Pull to refresh

Comments 94

Ну так надо эту термокружу поместить в термокружку (три слоя сделать — первый на фазовом переходе, второй «термосообразный»).
Ну вы поняли
image
Первая же мысль после прочтения статьи.

Обычная термокружка уменьшает потери тепла. Кружка из статьи аккумулирует тепло. Если сделать кружку, которая и аккумулирует тепло и уменьшает потери тепла, будет идеально.
К примеру взять обычную термос кружку и поместить на дно герметичную и инертную емкость с парафином. Парафину будет некуда деваться кроме как сначало забрать лишнее тепло из жидкости, а потом отдать его обратно. И не нужно мучатся с третьей стенкой.
Вот я даже рисунок изобразил, для наглядности.

Или, можно добавлять парафин в чай. =)
Герметичные кубики с парафином. Наподобие многоразовых ледяных для алкоголя.
Это звучит как идея для стартапа. Главное сделать их тяжелее воды и инертным внешним покрытием.
В комбинации с обычной термокружкой это должно работать.
легче воды, иначе они упадут на дно, а верхняя часть жидкости будет такой же горячей (попадалось даже видео где вверху кипятильник бурлит, а внизу лед не тает, из-за отсутствия конвекции)
Тогда лучше с нейтральной плавучестью, иначе во первых будет мешать, во вторых часть площади будет над поверхностью и не будет работать.
Легче воды в твердой фазе — чтобы эффективнее отбирать тепло, и тяжелее в жидкой — чтоб эффективнее отдавать обратно (для поддержания).

Парафин по этому критерию пролетает — у него при расплавлении плотность понижается. Поликапролактон вроде как тоже (1,021 г/см3 жидкий и около 1,2 твердый).
просто каменные кубики для алкоголя. Только они будут терять (вернее приобретать) цвет горячего напитка. Аналогично налету на стенках кружки.
Видел стальные (по крайней мере, снаружи). Это если мы про «многоразовый лед».
Но хоть стальные, хоть каменные — для обсуждаемой задачи они не обеспечат той «ступеньки», которую дает фазовый переход.
Однозначно, стенок должно быть не меньше трёх. И наполнитель стоило бы брать типа того, что в грелках 3М Cold&Heat, возможно, в смеси с парафином, чтоб выйти на нужный профиль.
Да хотя бы просто куском пенки обернуть (туристы так иногда суррогатные термокружки колхозят из обычных стальных)
Все получилось — отличная антираковая кружка.

Зы. Рак — по ряду достоверных данных возникает от питья очень горячих напитков. Снижая температуру напитка — мы гарантированно снизим заболевание раком. Теперь кофе можно пить почти сразу, не ожидая пока оно остынет (ожидая, но меньше)
Рак, простите, чего? Плюс ссылки на источники всего приветствуются, тема же любопытная.
Международное агентство по изучению рака при Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) признало употребление чрезмерно горячих напитков (например, кофе и чая) опасными для здоровья. Об этом сообщает издание The Independent.

«Результаты свидетельствуют о том, что употребление слишком горячих напитков является вероятной причиной рака пищевода и именно температура, а не сами напитки, как представляется, несут ответственность (за развитие рака — прим. «Ленты.ру»)», — сказал директор Международного агентства по изучению рака Кристофер Уайльд
Добавлю к предыдущему автору, что в 2009 вышла обзорная статья, где указывалась связь между употреблениями горячих напитков и раком пищевода, а в 2015 вышла ещё одна, где уже говорится следующее:
Hot beverage and food consumption was significantly associated with EC risk, with an odds ratio (OR) of 1.82 (95% confidence interval [CI], 1.53–2.17).

То есть рак почти вдвое чаще возникает у любителей горячих напитков.
А таракан без лапок не слышит? Образ жизни и рационы питания людей предпочитающих горячие напитки никто, конечно, не изучал. И выводы горе-исследователей «EC risk were significant in Asian population and South American population, but not significant in European population» вам не на что не намекает? :-) Т.е., удивительно, но на европейцев кипяток не действует! :-))
Я не автор исследования. ;-)
Авторы честно говорят, какие данные для метаанализа согласно выбранным им критериям им подошли, и где они были проведены:
Seventeen studies were conducted in China, six in Uruguay, three in Argentina, three in Brazil, three in Paraguay, three in India, three in Iran, two in British, one in Australia, one in Sweden, one in Greece, one in Kenya, and one in Japan .

