Вакуумная колба

Типичная конструкция вакуумной колбы термос бренда , используемой для поддержания температуры жидкостей, таких как кофе

( Вакуумная колба также известная как колба Dewar , бутылка Dewar или Thermos ) представляет собой изоляционное сосуд для хранения, который замедляет скорость, с которой его содержимое изменяется в температуре. Он значительно удлиняет время, в течение которого его содержимое остается горячее или прохладнее, чем окружение колбы, пытаясь быть максимально адиабатичным . Изобретенная Джеймсом Дьюаром в 1892 году, вакуумная колба состоит из двух колб , размещена одно в другой и присоединилась к шее. Разрыв между двумя колбами частично эвакуирован из воздуха, создавая почти вакуум , который значительно снижает теплопередачу путем проводимости или конвекции . Когда используется для хранения холодных жидкостей, это также практически устраняет конденсацию на внешней стороне колбы.

Вакуумные колбы используются внутри страны, чтобы держать содержание внутри горячего или холодного в течение длительных периодов времени. Они также используются для теплового приготовления . Вакуумные колбы также используются для многих целей в промышленности.

История

Вакуумная колба была разработана и изобретена шотландским ученым Джеймсом Дьюаром в 1892 году в результате его исследования в области криогеники и иногда называют колкой Дьюара в его честь. Проводя эксперименты при определении удельной тепла элемента палладия , Дьюар сделал латунную камеру, которую он заключил в другую камеру, чтобы сохранить палладий при желаемой температуре. ^{[ 1 ]} Он эвакуировал воздух между двумя камерами, создав частичный вакуум, чтобы сохранить стабильную температуру содержимого. Дьюар отказался запатентовать свое изобретение; Это позволило другим разрабатывать колбу с использованием новых материалов, таких как стекло и алюминий , и стал важным инструментом для химических экспериментов, а также общим предметом домашнего обихода. ^{[ 1 ]}

Дизайн Дьюара был быстро превращен в коммерческий предмет в 1904 году, поскольку два немецких стеклянных блоков , Рейнхольд Бургер и Альберт Ашенбреннер обнаружили, что его можно использовать для поддержания холодных напитков холодными и теплыми напитками и изобретали более надежный дизайн колбы, который подходил для повседневных использовать. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Дизайн Dewar Flask никогда не был запатентован, но немецкие мужчины, которые обнаружили коммерческое использование для продукта, названного его Thermos , и впоследствии требовали как права на коммерческий продукт, так и товарную марку на название. В своей последующей попытке претендовать на права на изобретение, Дьюар вместо этого потерял судебное дело компании. ^{[ 4 ]} Производство и производительность бутылки Thermos были значительно улучшены и усовершенствованы венским изобретателем и торговцем Густавом Робертом Пааленом, который разработал различные типы для внутреннего использования, которые он также запатентовал, и широко распространен через компании Thermos Bottle в Соединенных Штатах. Канада и Великобритания, которые купили лицензии на соответствующие национальные рынки. Американская компания Thermos Bottle Company создала массовое производство в Норвиче, штат Коннектикут , которая снизила цены и позволила широкому распределению продукта для использования на дому. ^{[ 2 ]} Со временем компания расширила размер, формы и материалы этих потребительских товаров, в первую очередь используется для переноски кофе на ходу и перевозки жидкостей в поездках на кемпинге, чтобы сохранить их горячие или холодные. В конечном итоге другие производители производили аналогичные продукты для потребительского использования.

Термин «термос» стал нарицательным для вакуумных колдов в целом. По состоянию на 2023 год ^[update], Thermos и Thermos остаются зарегистрированным товарным знаком в некоторых странах, включая Соединенные Штаты, ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Но строчный «термос» был объявлен общим торговым знаком в результате судебных действий в Соединенных Штатах в 1963 году. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Дизайн

Вакуумная колба состоит из двух сосудов, одно размещенные внутри другого и соединенное на шее. Разрыв между двумя сосудами частично эвакуирован из воздуха, создавая частичный вакуум , который снижает теплопроводимость или конвекцию . Теплопередача тепловым излучением может быть сведена к минимуму с помощью серебряных поверхностей колбы, обращенных к зазору, но может стать проблематичным, если содержимое или окружение колбы очень жарко; Следовательно, вакуумные колбы обычно содержат содержимое под точкой кипения воды. Большая часть теплопередачи происходит через шею и отверстие колбы, где нет вакуума. Вакуумные колбы обычно изготавливаются из металла , боросиликатного стекла , пены или пластика и имеют их перемещение пробкой или полиэтиленовым пластиком. Вакуумные колбы часто используются в качестве изолированных транспортных контейнеров .

