デュワーシリンダーとは何ですか?

デュワーシリンダーとは何ですか?

デュワーシリンダーは、液体窒素、液体酸素、液化天然ガスなどの極低温物質を保管および輸送するために使用される容器の一種です。 低温に耐えられるステンレス鋼またはその他の材料で作られた内部容器と、熱伝達を遮断する外部容器で囲まれた構造で構成されています。 内側容器と外側容器の間の空間は、通常、熱伝達をさらに低減して内容物の低温を維持するために、排気されるか、低圧ガスで満たされます。

デュワーシリンダーは、1892 年に最初の魔法瓶を発明したスコットランドの物理学者で化学者の発明者、ジェームス デュワーにちなんで名付けられました。魔法瓶とデュワーシリンダーの基本原理は同じです。熱を最小限に抑えて液体の温度を維持することです。コンテンツと周囲の間の移動。 ただし、デュワーシリンダーは産業、医療、科学用途で大量の極低温物質を保管するように設計されているため、その規模と複雑さははるかに大きくなります。

デュワーシリンダーの種類と用途

デュワーシリンダーには、そのサイズ、形状、機能に応じていくつかの種類があります。 最も一般的なタイプは次のとおりです。

1. 極低温液体デュワー：液体窒素、液体酸素、液化天然ガスなどの極低温液体の貯蔵および取り扱いに使用される、最も基本的なタイプのデュワーシリンダーです。 これは、上部にネックと呼ばれる小さな開口部を備えた真空ジャケット付きの容器で構成されており、コルクまたは栓で密封できます。 極低温液体はネックを通して充填され、デュワーシリンダーの底にあるバルブまたは蛇口を通して分配できます。 極低温液体デュワーシリンダーは、冶金、医療、食品加工などのさまざまな業界で、材料の冷却、冷凍、保存に使用されています。

2. デュワー瓶: これは、少量の極低温液体または気体を輸送するために使用される、デュワーシリンダーの小型で持ち運び可能なバージョンです。 これは、細い口と栓を備えた真空ジャケット付きフラスコで構成されており、通常は保護ケースまたはバッグに入れて持ち運びます。 デュワー瓶は、研究所、病院、研究施設で、生体サンプル、医療ガス、その他の敏感な物質を保管および輸送するために一般的に使用されています。

3. オープンクライオスタットデュワー: これは特殊なタイプのデュワーシリンダーで、極低温で大量のスペースを必要とする実験に使用されます。 これは、上部が開いた真空ジャケット付きの容器で構成され、液体ヘリウムまたは窒素が満たされて大きな極低温槽が形成されます。 超伝導、低温物理学、材料科学などの実験のために、サンプルや機器を極低温バスに浸すことができます。

4. 凍結手術用デュワー：これは、腫瘍やいぼなどの異常組織を破壊するために極度の低温を使用する医療処置である凍結手術を行うために使用されるデュワーシリンダーです。 これは、液体窒素または二酸化炭素で満たされた、長い柔軟なプローブを備えた真空ジャケット付き容器で構成されています。 プローブは治療対象の組織に挿入され、極低温の液体が放出されて異常な細胞を凍結させて殺します。 凍結手術用デュワーシリンダーは、皮膚科、婦人科、その他の専門科で使用されています。

デュワーシリンダーの設計・製作

デュワーシリンダーの設計と製造は、材料科学、熱力学、機械工学の専門知識を必要とする複雑で特殊なプロセスです。 デュワーシリンダーの設計における主な考慮事項は次のとおりです。

1. 熱伝達: デュワーシリンダーの主な目的は、内容物と周囲の間の熱伝達を最小限に抑え、内容物の温度を低く維持することです。 これには、ステンレス鋼、アルミニウム、ガラスなどの熱伝導率の低い材料を使用する必要があります。 内側の容器と外側の容器の間の真空断熱も、熱伝達を低減する上で重要な役割を果たします。

2. 安全性: 極低温物質の保管と取り扱いには、爆発、漏れ、火傷などの事故を防ぐための厳格な安全対策が必要です。 デュワーシリンダーは、高圧と衝撃に耐え、極低温のガスや液体の流出を防ぐように設計および製造されなければなりません。 また、圧力リリーフバルブ、破裂板、警報器などの安全装置も装備する必要があります。

3. アクセシビリティ: デュワーシリンダーは、極低温材料へのアクセス、充填、分注が容易になるように設計されていなければなりません。 これには、上部の広い開口部、完全な排水のための傾斜した底部、制御された分配のためのバルブまたはタップなどの機能が含まれます。

デュワーシリンダーの製造プロセスには、次のようないくつかのステップが含まれます。

1. 材料の選択と準備: デュワーシリンダーの内容器と外容器は通常、ステンレス鋼や炭素鋼などの異なる材料で作られています。 材料は、極低温材料との適合性、熱的特性、機械的強度に基づいて選択する必要があります。 次に、それらを切断し、成形し、研磨して希望のサイズと形状にします。

2. 組み立て: 内側容器と外側容器は、TIG 溶接や電子ビーム溶接などの特殊な溶接技術を使用して組み立てられ、溶接されます。 真空断熱は、容器間の空間を真空にするか、ヘリウムや窒素などの低圧ガスを充填することによって行われます。

3. テストと品質管理: デュワーシリンダーは、その安全性と信頼性を確保するためにさまざまなテストを受けます。 これらのテストには、圧力テスト、漏れテスト、熱サイクルが含まれます。 デュワーシリンダーは、安全規格への準拠を保証するために、ASME ボイラーおよび圧力容器規格などのさまざまな規格や規制も満たさなければなりません。

結論

デュワーシリンダーは極低温物質の保管と輸送に不可欠なコンポーネントであり、幅広い産業や用途で重要な役割を果たしています。 これらは安全性、信頼性、有効性を確保するために慎重に設計および製造されています。 技術が進歩し、極低温材料の新しい用途が出現するにつれて、デュワーシリンダーの需要は拡大し続け、その設計と製造は新たな課題や要件を満たすために進化します。