กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

กระติกน้ำสุญญากาศ

กระติกเก็บความร้อน (หรือที่รู้จักกันในชื่อกระติกดิวาร์ขวดดิวาร์หรือเทอร์มอส ) เป็น ภาชนะเก็บ ความเย็นที่ช่วยชะลอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสิ่งของภายใน

กระติกน้ำสุญญากาศ

ดีไซน์ทั่วไปของ กระติกน้ำร้อน ยี่ห้อ Thermosซึ่งใช้สำหรับรักษาอุณหภูมิของของเหลว เช่นกาแฟ

กระติกเก็บความร้อน (หรือที่รู้จักกันในชื่อกระติกดิวาร์ขวดดิวาร์หรือเทอร์มอส ) เป็น ภาชนะเก็บ ความเย็นที่ช่วยชะลอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสิ่งของภายใน โดยพยายามรักษาอุณหภูมิของสิ่งของภายในให้สูงกว่าหรือต่ำกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบให้นานที่สุด กระติกเก็บความร้อนนี้ คิดค้นโดยเจมส์ ดิวาร์ในปี 1892 ประกอบด้วยกระติก สองใบ ซ้อนกันและเชื่อมต่อกันที่คอกระติก ช่องว่างระหว่างกระติกทั้งสองถูกดูดอากาศออกบางส่วน ทำให้เกิดสภาวะเกือบเป็นสุญญากาศซึ่งช่วยลดการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนหรือการพาความร้อน ได้อย่างมาก เมื่อใช้เก็บของเหลวเย็น กระติกนี้ยังช่วยลดการเกิดหยดน้ำเกาะที่ด้านนอกของกระติกได้อย่างแทบจะหมด สิ้น

กระติกเก็บความร้อน/ความเย็นใช้ในครัวเรือนเพื่อเก็บรักษาอุณหภูมิของสิ่งของภายในให้ร้อนหรือเย็นได้เป็นเวลานาน นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการปรุงอาหารด้วยความร้อน/ความเย็นอีกด้วย กระติกเก็บความร้อน/ความเย็นยังถูกนำไปใช้ในหลายด้านในอุตสาหกรรมอีกด้วย

ประวัติศาสตร์

แผนภาพของกระติกเก็บความร้อน
กุสตาฟ โรเบิร์ต พาเลน, ภาชนะผนังสองชั้น สิทธิบัตรลงวันที่ 27 มิถุนายน 1908 เผยแพร่เมื่อวันที่ 13 กรกฎาคม 1909

กระติกสุญญากาศได้รับการออกแบบและประดิษฐ์โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ เจมส์ ดิวาร์ในปี 1892 อันเป็นผลมาจากการวิจัยของเขาในสาขาไครโอเจนิกส์และบางครั้งก็เรียกว่ากระติกดิวาร์เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา ขณะทำการทดลองเพื่อหาค่าความร้อนจำเพาะของธาตุแพลเลเดียมดิวาร์ได้สร้างห้องทองเหลืองขึ้นมาห้องหนึ่งแล้วนำไปใส่ไว้ในอีกห้องหนึ่งเพื่อรักษาอุณหภูมิของแพลเลเดียมให้อยู่ในระดับที่ต้องการ[ 1 ]เขาดูดอากาศระหว่างสองห้องออก ทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนเพื่อรักษาอุณหภูมิของสารภายในให้คงที่ ดิวาร์ปฏิเสธที่จะจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขา ทำให้ผู้อื่นสามารถพัฒนากระติกโดยใช้วัสดุใหม่ๆ เช่นแก้วและอะลูมิเนียมและกลายเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการทดลองทางเคมีและเป็นของใช้ในครัวเรือนทั่วไป[ 1 ]

กระติก น้ำร้อนเบค ไลต์ ในคอลเล็กชันของพิพิธภัณฑ์อุตสาหกรรม (เกนต์ ประเทศเบลเยียม)