Чрезвычайно большие или длинные вакуумные колбы иногда не могут полностью поддерживать внутреннюю колбу только от одной шеи, поэтому дополнительная поддержка обеспечивается проставками между внутренней и внешней оболочкой. Эти проставки действуют как тепловой мост и частично уменьшают изоляционные свойства колбы вокруг области, где проставка контактирует с внутренней поверхностью.

Несколько технологических применений, таких как ЯМР и МРТ -машины, полагаются на использование двойных вакуумных колб. Эти колбы имеют две вакуумные секции. Внутренняя колба содержит жидкий гелий , а внешняя колба содержит жидкий азот, с одним вакуумным секцией между ними. Потеря драгоценного гелия ограничена таким образом.

Другие улучшения вакуумной колбы включают радиационный щит, охлаждаемый с вакуру , и шейка с охлаждением, охлаждаемой баром , ^{[ 11 ]} Оба из которых помогают уменьшить испарение из колбы.

Исследования и промышленность

В лабораториях и промышленности вакуумные колбы часто используются для удержания сжиженных газов (обычно жидкий азот с температурой кипения 77 К) для замораживания вспышки, подготовки образцов и других процессов, где требуется или поддержание экстремальной низкой температуры. Большие вакуумные колбы хранят жидкости, которые становятся газообразными при температуре окружающей среды, такие как кислород и азот ; медленному кипению В этом случае утечка тепла в чрезвычайно холодную внутреннюю жидко часть бутылки приводит к Вверх и в конечном итоге разбивая колбу. Изоляция вакуумной колбы приводит к очень медленному «кипению», и, таким образом, содержимое остается жидкостью в течение длительных периодов без охлаждения .

Вакуумные колбы использовались для размещения стандартных ячеек и духовных диодов , наряду с их печатной платой, в устройствах, регулирующих напряжение, используемые в качестве электрических стандартов. Колба помогла с контролем температуры Zener в течение длительного времени и использовалась для уменьшения изменений выходного напряжения стандарта Zener из -за колебаний температуры в пределах нескольких частей на миллион.

Одним из заметных использований был Guildline Instruments, из Канады, в их трансвольте, модель 9154B, насыщенная стандартная ячейка, которая является стандартом электрического напряжения. Здесь укрытая вакуумная колба была заключена в пенную изоляцию и, используя большую стеклянную вакуумную пробку, удерживала насыщенную ячейку. Выход устройства составил 1,018 вольт и удерживался в пределах нескольких частей на миллион.

Принцип вакуумной колбы делает его идеальным для хранения определенных типов ракетного топлива, и НАСА широко использовал его в танках пропеллента на стартовых транспортных средствах Сатурна в 1960 -х и 1970 -х годах. ^{[ 12 ]}

Дизайн и форма колбы Dewar использовались в качестве модели для оптических экспериментов, основанных на идее, что форма двух отсеков с пространством между ними аналогична тому, как свет попадает в глаза. ^{[ 13 ]} Вакуумная колба также была частью экспериментов, использующих ее в качестве конденсатора различных химических веществ, чтобы сохранить их при постоянной температуре. ^{[ 14 ]}

Промышленная колба Dewar является основой для устройства, используемого для пассивно изолированной медицинской поставки. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]} Большинство вакцин чувствительны к теплу ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]} и требовать от системы холодной цепи , чтобы держать их в стабильной, почти замерзающей температуре. Устройство Arktek использует восемь одновязочных ледяных блоков для хранения вакцин при менее 10 ° C. ^{[ 19 ]}

