Что такое цилиндр Дьюара?
Dec 14, 2023
Что такое цилиндр Дьюара?
Цилиндр Дьюара — это тип контейнера, используемый для хранения и транспортировки криогенных материалов, таких как жидкий азот, жидкий кислород и сжиженный природный газ. Он состоит из внутреннего резервуара, изготовленного из нержавеющей стали или других материалов, выдерживающих низкие температуры, окруженного внешним резервуаром, обеспечивающим изоляцию от теплопередачи. Пространство между внутренним и внешним сосудами обычно вакуумируется или заполняется газом низкого давления, чтобы еще больше уменьшить теплопередачу и поддерживать низкую температуру содержимого.
Цилиндры Дьюара названы в честь своего изобретателя Джеймса Дьюара, шотландского физика и химика, который изобрел первый термос в 1892 году. Основной принцип работы термоса и цилиндра Дьюара один и тот же — поддерживать температуру жидкости за счет минимизации выделения тепла. перенос между содержимым и окружением. Однако масштаб и сложность цилиндров Дьюара намного больше, поскольку они предназначены для хранения больших количеств криогенных материалов для промышленного, медицинского и научного применения.
Типы и применение цилиндра Дьюара
Существует несколько типов цилиндров Дьюара в зависимости от их размера, формы и функции. Наиболее распространенными типами являются:
1. Криогенный жидкий Дьюар: это самый простой тип цилиндра Дьюара, который используется для хранения и обращения с криогенными жидкостями, такими как жидкий азот, жидкий кислород и сжиженный природный газ. Он состоит из сосуда с вакуумной рубашкой и небольшим отверстием вверху, называемым горлышком, которое можно закрыть пробкой или пробкой. Криогенная жидкость заливается через горловину и может подаваться через клапан или кран в нижней части цилиндра Дьюара. Цилиндры Дьюара с криогенной жидкостью используются в различных отраслях промышленности, таких как металлургия, медицина и пищевая промышленность, для охлаждения, замораживания и консервации материалов.
2. Сосуд Дьюара. Это уменьшенная и более портативная версия цилиндра Дьюара, которая используется для транспортировки небольших количеств криогенных жидкостей или газов. Он состоит из колбы с вакуумной рубашкой, узким горлышком и пробкой и обычно переносится в защитном футляре или сумке. Сосуды Дьюара обычно используются в лабораториях, больницах и исследовательских учреждениях для хранения и транспортировки биологических образцов, медицинских газов и других чувствительных материалов.
3. Дьюар с открытым криостатом. Это специализированный тип цилиндра Дьюара, который используется для экспериментов, требующих большого объема пространства при криогенных температурах. Он состоит из сосуда с вакуумной рубашкой и открытым верхом, наполненного жидким гелием или азотом для создания большой криогенной ванны. Образцы или инструменты можно погружать в криогенную ванну для таких экспериментов, как сверхпроводимость, физика низких температур и материаловедение.
4. Криохирургический дьюар. Это цилиндр Дьюара, который используется для проведения криохирургии — медицинской процедуры, в которой используется сильный холод для разрушения аномальных тканей, таких как опухоли или бородавки. Он состоит из сосуда с вакуумной рубашкой и длинным гибким зондом, наполненного жидким азотом или диоксидом углерода. Зонд вводится в ткань, подлежащую лечению, и выпускается криогенная жидкость, которая замораживает и уничтожает аномальные клетки. Криохирургические цилиндры Дьюара используются в дерматологии, гинекологии и других медицинских специальностях.
Проектирование и изготовление цилиндра Дьюара.
Проектирование и изготовление цилиндра Дьюара — сложный и специализированный процесс, требующий знаний в области материаловедения, термодинамики и машиностроения. Основными моментами при проектировании цилиндра Дьюара являются:
1. Теплопередача. Основная цель цилиндра Дьюара — минимизировать теплообмен между содержимым и окружающей средой, чтобы поддерживать низкую температуру содержимого. Это требует использования материалов с низкой теплопроводностью, таких как нержавеющая сталь, алюминий или стекло. Вакуумная изоляция между внутренним и внешним сосудами также играет решающую роль в снижении теплопередачи.
2. Безопасность. Хранение и обращение с криогенными материалами требуют строгих мер безопасности для предотвращения таких несчастных случаев, как взрывы, утечки или ожоги. Цилиндры Дьюара должны быть спроектированы и изготовлены так, чтобы выдерживать высокое давление и удары, а также предотвращать утечку криогенных газов или жидкостей. Они также должны быть оснащены предохранительными устройствами, такими как предохранительные клапаны, разрывные мембраны и сигнализация.
3. Доступность. Цилиндры Дьюара должны быть спроектированы так, чтобы обеспечить легкий доступ, заполнение и дозирование криогенного материала. Сюда входят такие функции, как широкое отверстие вверху, наклонное дно для полного слива, а также клапан или кран для контролируемой подачи.
Процесс изготовления цилиндра Дьюара включает в себя несколько этапов, в том числе:
1. Выбор и подготовка материала. Внутренний и внешний сосуды цилиндра Дьюара обычно изготавливаются из разных материалов, таких как нержавеющая сталь и углеродистая сталь. Материалы необходимо выбирать исходя из их совместимости с криогенным материалом, их тепловых свойств и механической прочности. Затем их разрезают, формируют и полируют до желаемого размера и формы.
2. Сборка. Внутренний и внешний сосуды собираются и свариваются вместе с использованием специальных методов сварки, таких как TIG или электронно-лучевая сварка. Вакуумная изоляция создается путем вакуумирования пространства между сосудами или заполнения его газом низкого давления, например гелием или азотом.
3. Испытания и контроль качества: Цилиндр Дьюара подвергается различным испытаниям для обеспечения его безопасности и надежности. Эти испытания включают испытания под давлением, испытания на герметичность и термоциклирование. Цилиндр Дьюара также должен соответствовать различным стандартам и нормам, таким как Кодекс ASME для котлов и сосудов под давлением, чтобы гарантировать его соответствие стандартам безопасности.
Заключение
Цилиндры Дьюара являются важными компонентами при хранении и транспортировке криогенных материалов и играют решающую роль в широком спектре отраслей и применений. Они разрабатываются и производятся с особой тщательностью, чтобы гарантировать их безопасность, надежность и эффективность. По мере развития технологий и появления новых применений криогенных материалов спрос на цилиндры Дьюара будет продолжать расти, а их конструкция и производство будут развиваться в соответствии с новыми задачами и требованиями.