การออกแบบของ Dewar ได้ถูกนำไปพัฒนาเป็นสินค้าเชิงพาณิชย์อย่างรวดเร็วในปี 1904 เมื่อช่างเป่าแก้ว ชาวเยอรมันสองคน คือReinhold Burgerและ Albert Aschenbrenner ค้นพบว่าสามารถใช้เก็บเครื่องดื่มเย็นให้เย็นและเครื่องดื่มอุ่นให้อุ่นได้ และได้คิดค้นการออกแบบกระติกน้ำที่แข็งแรงทนทานมากขึ้น ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน[ 2 ] [ 3 ]การออกแบบกระติกน้ำ Dewar ไม่เคยได้รับการจดสิทธิบัตร แต่ชาวเยอรมันที่ค้นพบการใช้งานเชิงพาณิชย์ของผลิตภัณฑ์นี้ได้ตั้งชื่อว่าThermosและต่อมาได้อ้างสิทธิ์ทั้งในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์และเครื่องหมายการค้าของชื่อนี้ ในความพยายามครั้งต่อมาที่จะอ้างสิทธิ์ในสิ่งประดิษฐ์ Dewar กลับแพ้คดีในศาลให้กับบริษัท[ 4 ]การผลิตและประสิทธิภาพของขวด Thermos ได้รับการปรับปรุงและพัฒนาอย่างมากโดยนักประดิษฐ์และพ่อค้าชาวเวียนนา Gustav Robert Paalen ซึ่งได้ออกแบบขวดหลายประเภทสำหรับใช้ในครัวเรือน ซึ่งเขายังจดสิทธิบัตรและจัดจำหน่ายอย่างกว้างขวางผ่านบริษัท Thermos Bottle ในสหรัฐอเมริกา แคนาดา และสหราชอาณาจักร ซึ่งซื้อใบอนุญาตสำหรับตลาดในประเทศของตน บริษัท American Thermos Bottle Company ได้สร้างโรงงานผลิตจำนวนมากในเมือง Norwich รัฐคอนเนตทิคัตซึ่งทำให้ราคาสินค้าลดลงและช่วยให้สามารถกระจายสินค้าไปยังผู้บริโภคได้อย่างกว้างขวาง[ 2 ]เมื่อเวลาผ่านไป บริษัทได้ขยายขนาด รูปทรง และวัสดุของผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคเหล่านี้ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับพกพากาแฟระหว่างเดินทางและพกพาของเหลวในการเดินทางไปตั้งแคมป์เพื่อรักษาอุณหภูมิให้ร้อนหรือเย็น ในที่สุดผู้ผลิตรายอื่น ๆ ก็ผลิตผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับผู้บริโภค

คำว่า "เทอร์มอส" กลายเป็นคำที่ใช้กันทั่วไปสำหรับกระติกน้ำร้อน ( ณ ปี 2023)Thermos และTHERMOSยังคงเป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนในบางประเทศ รวมถึงสหรัฐอเมริกา[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] แต่คำ ว่า "thermos" ตัวเล็กถูกประกาศให้เป็นเครื่องหมายการค้าทั่วไปโดยการดำเนินการทางศาลในสหรัฐอเมริกาในปี 1963 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

