保溫瓶

保溫瓶

熱水瓶,也叫保溫瓶,是英格蘭的科學家杜瓦發明的。1900年,他第一次使壓縮氫氣變成液體,即液態氫。這種東西得用瓶子裝起來,可當時並沒有現在這樣的保溫瓶。他就自己研製。他採用真空的辦法,即做成雙層瓶子,把隔層中的空氣抽掉,切斷傳導。可是這樣之後熱的輻射也會影響保溫,於是杜瓦在真空的隔層里又塗了一層銀或反射塗料,把熱輻射擋回去。再用一個塞子把瓶口堵住。這樣熱傳導的三個方式都被切斷了,瓶內膽能較長時間保持溫度。他就用這種瓶子儲存液態氫。後來得到廣泛的套用,幾乎現在每家都有保溫瓶即熱水瓶。

基本信息

簡要介紹

保溫瓶保溫瓶

英文: Thermos, Vacuum flask, Thermos bottle日常用品,外面有竹篾、鐵皮、塑膠等做成的殼,內裝瓶膽。瓶膽由雙層玻璃製成,夾層中的兩面鍍上銀等金屬,中間抽成真空,瓶口有塞子,可以在較長時間內保持瓶內的溫度。盛熱水的通常叫暖水瓶;盛冷食的通常叫冰瓶。

保溫瓶的發明者:英國 化學家和物理學家 詹姆士·杜瓦 1892年 因此又叫杜瓦瓶。

有關保溫瓶的概念很簡單:瓶有內壁和外壁;兩壁之間呈真空狀。真空中無法進行熱傳導和對流,而鍍上的金屬反射層可以反射熱輻射。所以凡是倒入瓶里的液體都能在相當長的一段時間內,保持它原有的溫度。

這就是為什麼保溫瓶能夠冬天保持飲料暖熱,夏天保持飲料冷涼的原因。許多參加過多次旅遊的人覺得很難想像,沒有保溫瓶會是一種什麼樣的情形。

杜瓦在-240攝氏度的低溫下制出了液態氧.為了保存這種液態氧,他設計了一個熱不能傳進去,也不能散出來的瓶子.現在我們使用的保溫瓶,就是從這種"杜瓦瓶"演變出來的.杜瓦的保溫瓶,是根據熱傳遞設計的:第一,它用兩層玻璃瓶製成,瓶中間抽趁真空,隔絕了空氣的熱傳導和對流;第二,瓶壁塗上了水銀,就像鏡子反射光線那樣,能把熱量的輻射反射回瓶內;第三,瓶口蓋上瓶塞,防止熱從瓶口溜出去,若用來裝開水,也就成了保溫瓶.

然而,認識到保溫瓶在各種情形中都會有用的是德國玻璃製造工人賴因霍爾德·伯格。他在1903年獲得了保溫瓶的專利,並且制訂了把它投入市場的計畫。

伯格甚至舉辦了一次給他的保溫瓶起個好名字的比賽。他挑選的獲勝名字是"瑟莫斯"(即熱水瓶),那是關於熱的希臘字。

伯格的產品非常成功,很快他就將保溫瓶運往世界各地。

保溫瓶經常為科學上的用途服務,例如,當液體需要保持恆溫時。牛痘苗、血清和其他液體也經常用保溫瓶來運送。

現在的保溫瓶裡面不再是塗水銀了,60年代以前是鍍銀層,現在是鍍氧化鎂。

組成

保溫瓶由內膽、外殼和附加部件組成(見圖)。

保溫瓶保溫瓶

①內膽:由內外兩個玻璃瓶組合而成。兩者在瓶口處連線成一體,兩瓶壁間隙抽成真空以削弱熱對流,玻璃瓶壁表面鍍光亮銀膜反射紅外熱輻射線。瓶內高溫時,內容物的熱能不向外輻射;瓶內低溫時,瓶外熱能不向瓶內輻射,保溫瓶有效地控制了傳導、熱對流和輻射3種傳熱的途徑。

保溫瓶保溫的薄弱處是瓶口。在玻璃內外瓶瓶口連線處有熱量傳導,瓶口通常靠軟木塞或塑膠塞阻擋熱散失。因而保溫瓶容量越大、瓶口越小,則保溫效能越高。瓶壁夾層高度真空的長久保持極為重要。如果夾層中漸漸充氣或損壞封沒的抽氣小尾,破壞夾層真空狀態,保溫瓶膽即喪失保溫效能。

保溫瓶膽除採取玻璃材質製成外,還有採用不鏽鋼或無毒無臭的塑膠做成的。金屬瓶膽堅固耐用,不易損壞,但導熱率遠大於玻璃,製成的瓶膽保溫效能稍差。用塑膠製成的單層或雙層壁容器,填充泡沫塑膠隔熱,輕巧方便,不易破碎,但其保溫效能比真空瓶膽差。

②外殼:具有一定的強度,以保護內膽和增加裝飾效果。外殼的材質有鍍錫薄鋼板、黃銅、合金鋁、不鏽鋼和塑膠等,中國還有黑鐵皮、竹篾、竹筒、木、搪瓷等。為使用便利和美觀,外殼可作多種造型變化和作多種裝飾。裝飾方法包括印色、噴漆、噴花、電鍍、噴塑、拋光、刻花、染色等。

