Wat is een Dewar-cilinder?

Wat is een dewarcilinder?

Een dewar-cilinder is een type container dat wordt gebruikt voor het opslaan en transporteren van cryogene materialen, zoals vloeibare stikstof, vloeibare zuurstof en vloeibaar aardgas. Het bestaat uit een binnenvat gemaakt van roestvrij staal of andere materialen die bestand zijn tegen lage temperaturen, omgeven door een buitenvat dat isolatie biedt tegen warmteoverdracht. De ruimte tussen de binnen- en buitenvaten wordt doorgaans geëvacueerd of gevuld met een gas onder lage druk, om de warmteoverdracht verder te verminderen en de lage temperatuur van de inhoud te behouden.

Dewar-cilinders zijn vernoemd naar hun uitvinder, James Dewar, een Schotse natuurkundige en scheikundige die in 1892 de eerste thermosfles uitvond. Het basisprincipe van een thermosfles en een dewar-cilinder is hetzelfde: de temperatuur van een vloeistof behouden door de hitte te minimaliseren overdracht tussen de inhoud en de omgeving. De schaal en complexiteit van een dewar-cilinder zijn echter veel groter, omdat ze zijn ontworpen om grote hoeveelheden cryogene materialen op te slaan voor industriële, medische en wetenschappelijke toepassingen.

Typen en toepassingen van dewar-cilinder

Er zijn verschillende soorten dewar-cilinders, afhankelijk van hun grootte, vorm en functie. De meest voorkomende soorten zijn:

1. Cryogene vloeibare dewar: Dit is het meest basale type dewar-cilinder, die wordt gebruikt voor het opslaan en hanteren van cryogene vloeistoffen zoals vloeibare stikstof, vloeibare zuurstof en vloeibaar aardgas. Het bestaat uit een vat met een vacuümmantel en een kleine opening aan de bovenkant, een zogenaamde nek, die kan worden afgesloten met een kurk of een stop. De cryogene vloeistof wordt via de hals gevuld en kan worden afgegeven via een klep of een kraan aan de onderkant van de dewarcilinder. Cryogene vloeibare dewar-cilinders worden in verschillende industrieën gebruikt, zoals de metallurgie, de geneeskunde en de voedselverwerking, voor het koelen, invriezen en conserveren van materialen.

2. Dewar-fles: Dit is een kleinere en meer draagbare versie van een dewar-cilinder, die wordt gebruikt voor het transporteren van kleine hoeveelheden cryogene vloeistoffen of gassen. Het bestaat uit een fles met vacuümmantel, een smalle hals en een stop, en wordt doorgaans in een beschermhoes of tas gedragen. Dewar-kolven worden vaak gebruikt in laboratoria, ziekenhuizen en onderzoeksfaciliteiten voor het opslaan en transporteren van biologische monsters, medische gassen en andere gevoelige materialen.

3. Open-cryostaat-dewar: Dit is een gespecialiseerd type dewar-cilinder, die wordt gebruikt voor experimenten waarbij een groot volume aan ruimte nodig is bij cryogene temperaturen. Het bestaat uit een vat met een vacuümmantel en een open bovenkant, gevuld met vloeibaar helium of stikstof om een ​​groot cryogeen bad te creëren. Monsters of instrumenten kunnen in het cryogene bad worden ondergedompeld voor experimenten zoals supergeleiding, lage-temperatuurfysica en materiaalkunde.

4. Cryochirurgische dewar: Dit is een dewar-cilinder die wordt gebruikt voor het uitvoeren van cryochirurgie, een medische procedure waarbij extreme kou wordt gebruikt om abnormale weefsels, zoals tumoren of wratten, te vernietigen. Het bestaat uit een vat met vacuümmantel en een lange flexibele sonde, gevuld met vloeibare stikstof of kooldioxide. De sonde wordt in het te behandelen weefsel ingebracht en de cryogene vloeistof komt vrij om de abnormale cellen te bevriezen en te doden. Cryochirurgische dewar-cilinders worden gebruikt in de dermatologie, gynaecologie en andere medische specialismen.

Ontwerp en productie van dewar-cilinder

Het ontwerp en de productie van een dewar-cilinder is een complex en gespecialiseerd proces dat expertise vereist op het gebied van materiaalkunde, thermodynamica en werktuigbouwkunde. De belangrijkste overwegingen bij het ontwerpen van een dewar-cilinder zijn:

1. Warmteoverdracht: Het primaire doel van een dewarcilinder is het minimaliseren van de warmteoverdracht tussen de inhoud en de omgeving, om de lage temperatuur van de inhoud te behouden. Dit vereist het gebruik van materialen met een lage thermische geleidbaarheid, zoals roestvrij staal, aluminium of glas. De vacuümisolatie tussen de binnen- en buitenvaten speelt ook een cruciale rol bij het verminderen van de warmteoverdracht.

2. Veiligheid: De opslag en hantering van cryogene materialen vereist strikte veiligheidsmaatregelen om ongelukken zoals explosies, lekkages of brandwonden te voorkomen. Dewar-cilinders moeten worden ontworpen en vervaardigd om hoge druk en schokken te weerstaan ​​en om het ontsnappen van cryogene gassen of vloeistoffen te voorkomen. Ze moeten ook zijn uitgerust met veiligheidsvoorzieningen zoals overdrukkleppen, breekplaten en alarmen.

3. Toegankelijkheid: Dewar-cilinders moeten zo zijn ontworpen dat de toegang, het vullen en het afgeven van het cryogene materiaal gemakkelijk is. Denk hierbij aan kenmerken als een brede opening aan de bovenzijde, een aflopende bodem voor volledige afwatering en een klep of kraan voor gecontroleerde afgifte.

Het productieproces van een dewar-cilinder omvat verschillende stappen, waaronder:

1. Materiaalkeuze en voorbereiding: De binnen- en buitenvaten van een dewar-cilinder zijn doorgaans gemaakt van verschillende materialen, zoals roestvrij staal en koolstofstaal. De materialen moeten worden geselecteerd op basis van hun compatibiliteit met het cryogene materiaal, hun thermische eigenschappen en hun mechanische sterkte. Vervolgens worden ze gesneden, gevormd en gepolijst tot de gewenste maat en vorm.

2. Assemblage: De binnen- en buitenvaten worden geassembleerd en aan elkaar gelast met behulp van gespecialiseerde lastechnieken zoals TIG- of elektronenstraallassen. De vacuümisolatie ontstaat door de ruimte tussen de vaten te evacueren, of door deze te vullen met een lagedrukgas zoals helium of stikstof.

3. Testen en kwaliteitscontrole: De dewar-cilinder wordt onderworpen aan verschillende tests om de veiligheid en betrouwbaarheid ervan te garanderen. Deze tests omvatten druktesten, lektesten en thermische cycli. De dewar-cilinder moet ook voldoen aan verschillende normen en voorschriften, zoals de ASME Boiler and Pressure Vessel Code, om ervoor te zorgen dat deze voldoet aan de veiligheidsnormen.

Conclusie

Dewar-cilinders zijn essentiële componenten bij de opslag en het transport van cryogene materialen en spelen een cruciale rol in een breed scala aan industrieën en toepassingen. Ze zijn met zorg ontworpen en vervaardigd om hun veiligheid, betrouwbaarheid en effectiviteit te garanderen. Naarmate de technologie vordert en nieuwe toepassingen voor cryogene materialen ontstaan, zal de vraag naar dewar-cilinders blijven groeien en zullen hun ontwerp en productie evolueren om aan nieuwe uitdagingen en eisen te voldoen.