Автономные источники тепла


НАУКА и ПРОЕКТЫ: автономные источники тепла

Во имя здоровья и спасения людей!

АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА

(УСТРОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОБОГРЕВА) .

(Обзор)

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ РАБОТЫ

Угольные грелки .

Еще лет 90 назад изобретательская мысль обратилась к самому распространенному экзотермическому процессу - реакции горения. Появились устройства , в которых тлеющий угольный стержень, обернутый в специальную бумагу был помещен в металлический корпус, а последний в суконный чехол . Такие грелки весили сравнительно немного , а действовали 5-6 часов . На поверхности корпуса температура была от 60 до 100 градусов Цельсия .

С + О₂ --> CО₂ + 94 ккал/моль

Каталитические грелки .

Во время первой мировой войны в окопах мерзли миллионы солдат, и за четыре военных года изобретатели США , Японии и Англии запатентовали несколько вариантов карманных жидкостных грелок . Принцип их действия был прост: каталитическое беспламенное окисление спирта или бензина . Катализатором во всех случаях служила платина. Японская грелка выглядела как портсигар, внутри которого были резервуар, набитый ватой и платиновая прокладка. В корпусе были просверлены отверстия для подачи воздуха к катализатору и отвода газообразных продуктов горения. Для запуска грелки в резервуар заливался спирт, который пропитывал вату. Затем катализатор прогревали пламенем спички и начиналась реакция. Основной недостаток каталитических грелок - ограниченный срок службы: примеси, содержащиеся в горючем быстро отравляют катализатор и греющий портсигар становится бесполезным.

Грелки, использующие реакцию гашения извести.

Еще в 20-х годах в Германии для разогрева пищи в полевых условиях предложили использовать тепло, выделяющееся при гашении водой негашеной извести. Однако недостаточно большой тепловой эффект реакции помешал на первых порах практическому применению этой идеи. Шагом вперед стало сочетание двух реакций : гашения извести и ее нейтрализации . Для этого в известь ввели кристаллогидраты щавелевой или лимонной кислоты . Реакции в грелке пошли по следующей схеме.

СаО + Н₂ О --> Ca(OH)₂ + 10.6 ккал.

2Са(ОН)₂ + Н₂С₂О₄ + 2 Н₂О --> CаС₂О₄ + 4Н₂О + 31 ккал

С помощью этих двух реакций можно в портативном устройстве получить температуру от 100 до 300 градусов Цельсия . Кроме того , использование кристаллогидратов кислот позволяет запускать грелку небольшим количеством воды, а с очередными порциями извести будет реагировать вода, выделяющаяся при нейтрализации.

Грелки, использующие реакции окисления металлов .

В обычных условиях коррозия металлов на воздухе протекает, к счастью, медленно. Присутствие солей резко ускоряет процесс. В конце 20-х годов для обогрева бойцов Красной Армии была рекомендована "железная" грелка - в мешочек из прорезиненной ткани помимо железных опилок помещали перманганат калия и наполнители - уголь и песок. После добавления воды на поверхности грелки в течение 10-20 часов поддерживается температура 100 градусов Цельсия.

4Fe + 2H₂ O + 3O₂ --> 2(Fe₂O₃ * H₂O) + 390.4 ккал/моль

Вместо железа в коррозионных грелках лучше применять алюминий. Тепла в этой реакции выделяется гораздо больше, чем при окислении железа :

8Аl + 3Fe₃O₄ ---> 4Al₂O₃ + 9Fe + 795 ккал/моль

Грелки, использующие реакции вытеснения металлов .

В 1940 году в СССР был разработан обогревательный пояс - обтянутый кожей медный резервуар, который крепился на брючном ремне. В резервуар засыпали 200 г. реакционной смеси - алюминиевого порошка хлористой меди , взятых в стехиометрическом соотношении . Воду в количестве 100-120 мл. добавляли в резервуар из баллончика, находящегося в нагрудном кармане. Подачу воды регулировало несложное тепловое реле. Пояс мог согревать в течение 8 часов. Эта химическая грелка была новой не только по форме, но и по содержанию: впервые было использовано тепло, возникающее при вытеснении одного металла другим - более электроотрицательным. В Ленинграде, в блокадную зиму 1942 года , использовали грелки, заполненные смесью хлористой меди и железных стружек. От одной заправки водой такие грелки работали 60-70 часов.

Кристаллизационные грелки .

В кристаллизационных грелках используются вещества с низкими температурами плавления и относительно высокими теплотами плавления. Подобный термоаккумулятор отдает тепло, которое высвобождается при кристаллизации или затвердевании предварительно нагретого и расплавленного вещества. Классическое рабочее тело грелок-аккумуляторов парафин. Можно использовать также стеариновую кислоту, низко плавкие кристаллогидраты, например, глауберову соль Na₂ SO₄ * 10H₂O или тригидрат ацетата натрия CH₃COONa * 3H₂O. Небольшие добавки к кристаллогидратам хлористого кальция, тиосульфита натрия или глицерина позволяют замедлить процесс кристаллизации и тем самым повысить продолжительность работы грелки. Грелка разогревается за 15 сек. до 55 °С и процесс выделения тепла продолжается 25-30 минут. Грелка обладает достаточно высокой теплоемкостью и еще минут 25-30 способна отдавать тепло в режиме остывания. Грелка кристаллизационного типа хороша, как лечебное и профилактическое средство при воспалительных процессах , для больных с различными формами радикулита, для тюбажа печени и других процедур в стационарных условиях (дома или в больнице).

Использование кристаллизационных грелок в чрезвычайных ситуациях в полевых условиях ограничено непродолжительностью режима тепловыделения грелок.

Основное достоинство грелок кристаллизационного типа - возможность многократного использования: для восстановления исходного состояния грелки достаточно прокипятить ее в воде в течении 15-20 минут.