Российский химико-аналитический портал  химический анализ и аналитическая химия в фокусе внимания ::: портал химиков-аналитиков ::: выбор профессионалов  
карта портала ::: расширенный поиск              
 



ANCHEM.RU » Форумы » 1. Аналитический форум ...
  1. Аналитический форум | Список форумов | Войти в систему | Регистрация | Помощь | Последние темы | Поиск

Форум химиков-аналитиков, аналитическая химия и химический анализ.

Существуют ли хим. реакции с поглощением тепла, идущие под действием тока? >>>

  Ответов в этой теме: 12
  Страница: 1 2
  «« назад || далее »»

[ Ответ на тему ]


Автор Тема: Существуют ли хим. реакции с поглощением тепла, идущие под действием тока?
Alexey
Пользователь
Ранг: 68

05.12.2005 // 1:11:59     
Мне нужно отводить тепло, локально выделяемое в некотором относительно маленьком объеме. Однако есть ограничения на размер радиатора. Источник тепла (2,5-5 ватт) работает в импульсном режиме (грубо говоря – 10 минут работает, час не работает). Подумал, что хорошо бы поглощение тепла осуществлять за счет химической реакции: в течение работы источника тепла током инициируется некоторая химическая реакция, сопровождающаяся поглощением тепла. После того как ток прекращается (После выключения источника тепла), происходит (Примерно при комнатной температуре) обратная химическая реакция. В результате чего поглощенное тепло выделяется и постепенно, в течение примерно часа, рассеивается. Объем химического вещества - поглотителя тепла должен быть около 10-50 кубических сантиметров.
Не существует ли какое-нибудь, относительно не дорогое химическое вещество с такими свойствами?
ANCHEM.RU
Администрация
Ранг: 246
Леонид
VIP Member
Ранг: 5266


05.12.2005 // 9:09:48     
Редактировано 1 раз(а)

Алексей! У Вас, как мне кажется, есть удивительная способность усложнять свою зазачу.
Для описанных целей идеально подойдет какая либо миниатюрная емкость, заполненная веществом, способным при используемом температурном интервале совершать фазовый переход. Например, плавиться.
К примеру, это может быть банальный парафин или кристаллогидрат тиосульфата натрия. При нагреве вещество начнет плавиться, и пока все не расплавится, температура не повысится. При отключении нагрева вещество начнет застывать выделяя тепло в окружающую среду. Это своеобразный аккумулятор тепла.
Без применения химии задача решается еще проще.
Нужно использовать элемент Пельтье. Они широко используются в радиотехнике в качестве эффективных радиаторов для мощных транзисторов или диодов. Это такой брикетик размером с половину спичечного коробка или меньше с двумя выводами. При подключении к выводам постоянного тока одна сторона брикетика нагревается, а другая - охлаждается, причем довольно существенно.
Преимущество такого элемента как раз в том и состоит, что работать он будет только тогда, когда подключено электричество. Для этого питание элемента блокируют с включением нагрева.
Про элементы Пельтье можно почитать здесь:
www.nvworld.ru/docs/pelte.html
Alexey
Пользователь
Ранг: 68


06.12.2005 // 4:50:38     
Леонид,
По поводу аккумулятора тепла на фазовом переходе: мне казалось, что мне его использовать невозможно. Т.к. требуется. Чтобы аккумуляция тепла происходила при любой из температур от 10-ти до 40 градусов по Цельсию. На сколько понимаю, фазовый переход происходит лишь при заданной температуре. Если она будет равна какому-то значению меньше 40 градусов, например 20-ти, то аккумуляции не будет происходить при температуре более высокой, чем это значение. Т.к. вещество, находясь некоторое время при температуре более высокой чем 20 градусов, фазовый переход уже осуществит. И больше не сможет аккумулировать тепло с его помощью, когда это будет надо. Т.е. при температуре более высокой, чем 20 градусов.
Элемент пельтье я уже пробовал использовать. В моем случае он, как оказалось, имеет 2 недостатка: выделяется как минимум в 2 раза больше тепла, которое нужно аккумулировать, а потом отводить. Это в 2 раза увеличивает объем и вес металла, в котором происходит аккумуляция. Это не желательно.
Кроме того, расположить элемент пельтье вокруг тепловой трубки диаметром около 4 мм – относительно усложняет всю задачу и увеличивает объем области, где тепло аккумулируется. Было бы гораздо проще и удобнее аккумулировать тепло в какой-то химической реакции, если бы соответствующее химическое вещество заняло бы относительно не большой объем.
Мне казалось, что, скорее всего, соответствующих относительно доступных веществ для такой химической реакции не существует. Но люблю прорабатывать все в принципе возможные варианты до конца. Поэтому на всякий случай задал вопрос, чтобы удостовериться в этом либо узнать, что не прав.
Alexandr
Пользователь
Ранг: 129


