ما هي اسطوانة ديوار؟
Nov 29, 2023
ما هي اسطوانة ديوار؟
أسطوانة ديوار، والمعروفة أيضًا باسم قارورة ديوار أو الوعاء المبرد، عبارة عن حاوية مصممة خصيصًا لتخزين ونقل المواد شديدة البرودة، مثل الغازات المسالة أو السوائل المبردة. تم تسميته على اسم السير جيمس ديوار، الكيميائي والفيزيائي الاسكتلندي الذي اخترع قارورة ديوار في أواخر القرن التاسع عشر. تُستخدم هذه الأسطوانات على نطاق واسع في مختلف التطبيقات العلمية والطبية والصناعية حيث يعد الحفاظ على درجات الحرارة المنخفضة أمرًا بالغ الأهمية. في هذه المقالة، سوف نستكشف البناء ومبدأ العمل والاستخدامات واعتبارات السلامة المرتبطة بأسطوانات الديوار.
بناء اسطوانة ديوار
تتكون أسطوانة الديوار النموذجية من وعاءين متحدين المركز مصنوعين من مواد عالية الجودة توفر عزلًا حراريًا ممتازًا. عادة ما يكون الوعاء الداخلي، المعروف أيضًا باسم الأسطوانة الداخلية أو القارورة الداخلية، مصنوعًا من زجاج البورسليكات أو الفولاذ المقاوم للصدأ ويحمل المادة المبردة. يحيط الوعاء الخارجي، المعروف بالغلاف الخارجي أو الأسطوانة الخارجية، بالوعاء الداخلي ويعمل كطبقة واقية.
ويوجد بين الوعاءين فراغ يعرف بالفضاء الحلقي. يقلل الفراغ من انتقال الحرارة عن طريق التوصيل والحمل الحراري، حيث لا توجد جزيئات لتوصيل الحرارة أو نقلها عبر تيارات الهواء. يسمح هذا التصميم بتخزين المواد المبردة على المدى الطويل دون تبخر مفرط أو تقلبات في درجات الحرارة.
مبدأ العمل لأسطوانة ديوار
يعتمد مبدأ عمل أسطوانة الديوار على الحفاظ على الطاقة الحرارية ومنع التبادل الحراري مع البيئة المحيطة. يساعد الجمع بين العزل الفراغي والخصائص العاكسة للوعاء الداخلي على الحد من انتقال الحرارة.
عندما يتم تخزين مادة مبردة في الوعاء الداخلي، تكون درجة غليانها منخفضة للغاية، وعادة ما تكون أقل من -150 درجة (-238 درجة فهرنهايت). إن الضغط الذي تمارسه المادة المتبخرة منخفض نسبيًا، مما يتيح تخزينها بأمان عند الضغط الجوي.
يضمن العزل الفراغي لأسطوانة الديوار أن يتم نقل الحرارة بشكل رئيسي من خلال فقدان الحرارة الإشعاعي. يعكس الطلاء الفضي أو المعدني الموجود على الوعاء الداخلي الحرارة المشعة، مما يقلل من امتصاصها وبالتالي يقلل من ارتفاع درجة حرارة المادة المخزنة. يوفر هذا التصميم حاجزًا حراريًا عالي الكفاءة، مما يمنع المادة من التسخين بسرعة.
استخدامات اسطوانات ديوار
تتمتع أسطوانات ديوار بمجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف المجالات نظرًا لقدرتها على تخزين ونقل المواد المبردة بكفاءة. بعض الاستخدامات الشائعة تشمل:
1. البحث العلمي: يتم استخدام أسطوانات ديوار على نطاق واسع في المختبرات لتخزين ونقل النيتروجين السائل والهيليوم السائل والمواد المبردة الأخرى. هذه المواد ضرورية للتجارب ذات درجات الحرارة المنخفضة، والحفاظ على العينات، وتبريد المواد أو الأدوات الحساسة.
