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真空フラスコ（デュワーフラスコ、デュワーボトル、魔法瓶とも呼ばれる）は、内容物の温度変化を遅らせる断熱容器です。断熱性を最大限に高めることで、内容物がフラスコの周囲よりも高温または低温の状態を保つ時間を大幅に延長します。1892年にジェームズ・デュワーによって発明された真空フラスコは、2つのフラスコが入れ子式になっており、首の部分で接合されています。2つのフラスコの間の隙間は部分的に空気が抜かれており、ほぼ真空状態になっているため、伝導や対流による熱伝達が大幅に減少します。冷たい液体を入れる場合、フラスコの外側に結露が発生するのもほぼ完全に防ぐことができます。
魔法瓶は、家庭では内容物を長時間温かくまたは冷たく保つために使われます。また、保温調理にも使用されます。魔法瓶は、産業分野でも様々な用途に利用されています。
真空フラスコは、スコットランドの科学者ジェームズ・デュワーが1892年に極低温学の研究の結果として設計・発明したもので、彼の功績を称えてデュワーフラスコと呼ばれることもあります。デュワーは、元素パラジウムの比熱を測定する実験を行っていた際に、パラジウムを目的の温度に保つために、別の容器で囲まれた真鍮製の容器を作りました。[ 1 ]彼は2つの容器の間の空気を抜き、部分的な真空状態を作り出すことで、内容物の温度を安定させました。デュワーはこの発明の特許取得を拒否したため、ガラスやアルミニウムなどの新しい材料を使ってフラスコを開発することができ、化学実験の重要な道具となり、一般的な家庭用品にもなりました。[ 1 ]
デュワーのデザインは、1904 年にドイツのガラス職人であるラインホルト・バーガーとアルベルト・アッシェンブレンナーの 2 人が、冷たい飲み物を冷たく、温かい飲み物を温かく保つことができることを発見し、日常使いに適したより頑丈なフラスコのデザインを発明したことで、すぐに商業製品へと変わりました。[2][3] デュワーのフラスコのデザインは特許を取得していませんでしたが、この製品の商業的用途を発見したドイツ人はそれをサーモスと名付け、その後、商業製品に対する権利と名前の商標の両方を主張しました。その後、発明の権利を主張しようとしたデュワーは、代わりに会社との裁判で敗訴しました。[ 4 ]サーモスボトルの製造と性能は、ウィーンの発明家であり商人でもあるグスタフ・ロベルト・パーレンによって大幅に改善され、洗練されました。彼は家庭用のさまざまなタイプを設計し、特許を取得し、米国、カナダ、英国のサーモスボトル会社を通じて広く販売しました。これらの会社は、それぞれの国の市場向けにライセンスを取得しました。アメリカン・サーモス・ボトル社はコネチカット州ノーウィッチで大量生産体制を構築し、価格を引き下げ、家庭での使用向けに製品を広く流通させることができた。[ 2 ]時が経つにつれ、同社は主に外出先でコーヒーを持ち運んだり、キャンプ旅行で飲み物を温かいまままたは冷たいまま持ち運んだりするために使用されるこれらの消費者向け製品のサイズ、形状、素材を拡大した。最終的に、他のメーカーも消費者向けに同様の製品を製造するようになった。
「サーモス」という用語は、一般的に真空フラスコの代名詞となった。2023年現在ThermosとTHERMOS は、米国を含む一部の国では登録商標のままですが、 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]小文字の「thermos」は、1963 年に米国で裁判所の訴訟により一般名称化された商標と宣言されました。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
真空フラスコは、2つの容器が内側に配置され、首の部分で接合された構造になっています。2つの容器の間の隙間は部分的に空気が抜かれており、部分的な真空状態になっているため、熱伝導や対流が抑制されます。隙間に面するフラスコの表面を銀メッキすることで熱放射による熱伝達を最小限に抑えることができますが、フラスコの内容物や周囲が非常に高温の場合は問題となる可能性があります。そのため、真空フラスコは通常、水の沸点以下の温度の物質を保持します。熱伝達の大部分は、真空状態ではないフラスコの首と開口部を通して行われます。真空フラスコは通常、金属、ホウケイ酸ガラス、発泡体、またはプラスチックで作られており、開口部はコルクまたはポリエチレンプラスチックで塞がれています。真空フラスコは、断熱輸送容器としてよく使用されます。
非常に大型または長尺の真空フラスコは、首の部分だけでは内側のフラスコを十分に支えられない場合があるため、内側と外側のシェル間にスペーサーを挿入して補強します。これらのスペーサーは熱橋として機能し、スペーサーが内面と接触する部分のフラスコの断熱性を部分的に低下させます。