В нефтяной и газовой промышленности колбы Дьюара используются для изоляции электронных компонентов в инструментах регистрации проводной линии . ^{[ 20 ]} Обычные инструменты ведения журнала (оцененный до 350 ° F) модернизируются до высокотемпературных спецификаций путем установки всех чувствительных электронных компонентов в колбу Dewar. ^{[ 21 ]}

Безопасность

Вакуумные колбы подвержены риску опасности взрыва , и стеклянные сосуды в вакууме, в частности, могут неожиданно разбить. Чипсы, царапины или трещины могут быть отправной точкой для опасного разрушения сосуда, особенно когда температура сосуда быстро изменяется (когда добавляется горячая или холодная жидкость). Правильная подготовка вакуумной колбы Dewar путем отпуска до использования рекомендуется поддерживать и оптимизировать функционирование устройства. Стеклянные вакуумные колбы обычно вписываются в металлическое основание с цилиндром, содержащимся в или покрытых сеткой, алюминиевым или пластиком, чтобы помочь в обращении, защищать его от физического повреждения и содержат фрагменты, если они сломаются. ^{[ Цитация необходима ]}

Кроме того, криогенные хранения, как правило, оказываются под давлением, и они могут взорваться, если клапаны для сброса давления не используются .

Тепловое расширение должно быть принято во внимание при разработке вакуумной колбы. Внешние и внутренние стены подвергаются воздействию различных температур и будут расширяться с разными скоростями. Вакуумная колба может разорвать из -за дифференциала в термическом расширении между внешними и внутренними стенами. Расширение суставов обычно используется в трубчатых вакуумных колбах, чтобы избежать разрыва и поддерживать целостность вакуума.

Смотрите также

Герметическая печать - воздушная печать
Sunshield James Webb Sunshield для инфракрасной обсерватории для инфракрасной обсерватории для инфракрасной обсерватории
Tervis Tumbler - американский производитель напитков
Термическая приготовление - страницы метода приготовления
Yeti Holdings - американская производственная компания

