چطور یک پد گرمایی ساده سدیم استات (یخ داغ) در سرما به کمک ما می آید؟ از نحوه عملکرد تا ساخت آسان:

 

پد گرمایی سدیم استات (یخ داغ) و مطالعه ذخیره انرژی حرارتی (TES)

پد های گرمایی شیمیایی نوعی گرم کن هستند که از پدیده های شیمیایی مختلفی برای تولید گرما استفاده می کنند.  پدیده های مختلف می توانند واکنش های گرمازا، تغییر فاز و غیره باشند.

ذخیره انرژی حرارتی (Thermal energy storage) به عنوان نگهداری موقت انرژی حرارتی به شکل مواد سرد یا گرم برای استفاده بعدی تعریف می شود. ذخیره انرژی حرارتی یک فناوری قابل توجه در سیستم ‌های شامل انرژی ‌های تجدیدپذیر و همچنین سایر منابع انرژی است.

انتخاب یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی برای یک کاربرد خاص به عوامل زیادی از جمله مدت زمان ذخیره سازی، اقتصادی بودن، نیازهای دمایی قابل استفاده، ظرفیت ذخیره سازی، تلفات حرارتی و فضای موجود بستگی دارد (1).

به طور عمده سه نوع ذخیره انرژی حرارتی وجود دارد:

  1. محسوس (Sensible)   
  2. نهان (Latent)
  3. ترموشیمیایی (Thermochemical)

 

  1. سیستم های محسوس

سیستم های محسوس ذخیره انرژی حرارتی با تغییر دمای محیط انرژی را ذخیره می کنند. مقدار انرژی ورودی در یک سیستم حرارتی محسوس به جرم ماده ذخیره‌سازی و ظرفیت گرمایی آن و همچنین اختلاف دمای محیط ذخیره‌سازی بین حالت‌های اولیه و نهایی آن مرتبط است. این انتقال حرارت Q را می توان به صورت زیر بیان کرد:

Q = mCpΔT

که در آن m و Cp نشان دهنده جرم و ظرفیت گرمایی ویژه مواد ذخیره کننده است و ΔT درجه حرارت قبل و بعد از عملیات ذخیره سازی است.

 

  1. گرمای نهان

 گرمای نهان شامل تغییر یک ماده از یک فاز به فاز دیگر در دمای ثابت است. در سیستم های ذخیره انرژی حرارتی نهان، انرژی در طول تغییر فاز (به عنوان مثال ذوب، تبخیر و تبلور) ذخیره می شود. با توجه به گرمای ویژه یک محیط معمولی و تغییر آنتالپی بالا در طول تغییر فاز، تغییر گرمای نهان معمولاً بیشتر از تغییر حرارت محسوس برای یک سیستم معین است. مواد ذخیره گرمای نهان معمولاً در محدوده دمایی کوچک استفاده می شوند.

انرژی ذخیره شده در طول فرآیند ذخیره سازی نهفته را می توان به صورت زیر ارزیابی کرد:

Q = mL

که در آن m نشان دهنده جرم و L گرمای نهان ویژه ماده تغییر فاز است. نمونه هایی از مواد تغییر فاز آب/یخ، پارافین و نمک های یوتکتیک هستند. نمونه ای از ماده تغییر فاز صنعتی، گرم کننده دست (استات سدیم تری هیدرات) است که به عنوان یخ داغ شناخته می شود. مواد تغییر فاز معمولاً در لوله ها، کپسول ها و کیسه های پلاستیکی بسته بندی می شوند و عمدتاً به سه شکل پودری و گرانوله عرضه می شوند (1).

  1. ترموشیمیایی

اصل اساسی ذخیره انرژی حرارتی ترموشیمیایی مبتنی بر واکنشی است که می تواند معکوس شود:

 

در این واکنش یک ماده ترموشیمیایی (C) انرژی را جذب می کند و از نظر شیمیایی به دو جزء (A) و B) ) تبدیل می شود که می توانند به طور جداگانه ذخیره شوند. واکنش معکوس زمانی رخ می دهد که مواد A و B با هم ترکیب شده و C تشکیل می شود. انرژی در طی این واکنش آزاد می شود و انرژی حرارتی بازیافت شده ذخیره انرژی حرارتی را تشکیل می دهد. ظرفیت ذخیره سازی این سیستم گرمای واکنش زمانی است که ماده C تشکیل می شود.

 

تاریخچه گرمکن های دست:

 استفاده از استات سدیم برای گرم کردن دست ها، قدمتی طولانی دارد. در اواخر قرن نوزدهم، از آن در گرمکن های پای قطارها در استرالیا استفاده می شد. این گرمکن ها که تا 6.5 کیلوگرم کریستال استات سدیم داشتند، در آب جوش حرارت می دیدند تا کریستال ها ذوب شوند (دمای ذوب استات سدیم 58 درجه سانتی گراد است). مسافران وقتی سرد می شد آن را تکان می دادند تا با تبلور مجدد، گرما تولید کند. نکته جالب اینکه در جنگ جهانی اول، تعداد این گرمکن ها کم شد، چون آلمان تنها منبع تامین استات سدیم بود! استفاده از این گرمکن ها تا سال 1982 در استرالیا ادامه داشت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

یخ داغ (Hot Ice):

معروفترین ویژگی استات سدیم، توانایی آن در تبدیل شدن به یخ داغ است. محلول فوق اشباع آن با یک تحریک کوچک (مانند برخورد یک کریستال)، ناگهان متبلور شده و گرمای قابل توجهی تولید می کند.

