープ用の魔法瓶として販売を開始しました。

デュワー瓶は「容器の中の容器」リザーバーであり、その壁間空間は多層断熱材 (アルミニウム箔 ADI-M-0.011 およびガラス紙 - ガラスベール EVTI-7) で満たされており、製造中に空気が残留物まで排出されます。圧力 10 (-4) mm Hg。 深真空を維持するために、壁間の空間に吸着剤と水素吸収剤が配置されています。 容器の材質にはAMtsアルミニウム合金を使用しており、5kgを入れてもデュワー容器上部の温度はマイナス170℃以上にはなりません。 (12%) 液体窒素。

現在、極低温装置が製品化されています（ ギリシャ語 冷凍- 寒い、 ジェノス- 誕生）さまざまなタイプとブランド：工業用デュワー容器 - SDP：SDP-5、SDP-10、SDP-16、SDP-25、SDP-40など（数字は容器の容量をリットルで意味します）。 SD - 農業用: SDS-5、SDS-20、SDS-30、Kh-30 (ハリコフ-30) など。 定置式貯蔵施設 - KhSZhA、KV-6202、KhB-0.5（500リットル用）、KhB-0.2（240リットル用）など

デュワー容器の最も重要な特徴は、液体窒素が完全に蒸発するまでの期間です。すべての SDP および SDS では 30 ～ 35 日ですが、古いタイプの AT-6 容器では最大 20 日かかります。 SDP-5 から SDP-40 への液体窒素の蒸発は 10 ～ 24 g/h (1 日あたり 4.8 ～ 1.8%!)、SDS-20、SDS-35、SDS-50 ではそれぞれ 10.12、14 g /h.

新世代の「SDS-35M」およびSDS-6Mのデュワー容器は、より完璧な多層断熱と高真空を備えています。 アルミニウム合金の内層と外層はグラスファイバーネックで接続されており、液体窒素が完全に蒸発するまでの時間はそれぞれ300日と48日に達し、液体窒素の揮発性は3.9g/時間、4.6g/時間である。 (デュワー容器の図を参照)。

液体窒素は水のように見える無色の液体です。 沸点は-196℃、比重は0.804kg/l、気化熱は-47.7kcal/kgです。 大気を液化して得られるすべての極低温液体（液体空気、液体酸素 -183 °C）の中で、液体窒素は最も危険性が低く、化学的に不活性です。 蒸発すると窒素ガスになり、無色、無臭、不燃性で、比重は 1.16 kg/m3、分子量は 28 です。 大気中には79％含まれています。 窒素含有量の高い空気（酸素含有量の減少が 16% 未満）を長時間吸入すると頭痛が発生し、窒素濃度が高いと（たとえば、倒れたデュワー瓶から窒素を注ぎ出すなど）、頭痛が発生します。失神。 したがって、液体窒素を扱う部屋では強制換気が必要です。 検問所では、デュワー瓶は、窓やドアから液体窒素を充填するホースが届くほどの距離にある、特別に格子で囲まれた場所または実験室のアリーナに保管されます。

落下、衝撃、鋭い衝撃の場合、内容器と外容器の接続は真空の損失を伴うネック部分でのみ接続されているため破損する可能性があります。そのため、輸送中は次のことを行う必要があります。デュワー容器を車の後部にしっかりと固定します。 真空の喪失の最初の兆候は、氷結、霜の出現、つまり液体が非常に急速に蒸発する間、デュワー容器のケーシングの首の領域に「雪のコート」が形成されることです。 壁間空間の圧力上昇が爆発を引き起こす可能性があるため、このようなデュワー容器を人がいる可能性のある部屋に暖房用に放置することは固く禁じられています。 真空を失ったデュワー瓶は隔離された部屋で少なくとも 3 日間加熱され、その後メーカーに修理に送られます。

デュワー容器の操作の特徴は、オペレーターが容器内の液体窒素のレベルを定期的に測定する必要があることです。 最初の測定は補充から 1 週間後に行われ、2 回目の測定は最初の測定から 1 週間後に行われます。 測定結果はジャーナルに記録されます。 従来のデュワー瓶の場合、補充後 3 週間以内に周囲温度とデュワー瓶の開封回数を記録しながら 3 回目の測定を行う必要があります。 液体窒素のレベルは、特殊な金属プローブ（測定定規）で測定できます。これをデュワー容器の底まで下げ、15〜20秒間保持してから取り出します。凍結ゾーンにデュワー容器内の窒素の量が表示されます。容器。