NMRやMRI装置など、いくつかの技術的応用では、二重真空フラスコが用いられています。これらのフラスコは2つの真空部から構成されています。内側のフラスコには液体ヘリウムが、外側のフラスコには液体窒素がそれぞれ封入されており、その間に真空部が設けられています。このようにすることで、貴重なヘリウムの損失を最小限に抑えることができます。
真空フラスコのその他の改良点としては、蒸気冷却式放射シールドと蒸気冷却式ネック[ 11 ]があり、どちらもフラスコからの蒸発を減らすのに役立ちます。
研究室や産業界では、真空フラスコは、急速冷凍、試料調製、その他極低温の生成または維持が必要な工程において、液化ガス（一般的には沸点77Kの液体窒素）を保持するためによく使用されます。大型の真空フラスコは、酸素や窒素など、周囲温度よりはるかに低い温度で気化する液体を貯蔵します。この場合、ボトル内部の極低温領域に熱が漏れることで液体がゆっくりと沸騰するため、圧力上昇によるフラスコの破損を防ぐために、栓のない狭い開口部、または圧力逃がし弁で保護された栓付きの開口部が必要となります。真空フラスコの断熱性により沸騰が非常にゆっくりと進行するため、内容物は冷凍装置を用いなくても長期間液体状態を保つことができます。
真空フラスコは、電気標準として使用される高精度電圧調整装置において、標準セルやオーブン処理されたツェナーダイオード、およびそれらのプリント基板を収容するために用いられてきた。フラスコは、長期間にわたってツェナーダイオードの温度を制御するのに役立ち、温度変動によるツェナー標準の出力電圧の変動を数ppm以内に抑えるために使用された。
特筆すべき用途の一つとして、カナダのGuildline Instruments社が開発したTransvoltモデル9154B飽和標準セル（電圧標準器）が挙げられる。この装置では、銀メッキされた真空フラスコをフォーム断熱材で覆い、大型のガラス製真空プラグを用いて飽和セルを固定した。出力は1.018ボルトで、数ppm以内の精度で安定していた。
真空フラスコの原理は、特定の種類のロケット燃料の貯蔵に最適であり、NASAは1960年代と1970年代にサターンロケットの推進剤タンクでこれを広く使用した。[ 12 ]
デュワー瓶のデザインと形状は、2つの区画とその間の空間の形状が、光が目に当たる方法に似ているという考えに基づいて、光学実験のモデルとして使用されました。 [ 13 ]また、真空フラスコは、さまざまな化学物質を一定の温度に保つためのコンデンサとして使用する実験にも使用されています。[ 14 ]
工業用デュワー瓶は、医療品の輸送をパッシブ断熱するために使用される装置のベースです。[ 15 ] [ 16 ]ほとんどのワクチンは熱に弱く[ 17 ] [ 18 ] 、安定した氷点下に近い温度に保つためにコールドチェーンシステムが必要です。Arktek装置は、8個の1リットルの氷塊を使用してワクチンを10 ℃以下に保ちます。[ 19 ]
石油・ガス業界では、ワイヤーライン検層ツールの電子部品を絶縁するためにデュワー瓶が使用されています。[ 20 ]従来の検層ツール（耐熱温度350 °F）は、すべての敏感な電子部品をデュワー瓶に取り付けることで高温仕様にアップグレードされます。[ 21 ]
真空フラスコは 内破の危険性があり、特に真空状態のガラス容器は予期せず破損する可能性があります。欠け、傷、ひび割れは、特に容器の温度が急激に変化した場合（熱い液体や冷たい液体を加えた場合）に、危険な容器破損の起点となる可能性があります。デュワー真空フラスコは、使用前に適切な焼き戻し処理を行うことで、その機能を維持し、最適化することが推奨されます。ガラス真空フラスコは通常、金属製の台座に取り付けられ、円筒部分はメッシュ、アルミニウム、またはプラスチックで覆われているか、またはコーティングされています。これは、取り扱いを容易にし、物理的な損傷から保護し、破損した場合に破片が飛び散るのを防ぐためです。
さらに、極低温貯蔵用デュワーは通常加圧されているため、圧力逃がし弁を使用しないと爆発する可能性がある。
真空フラスコを設計する際には、熱膨張を考慮する必要があります。外壁と内壁は異なる温度にさらされるため、膨張率も異なります。外壁と内壁の熱膨張率の差によって、真空フラスコが破裂する可能性があります。管状真空フラスコでは、破裂を防ぎ真空状態を維持するために、一般的に伸縮継手が使用されます。
「サーモス」LIVEの特長：二重壁構造で壁の間に真空層があるガラス容器
「サーモス」ライブ：保温容器向け
「サーモス」は、ボトル、瓶、デカンタ、カラフェ、[ヒップフラスク、]コーヒーポット、ティーポット、水差し、ランチキット、ランチボックス、ボトル用キャリングケース[、およびボトル、瓶、カラフェ、水差し、デカンタ、コーヒーポット、ティーポットに使用される二重壁真空充填ガラス]にご使用いただけます。
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