デュワーは二重の壁の間に真空を置いて熱を遮断した

1892年、スコットランドの科学者ジェームズ・デュワーは、元素パラジウムの比熱に関する実験を行っており、それを非常に低温で安定した温度に保つ必要があった。彼の問題は、それほど低温のものはすぐに冷たさを失ってしまうことで、その理由は周囲の空気が伝導と対流によって熱を内部へ運び込むからであった。

彼の解決策は風変わりなものだった。真鍮の容器を作り、それを第二の容器で囲み、その二つの間の空気を排気したのである。気体のほとんどを汲み出してしまえば、熱を伝導したり対流させたりする空気はもはや隙間には存在しない。壁の間のほぼ真空が断熱材となり、中身は設定温度の近くに保たれた。

この原理こそが重要な物理的洞察である。断熱は通常、熱の通り道をより困難にすることで機能する——厚いジャケット、流れの遅い気体、多孔質のフォームなどである。デュワーのフラスコは、通り道そのものを取り除くことで機能する。空気がなくなれば、熱が物理的に隙間を渡るものはほとんど何もなくなるため、壁と首部を通って入り込むわずかな量だけが問題となる。二重壁の排気容器は彼の極低温研究の成果であり、それがデュワー・フラスコと呼ばれる所以である。

デュワーはこの設計を特許取得しなかったため、それはすぐに商品化された。1904年、ドイツのガラス吹き職人ラインホルト・ブルガーとアルベルト・アッシェンブレンナーが、より頑丈な日常用の版を作り、サーモスと名付け、製品と商標の両方を主張した——後に彼らはその名称をめぐってデュワー本人に対して訴訟を起こし勝訴した。

壁の間の空気を取り除く

熱は空気によって伝導され対流される。空気はあらゆる冷たい物体を取り囲む媒体である。

入れ子状の二重の壁の間の空気を排気すると、その媒体が完全に取り除かれる。

ほぼ真空は伝導も対流もできないため、熱が隙間を渡ることはほとんどない。

その結果、同じ大きさのどんな固体断熱材よりもはるかに長く、中身を高温または低温に保つ。

何かが伝導性の媒体に囲まれているためにエネルギーをあまりに速く失う場合、より多くの断熱材を加えるのではなく、媒体そのものを取り除くことが解決策になり得る。

デュワーは1892年に極低温研究の一環として真空フラスコを発明し、特許は取得しなかった。1904年、ラインホルト・ブルガーとアルベルト・アッシェンブレンナーがそれを商業的な日常品に仕立ててサーモスと名付け、権利と名称をめぐってデュワーに対して訴訟を起こし勝訴した。サーモス瓶は世界中に広まり、真空フラスコを家庭用品にした。一方デュワーは王立研究所で研究を続け、1898年には液体水素を初めて製造した。この設計は、飲み物を高温または低温に保つため、また産業で冷たい物質を輸送するために、今も使われている。