Источники тепла

Временами это весьма актуально, особенно для семьи в походах.
Попытаюсь свести вместе интересные идеи.

• Значительным успехом было достижение Японии во время Второй мировой войны. Стальной футляр, наполненный смесью марганцовокислого калия и железного порошка, весил около двухсот граммов. Стоило добавить немного воды, и эта смесь начинала разогреваться. Грелка работала до 20-30 часов, причем ее наружная температура не превышала шестидесяти градусов, то есть не могла обжечь кожу. Одной такой грелки хватало на согревание взрослого человека.

• Эластичная пластиковая емкость залитая каким то веществом, в нем плавает маленькая черная палочка ,При ее деформации начинает идти реакция с выделением тепла, а жидкость в оболочке начинает кристализоватся .Для повторения цикла грелку нужно кипятить в течении 15-20 минут в кастрюле с водой. Палочка или диск, у кого как, при изгибе создает щелчек - акустический сигнал. Возникает микрокавитация, появляется центр кристаллизации. Там водный раствор ацетата натрия, при комнатной температуре он перенасыщенный, трение о палочку провоцирует начало кристаллизации. А так ацетат натрия хорош тем, что его перенасыщенный раствор устойчив и без "спускового" воздействия может храниться очень долго. Можно самому приготовить из соды и уксуса. Я вообще-то брал не 6-9% уксус, а эссенцию 80%, в трехгранных бутылочках таких продавалась. Там выпаривать практически ничего не надо. И кислоту нужно полностью нейтрализовать содой, а то остатки кислоты действительно парить будут. А кристаллизация начинается если бросить маленький кристаллик или стеклянной палочкой потереть об стенку стаканчика.

• самая лучшая одноразовая химгрелка (именно химическая грелка, ибо многоразовая к химии никакого отношения не имеет) — это смесь железных и медных опилок с солью. Заливается водой и начинает греться.

• железные опилки с солью тоже хорошо греются

• Для изготовления химической грелки лучше использовать порошок хлорной меди и алюминиевые опилки. Смешивают 5-6 г хлорной меди с таким же по весу количеством алюминиевых опилок и к смеси добавляют 5-6 столовых ложек хорошо высушенных древесных опилок. Высыпают полученную смесь в полиэтиленовый мешочек. Грелка начинает действовать, когда в пакет наливают 30-40 мл воды. Хлорная медь, растворяясь в воде, реагирует с алюминием: 3CuCl2+2Al==2AlCl3+3Cu. Реакция сопровождается выделением теплоты. Древесные опилки играют роль "разбавителя", чтобы реакция не шла слишком быстро.

• Берем две чайные ложки поваренной соли. 3 чайных ложки медного купороса. Древесные опилки и кусок алюминиевой проволоки, надо полагать тоже найдутся. Разотрите в посудине стеклянной или фарфоровой (только не металлической) соль и медный купорос. В полученную смесь добавьте 5 столовых ложек древесных опилок. И все это тщательно перемешайте. Кусок проволоки согните спиралью, пружинкой или змейкой. Вложите ее в банку, которая будет корпусом грелки. Для этого можно взять банку из под кофе или из-под майонеза. Подойдет любая емкость, какая Вам нравится. Туда же засыпаем приготовленную смесь, не досыпая до горловины сантиметр-полтора. Грелка готова. Чтобы привести ее в действие на рыбалке, как озябли, зачерпните из лунки четверть стакана воды. Минут через пять температура грелки поднимется до 50-60 градусов.

• Каталитическая грелка. Внутри металлического корпуса находится кусок ваты, пропитанной спиртом или бензином. На корпус надевается крышка с каталитической сеткой. Для запуска обогрева катализатор разогревают с помощью зажигалки, пары спирта или бензина начинают окисляться, выделяя тепло. Фактически это аналог спиртовки, только без пламени. На одной заправке тепло выделяется в течение 4–6 часов.

• Солевая грелка. Герметичный пластиковый пакет, заполненный перенасыщенным раствором ацетата натрия. Достаточно перегнуть плавающий внутри «пускатель» (пружинка в пластиковой трубочке), как образуется центр кристаллизации и соль выпадает из раствора с выделением тепла и разогревом до 540С. Это физический процесс, и для «перезарядки» достаточно прокипятить грелку в кастрюле с водой. В зависимости от различных факторов может греть до 2 часов.