③附加部件:按出水方式配備不同的部件。普通型保溫瓶適應手持殼柄、傾瓶倒水,需配備瓶塞,如軟木塞、軟橡膠膨脹塞、腔內滾球控水塑膠塞、螺紋出水槽鏇動塑膠塞等。通過虹吸出水的保溫瓶需在瓶膽內配備虹吸管和閥裝置。氣壓出水的保溫瓶稱氣壓式保溫瓶,有兩種結構。常用的是在殼蓋部位裝小型氣鼓,用手或通過機構撳按,使液面受氣壓,通過導管出水;另一種是可在殼體裝上小型電磁振動泵,使液面受氣壓,通過導管出水。盛裝食物的大口保溫瓶為適應使用需求,還有加裝無毒塑膠內襯和配置造型吻合的小套盛器等部件。

製造工藝

保溫瓶的核心部件是瓶膽。製造瓶膽需經以下4個步驟:

保溫瓶膽保溫瓶膽

①瓶坯製備。保溫瓶用的玻璃材質屬常用的鈉鈣矽酸鹽玻璃。取均勻無雜質的高溫玻璃液,在金屬模具中分別吹成壁厚為1~2mm的玻璃內瓶坯和外瓶坯(見玻璃製造)。

②制膽坯。內瓶置於外瓶之中,瓶口連封成一體,並在外瓶底設定供鍍銀、抽氣操作的導管,這種玻璃構造體稱為瓶膽坯。制玻璃瓶膽坯主要有拉底封口法、縮肩封口法和腰接封口法3種。拉底封口法是將內瓶坯割口,外瓶坯割口割底,內瓶從外瓶底端套入並用石棉塞鑲墊固定,再將外瓶底收圓封閉,接小尾導管,兩瓶口部熔封。縮肩封口法是將內瓶坯割口,外瓶坯割口,內瓶從外瓶上端套入並用石棉塞鑲墊固定,外瓶縮徑收成瓶肩並熔封兩瓶口,接小尾導管。腰接封口法是將內瓶坯割口,外瓶坯割口並把腰部割成兩段,內瓶放入外瓶,將腰部重新熔接,接小尾導管。

③鍍銀。將一定數量銀氨絡合物溶液和作為還原劑的醛類溶液通過小尾導管灌入瓶膽坯夾層中,進行銀鏡反應,銀離子被還原沉積在玻璃表面形成一鏡面銀膜薄層。

④抽真空。將已鍍銀層的雙層瓶膽坯的尾管與真空系統連線,加熱至300~400℃,促使玻璃釋放出所吸附的各種氣體和殘餘水分。同時用真空泵抽氣,瓶膽夾層空間的真空度達10 ~10 mmHg時熔封尾管。

保溫質量

1. 檢查瓶膽尾部的奶尖(即抽氣嘴)是否完整無損,如果有斷裂就破壞了瓶膽夾層間的真空,失去了保溫能力。

2. 察看瓶膽有無爆裂痕跡。

3. 看瓶口是否圓。如果瓶口不圓,瓶塞不能密封,會降低保溫能力。

4. 檢查石棉墊是否位移或脫落。石棉墊即瓶膽中部的三個圓形黑點,它支撐在內外膽之間,如果位移或脫落,瓶膽就會因不能承受應有的盛水壓力而爆裂。

發展歷史

考古學家在古羅馬龐貝城廢墟中,曾經發現了一個雙層容器。這個容器可能就是保溫瓶的前身。不過世界上第一隻真正的保溫瓶其實叫“杜瓦瓶”。

1643年,義大利人托創造出汞氣壓表後提出了有名的真空理論。這個理論其實對保溫瓶的出現具有重大意義,但在以後的兩個半世紀裡,卻沒有發明出真正的保溫瓶。

1879年,德國物理學家瓦因為了儲存實驗室的液化氣體,聽從了霍里德教授的建議,用兩層中間為真空的薄玻璃製成容器。1881年他撰寫了論文《瓦因霍里德瓶》。

1890年,英國化學家盾姆斯·久阿爾改進了瓦因霍里德瓶,在瓶壁上鍍上一層銀,這樣可以降低熱輻射,減緩熱量通過玻璃的散失。於是久阿爾瓶誕生了。

而我們現代的保溫瓶的發明者叫詹姆士·杜瓦爵士,他是英國的一名科學家,主要是研究極低溫度的液體。在1892年,杜瓦被邀請到英國科學研究所將“液化氣”的課程。為了使教學更好的進行,在去之前他讓一個叫柏格的玻璃匠給他製作了一個雙層玻璃容器,並用水銀塗滿兩層膽壁,使熱量的傳遞大大減少。然後他又抽掉了兩層之間的空氣,於是真空瓶出現了。這隻真空瓶就是世界上最早的保溫瓶。此保溫瓶被稱為“杜瓦瓶”。如今在英國倫敦研究所內,還保存著早期的杜瓦真空品。杜瓦當時並未重視真空瓶的發明,而是對抽出空氣的理論非常重視,為這一理論申請了專利。到1902年德國人柏格看到了保溫瓶的廣大的潛在市場,於是開始推銷保溫瓶。兩年後,並以自己的名義爭取到了保溫瓶的專利。他發現玻璃瓶膽很容易碎裂,就用鎳製造外殼,來保護瓶膽。起初,保溫瓶主要套用於實驗室、醫院和探險隊,後來逐漸走進日常生活。

1904年,柏林吹制玻璃器皿的工人布爾蓋經過研究,給久阿爾瓶添加了護熱套,這樣在市面上就有了能儲存熱咖啡或紅茶的容器。從此各式各樣的保溫瓶也就陸續問世了。

人們發現保溫瓶塞的保暖效果是瓶子中最差的部分。後來人們就用膨脹橡膠、塑膠塞取代了軟木塞,增強了保溫效果。

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