ออกแบบ

กระติกน้ำร้อนสุญญากาศ "Thermofix" ยุคปี 1930
ดีไซน์ช่องเปิดต่ำและกว้าง

กระติกสุญญากาศประกอบด้วยภาชนะสองใบ ใบหนึ่งซ้อนอยู่ภายในอีกใบหนึ่งและเชื่อมต่อกันที่คอ ภาชนะทั้งสองมีช่องว่างที่ดูดอากาศออกไปบางส่วน ทำให้เกิดสุญญากาศ บางส่วน ซึ่งช่วยลดการนำ ความร้อน หรือ การพา ความร้อนการถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสี ความร้อน อาจลดลงได้โดยการ เคลือบพื้นผิวกระติกด้านที่หันเข้าหาช่องว่าง ด้วยเงินแต่จะกลายเป็นปัญหาได้หากสารที่อยู่ภายในกระติกหรือสภาพแวดล้อมโดยรอบร้อนมาก ดังนั้นกระติกสุญญากาศจึงมักบรรจุสารที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของน้ำ การถ่ายเทความร้อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านคอและปากกระติก ซึ่งไม่มีสุญญากาศ กระติกสุญญากาศมักทำจากโลหะแก้วบอโรซิลิเกโฟมหรือพลาสติกและมีจุก ปิดปากกระติก ด้วยไม้ก๊อกหรือพลาสติกโพลีเอทิลีน กระติกสุญญากาศมักใช้เป็น ภาชนะ บรรจุสำหรับการขนส่งที่มีฉนวน กันความร้อน

กระติกสุญญากาศขนาดใหญ่หรือยาวมากบางครั้งอาจไม่สามารถรองรับกระติกด้านในได้อย่างเต็มที่จากส่วนคอเพียงอย่างเดียว ดังนั้นจึงต้องมีการเสริมความแข็งแรงด้วยตัวคั่นระหว่างเปลือกด้านในและด้านนอก ตัวคั่นเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสะพานความร้อนและลดคุณสมบัติการเป็นฉนวนของกระติกในบริเวณที่ตัวคั่นสัมผัสกับพื้นผิวด้านในบางส่วน

การใช้งานทางเทคโนโลยีหลายอย่าง เช่น เครื่อง NMRและMRIอาศัยการใช้กระติกสุญญากาศสองชั้น กระติกเหล่านี้มีส่วนที่เป็นสุญญากาศสองส่วน กระติกด้านในบรรจุฮีเลียม เหลว และกระติกด้านนอกบรรจุไนโตรเจนเหลว โดยมีส่วนที่เป็นสุญญากาศอยู่ตรงกลาง วิธีนี้ช่วยลดการสูญเสียฮีเลียมอันมีค่าได้

การปรับปรุงอื่นๆ ของขวดสุญญากาศ ได้แก่แผ่นป้องกันรังสีที่ระบายความร้อนด้วยไอและคอที่ระบายความร้อนด้วยไอ [ 11 ] ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยลดการระเหยจากขวดได้

การวิจัยและอุตสาหกรรม

ห้องปฏิบัติการ Dewar flask, Deutsches Museum , มิวนิก
ถังเก็บความเย็นแบบไครโอเจนิกบรรจุไนโตรเจนเหลวใช้สำหรับจ่าย ไนโตรเจนเหลวให้กับ ตู้แช่แข็งแบบไครโอเจนิ ก

ในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม มักใช้กระติกสุญญากาศในการบรรจุก๊าซเหลว (โดยทั่วไปคือไนโตรเจนเหลวที่มีจุดเดือด 77 เคลวิน) เพื่อการแช่แข็งอย่างรวดเร็ว การเตรียมตัวอย่าง และกระบวนการอื่นๆ ที่ต้องการสร้างหรือรักษาอุณหภูมิต่ำมาก กระติกสุญญากาศขนาดใหญ่ใช้เก็บของเหลวที่กลายเป็นก๊าซที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมมาก เช่นออกซิเจนและไนโตรเจนในกรณีนี้ การรั่วไหลของความร้อนเข้าไปในภายในขวดที่เย็นจัดจะทำให้ของเหลวเดือดอย่างช้าๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีปากขวดที่แคบและไม่มีจุกปิด หรือปากขวดที่มีจุกปิดและ มี วาล์วระบายแรงดัน เพื่อป้องกัน แรงดันสะสมและทำให้ขวดแตกในที่สุด ฉนวนของกระติกสุญญากาศทำให้เกิดการ "เดือด" อย่างช้าๆ และทำให้ของเหลวภายในยังคงเป็นของเหลวได้นานโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็น