06.12.2005 // 6:38:05     

Alexey пишет:
Леонид,
По поводу аккумулятора тепла на фазовом переходе: мне казалось, что мне его использовать невозможно. Т.к. требуется. Чтобы аккумуляция тепла происходила при любой из температур от 10-ти до 40 градусов по Цельсию. На сколько понимаю, фазовый переход происходит лишь при заданной температуре. Если она будет равна какому-то значению меньше 40 градусов, например 20-ти, то аккумуляции не будет происходить при температуре более высокой, чем это значение. Т.к. вещество, находясь некоторое время при температуре более высокой чем 20 градусов, фазовый переход уже осуществит. И больше не сможет аккумулировать тепло с его помощью, когда это будет надо. Т.е. при температуре более высокой, чем 20 градусов.
Элемент пельтье я уже пробовал использовать. В моем случае он, как оказалось, имеет 2 недостатка: выделяется как минимум в 2 раза больше тепла, которое нужно аккумулировать, а потом отводить. Это в 2 раза увеличивает объем и вес металла, в котором происходит аккумуляция. Это не желательно.
Кроме того, расположить элемент пельтье вокруг тепловой трубки диаметром около 4 мм – относительно усложняет всю задачу и увеличивает объем области, где тепло аккумулируется. Было бы гораздо проще и удобнее аккумулировать тепло в какой-то химической реакции, если бы соответствующее химическое вещество заняло бы относительно не большой объем.
Мне казалось, что, скорее всего, соответствующих относительно доступных веществ для такой химической реакции не существует. Но люблю прорабатывать все в принципе возможные варианты до конца. Поэтому на всякий случай задал вопрос, чтобы удостовериться в этом либо узнать, что не прав.

Алексей,я например сталкивался со случаем, когда тепло от элемента ПЕльтье отводилось при помощи циркуляционного охладителя со спиртом. И ничего охлаждал до минус 45оС

с уважением,

александр
Леонид
VIP Member
Ранг: 5266


06.12.2005 // 9:06:39     
Увы, Алексей.
Такой обратимой химической реакции с использованием достаточно доступных реактивов просто не существует.
Ну а вещества с растянутым по температуре фазовым переходом есть. Это и парафин и большинство аморфных материалов (силиконы, полимеры).
Далее. Вы не правы насчет элемента Пельтье. Он отводит тепло и выделяет свое при прохождении тока. Но и горячая поверхность при этом нагревается достаточно сильно. А по закону охлаждения Ньютона скорость охлаждения пропорциональна квадрату разницы температур охлаждаемого предмета и окружающей среды. Так что размеры радиатора при использовании такого теплового насоса как элемент Пельтье сокращаются и весьма существенно. Будь это не так, охлаждающие элементы не использовали бы в качестве кулеров в платах компьютеров.
Другой вопрос, если Вам он конструкционно неудобен в использовании.
И еще. Не забывайте при отводе тепла использовать теплопроводные пасты типа КПТ-8. Эффективность отвода тепла с ними можно увеличить до 4-х раз.
Малой
Пользователь
Ранг: 50


06.12.2005 // 20:29:08     
При такой тепловой нагрузке можно забыть о фазовых переходах... А держать температуру в пределе скольки градусов необходимо?
Каталог ANCHEM.RU
Администрация
Ранг: 246
Бидистиллятор из нержавеющей стали UD-2050 Бидистиллятор из нержавеющей стали UD-2050
Предназначен для получения дважды дистиллированной воды повышенного качества. Применяются в медицинских учреждениях, аптеках, лабораториях и для технических нужд. Производительность 5 л/ч.
[ Информация из каталога оборудования ANCHEM.RU ]
Alexey
Пользователь
Ранг: 68


07.12.2005 // 4:28:19     
Никто не подскажет аморфные вещества, у которых температура фазового перехода была бы растянута около 20 градусов по Цельсию?

Леонид
Да, скорость охлаждения возрастает с увеличением разности температуры. К сожалению у меня дополнительное требование, чтобы эта разность (По сравнению с окружающей средой) не превышала, примерно, 5-ти градусов.
К тому же с увеличением разности температур падает КПД термоэлемента. Вы правы - ещё возникают технические неудобства использования термоэлемента.

Малой
"При такой тепловой нагрузке можно забыть о фазовых переходах... "
Не разъясните почему?

