Isolierkannen

Isolierkannen werden im Haushalt verwendet, um Getränke lange heiß oder kalt zu halten, und kommen in der Industrie für viele Zwecke zum Einsatz.

Aufbau

Eine Isolierkanne besteht aus zwei Behältern, von denen einer im anderen sitzt und beide am Hals miteinander verbunden sind. Der Zwischenraum wird teilweise luftleer gepumpt. Dadurch entsteht ein Teilvakuum, das die Wärmeübertragung und Konvektion verringert. Die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung lässt sich minimieren, indem die zum Zwischenraum gerichtete Oberfläche der Kanne versilbert wird. Das kann jedoch problematisch sein, wenn der Inhalt des Kessels oder die Umgebung sehr heiß ist. Deshalb halten Vakuumkessel den Wasserinhalt in der Regel unterhalb des Siedepunkts. Der größte Teil der Wärme wird über den Hals und die Öffnung des Kessels übertragen, wo kein Vakuum besteht. Isolierkannen bestehen meist aus Metall, Borosilikatglas, Schaumstoff oder Kunststoff; ihre Öffnungen werden mit Kork oder Polyethylen verschlossen. Vakuumbehälter werden häufig als isolierte Transportbehälter verwendet.

Sehr große oder sehr lange Isolierkannen können den Innenbehälter manchmal nicht allein am Hals ausreichend stützen. Daher sorgt ein Abstandhalter zwischen Innen- und Außenhülle für zusätzliche Stabilität. Diese Leitbleche wirken als Wärmebrücken und verringern die Isolierwirkung der Kanne im Bereich, in dem sie mit der Innenfläche in Kontakt kommen.

Bei einigen technischen Anwendungen, etwa in NMR- und MRT-Geräten, kommen Doppel-Vakuumbehälter zum Einsatz. Diese Kessel haben zwei Vakuumabschnitte. Der innere Behälter wird mit flüssigem Helium, der äußere mit flüssigem Stickstoff gefüllt; dazwischen befindet sich ein Vakuumraum. So wird der Verlust des kostbaren Heliums begrenzt.

Weitere Verbesserungen bei Vakuumbehältern sind ein dampfgekühlter Strahlungsschutz und ein dampfgekühlter Hals. Beide tragen dazu bei, die Verdampfung des Inhalts zu verringern.

Sicherheit

Bei Isolierkannen besteht die Gefahr einer Implosion. Besonders Glasbehälter können unter Vakuum versehentlich zerspringen. Absplitterungen, Kratzer oder Risse können zu einem gefährlichen Behälterversagen führen, vor allem wenn sich die Temperatur des Behälters schnell ändert, etwa beim Einfüllen heißer oder kalter Flüssigkeiten. Um die Funktionsfähigkeit des Geräts zu erhalten und zu optimieren, empfiehlt es sich, den Dewar vor der Verwendung durch Tempern vorzubereiten. Glas-Vakuumkannen sind häufig in einem Metallsockel befestigt. Die Zylinder sind von einem Netz umgeben oder mit Aluminium oder Kunststoff beschichtet, um die Handhabung zu erleichtern, sie vor Beschädigungen zu schützen und bei einem Bruch die Splitter aufzufangen.

Auch kryogene Dewar-Lagerbehälter stehen meist unter Druck und können explodieren, wenn kein Überdruckventil verwendet wird.

Bei der Konstruktion eines Vakuumbehälters muss die Wärmeausdehnung berücksichtigt werden. Die äußere und die innere Wand sind unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt und dehnen sich daher unterschiedlich stark aus. Durch diese Differenz kann der Vakuumbehälter bersten. In röhrenförmigen Isolierkannen werden häufig Dehnungsfugen verwendet, um ein Bersten zu verhindern und das Vakuum aufrechtzuerhalten.