Критерии выборки у них в статье также описаны, цитировать не буду, чтоб не раздувать. Сколько исследований было проведено по Европе, и можно ли по такому количеству дать статистически достоверный результат — думаю видите. С тех пор разгромной статьи о том, что всё это ложь, звездёжь, и провокация, от других научных групп вроде как не поступало. Если бы это исследование было уровня сералини, то научное сообщество уже давно бы на него ответило, думается мне.

ПЫСЫ. Когда я второпях, не дождавшись пока чай остынет, его хлебану́ — потом облазит всё нёбо и язык как варёный. Как народ умудряется пить кипяток — ума не приложу. С моей, обыденной точки зрения, варить внутренности — это тоже не полезно. Только моё личное мнение не обладает никаким весом, в отличие от проведённого метаанализа, который за три года так никто и не опроверг. И я сомневаюсь, что не опроверг лишь только потому, что всем пофиг, ибо тема рака является одной из горячих. Теорию о научном заговоре мы тоже рассматривать не будем, я думаю. :-)
Надо пить так, чтоб душа согрелась, из блюдца в прихлёбку да за разговорами, а не кипятка в торопях похватать.
Я слышал, что склонность народов Южной Америки к раку пищевода связывают с их привычкой пить почти кипящий чай через трубочку. Но источников не найду уже.
Помню, лет 30 назад онколог в поликлинике, где работала мама, рассказывала, что в Средней Азии (дело было в Казахстане), рак пищевода очень распространен по двум причинам:
1. Пьют много горячего чая
2. Пьют его лежа, увеличивая время прохождения напитка по пищеводу
UFO landed and left these words here
А что мешает доливать холодную воду?
Завидую таким людям! Для меня комфортная температура чая — 55 градусов. Если 60, то мелкими отхлёбываниями. Выше — невозможно пить.
Возможно, Вы при этом так же без проблем можете есть острую пищу в больших количествах? Грубо говоря, пониженная чувствительность слизистой оболочки рта.
UFO landed and left these words here
Вот! Скорее всего проблема в рационе питания и образе жизни. Много острой пищи, а кипяточек это «вишенка на торте». («а потом мы отравились печенкой») :-)
Много острой пищи, а кипяточек это «вишенка на торте».
Вы неправильно расставляете приоритеты. Перец только КАЖЕТСЯ острым — капсаицин — раздражает температурные рецепторы у нас во рту и таким образом вызывает ощущение жгучести. А кипяток — физически вызывает ожог. При нагревании белков выше температур, присущих живым организмам белки утрачивают характерную для них третичную или вторичную структуру. В этом случае белок теряет свою биологическую активность, и говорят, что он денатурируется.

Можно провести опыт — помазать одну ногу перцовой мазью а вторую обварить кипятком — и сравнить через день последствия.
А вы не думали сделать конденсационный контур?
Первая фаза — работа на испарение легколетучего агента (резкое охлаждение), вторая фаза — конденсация с поддержанием требуемой температуры.
Чтобы конденсация работала на поддержание температуры чая, а не рассеивание тепла вовне, можно, во-первых, решить это оребрением внутренней части оболочки (контактирующей другой стороной с чаем, а не с атмосферой), во-вторых, подобрать испаряющийся агент следующим образом: температура испарения ближе к температуре чая, чем к комнатной; также имеющий растущую зависимость теплоемкости от температуры.
Идея с фазовыми переходами отличная. Я все хочу протестировать электрические нагреватели наполненные парафином. Ночью их можно нагревать за счет дешевого тарифа на электричество, днем будут отдавать тепло. Можно греть и просто огромный бак воды, но кажется такой вариант интересней. Можно делать стены, межкомнатные перегородки в виде нагревателя-накопителя.
UFO landed and left these words here
Сейчас уже точно не помню, но тепловыделение (или теплопоглощение) при фазовом переходе огромно по сравнению просто с теплоемкостью воды. А вода один из самых дешевых и емких теплонакопителей. Вот разгребусь с текущими проектами и займусь этой идеей. Внимательно пересчитаю и перепроверю.
Пересчитал по быстрому и очень примерно: теплоотдача кубометра воды со 100 град до 40 град 252 МДж, парафина с учетом фазового перехода и теплоемкости 285 МДж. Разница всего в 13%.