 

 

یکی از مزیت های بزرگ این گرم کن ها قابلیت استفاده مجدد از آنهاست بطوریکه با جوشاندن در آب داغ دوباره کریستال ها ذوب و به حالت فوق اشباع اولیه تبدیل وبرای استفاده بعدی آماده می گردند.

 

چطوریک پد حرارتی استات سدیم (یخ داغ) بسازیم؟(2)

  1. تهیه استات سدیم فوق اشباع

وزن مولکولی استات سدیم خشک= 82.03 گرم بر مول

در دمای 80 درجه سانتیگراد، 153 گرم استات سدیم در 100 گرم آب حل می شود (3).

(153*20)/100 گرم = 30.6 گرم استات سدیم در 20 گرم آب حل می شود.

بنابراین، برای تهیه یک محلول فوق اشباع، باید 30.6 گرم استات سدیم خشک در 20 گرم آب با دمای 80 درجه سانتی گراد حل شود. (برای تهیه استات سدیم خشک با کارشناسان ما تماس بگیرید).

وزن مولکولی استات سدیم تری هیدرات= 136.08 گرم بر مول

در دمای 80 درجه سانتی گراد، 153 گرم استات سدیم بی آب در 100 گرم آب حل می شود (5). بنابراین، 153 گرم CH3COONa معادل (136.08*153)/82 گرم = 253.905 گرم استات سدیم تری هیدرات است.

جرم کل آب در استات سدیم تری هیدرات (253.905 - 153) گرم = (100.905) گرم است. از این رو، برای ساختن محلول فوق اشباع از استات سدیم تری هیدرات ، نیاز به افزودن آب بیشتری نیست. (برای تهیه استات سدیم تری هیدرات با کارشناسان ما تماس بگیرید).

  1. بسته بندی محصول

 بسته بندی محصول شامل یک کیسه مستطیلی به ابعاد 12.5cm ´ 12cm ، حاوی محلول استات سدیم فوق اشباع و یک فعال کننده است و از چهار طرف کاملا بسته شده است. جنس کیسه باید پلی اتیلن با چگالی کم که قادر به تحمل دمای بالاتر نسبت به پلی اتیلن معمولی است، باشد.

  1. فعال کننده

نوار فعال کننده از یک ماده آهنی (ترجیحاً فولاد ضد زنگ) تشکیل شده است. فعال کننده به سمت داخل خم می شود تا با شروع تبلور محلول اشباع را فعال کند (4).

چطور از پد حرارتی سدیم استات (یخ داغ) ساخته شده استفاده کنیم؟

مراحل زیر را دنبال کنید:

ابتدا فعال کننده را محکم فشار داده و به آرامی رها کنید. سپس  15 ثانیه صبر کنید تا حرارت در سراسر بسته پخش شود. در انتها بسته را به سرعت فشار دهید تا نرم و قابل انعطاف برای حداکثر حرارت شود (5).

 

 

دمای ایجاد شده برای پد حرارتی سدیم استات (یخ داغ) چه میزان هست؟

حداکثر دمای به دست آمده توسط پد حرارتی سدیم استات (یخ داغ)  59 درجه سانتی گراد است.

مقدار گرما در دمای 28 درجه سانتی گراد برابر با 66.50712 کیلوژول و مدت زمان گرمای تولید شده در دمای 28 درجه سانتیگراد 3 ساعت و 10 دقیقه است.

 

شرکت اکسیرسازان نیک اندیش، تولید کننده و تامین کننده تخصصی مواد شیمیایی، جهت ارائه محصولات با کیفیت در خدمت شما می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.

 

منابع:

1) A Critical Review of Thermochemical Energy Storage Systems - Ali H. Abedin and Marc A. Rosen : September,2011

2) eibo Zheng, Yiya Wang, Chenglin Li, Jinyu Li, Xinwei Wang, Liqiang Zhang, Riyi Lin, Study on the thermal storage performance of a new electric heating device with phase change materials, Journal of Energy Storage,Volume 56, Part A,2022,105981,ISSN 2352-152X, https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105981.

3) The “melting-point” of hydrated sodium acetate: solubility curves- W. F. GREEN : January 1907

 4) https://www.google.com/patents/US4077390 : August, 2017

5) https://www.oceanichealthcare.in/3_Second_Heating_Pad/p1523161_11921431.aspx : August, 2017

 

 

 

۰
از ۵
۰ مشارکت کننده
سبد خرید