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        1. 上海聚慕醫(yī)療器械有限公司
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          杜瓦瓶的歷史?杜瓦瓶的工作原理?

          時間:2021/9/23閱讀:4303
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          我們家里一般都會備有儲存熱水的保溫瓶,它的作用就是將水的溫度在一定的時間內(nèi)保持不變。那么對于溫度保持要求更高,更加嚴格的場景該使用什么設備呢?


          杜瓦瓶(Dewars)也叫保溫瓶,是儲藏液態(tài)氣體、低溫研究和晶體元件保護的一種較理想容器和工具?,F(xiàn)代的杜瓦瓶是蘇格蘭物理學家和化學家詹姆斯-杜瓦爵士發(fā)明的。


          其實早在古羅馬時期人們就已經(jīng)知道,雙層容器能保暖。在龐貝城的廢墟中,人們曾挖出過一個雙層容器。


          現(xiàn)代的杜瓦瓶是蘇格蘭物理學家和化學家詹姆斯-杜瓦爵士發(fā)明的。1892年,杜瓦吩咐伯格將玻璃吹制一個特殊的玻璃瓶。這是一個雙層玻璃容器,兩層玻璃膽壁都涂滿銀,然后把兩層壁間的空氣抽掉,形成真空。兩層膽壁上的銀可以防止輻射散熱,真空能防止對流和傳導散熱,因此盛在瓶里的液體,溫度不易發(fā)生變化。后來,伯格用鎳制造外殼,保護易碎的玻璃瓶膽。起初,這種杜瓦瓶僅在實驗室、醫(yī)院和探險隊中使用,以后在野餐或乘火車時也使用起來。


          1893 年1 月20 日杜瓦宣布發(fā)明了一種特殊的低溫恒溫器(cryostat)——后來稱為杜瓦瓶。1898 年他用杜瓦瓶實現(xiàn)了氫的液化,達到了20.4K。翌年又實現(xiàn)了氫的固化,靠抽出固體氫表面的蒸氣,達到了12K。 杜瓦發(fā)明的盛低溫液化氣體的容器,就是雙層中間鍍銀,并抽成真空的玻璃容器,這種容器后來被改造成人人皆知的日用品——熱水瓶。1925年,開始有大眾化的廉價塑料熱水瓶出售。


          同時,實驗室中裝運、儲藏液態(tài)氣體也需要類似的真空保溫容器。杜瓦于1906年發(fā)明了儲藏液態(tài)氧的金屬杜瓦瓶。為鐵路運輸而設計的容量為110000升的金屬容器,液態(tài)氧每天蒸發(fā)率大約是0.1%,液態(tài)氫每天蒸發(fā)率大約是0.8%。


          杜瓦瓶(Dewars)其要結(jié)構(gòu)和各部件功能如下 :

          ①外筒體 :除保護內(nèi)桶體外,它還與內(nèi)桶體形成真空夾層以阻止瓶外熱量的侵入,減少瓶內(nèi)低溫液體的自然汽化量 ;

          ②內(nèi)筒體 :儲備低溫液體 ;

          ③汽化器 :通過與外桶內(nèi)壁的熱交換,實現(xiàn)將瓶內(nèi)的液態(tài)氣體轉(zhuǎn)化為氣態(tài) ;

          ④ 液閥 :控制杜瓦瓶進行液體充灌或從瓶中排出液體 ;

          ⑤安全閥 :當容器的壓力大于最大工作壓力時自動卸壓,其起跳壓力略大于最大工作壓力 ;

          ⑥排放閥 :在杜瓦瓶灌充液體時,用此閥排放瓶內(nèi)氣相空間的氣體,降低瓶內(nèi)壓力,以便快速順利地灌充液體。其另一作用是杜瓦瓶在儲存或其他情況下發(fā)生瓶內(nèi)壓力超過最高工作壓力時,可用此閥人工排放瓶內(nèi)的氣體,以降低瓶內(nèi)的壓力 ;

          ⑦ 壓力表 :指示瓶內(nèi)筒的壓力 ;

          ⑧ 增壓閥 :此閥開啟后,瓶內(nèi)的液體便會通過增壓盤管與外筒壁進行熱交換,汽化為氣體,進入內(nèi)筒壁上部的氣相空間,使氣瓶建立一定的驅(qū)動壓力(內(nèi)壓),以便驅(qū)動瓶內(nèi)的低溫液體,使其流動 ;

          ⑨ 使用閥 :用于杜瓦瓶液體汽化回路與用戶用氣進口端管道通路的開啟,也可以用此閥控制氣體的流速 ;

          ⑩ 液位計 :比較直觀地指示容器內(nèi)液面的高低,安裝位置應便于操作人員觀察和檢修 。


          杜瓦瓶的工作原理是怎么樣的呢?