С чего вы взяли?
Нагрев кг парафина на 50 градусов при т0=20°С потребует 259 кДж тепла. Запасение такого же количества тепла водой потребует ее нагрева на 62 градуса. При этом из за более низкой температуры, теплопотери нагретого парафина меньше. Очевидно, парафин победил.
А греть воду до фазового перехода еще эффективнее, но технологически сложнее и опаснее ее хранить

UFO landed and left these words here
10 градусов — это так то 25 %
Вода гораздо более активна и все, что взаимодействует с ней подвержено коррозии, в этом ее недостаток. Но тут уж от задач зависит, если надо будет, то и водород в качестве теплоносителя использовать будут (у него самая высокая из известных мне удельных теплоемкостей)
Я пример с парафином привел чтобы показать, что фазовый переход — прекрасное физическое явление очень даже пригодное для запасения тепла. И в случае с водой он тоже будет действовать. Причем при испарении воды требуется в 15 раз больше энергии чем для плавления парафина.
Фишка в том, что кг парафина занимает места прилично больше кг воды.
Не говоря про разницу в стоимости.
Плюс после 60градусов воду еще можно нагреть на 35. А у парафина в жидком виде теплоемкости значительно меньше.
Фишка в том, что кг парафина занимает места прилично больше кг воды.

Всего на 10% больше, не так страшно
Не говоря про разницу в стоимости.

Зато с парафином не корродируют металлы. И его теплоту можно использовать при более низких температурах, что иногда незаменимо
А у парафина в жидком виде теплоемкости значительно меньше

Откуда информация такая? Судя по статье, теплоемкость парафина с температурой только растет (см рис. 8)
Растет то растет, но там порядок теплоемкости около 2.2, а у воды 4.2.
Потому сразу после фазового переходя парафин не догонит уже воду.

Плотность в ТВЕРДОМ состоянии 0.9, а в жидком он еще на 10-20% больше обьема занимает.

Плюс парафин можно случайно зажечь.
Так я и не говорил, что парафин — лучший теплоноситель и давайте его везде использовать (а в отоплении по крайней мере перестали бы трубы зимой лопаться, хотя случайная протечка… а если вдруг парафин там до состояния газа нагрет,… ухх)
Я привел пример, когда фазовый переход позволяет получить лучшие показатели для вещества с заведомо меньшей теплоемкостью. И это слишком серьезный эффект, чтобы говорить, что «фазовый переход бесполезен».
Фазовый переход парафина эквивалентен по теплоёмкости 30-40 градусной разности температур воды при равных массах теплоносителя. Т.е. вода за счёт простоты, дешевизны и возможности произвольно (в пределах как минимум 0-100 Цельсия) двигать границы нагрева/охлаждения (а не пара градусов ширины фазового перехода) в роли теплоносителя для теплоаккумулятора — вне конкуренции.
Поздравляю, вы придумали storage heater — самый популярный в Великобритании вид домашнего электрообогревателя.
В промышленных вариантах используются блоки из керамики или из специально обработанного оксида железа.
А можно чуть подробнее?

Интересно, какой получился объем/масса парафина, и какова емкость кружки?

Когда я прикидывал, у меня получалось, что масса парафина должна быть примерно сопоставима с массой воды, чтобы только за счет фазового перехода «впитать» всю лишнюю теплоту. Ну или поменьше, если учесть, что исходно кружка имеет температуру порядка 20 градусов и парафин надо прогреть до температуры плавления.

Ну и, конечно, нужна еще внешняя теплоизоляция. Это без вариантов.
Ну, во-первых, почему за счет только ФП?
1. Нагрев твердого парафина и внутреннего стакана кружки.
2. Плавление парафина
3. Нагрев жидкого парафина (пусть даже до 65).
Понятно, что по сравнению с ФП все остальное мало.
Кроме того, в данном опыте начальная температура была всего 80.

