我們家里一般都會(huì)備有儲(chǔ)存熱水的保溫瓶，它的作用就是將水的溫度在一定的時(shí)間內(nèi)保持不變。那么對(duì)于溫度保持要求更高，更加嚴(yán)格的場(chǎng)景該使用什么設(shè)備呢？

杜瓦瓶（Dewars）也叫保溫瓶，是儲(chǔ)藏液態(tài)氣體、低溫研究和晶體元件保護(hù)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(xué)家和化學(xué)家詹姆斯-杜瓦爵士發(fā)明的。

其實(shí)早在古羅馬時(shí)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?cè)诔鲞^(guò)一個(gè)雙層容器。

現(xiàn)代的杜瓦瓶是蘇格蘭物理學(xué)家和化學(xué)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(gè)特殊的玻璃瓶。這是一個(gè)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(duì)流和傳導(dǎo)散熱，因此盛在瓶里的液體，溫度不易發(fā)生變化。后來(lái)，伯格用鎳制造外殼，保護(hù)易碎的玻璃瓶膽。起初，這種杜瓦瓶?jī)H在實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院和探險(xiǎn)隊(duì)中使用，以后在野餐或乘火車時(shí)也使用起來(lái)。

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(lái)稱為杜瓦瓶。1898 年他用杜瓦瓶實(shí)現(xiàn)了氫的液化，達(dá)到了20.4K。翌年又實(shí)現(xiàn)了氫的固化，靠抽出固體氫表面的蒸氣，達(dá)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(lái)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(jià)塑料熱水瓶出售。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室中裝運(yùn)、儲(chǔ)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(chǔ)藏液態(tài)氧的金屬杜瓦瓶。為鐵路運(yùn)輸而設(shè)計(jì)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(hù)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?jī)?nèi)低溫液體的自然汽化量 ；

②內(nèi)筒體 ：儲(chǔ)備低溫液體 ；

③汽化器 ：通過(guò)與外桶內(nèi)壁的熱交換，實(shí)現(xiàn)將瓶?jī)?nèi)的液態(tài)氣體轉(zhuǎn)化為氣態(tài) ；

④ 液閥 ：控制杜瓦瓶進(jìn)行液體充灌或從瓶中排出液體 ；

⑤安全閥 ：當(dāng)容器的壓力大于最大工作壓力時(shí)自動(dòng)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(shí)，用此閥排放瓶?jī)?nèi)氣相空間的氣體，降低瓶?jī)?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(chǔ)存或其他情況下發(fā)生瓶?jī)?nèi)壓力超過(guò)最高工作壓力時(shí)，可用此閥人工排放瓶?jī)?nèi)的氣體，以降低瓶?jī)?nèi)的壓力 ；

⑦ 壓力表 ：指示瓶?jī)?nèi)筒的壓力 ；

⑧ 增壓閥 ：此閥開啟后，瓶?jī)?nèi)的液體便會(huì)通過(guò)增壓盤管與外筒壁進(jìn)行熱交換，汽化為氣體，進(jìn)入內(nèi)筒壁上部的氣相空間，使氣瓶建立一定的驅(qū)動(dòng)壓力（內(nèi)壓），以便驅(qū)動(dòng)瓶?jī)?nèi)的低溫液體，使其流動(dòng) ；

⑨ 使用閥 ：用于杜瓦瓶液體汽化回路與用戶用氣進(jìn)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(jì) ：比較直觀地指示容器內(nèi)液面的高低，安裝位置應(yīng)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(jiǎn)析：上部呢有保護(hù)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?jī)?nèi)壓力，但當(dāng)瓶?jī)?nèi)液體液位較低時(shí)，增壓速度很慢，因此，建議用戶在使用前，先將瓶?jī)?nèi)壓力提高，以便使用液體時(shí)，瓶?jī)?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?jī)?nèi)氣體使壓力降低。

進(jìn)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?jī)?nèi)增壓。

增壓調(diào)節(jié)閥：低溫液體通過(guò)此閥進(jìn)入增壓器轉(zhuǎn)化為氣體，回到內(nèi)膽，從而使瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到增壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值。