          杜瓦瓶的結(jié)構(gòu)簡析:上部呢有保護圈、管路閥門系統(tǒng),中間瓶體呢有不銹鋼外殼、絕熱層,里面有不銹鋼內(nèi)膽、真空夾層,最里邊就是裝的液體介質(zhì),底部有增壓/蒸發(fā)管路、底圈。


          管路閥門系統(tǒng)的使用:

          增壓器:增壓器采用翅片式換熱器,安裝在瓶的底部,用以提高瓶內(nèi)壓力,但當瓶內(nèi)液體液位較低時,增壓速度很慢,因此,建議用戶在使用前,先將瓶內(nèi)壓力提高,以便使用液體時,瓶內(nèi)壓力能夠滿足要求。

          排放閥:此閥與氣瓶氣相空間相連,開啟此閥釋放瓶內(nèi)氣體使壓力降低。

          進液截止閥:此閥用于控制低溫液體的充灌。

          出液截止閥:此閥用于控制低溫液體的輸出。

          增壓截止閥:此閥用于控制增壓器回路,開啟此閥即可向瓶內(nèi)增壓。

          增壓調(diào)節(jié)閥:低溫液體通過此閥進入增壓器轉(zhuǎn)化為氣體,回到內(nèi)膽,從而使瓶內(nèi)壓力達到增壓調(diào)節(jié)閥的設定值。


          液位計:液位計采用電容式液位計,電容傳感器根據(jù)瓶內(nèi)的液體高度產(chǎn)生一個成比例的電信號,液位顯示表在接受電信號后進行信號轉(zhuǎn)換,以百分比數(shù)字表示不同的液體量。


          外殼在超壓條件下的保護是通過一個真空塞來實現(xiàn)的。如果內(nèi)膽發(fā)生泄漏(導致夾層壓力超高),真空塞將開啟泄壓。萬一真空塞發(fā)生泄漏將導致夾層真空破壞,這時可以發(fā)現(xiàn)外殼出現(xiàn)“發(fā)汗"和結(jié)霜現(xiàn)象。當然,在與瓶體連接的管道末端出現(xiàn)的結(jié)霜或凝水現(xiàn)象是正常的。


          杜瓦瓶的供液使用流程:首先確定備用瓶組的管道總閥門已經(jīng)關(guān)閉, 打開準備使用的鋼瓶上的氣體閥和出液閥, 再打開與鋼瓶連接的瓶組匯管橇上對應的閥門, 接著打開與之對應的管道總閥門。最后再打開氣化器進口處的閥門, 液體通過氣化器氣化后經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后供給用戶。供液時, 若鋼瓶的壓力不夠, 可以打開鋼瓶的增壓閥, 通過鋼瓶自帶的增壓系統(tǒng)對鋼瓶增壓, 從而獲得足夠的供液壓力。


          杜瓦瓶的供液使用流程:首先確定備用瓶組的管道總閥門已經(jīng)關(guān)閉, 打開準備使用的鋼瓶上的氣體閥和出液閥, 再打開與鋼瓶連接的瓶組匯管橇上對應的閥門, 接著打開與之對應的管道總閥門。最后再打開氣化器進口處的閥門, 液體通過氣化器氣化后經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后供給用戶。供液時, 若鋼瓶的壓力不夠, 可以打開鋼瓶的增壓閥, 通過鋼瓶自帶的增壓系統(tǒng)對鋼瓶增壓, 從而獲得足夠的供液壓力。


          杜瓦瓶有兩個主要的優(yōu)點:第一個是,同壓縮氣體鋼瓶相比它能夠在相對低的壓力下容納大量的氣體。第二個是他提供了容易操作的低溫液體源。由于杜瓦瓶堅固可靠,保持時間長,以及自身含有氣體供應系統(tǒng),利用其內(nèi)置汽化器及可連續(xù)輸出流量高達10m3/h的常溫氣體(氧、氮、氬),氣體高恒定輸出壓力達1.2Mpa(中壓型)2.2Mpa(高壓型),*通常情況下的用氣要求。


          那么杜瓦瓶是如何制造出來的呢?