Вы правы. Вот расчет на пальцах:


Удельная теплоемкость для воды — одна калория на грамм. Удельная теплота плавления парафина в районе 50 калории на грамм + удельная теплоемкость парафина 0.5 кал/грамм.


На старте вода 100 градусов, парафин 20. Пусть масса воды N, а парафина N*X. Чему равно X, чтобы парафин нагрелся и весь перешел в жидкость при 60 градусах, а вода отдала ему всю запасенную энергию?


(100-60)N= ((60-20)0.5+50)NX
Отсюда 40=70*X
X=4/7


Итого — нужно примерно 4/7 парафина по отношению к воде, чтобы на точке 60 градусов, парафин запас полную энергию остывания воды со 100 градусов.

Обожаю попивать кофе во время программирования утром. А если напиток долго остается с идеальной температурой — это вообще мечта.
Скажите, а вы проводили измерения, если заполнить пространство не парафином, а водой или песком? Очень интересно как при этом изменится поведение.
Добавьте в ваш чай холодной воды — будет тоже, что вы предлагаете.
Казалось бы, причем тут фазовый переход и песок с водой…
UFO landed and left these words here
не содержит токсичного кадмия или пожароопасных щелочных металлов.

но содержит токсичный свинец :)
UFO landed and left these words here
А индий?
Применение на лабораторных животных показало, что наиболее растворимые соли индия очень токсичны, доза менее 5мг/кг приводит к смерти при парентеральном пути проникновения в организм.
Энциклопедия по охране и безопасности труда
<Сарказм «вот сами и топите урановые ломы во ртути»></Сарказм>
У металлов низкая теплоемкость и удельная теплота плавления. Так что как теплоноситель не очень. А стоить будет всяко дороже парафина или глицерина.
UFO landed and left these words here
Вполне логично. У парафина эта полочка должна появиться от 60 до 45 градусов. Именно во время застывания выделяется энергия.
UFO landed and left these words here
UFO landed and left these words here
А в парафине конвекции нет?
UFO landed and left these words here
Нас в школе учили, что парафин — аморфное, а не кристаллическое вещество. Поэтому у него нет выраженной температуры плавления, и вообще нет «полки».
Но энергия фазового перехода все равно проявляется, так что полка должна получаться, просто не такая выраженная.
Я вот не помню, влияет ли вообще аморфность/кристалличность, или только разброс по составу (парафин — смесь разных углеводородов).

Вот результат одного эксперимента:
image
— полка есть.

Или вот еще эксперимент:
image
Погуглил — аморфность таки влияет. Полку может размывать в разной степени, вплоть до незаметности.
Графики
image
image

Но вот парафин вполне себе кристаллическое вещество c молекулярной решеткой (как и у воды, углекислого газа и т.п.)
Пруф1
image
Пруф2
image

+
Вроде не сложно было подождать чуть подольше, пока до почти комнатной температуры остынет.
Как я вижу, она незаметна лишь потому, что после доработки сильно усилен теплообмен. Если парафин теплоизолировать от окружающей среды, то станет сильно лучше.

Если держать в голове, что температура от времени будет зависеть как:
T(t) = (T0-Ta)*exp(-kt) + Ta,
где Ta — температура окружающей среды, T0 — начальная температура, а k — положительный коэффициент, зависящий от интенсивности переноса тепла, то простая аппроксимация показывает эту «полку» в случае с фазовым переходом, и не показывает её в оригинальной кружке.

Тут полки нет. Синий — исходные данные, красный — аппроксимация
полки нет

Тут в районе 50 градусов видна полка. Просто теплообмен сильнее. Синий — исходные данные, красный — аппроксимация.
полка есть
UFO landed and left these words here
На самом деле, фазовый переход парафинокружки есть и его видно. Если бы его не было, то функция остывания вела бы себя, как затухающая экспонента, а не ведёт.

