Kas yra Dewaro cilindras?
Nov 29, 2023
Kas yra Dewar cilindras?
Dewar cilindras, taip pat žinomas kaip Dewar kolba arba kriogeninis indas, yra specialiai sukurtas konteineris, naudojamas itin šaltoms medžiagoms, pavyzdžiui, suskystintoms dujoms ar kriogeniniams skysčiams, laikyti ir transportuoti. Jis pavadintas sero Jameso Dewaro, škotų chemiko ir fiziko, XIX amžiaus pabaigoje išradusio Dewaro kolbą, vardu. Šie balionai plačiai naudojami įvairiose mokslo, medicinos ir pramonės srityse, kur itin svarbu išlaikyti žemą temperatūrą. Šiame straipsnyje mes išnagrinėsime Dewar cilindrų konstrukciją, veikimo principą, naudojimą ir saugos aspektus.
Dewar cilindro statyba
Tipiškas Dewar cilindras susideda iš dviejų koncentrinių indų, pagamintų iš aukštos kokybės medžiagų, užtikrinančių puikią šilumos izoliaciją. Vidinis indas, taip pat žinomas kaip vidinis cilindras arba vidinė kolba, paprastai yra pagamintas iš borosilikatinio stiklo arba nerūdijančio plieno ir turi kriogeninę medžiagą. Išorinis indas, žinomas kaip išorinis apvalkalas arba išorinis cilindras, supa vidinį indą ir veikia kaip apsauginis sluoksnis.
Tarp dviejų indų yra vakuuminė erdvė, žinoma kaip žiedinė erdvė. Vakuumas sumažina šilumos perdavimą laidumo ir konvekcijos būdu, nes nėra molekulių, kurios perneštų šilumą ar perduotų ją oro srovėmis. Ši konstrukcija leidžia ilgai laikyti kriogenines medžiagas be pernelyg didelio garavimo ar temperatūros svyravimų.
Dewar cilindro veikimo principas
Dewar cilindro veikimo principas pagrįstas šiluminės energijos taupymu ir šilumos mainų su aplinka prevencija. Vakuuminės izoliacijos ir vidinio indo atspindinčių savybių derinys padeda apriboti šilumos perdavimą.
Kai kriogeninė medžiaga laikoma vidiniame inde, jos virimo temperatūra yra ypač žema, paprastai žemesnė nei -150 laipsnio (-238 laipsnio F). Išgaruojančios medžiagos slėgis yra palyginti mažas, todėl ją galima saugiai laikyti esant atmosferos slėgiui.
Dewar cilindro vakuuminė izoliacija užtikrina, kad šilumos perdavimas daugiausia vyksta dėl spinduliuotės šilumos nuostolių. Sidabrinė arba metalizuota danga ant vidinio indo atspindi spinduliuojamą šilumą, sumažindama jos absorbciją ir atitinkamai sumažindama laikomos medžiagos temperatūros kilimą. Ši konstrukcija užtikrina labai efektyvų šiluminį barjerą, neleidžiantį medžiagai greitai įkaisti.
Dewar cilindrų naudojimas
Dewar balionai turi platų pritaikymo spektrą įvairiose srityse, nes jie gali efektyviai laikyti ir transportuoti kriogenines medžiagas. Kai kurie įprasti naudojimo būdai:
1. Moksliniai tyrimai: Dewar cilindrai plačiai naudojami laboratorijose skystam azotui, skystam heliui ir kitoms kriogeninėms medžiagoms laikyti ir transportuoti. Šios medžiagos yra būtinos eksperimentams žemoje temperatūroje, mėginių konservavimui ir jautrių medžiagų ar instrumentų aušinimui.
2. Taikymas medicinoje. Medicinos srityje Dewar cilindrai yra labai svarbūs šaldant ir atliekant kriochirurgiją. Kriokonservavimas apima biologinių mėginių, tokių kaip spermatozoidai, kiaušinėliai, embrionai ar audinių mėginiai, užšaldymą ir saugojimą ateityje. Kita vertus, kriochirurgija naudoja didelį šaltį, kad sunaikintų nenormalias ląsteles ar navikus.
3. Pramoninis pritaikymas: tam tikrose pramonės šakose, pavyzdžiui, puslaidininkių gamyboje, įvairiems procesams reikalingos kriogeninės medžiagos. Dewar balionai naudojami šioms medžiagoms laikyti ir tiekti, kad būtų galima vėsinti, valyti arba išsaugoti jautrią įrangą ar medžiagas.
4. Maisto ir gėrimų pramonė: Dewar cilindrai taip pat naudojami maisto ir gėrimų pramonėje, ypač skysto azoto saugojimui ir transportavimui. Skystas azotas, be kitų kulinarinių reikmenų, naudojamas greitam maisto produktų užšaldymui, naujiems ledams ar šaldytiems kokteiliams gaminti.
5. Energijos saugojimas: Kai kuriose pažangiose energijos kaupimo sistemose, tokiose kaip kriogeninis energijos kaupimas, naudojami Dewar cilindrai skystam orui arba skystam azotui kaupti didelio masto energijos kaupimui. Šia technologija siekiama sukaupti perteklinę elektros energiją, pagamintą ne piko valandomis, ir išleisti ją didelės paklausos laikotarpiais.
Saugos svarstymai
Nors Dewar balionai yra skirti efektyviai laikyti ir transportuoti kriogenines medžiagas, reikia atsižvelgti į keletą saugos aspektų:
1. Peršalimo nudegimai: kriogeninės medžiagos gali sukelti sunkų nušalimą arba peršalimo nudegimus patekusios ant odos. Dirbant su Dewar cilindrais, reikia dėvėti tinkamas asmenines apsaugos priemones, įskaitant izoliuotas pirštines ir akinius.
2. Slėgio padidėjimas: Kriogeninėms medžiagoms išgaravus Dewaro cilindre, didėja slėgis. Dėl per didelio slėgio cilindras gali plyšti, o tai gali sukelti pavojų. Norint užtikrinti saugų veikimą, būtina reguliariai išleisti perteklinį slėgį arba išleisti orą.
3. Uždusimo rizika: Kriogeninės medžiagos išstumia deguonį ir gali sukelti deguonies trūkumą blogai vėdinamose vietose. Dirbant su Dewar cilindrais turi būti palaikoma tinkama ventiliacija, kad būtų išvengta uždusimo.
4. Gaisro pavojai: tam tikros kriogeninės medžiagos, pvz., skystas deguonis arba skystas vandenilis, yra labai degios. Reikia imtis atitinkamų atsargumo priemonių, kad būtų išvengta užsiliepsnojimo šaltinių, taip pat turi būti taikomos priešgaisrinės saugos priemonės.
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad „Dewar“ cilindras yra specializuotas konteineris, skirtas kriogeninėms medžiagoms laikyti ir transportuoti. Jo konstrukcija su vidiniu indu, vakuumine izoliacija ir išorine apvalkalu užtikrina puikią šilumos izoliaciją, sumažindama šilumos perdavimą. Dewar balionai plačiai naudojami moksliniuose tyrimuose, medicinos srityse, pramoniniuose procesuose, maisto ir gėrimų pramonėje bei energijos kaupime. Nepaisant jų naudingumo, saugos priemonės būtinos dėl galimų pavojų, susijusių su itin žema temperatūra ir slėgio padidėjimu. Tinkamai naudojant ir suvokiant saugos aspektus, Dewar balionai yra gyvybiškai svarbūs įrankiai, leidžiantys naudoti kriogenines medžiagas įvairiose svarbiose srityse.