2. التطبيقات الطبية: في المجال الطبي، تعتبر أسطوانات الديوار ضرورية للحفظ بالتبريد والجراحة بالتبريد. يتضمن الحفظ بالتبريد تجميد وتخزين العينات البيولوجية، مثل الحيوانات المنوية أو البويضات أو الأجنة أو عينات الأنسجة، لاستخدامها في المستقبل. ومن ناحية أخرى، تستخدم الجراحة البردية البرد الشديد لتدمير الخلايا غير الطبيعية أو الأورام.
3. التطبيقات الصناعية: تتطلب بعض الصناعات، مثل تصنيع أشباه الموصلات، مواد مبردة لعمليات مختلفة. يتم استخدام أسطوانات ديوار لتخزين وتزويد هذه المواد للتبريد أو التنظيف أو الحفاظ على المعدات أو المواد الحساسة.
4. صناعة الأغذية والمشروبات: تستخدم أسطوانات ديوار أيضًا في صناعة الأغذية والمشروبات، خاصة لتخزين ونقل النيتروجين السائل. يتم استخدام النيتروجين السائل في المنتجات الغذائية ذات التجميد السريع، أو صنع الآيس كريم الجديد، أو إنتاج الكوكتيلات المجمدة، من بين تطبيقات الطهي الأخرى.
5. تخزين الطاقة: بعض أنظمة تخزين الطاقة المتقدمة، مثل تخزين الطاقة المبردة، تستخدم أسطوانات ديوار لتخزين الهواء السائل أو النيتروجين السائل لتخزين الطاقة على نطاق واسع. وتهدف هذه التقنية إلى تخزين الكهرباء الزائدة المنتجة خارج ساعات الذروة وإطلاقها خلال فترات ارتفاع الطلب.
اعتبارات السلامة
في حين أن أسطوانات ديوار مصممة لتخزين ونقل المواد المبردة بكفاءة، إلا أن هناك العديد من اعتبارات السلامة التي يجب أخذها بعين الاعتبار:
1. الحروق الباردة: يمكن أن تسبب المواد المبردة قضمة صقيع شديدة أو حروقًا باردة عند ملامستها للجلد. يجب ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة، بما في ذلك القفازات والنظارات الواقية المعزولة، أثناء التعامل مع أسطوانات الديوار.
2. تراكم الضغط: يؤدي تبخر المواد المبردة داخل أسطوانة الديوار إلى تراكم الضغط. يمكن أن يؤدي الضغط الزائد إلى تمزق الأسطوانة، مما يؤدي إلى مخاطر محتملة. يعد التحرير المنتظم للضغط الزائد أو التنفيس ضروريًا لضمان التشغيل الآمن.
3. خطر الاختناق: تحل المواد المبردة محل الأكسجين ويمكن أن تؤدي إلى نقص الأكسجين في المناطق سيئة التهوية. يجب الحفاظ على التهوية الكافية أثناء العمل بأسطوانات الديوار لمنع الاختناق.
4. مخاطر الحريق: بعض المواد المبردة، مثل الأكسجين السائل أو الهيدروجين السائل، شديدة الاشتعال. ويجب اتخاذ الاحتياطات المناسبة لتجنب مصادر الاشتعال، ويجب اتخاذ تدابير السلامة من الحرائق.
خاتمة
في الختام، أسطوانة ديوار هي حاوية متخصصة مصممة لتخزين ونقل المواد المبردة. إن تركيبها، مع وعاء داخلي، وعزل مفرغ، وغطاء خارجي، يوفر عزلًا حراريًا ممتازًا، مما يقلل من نقل الحرارة. تجد أسطوانات ديوار تطبيقات واسعة النطاق في البحث العلمي والمجالات الطبية والعمليات الصناعية وصناعة الأغذية والمشروبات وتخزين الطاقة. على الرغم من فائدتها، إلا أن احتياطات السلامة ضرورية بسبب المخاطر المحتملة المرتبطة بدرجات الحرارة المنخفضة للغاية وتراكم الضغط. مع التعامل السليم والوعي باعتبارات السلامة، تعد أسطوانات ديوار أدوات حيوية تمكن من استخدام المواد المبردة في مختلف التطبيقات الهامة.