Уточняю задачу: отводимая тепловая мощность у меня около 3 ватта. В течении где-то 5-ти минут она должна рассредоточиваться в неком веществе, объемом, желательно, не более 20 кубических сантиметров. Так, чтобы температура не повысилась более, чем на 5 градусов. Источник тепла имеет форму труби, диаметром около 6 мм, длинной – около 5 см.
Указанным параметрам удовлетворяет железо. Однако хотелось бы придумать что-то полегче. Да и чтобы объем поменьше занимало.

Малой
Пользователь
Ранг: 50


08.12.2005 // 20:01:28     
Можно так? У Вас получается труба в трубе межтрубное пространство заполняете водой (можно и металлом или чем другим надо только чтоб коэф. теплопередачи был не меньше требуемого) хотя нужный объем воды порядка 50 мл вот кода тепло выделяется оно поглощается водой, а в течение часа вода охлаждается до рт. сама
Прикидочный расчет на бумаге не охото его забивать...
Alexey
Пользователь
Ранг: 68


09.12.2005 // 5:16:22     
Малой.
Да, водой можно было бы заполнить. В смысле её теплоемкости хватило бы. И к том же она легкая. Однако она не успевала бы нагреваться за 5 минут. Т.к. у неё коэффициент теплопроводности не достаточно высокий. Можно было бы сделать специальный радиатор между внутренней и внешней трубками для того, чтоб он передавал тепло воде. Но это и без того усложняет задачу.
Малой
Пользователь
Ранг: 50


09.12.2005 // 9:33:36     
Ну тады.
Кт=Q/(Fт*T)=3/0.009425/5=63,7 Вт/м2К
грубо для воды:
alfa=теплопроводность/dэк=0,56/0,0019=295 Вт/м2К

Почему Вы думаете, что коэф. теплопередачи воды в этом случае не хватит?
Самое простое это проверить на практике
Alexey
Пользователь
Ранг: 68


10.12.2005 // 7:18:19     
То, что хватит или не хватит теплопроводности воды легко оценить положив, что при разность температур между внутренней и внешней поверхностями цилиндра будет 5 градусов (В моем случае больше никак нельзя) отводимая мощность будет не достаточной.
Теплопроводность воды равна 0,0422 Вт/(см*К). Длинна внутренней трубки - 0,5 см, внешний диаметр - не более 2,5 см. Тогда для отводимой мощности получаем
0,0422*5*(Pi*(2,5+0,5)/2=средняя площадь, через которую уходит тепло)/(1см=толщина воды)= 1 ватта. Тогда как мне нужно – 2,5 ватта (или, возможно даже 4 ватта).
Кроме того, результат в 2 ватта - завышен из за того, что водяная "рубашка" имеет толщину 1 см и расположена в виде кольца. 2 ватта было бы, если бы рубашка была плоской (Что невозможно из за того, что греющая поверхность не плоская, а цилиндрическая). А в случае цилиндра - теплоотвод хуже. Поэтому более точные вычисления дадут меньше чем 1 ватт.
Мне казалось, что теплоотдачей во время нагрева можно пренебречь. Но вроде бы это не так. Действительно, известно, что максимальная скорость отдачи тепла в воздух поверхностью при естественной конвекции составляет 0,03 Вт/(см^2) на один градус разности температур. Т.е. через внешний цилиндр мощность теплоотдачи будет не больше 0,03*Pi*(2,5см*5см= площадь внешнего цилиндра)*5 =6 Ватта. Но в реальности она будет значительно меньше. Т.к. у меня практически не будет восходящих теплоотводящих потоков. Скажем, если будет в 10 раз меньше, то складывая с 1 ваттом, получаем 1,6 Ватта, что относительно близко к требуемым 2,5 Ваттам (4 ваттам).
Вы правы: надо экспериментировать. К тому же если на внутренний цилиндр одеть несколько алюминиевых колечек, которые расположатся между внутренним и внешним цилиндром, то теплоотдача значительно возрастет и наверняка будет достаточной. К тому же теплоотдача несколько увеличится, если внешний цилиндр сделать из алюминия и сделать подлиннее. Скажем, не 5 см, а 10.

П.С.: Не понял что такое Кт=Q/(Fт*T) и alfa.

  Ответов в этой теме: 12
  Страница: 1 2
  «« назад || далее »»

Ответ на тему



ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ ANCHEM.RU:      [ Все новости ]

ЖУРНАЛ ЛАБОРАТОРИИ ЛИТЕРАТУРА ОБОРУДОВАНИЕ РАБОТА КАЛЕНДАРЬ ФОРУМ

Copyright © 2002-2009
«Аналитика-Мир профессионалов»

Размещение рекламы / Контакты