液位計(jì)：液位計(jì)采用電容式液位計(jì)，電容傳感器根據(jù)瓶?jī)?nèi)的液體高度產(chǎn)生一個(gè)成比例的電信號(hào)，液位顯示表在接受電信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)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(hù)是通過(guò)一個(gè)真空塞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果內(nèi)膽發(fā)生泄漏（導(dǎo)致夾層壓力超高），真空塞將開啟泄壓。萬(wàn)一真空塞發(fā)生泄漏將導(dǎo)致夾層真空破壞，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)外殼出現(xiàn)“發(fā)汗”和結(jié)霜現(xiàn)象。當(dāng)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(zhǔn)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(duì)應(yīng)的閥門, 接著打開與之對(duì)應(yīng)的管道總閥門。最后再打開氣化器進(jìn)口處的閥門, 液體通過(guò)氣化器氣化后經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后供給用戶。供液時(shí), 若鋼瓶的壓力不夠, 可以打開鋼瓶的增壓閥, 通過(guò)鋼瓶自帶的增壓系統(tǒng)對(duì)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(zhǔn)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(duì)應(yīng)的閥門, 接著打開與之對(duì)應(yīng)的管道總閥門。最后再打開氣化器進(jìn)口處的閥門, 液體通過(guò)氣化器氣化后經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后供給用戶。供液時(shí), 若鋼瓶的壓力不夠, 可以打開鋼瓶的增壓閥, 通過(guò)鋼瓶自帶的增壓系統(tǒng)對(duì)鋼瓶增壓, 從而獲得足夠的供液壓力。

杜瓦瓶有兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：第一個(gè)是，同壓縮氣體鋼瓶相比它能夠在相對(duì)低的壓力下容納大量的氣體。第二個(gè)是他提供了容易操作的低溫液體源。由于杜瓦瓶堅(jiān)固可靠，保持時(shí)間長(zhǎng)，以及自身含有氣體供應(yīng)系統(tǒng)，利用其內(nèi)置汽化器及可連續(xù)輸出流量高達(dá)10m3/h的常溫氣體（氧、氮、氬），氣體高恒定輸出壓力達(dá)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(lái)的呢？

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將絕熱瓶?jī)?nèi)外層筒生產(chǎn)分開兩條物流線生產(chǎn)，組裝時(shí)匯總到公共物流線。基本模式如下：

內(nèi)筒

封頭（外定制）檢驗(yàn)---封頭接管組焊（手工氬弧焊工位）---送到與筒身組對(duì)的位置（物料小車）---定尺板（外加工或自加工）檢驗(yàn)----卷圓（3軸卷板機(jī)，帶小卷邊直線段）---輸送到縱縫焊接工位（物料小車）---縱縫自動(dòng)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(dòng)焊接（鎖定卷邊插接，MIG焊）----從操作者對(duì)面輸送組焊結(jié)束筒體（輥道平臺(tái)）-----清洗打壓檢驗(yàn)---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(duì)裝配（纏繞機(jī)吊裝工位上垂直與外筒身組對(duì)）

外筒

定尺板（外加工或自加工）檢驗(yàn)----卷圓（3軸卷板機(jī)，帶小卷邊直線段）---輸送到縱縫焊接工位（物料小車）---縱縫自動(dòng)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(dòng)焊接（鎖定卷邊插接，MIG焊）----從操作者對(duì)面輸送組焊結(jié)束筒體（輥道平臺(tái)）---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(duì)（纏繞機(jī)吊裝工位上垂直與外筒身組對(duì)）

內(nèi)外筒成品

組對(duì)好的工件安裝外封頭----環(huán)縫自動(dòng)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(kù)

對(duì)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(dòng)焊接銅冷卻盤管，筒體拋光，檢驗(yàn)等，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況確定。一般按如下流程進(jìn)行：

定制板料檢驗(yàn)----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(dòng)焊銅冷卻盤管）----封頭組對(duì)----環(huán)縫焊接----內(nèi)外筒組焊結(jié)束-----封閉式拋光房進(jìn)行外壁拋光---檢漏儀檢驗(yàn)—包裝入庫(kù)。

那么在使用中需要注意哪些安全事項(xiàng)呢？

杜瓦瓶一般情況下有 4 個(gè)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(jì)。杜瓦瓶不但設(shè)置了安全閥，而且還設(shè)置了爆破片 [6]。一旦瓶?jī)?nèi)氣體的壓力超過(guò)安全閥的起跳壓力，安全閥立即會(huì)起跳自動(dòng)排氣泄壓。如果安全閥失靈或氣瓶發(fā)生意外導(dǎo)致真空層破壞，瓶?jī)?nèi)壓力急劇升高到一定的程度，其所設(shè)的防爆片即會(huì)自動(dòng)破裂，從而及時(shí)地將瓶?jī)?nèi)的壓力很快降到大氣壓力。杜瓦瓶?jī)?chǔ)存的是醫(yī)用液態(tài)氧，大大增加了儲(chǔ)氧能力。1 只容積為 175 L 的杜瓦瓶，它的儲(chǔ)氧量就相當(dāng)于 28只 40 L 容積的高壓氣瓶的儲(chǔ)氧量，這樣就大大減輕了運(yùn)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(wú)縫鋼管管道輸送氣體，管道上安裝減壓閥、安全閥、壓力表來(lái)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(shí)，先確認(rèn)連接好后，再打開液體使用閥，若氣體壓力達(dá)不到使用要求，可開增壓閥，稍等幾分鐘壓力會(huì)升高并達(dá)到使用要求。

以上的注意點(diǎn)都記住了嗎？