          根據(jù)結(jié)構(gòu)特點將絕熱瓶內(nèi)外層筒生產(chǎn)分開兩條物流線生產(chǎn),組裝時匯總到公共物流線?;灸J饺缦拢?/p>


          內(nèi)筒

          封頭(外定制)檢驗---封頭接管組焊(手工氬弧焊工位)---送到與筒身組對的位置(物料小車)---定尺板(外加工或自加工)檢驗----卷圓(3軸卷板機,帶小卷邊直線段)---輸送到縱縫焊接工位(物料小車)---縱縫自動焊(TIG,MIG或等離子焊工藝,根據(jù)筒身規(guī)格和壁厚定)---輸送到與封頭組焊的工位(物料小車)---環(huán)縫自動焊接(鎖定卷邊插接,MIG焊)----從操作者對面輸送組焊結(jié)束筒體(輥道平臺)-----清洗打壓檢驗---放置在翻身小車上---包絕熱層(專用絕熱層纏繞工裝)----與外筒身組對裝配(纏繞機吊裝工位上垂直與外筒身組對)


          外筒

          定尺板(外加工或自加工)檢驗----卷圓(3軸卷板機,帶小卷邊直線段)---輸送到縱縫焊接工位(物料小車)---縱縫自動焊(TIG,MIG或等離子焊工藝,根據(jù)筒身規(guī)格和壁厚定)---輸送到與封頭組焊的工位(物料小車)---環(huán)縫自動焊接(鎖定卷邊插接,MIG焊)----從操作者對面輸送組焊結(jié)束筒體(輥道平臺)---內(nèi)壁焊接筒冷卻盤管(氣焊)----放置到翻身小車上----與內(nèi)筒身組對(纏繞機吊裝工位上垂直與外筒身組對)


          內(nèi)外筒成品

          組對好的工件安裝外封頭----環(huán)縫自動焊接(采用MIG焊)---放置在翻身小車上----平移工件到水平輸送帶上-----筒體封頭外緊固件和提手焊接(手工氬弧焊)----檢漏儀檢查


          包裝入庫

          對于大的低溫容器,物流線和縱環(huán)縫焊接基本共線生產(chǎn),及物流輸送小車,縱環(huán)縫焊接,外筒內(nèi)壁自動焊接銅冷卻盤管,筒體拋光,檢驗等,結(jié)合生產(chǎn)實際情況確定。一般按如下流程進行:

          定制板料檢驗----移到卷圓工位---真空吸盤吊裝到卷圓送料段---送料卷圓---移出卷圓筒體----縱縫焊接(采用等離子或MIG焊)---移出縱縫工位(內(nèi)筒包絕熱纏繞膜,外筒自動焊銅冷卻盤管)----封頭組對----環(huán)縫焊接----內(nèi)外筒組焊結(jié)束-----封閉式拋光房進行外壁拋光---檢漏儀檢驗—包裝入庫。


          那么在使用中需要注意哪些安全事項呢?

          杜瓦瓶一般情況下有 4 個閥門,即液體使用閥、氣體使用閥、放空閥、增壓閥。此外還有氣相壓力表和液位計。杜瓦瓶不但設置了安全閥,而且還設置了爆破片 [6]。一旦瓶內(nèi)氣體的壓力超過安全閥的起跳壓力,安全閥立即會起跳自動排氣泄壓。如果安全閥失靈或氣瓶發(fā)生意外導致真空層破壞,瓶內(nèi)壓力急劇升高到一定的程度,其所設的防爆片即會自動破裂,從而及時地將瓶內(nèi)的壓力很快降到大氣壓力。杜瓦瓶儲存的是醫(yī)用液態(tài)氧,大大增加了儲氧能力。1 只容積為 175 L 的杜瓦瓶,它的儲氧量就相當于 28只 40 L 容積的高壓氣瓶的儲氧量,這樣就大大減輕了運輸壓力,也減少了資金的投入。杜瓦瓶使用有 2 種方法 :


          (1)杜瓦瓶氣體使用閥,將高壓金屬軟管一頭連接在杜瓦瓶氣體使用閥上,一頭連接在匯流排上,先開增閥,然后緩慢打開氣體使用閥,即可使用,大多數(shù)醫(yī)院只用氣相閥就能滿足用氣要求。

          (2)杜瓦瓶液體使用閥,用高壓金屬軟管將杜瓦瓶液體閥所在管道與汽化器相連,氣化器的大小按用氣量大小配置,采用無縫鋼管管道輸送氣體,管道上安裝減壓閥、安全閥、壓力表來控制供氣系統(tǒng)的安全,這樣既能方便、穩(wěn)定地用氣,又能確保安全使用。使用杜瓦瓶時,先確認連接好后,再打開液體使用閥,若氣體壓力達不到使用要求,可開增壓閥,稍等幾分鐘壓力會升高并達到使用要求。


          以上的注意點都記住了嗎?


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