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Суулен, Роберт (март 1996 г.). «Джеймс Дьюар, его колба и другие достижения». Физика сегодня . 49 (3): 32–37. Bibcode : 1996pht .... 49c..32s . doi : 10.1063/1,881490 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Наша история» . Термос. 2011. Архивировано из оригинала 28 мая 2013 года . Получено 31 марта 2013 года .
^ «Джеймс Дьюар, человек, который изобрел термоскую колбу» . Би -би -си история. 2 апреля 2013 года. Архивировано с оригинала 4 мая 2014 года.
^ Фрэнк Аджл Джеймс. «Дьюар, Джеймс - британский химик и физик» . Advameg, Inc. Получено 30 декабря 2010 года .
^ «Регистрационный номер США: 67002» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» вживую для: стеклянные сосуды с двойной стенкой с вакуумом между стенами
^ «Регистрационный номер США: 176064» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» живут для: температурные суда
^ «Регистрационный номер США: 229816» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» Live для: бутылки, банки, графины, графины, [подвороты бедра,] кофейные, чайники, кувшины, наборы для обедов, коробки для обедов, корпусы для бутылок [и вакуумные наполнители с двойной стенкой из стекла, используемые в бутылках, банках, банках, банках, банка , Карафы, кувшины, графины, кофейные и чайные пруты]
^ Фолсом, Ральф; Тепли, Ларри (1980). «Торговые общие слова» . Йельский юридический журнал . 89 (7): 1324. DOI : 10.2307/795968 . HDL : 20.500.13051/15969 . JSTOR 795968 .
^ King-Seeley Thermos Co. против Aladdin Industries, Incorporated , 321 F.2nd 577 (Второй округ Апелляционного суда Соединенных Штатов 1963-07-11).
^ King-Seeley Thermos Co. против Aladdin Industries, Incorporated , 320 F.Supp 1156 (Второй округ Апелляционного суда Соединенных Штатов 1970-12-30).
^ «История криогеники: Cryo Central Resource от CSA» . Criogenicsociety.org. 2008-04-18. Архивировано из оригинала 2018-03-27 . Получено 2012-11-29 .
^ Cortright, Эдгар. «Аполлон экспедиции на Луну». Официальные публикации НАСА. 1975.
^ Хейнс, Джон; Скотт, Джесси (1948). «Метод серебривания колбы Дьюара для оптических экспериментов». Наука . 107 (2777): 301. Bibcode : 1948sci ... 107..301H . doi : 10.1126/science.107.2777.301 . PMID 17791184 .
^ Эллиот, Уиллард (1970). «Спектрофотометрическая колба Dewar с интегральным световым щитом» . Отчеты общественного здравоохранения . 85 (3): 276–279. doi : 10.2307/45938845 . JSTOR 4593845 . PMC 2031665 . PMID 4984895 .
^ Стинсон, Лиз (18 июня 2013 г.). «Этот революционный кулер может спасти миллионы жизней» . Проводной .
^ «Устройство, поддерживаемое воротами, распространяет холодную цепь в сельские районы» . Fiercevaccines . Архивировано из оригинала 21 июля 2013 года. {{cite web}}: Cs1 maint: непредвзятый URL ( ссылка )
^ Мурхекар М.В., Датта С., Капур А.Н., Битрагунта С., Додум Р., Гош П., Свами К.К., Мукхопадхьяй К., Нингомбам С., Пармар К., Равишанкар Д., Сингх Б., Сингх В., Сисодия Р., Субраманян Р., Такум Т. (2013) Полем «Частое воздействие субоптимальных температур в вакциновой системе холодной цепи в Индии: результаты мониторинга температуры в 10 штатах» . Бюллетень Всемирной организации здравоохранения . 91 (12): 906–13. doi : 10.2471/blt.13.13.119974 . PMC 3845272 . PMID 24347729 .
^ Samant Y, Lanjewar H, Parker D, Block L, Tomar GS, Stein B (2007). «Оценка холодной цепочки для пероральной вакцины против полиомиелита в сельском районе Индии» . Отчеты общественного здравоохранения . 122 (1): 112–21. doi : 10.1177/003335490712200116 . PMC 1802111 . PMID 17236617 .
^ «Arktek присудил предварительно квалифицированный статус PQS WHO WHO» (пресс -релиз). Арктек. 2015-04-26. Архивировано с оригинала 2016-03-11 . Получено 2016-02-25 .
^ «Тепловое управление скважины нефтяные и газовые датчики для применений HTHP с использованием нанопористых материалов» . Researchgate . Получено 2021-02-11 .
^ Baird, Tom, et al. «Высокий давление, высокотемпературная скважина, перфорирование и тестирование». Обзор на нефтяном поле 5,2/3 (1993): 15-32.

Дальнейшее чтение

Burger, R., Патент США 872,795 , «Судно с двойными стенками с пространством для вакуума между стенами», 3 декабря 1907 года.
Селла, Андреа (август 2008 г.). «Колба Дьюара» . Мир химии : 75 . Получено 2008-08-30 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с вакуумными колбами в Wikimedia Commons

[Soulen-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Суулен, Роберт (март 1996 г.). «Джеймс Дьюар, его колба и другие достижения». Физика сегодня . 49 (3): 32–37. Bibcode : 1996pht .... 49c..32s . doi : 10.1063/1,881490 .

[Thermos-2] Jump up to: ^а ^{беременный} «Наша история» . Термос. 2011. Архивировано из оригинала 28 мая 2013 года . Получено 31 марта 2013 года .

[3] «Джеймс Дьюар, человек, который изобрел термоскую колбу» . Би -би -си история. 2 апреля 2013 года. Архивировано с оригинала 4 мая 2014 года.

[4] Фрэнк Аджл Джеймс. «Дьюар, Джеймс - британский химик и физик» . Advameg, Inc. Получено 30 декабря 2010 года .