ภาชนะสุญญากาศถูกนำมาใช้เพื่อบรรจุเซลล์มาตรฐานและไดโอดซีเนอร์ แบบอบ รวมถึงแผงวงจรพิมพ์ ในอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งใช้เป็นมาตรฐานทางไฟฟ้า ภาชนะดังกล่าวช่วยควบคุมอุณหภูมิของไดโอดซีเนอร์ในช่วงระยะเวลานาน และใช้เพื่อลดความผันแปรของแรงดันไฟฟ้าขาออกของมาตรฐานไดโอดซีเนอร์อันเนื่องมาจากความผันผวนของอุณหภูมิ ให้อยู่ในระดับไม่กี่ส่วนในล้านส่วน

ตัวอย่างการใช้งานที่โดดเด่นอย่างหนึ่งคือการใช้งานโดย Guildline Instruments จากแคนาดา ในอุปกรณ์ Transvolt รุ่น 9154B ซึ่งเป็นเซลล์มาตรฐานอิ่มตัวที่เป็นมาตรฐานแรงดันไฟฟ้า โดยใช้ขวดสุญญากาศเคลือบเงินหุ้มด้วยฉนวนโฟม และใช้จุกสุญญากาศแก้วขนาดใหญ่ยึดเซลล์อิ่มตัวไว้ อุปกรณ์นี้ให้แรงดันไฟฟ้า 1.018 โวลต์ และมีความแม่นยำภายในไม่กี่ส่วนในล้านส่วน

หลักการของกระติกสุญญากาศทำให้เหมาะสำหรับการจัดเก็บเชื้อเพลิงจรวดบางประเภท และNASAได้ใช้กระติกนี้อย่างกว้างขวางในถังเชื้อเพลิงของยานปล่อยจรวด Saturn ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 [ 12 ]

การออกแบบและรูปทรงของขวด Dewar ถูกนำมาใช้เป็นแบบจำลองสำหรับ การทดลอง ทางแสงโดยอาศัยแนวคิดที่ว่ารูปทรงของช่องสองช่องที่มีช่องว่างตรงกลางนั้นคล้ายกับวิธีที่แสงตกกระทบดวงตา[ 13 ]ขวดสุญญากาศยังเป็นส่วนหนึ่งของการทดลองที่ใช้เป็นตัวเก็บประจุของสารเคมีต่างๆ เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่[ 14 ]

ขวด Dewar อุตสาหกรรมเป็นฐานสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ในการหุ้มฉนวนการขนส่งทางการแพทย์แบบพาสซีฟ[ 15 ] [ 16 ]วัคซีนส่วนใหญ่ไวต่อความร้อน[ 17 ] [ 18 ]และต้องใช้ ระบบ ห่วงโซ่ความเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ใกล้จุดเยือกแข็งอุปกรณ์ Arktek ใช้ก้อนน้ำแข็งขนาด 1 ลิตร จำนวน 8 ก้อนเพื่อเก็บวัคซีนไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 10 °C [ 19 ]

ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ขวด Dewar ใช้สำหรับเป็นฉนวนหุ้มชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องมือบันทึกข้อมูลแบบใช้สายเคเบิล[ 20 ]เครื่องมือบันทึกข้อมูลแบบดั้งเดิม (ทนอุณหภูมิได้ถึง 350  °F) ได้รับการปรับปรุงให้มีคุณสมบัติทนอุณหภูมิสูงโดยการติดตั้งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่ออุณหภูมิทั้งหมดไว้ในขวด Dewar [ 21 ]

