Криобиологические сосуды > О Сосудах Дьюара > Cосуд Дьюара

Cосуд Дьюара


Сосуд Дьюара (в быту Термос) — сосуд, предназначенный для теплоизоляции содержащегося в нём вещества, а также для безопасной переноски вместе с содержимым.

Сосуд Дьюара был изобретён шотландским физиком и химиком сэром Джеймсом Дьюаром в 1892 году. Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая компания Термос (нем. Thermos GmbH).
 
Устройство

Сосуд Дьюара представляет собой стеклянную, металлическую или пластмассовую колбу с двойными или кратными стенками, между которыми выкачан воздух, чтобы избежать конвекционной теплопередачи. Для уменьшения потери на излучение обе внутренние поверхности колбы покрывают отражающим слоем. Дьюар использовал в качестве отражающего покрытия серебро.

Сосуд должен иметь хотя бы одно отверстие для добавления и удаления содержимого. Чтобы общая теплопроводность устройства слабо зависела от теплопроводности пробки, отверстие делают таким, чтобы его площадь сечения была мала по сравнению с площадью поверхности колбы. Пробки изготавливают из теплоизоляционных материалов. Ранее часто применялась кора пробкового дерева, сейчас её заменяет пластмасса. В сосудах Дьюара для хранения очень холодных жидкостей (например, жидкого азота) применяется алюминиевая пробка. Наибольшие тепловые потери обычно приходятся именно на пробку.

Назначение и применение

Часто, но не всегда, сосуд Дьюара применяется для хранения жидких веществ, при температуре выше или ниже комнатной.

В быту и в пищевой индустрии он часто применяется для сохранения температуры еды или напитков (термосы). Обычный бытовой термос хранит холод жидкости около 24 часов, теплоту до 8 часов.

В лабораториях и в промышленности сосуд Дьюара часто используется для хранения жидкостей, становящихся газообразными при комнатной температуре, таких как кислород и азот; в этом случае утечка тепла в чрезвычайно холодное внутреннее пространство колбы приводит к медленному испарению находящейся в колбе жидкости. Превосходная изоляция сосуда Дьюара приводит к очень медленному испарению находящихся в нем легкокипящих жидкостей и, таким образом, содержимое остаётся жидкостью в течение долгого времени без потребности в дорогом охлаждающем оборудовании.

При хранении сжиженного газа (в частности, жидкого азота) необходимо принимать во внимание тот факт, что при комнатной температуре газ внутри сосуда, хотя и очень медленно, но кипит, поэтому давление внутри сосуда повышается и может достичь таких значений, что приведёт к взрыву сосуда и масштабным разрушениям вокруг. Поэтому в таких случаях конструкция сосуда должна содержать предохранительный клапан, либо необходимо закрывать его пробкой неплотно, чтобы гарантированно обеспечить свободное стравливание газа — поскольку площадь отверстия в сосуде мала, а передача тепла сверху вниз происходит медленно, такая мера предосторожности лишь незначительно ускоряет нагрев содержимого сосуда.

Некоторые применения основаны на использовании двойных сосудов Дьюара, такие как аппараты для ЯМР и МРТ. Такие сосуды имеют две вакуумные секции. Двойные сосуды состоят из внутреннего сосуда, содержащего жидкий гелий и внешнего сосуда, содержащего жидкий азот, с вакуумной секцией между ними. Потери дорогого гелия в этом случае уменьшаются.