И на графике аппроксимации термокружки видно, что такая аппроксимация существует и совпадает с экспериментальными данными довольно точно.
А вот попытка аппроксимировать экспонентой результат с фазовым переходом показывает, что такой аппроксимации нет. Она не сходится с экспериментом именно из-за скрытой теплоты перехода: до критической точки спадание температуры сильнее, чем нужно, а после — слабее, что видно на моём втором графике.
UFO landed and left these words here
мне кажется проблема в том что количество парафина слишком малое, он не может дать эффекта на таких объемах и размерах.
нужно проектировать свою кружку и печатать на 3д принтере, чтоб объем парафина был как минимум половина от объема воды
UFO landed and left these words here
Ого, вы серьезно подошли к расчетам :)

ну в общем да, по сути все что надо сделать для хорошей кружки — в термос на 350мл внедрить внутренний «стакан» из парафина весом 110г.

У PLC температура плавления около 60 градусов.

Парафин при плавлении теряет 10-15% в плотности. Как боролись с распуханием? Будет весьма неприятно, если на руки польется через трещину.
С парафином нет проблемы. Он во первых пластичный когда нагрет. Во вторых сначала по стенке застывает, внутренюю жидкость выдавливает
Вы меня не поняли. Он имеет больший объем именно в жидкой фазе. Т.е. порвать кружку может как раз в самый неудачный момент, когда вы только залили кипятка.
Во первых вы не зальете в кружку больше, чем надо(вы же жидкий льете)
Во вторых, он сначала становится мягкий, потом течет. Да и размегчение будет вдоль стенки.

Хм… Очевидно, нужно предусмотреть расширительную полость.

Парафина нужно больше, а у вас он весь расплавился и начал сам разогреваться, отдавая тепло наружу.
Аналогично как вода со льдом в стакане будет иметь температуру 0, пока весь лед не растает.
А какую кружку посоветуете из: Prolong, Thero, Lexo.
Thero по дизайну понравилась.

В качестве теплоаккумулятора очень широко применяют ПЭГ-4000 (полиэтиленгликоль). Температура плавления 60-65 градусов, удельная теплота плавления примерно такая же, как и у парафина. Безвреден для людей и животных (допустимо использовать в пищевых продуктах).


На основе ПЭГ, кстати, делают так называемый "водорастворимый воск".

Закатать его в кубики из инертного материала заодно сделав так чтобы они были тяжелее воды, добавлять в пропорции 4/7 в обычную термокружку повышенной ёмкости.
Можно потестировать и идти оформлять стартап. Продавать как сразу комплект в правильном соотношении, так и по отдельности. :-)
А механизированный вариант если попробовать?
Т.е. между внутренним стаканом и внешним установить биметаллические пластины с точкой крепления к горячему стакану. ( К сожалению, не знаю как вставить картинку).
Когда наливаем горячую жидкость — пластины отодвигаются от внутреннего стакана и касаются внешнего (отводим тепло), остывает — пластины возвращаются, тепловой контакт теряется.
Как-то так.
Так идея не только в том, чтобы быстро остудить до 60, но и в том, чтобы это тепло аккумулировать и использовать потом для поддержания 60.
одно другому не мешает, пусть отодвигает когда парафин остыл до 60 градусов. после этого он станет остывать еще медленнее, потом тепло даст и фазовый переход
впрочем правильная конструкция кружки должна дать похожий эффект без механических движений (а значит более надежный и долговечный)
Не хотите попробовать гипосульфит натрия? Я в детстве игрался, плавится приблизительно при 50 градусах, при кристаллизации неплохо греется (градусов до 70). Единственное — он не любит сам кристаллизоваться, мне приходилось кидать затравку. Уж не знаю, легко ли сейчас купить фиксаж для серебряного процесса, но в конторах, продающих химию, должен быть.
Это кристаллогидрат его, штука вполне доступная. Но химически не особо стабилен, быстро мутнеет даже в герметичной таре
а если в парафин добавить расплав солей (каких — хз).
возможно они дадут более равномерную отдачу тепла
Ацетат натрия также используется в быту как составная химических грелок. При нагреве тригидрат ацетат натрия плавится при температуре 58 °C. При остывании в результате фазового перехода выделяется около 264—289 кДж/кг.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.