[USPTO_67002-5] «Регистрационный номер США: 67002» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» вживую для: стеклянные сосуды с двойной стенкой с вакуумом между стенами

[USPTO_176064-6] «Регистрационный номер США: 176064» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» живут для: температурные суда

[USPTO_229816-7] «Регистрационный номер США: 229816» . Поиск товарных знаков, патент США и офис товарного знака . Получено 2023-04-24 . «Thermos» Live для: бутылки, банки, графины, графины, [подвороты бедра,] кофейные, чайники, кувшины, наборы для обедов, коробки для обедов, корпусы для бутылок [и вакуумные наполнители с двойной стенкой из стекла, используемые в бутылках, банках, банках, банках, банка , Карафы, кувшины, графины, кофейные и чайные пруты]

[Folsom1980-8] Фолсом, Ральф; Тепли, Ларри (1980). «Торговые общие слова» . Йельский юридический журнал . 89 (7): 1324. DOI : 10.2307/795968 . HDL : 20.500.13051/15969 . JSTOR 795968 .

[Thermos_v_Alladin_1963-9] King-Seeley Thermos Co. против Aladdin Industries, Incorporated , 321 F.2nd 577 (Второй округ Апелляционного суда Соединенных Штатов 1963-07-11).

[Thermos_v_Alladin_1970-10] King-Seeley Thermos Co. против Aladdin Industries, Incorporated , 320 F.Supp 1156 (Второй округ Апелляционного суда Соединенных Штатов 1970-12-30).

[11] «История криогеники: Cryo Central Resource от CSA» . Criogenicsociety.org. 2008-04-18. Архивировано из оригинала 2018-03-27 . Получено 2012-11-29 .

[12] Cortright, Эдгар. «Аполлон экспедиции на Луну». Официальные публикации НАСА. 1975.

[13] Хейнс, Джон; Скотт, Джесси (1948). «Метод серебривания колбы Дьюара для оптических экспериментов». Наука . 107 (2777): 301. Bibcode : 1948sci ... 107..301H . doi : 10.1126/science.107.2777.301 . PMID 17791184 .

[14] Эллиот, Уиллард (1970). «Спектрофотометрическая колба Dewar с интегральным световым щитом» . Отчеты общественного здравоохранения . 85 (3): 276–279. doi : 10.2307/45938845 . JSTOR 4593845 . PMC 2031665 . PMID 4984895 .

[15] Стинсон, Лиз (18 июня 2013 г.). «Этот революционный кулер может спасти миллионы жизней» . Проводной .

[16] «Устройство, поддерживаемое воротами, распространяет холодную цепь в сельские районы» . Fiercevaccines . Архивировано из оригинала 21 июля 2013 года. {{cite web}}: Cs1 maint: непредвзятый URL ( ссылка )

[17] Мурхекар М.В., Датта С., Капур А.Н., Битрагунта С., Додум Р., Гош П., Свами К.К., Мукхопадхьяй К., Нингомбам С., Пармар К., Равишанкар Д., Сингх Б., Сингх В., Сисодия Р., Субраманян Р., Такум Т. (2013) Полем «Частое воздействие субоптимальных температур в вакциновой системе холодной цепи в Индии: результаты мониторинга температуры в 10 штатах» . Бюллетень Всемирной организации здравоохранения . 91 (12): 906–13. doi : 10.2471/blt.13.13.119974 . PMC 3845272 . PMID 24347729 .

[18] Samant Y, Lanjewar H, Parker D, Block L, Tomar GS, Stein B (2007). «Оценка холодной цепочки для пероральной вакцины против полиомиелита в сельском районе Индии» . Отчеты общественного здравоохранения . 122 (1): 112–21. doi : 10.1177/003335490712200116 . PMC 1802111 . PMID 17236617 .

[19] «Arktek присудил предварительно квалифицированный статус PQS WHO WHO» (пресс -релиз). Арктек. 2015-04-26. Архивировано с оригинала 2016-03-11 . Получено 2016-02-25 .

[20] «Тепловое управление скважины нефтяные и газовые датчики для применений HTHP с использованием нанопористых материалов» . Researchgate . Получено 2021-02-11 .

[21] Baird, Tom, et al. «Высокий давление, высокотемпературная скважина, перфорирование и тестирование». Обзор на нефтяном поле 5,2/3 (1993): 15-32.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]