ความปลอดภัย

กระติกสุญญากาศมีความเสี่ยงต่อ การยุบตัวและโดยเฉพาะอย่างยิ่งภาชนะแก้วที่อยู่ภายใต้สุญญากาศอาจแตกได้โดยไม่คาดคิด รอยบิ่น รอยขีดข่วน หรือรอยร้าวอาจเป็นจุดเริ่มต้นของความเสียหายที่เป็นอันตราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุณหภูมิของภาชนะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (เมื่อเติมของเหลวร้อนหรือเย็น) แนะนำให้เตรียมกระติกสุญญากาศแบบดิวาร์ให้พร้อมก่อนใช้งานโดยการปรับอุณหภูมิให้เหมาะสม เพื่อรักษาและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ กระติกสุญญากาศแก้วมักจะติดตั้งอยู่ในฐานโลหะ โดยมีกระบอกบรรจุอยู่ภายในหรือเคลือบด้วยตาข่าย อะลูมิเนียม หรือพลาสติก เพื่อช่วยในการใช้งาน ป้องกันความเสียหายทางกายภาพ และกักเก็บเศษชิ้นส่วนหากแตก

นอกจากนี้ ถังเก็บความเย็นแบบไครโอเจนิกมักจะมีความดันสูง และอาจระเบิดได้หากไม่มีวาล์วระบายความดัน

ในการออกแบบกระติกสุญญากาศ ต้องคำนึงถึงการขยายตัว เนื่องจากความร้อน ผนังด้านนอกและด้านในสัมผัสกับอุณหภูมิที่แตกต่างกันและจะขยายตัวในอัตราที่ต่างกัน กระติกสุญญากาศอาจแตกได้เนื่องจากความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างผนังด้านนอกและด้านใน ข้อต่อขยายตัวมักใช้ในกระติกสุญญากาศทรงกระบอกเพื่อป้องกันการแตกและรักษาความสมบูรณ์ของสุญญากาศ

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • เบอร์เกอร์, อาร์., สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 872,795 , "ภาชนะสองชั้นที่มีช่องว่างสำหรับสุญญากาศระหว่างผนัง", 3 ธันวาคม พ.ศ. 2450
  • Sella, Andrea (สิงหาคม 2551). "ขวดดิวาร์" . Chemistry World : 75 . สืบค้นเมื่อ30 สิงหาคม 2551 .
  • โลโก้ Wikimedia Commonsสื่อที่เกี่ยวข้องกับกระติกน้ำสุญญากาศในวิกิมีเดียคอมมอนส์
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vacuum_flask&oldid=1356376168 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ กระติกน้ำสุญญากาศ

กระติกเก็บความร้อน (หรือที่รู้จักกันในชื่อกระติกดิวาร์ขวดดิวาร์หรือเทอร์มอส ) เป็น ภาชนะเก็บ ความเย็นที่ช่วยชะลอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสิ่งของภายใน

ประวัติศาสตร์

กระติกสุญญากาศได้รับการออกแบบและประดิษฐ์โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อต แลนด์ เจมส์ ดิวาร์ ในปี 1892 อันเป็นผลมาจากการวิจัยของเขาในสาขา ไครโอเจนิกส์ และบางครั้งก็เรียกว่ากระติกดิวาร์เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา ขณะทำการทดลองเพื่อหาค่า ความร้อนจำเพาะ ของธาตุ แพลเลเดียม...

ออกแบบ

กระติกสุญญากาศประกอบด้วยภาชนะสองใบ ใบหนึ่งซ้อนอยู่ภายในอีกใบหนึ่งและเชื่อมต่อกันที่คอ ภาชนะทั้งสองมีช่องว่างที่ดูดอากาศออกไปบางส่วน ทำให้เกิด สุญญากาศ บางส่วน ซึ่งช่วยลด การนำ ความร้อน หรือ การพา ความร้อน การถ่ายเทความร้อนโดย การแผ่รังสี ความร้อน...

การวิจัยและอุตสาหกรรม

ในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม มักใช้กระติกสุญญากาศในการบรรจุก๊าซเหลว (โดยทั่วไปคือไนโตรเจนเหลวที่มีจุดเดือด 77 เคลวิน) เพื่อการแช่แข็งอย่างรวดเร็ว การเตรียมตัวอย่าง และกระบวนการอื่นๆ ที่ต้องการสร้างหรือรักษาอุณหภูมิต่ำมาก...