Thermoskannen

Thermoskannen worden thuis gebruikt om dranken lange tijd warm of koud te houden, en worden in de industrie voor allerlei doeleinden ingezet.

Ontwerp

Een thermoskan bestaat uit twee houders, waarvan de ene in de andere is geplaatst en die bij de hals met elkaar verbonden zijn. De ruimte tussen de twee houders is gedeeltelijk vacuüm gezogen, waardoor een gedeeltelijk vacuüm ontstaat dat warmteoverdracht door geleiding of convectie vermindert. Warmteoverdracht door warmtestraling kan worden beperkt door het naar de tussenruimte gerichte oppervlak van de kan te verzilveren. Dit kan echter een probleem vormen als de inhoud van de ketel of de omgeving erg heet is. Daarom houden vacuümketels de inhoud doorgaans in water onder het kookpunt. De meeste warmte wordt via de hals en de opening van de ketel overgedragen, waar geen vacuüm is. Thermoskannen zijn meestal gemaakt van metaal, borosilicaatglas, schuim of kunststof, en de openingen worden afgesloten met kurk of polyethyleen. Vacuümtanks worden vaak gebruikt als geïsoleerde transportcontainers.

Zeer grote of lange thermoskannen kunnen de binnenkan soms niet alleen bij de hals ondersteunen. Een afstandhouder tussen de binnen- en buitenwand biedt dan extra steun. Deze schotten vormen warmtebruggen en verminderen de isolerende werking van de kan gedeeltelijk op de plekken waar ze in contact komen met het binnenoppervlak.

Sommige technische toepassingen, zoals NMR- en MRI-apparaten, maken gebruik van dubbele vacuümtanks. Deze ketels hebben twee vacuümcompartimenten. De binnentank is gevuld met vloeibaar helium, de buitentank met vloeibare stikstof, en daartussen bevindt zich een vacuümgedeelte. Zo blijft het verlies van kostbaar helium beperkt.

Andere verbeteringen aan de vacuümhouder zijn een dampgekoeld stralingsschild en een dampgekoelde hals. Beide helpen de verdamping uit de vacuümhouder te beperken.

Veiligheid

Thermoskannen kunnen imploderen. Dit geldt vooral voor glazen houders, die onder vacuüm per ongeluk kunnen breken. Schilfers, krassen of barsten kunnen het begin zijn van gevaarlijke schade aan de houder, vooral wanneer de temperatuur snel verandert, bijvoorbeeld bij het toevoegen van hete of koude vloeistoffen. Om de werking van het apparaat te behouden en te optimaliseren, wordt aanbevolen de Dewar vóór gebruik door tempereren voor te bereiden. Glazen vacuümkannen zijn meestal in een metalen voet geplaatst, met cilinders in of bekleed met gaas, aluminium of kunststof. Dit vergemakkelijkt het hanteren, beschermt tegen fysieke schade en houdt fragmenten bijeen als de kan breekt.

Ook cryogene opslag-Dewars staan meestal onder druk en kunnen exploderen als er geen overdrukventiel wordt gebruikt.

Bij het ontwerpen van een vacuümtank moet rekening worden gehouden met thermische uitzetting. De buiten- en binnenwand worden blootgesteld aan verschillende temperaturen en zetten daardoor in verschillend tempo uit. Door het verschil in thermische uitzetting tussen de buiten- en binnenwand kan de vacuümtank scheuren. In buisvormige vacuümkannen worden vaak compensatoren gebruikt om scheuren te voorkomen en het vacuüm intact te houden.