低温绝热容器杜瓦瓶

杜瓦原理
堆积绝热 ➢ 定义：选用导热系数小的绝热材料装填在需要绝热的部位
上以达到绝热的目的。 ➢ 基本要求：坚固不易脱落；足够的厚度；防热桥；防潮 ➢ 主要漏热：导热 主要应用结构：杜瓦顶盖、绝热弹性垫（减少热传递）
杜瓦原理
真空粉末绝热 ➢ 在绝热空间填充多孔性绝热材料(粉末或纤维)，再将绝热
空间抽到一定真空度(1-0.1Pa)的绝热型式 主要应用结构：杜瓦容器真空层装填绝热材料。（从常温→
分析低温绝热容器
——杜瓦的结构及特点
主要参考
• 参考文献：《制冷与低温工程实验技术》 再加
• 其他参考：老师的教案、百度百科 修改一 下
主要内容
• 杜瓦的发展历史 • 杜瓦的结构 • 杜瓦结构的特点
杜瓦的发展历史
• 杜瓦瓶（Dewar flask）是储藏液态气体，低温研 究和晶体元件保护的一种较理想容器和工具。
类型
真空度 /Pa
夹层材料
堆积绝热
常压或微 泡沫/粉末/
正压
纤维
高真空绝 热
10-3 无
真空粉末 绝热
1-0.1 粉末/纤维
高真空多 层绝热 高真空多 屏绝热
10-2
高真空 10-3 多层10-2
辐射屏+间 隔物的多层 材料 辐射屏+间 隔物的多层 材料
主要漏热 应用场合
导热
大型储罐， 要求不高的 场合
液氮温区，辐射传热是主要的漏热。此辐射漏热小于高真 空绝热中的辐射漏热，所以此温区绝热性能优于高真空绝 热。 从液氮温区→液氦温区，固体热导是主要漏热。此漏热大 于高真空绝热。所以此温区绝热性能不如高真空绝热。） （减少热辐射、热传导）
杜瓦原理
高真空多层绝热 • 在高真空(真空度达10-2Pa以上)绝热空间内交替装有许多
具有高反射能力的辐射屏与具有低热导率的间隔物 • 因绝热性能非常好，常被称为 “超级绝热”
杜瓦原理
杜瓦原理
高真空 真空粉末 高真空多层；
杜瓦原理
高真空多屏绝热 • 一种多层防辐射屏与传热屏相结合的绝热结构 • 机理：传热屏蒸发气体吸收显热，降低壁温，抑
制辐射传热，从而提高绝热效果。
杜瓦原理
杜瓦原理
杜瓦原理
热量主要传递方式
1、热传导 2、热对流 3、热辐射
杜瓦原理
绝热方法分类
①堆积绝热 ②高真空绝热 ③真空粉末绝热 ④高真空多层绝热 ⑤高真空多屏绝热
杜瓦原理
导热系数
• 温度升高，导热系数增大 • 压力降低，导热系数降低 • 密度增大，导热系数增大 • 含湿量降低，导热系数降低 • 环境气体改变，导热系数也随之改变
比热
• 数值越大，降温时所需的冷量就越多
线性膨胀系数
• 线性膨胀系数越小，绝热结构降温时收缩或破裂的可能性就越小 • 大多数材料的线性膨胀系数随温度的降低而显著减小
杜瓦原理
高真空绝热 • 定义：将绝热空间抽至1mPa的真空度，以消除绝热空间
的气体对流换热和绝大部分气体导热的一种绝热型式。 主要应用结构：杜瓦双层结构（减少热对流）
玻璃杜瓦瓶的金属盖
A:顶盖 B:盖主体 P:回收蒸汽管道 C:环状板 E:薄橡皮圈 G:橡皮垫 H:玻璃支管
杜瓦的结构
• 2.金属杜瓦瓶
在内部工作空间一样 的情况下，金属杜瓦可以 做到外径最小。在细尾巴 里，液氦不是直接用液氮 来屏蔽，而是用一个和上 部液氮槽接触良好的铜屏 来屏蔽。
如图，金
属杜瓦尾部采
辐射
实验室规模 小型杜瓦瓶
常温-77K 辐
射
大中型储槽、
77-4.2K固体 设备
热导
导热
LO2、LH2 、LHe储罐
导热
L储H罐2、LHe
各种低温容器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 1925年，开始有大众化的廉价塑料热水瓶出售。
杜瓦的结构
• 1.玻璃杜瓦瓶
常用的杜瓦瓶如 图，带有一个细长的 尾巴，可以放到磁场 中去。
为了减少气体传 热，玻璃杜瓦做成双 层，夹层抽成真空。
为了减少热辐射， 夹层内镀银
实际上有两种情 况：一种是夹层内高真 空封死的杜瓦瓶，常供 存放液氮；另一种是夹 层为活动的真空杜瓦 瓶，专供存放液氮
用可拆卸式的
连接，便于更
换样品。形状
可以做得较复
虽然制作困难，但是随
杂，适应各种 着超导应用的发展，对金属
特殊要求
杜瓦的需求将越来越多。
绝热的目的
• 绝热：减少或抑制从环境介质传入的热量(由导热、对流 和辐射引起)
• 绝热在低温技术中有特殊的重要性 – 得到低温液体的功耗很大 – 低温液体与环境温度温差大，周围环境是个很大的热 源 – 低温试验中创造低温环境时，为排除周围环境的影响 也要用绝热技术
• 古罗马时期人们就已经知道，双层容器能保 暖。在庞贝城的废墟中，人们曾挖出过一个双层 容器
• 现代的杜瓦瓶是苏格兰物理学家和化学家詹姆 斯-杜瓦爵士发明的。1892年，杜瓦吩咐伯格将玻 璃吹制一个特殊的玻璃瓶。
• 现在的各式低温绝热容器都是在最初杜瓦上发展而来 的。
杜瓦发展历史
• 后来，伯格用镍制造外壳，保护易碎的玻璃瓶 胆。起初，这种杜瓦瓶仅在实验室、医院和探险 队中使用，以后在野餐或乘火车时也使用起来。