• Химическая грелка. Плоский полипропиленовый пакет, в котором идет реакция окисления железной пыли кислородом воздуха с образованием ржавчины и выделением тепла. В состав смеси также входят вода, соль (работает как катализатор), активированный уголь (равномерно распределяет тепло), вермикулит (служит аккумулятором тепла) и целлюлоза (наполнитель). Грелка одноразовая, начинает работать после открывания герметичной упаковки (для обеспечения доступа кислорода) и способна давать тепло в течение нескольких часов.

• реальные грелки, которые продаются в магазинах, делаются на основе десятиводного сульфата натрия, а не из экзотического ацетата натрия. Делается это по трем причинам: во первых, сульфат натрия цепляет на себя сразу 10 кристаллизационных молекул; во вторых, сульфат натрия переходит из кристаллогидрата в свободное состояние при температуре порядка 80 градусов, что удобно при восстановлении грелки; в третьих (и самых главных) - сульфат натрия - очень дешевая соль

• Наиболее близким по достигаемому эффекту и по составу является состав шихты нательной грелки, приведенный в патенте JP №58-037075, 1993 (прототип), включающий, на 100 весовых частей (вес.ч.) порошка железа, 25-40 вес.ч. смеси активного угля и скорлупы кокосового ореха, 2,5-7 вес.ч. хлорида металла и 30-40 вес.ч. воды, на 100 весовых частей которой состав содержит 3-30 вес.ч. влагоудерживающего сорбента и 4-20 вес.ч. вещества для подавления газовыделения, в качестве которого используются гидроксиды кальция или натрия, либо углекислый натрий. Грелка работает в интервалах температур 64-65°С на протяжении 8 часов, при этом достижение температуры 40°С происходит приблизительно за 20 минут, а рабочих температур грелка достигает через 1,5 часа работы. Процесс газовыделения существенно подавляется и перестает наблюдаться при соотношении гидроксид кальция (натрия): порошок железа равном 0,5:35, что соответствует содержанию вещества для подавления газовыделения в пределах 0,6-0,8 вес.% общего веса шихты.

• ТДХ-2ДХ "Белый медведь" - термохимическая грелка, представляющая собой двойной пакет из полиамидной пленки размером 120х160 мм. Внешний пакет предназначен для герметизации внутреннего пакета - непосредственно грелки. Оболочка грелки представляет собой герметично за­варенный пакет размером 90х140 мм из полиамидной пленки, дублированной полиэтиленом. Одна из сторон пакета (грелки) имеет ряд отверстий для поступления кислорода внутрь (после вытаскивания грелки из наружного пакета). Во внутреннем пакете помещается до 80 г реакционной смеси (шихты), представляющей собой: железный порошок, окись-закись железа, уголь активированный, оксид марганца, песок перлитовый, натрий хлористый и вода (до 20%), последние два компонента находятся в герметично запаянной капсуле из полиэтиленовой пленки. Запуск грелки осуществляется изъятием её из наружного пакета, раздавливанием капсулы с солевым раствором и перемешиванием шихты внутри грелки. При поступлении кислорода воздуха внутрь через отверстия начинается экзотермическая реакция с выделением тепла. В момент запуска и в течение до 2-3 часов температура может достигать + 48-54 град.

• Для изготовления химической грелки необходимо 5-8 г алюминиевых опилок, такое же количество порошка из однохлористой меди и до десяти столовых ложек сухих опилок не слишком мелкого размера. Все это положить в плотный непротекающий пакет, а его , в свою очередь, - в другой пакет. На рыбалке, когда доймет, надрезать уголки пакетов, влить 4-5 столовых ложки воды, перемешать содержимое пакета. Вскоре несколько часов подряд можно будет ощущать тепло.

• В химической грелке другого вида используют взаимодействие металлов (в виде стружки) и солей. Совершенно сухую смесь железной (Fe) или алюминиевой (Al) стружки с солями меди (например, CuCl2) можно хранить довольно долго, а при добавлении воды температура сразу же повышается почти до 100оС за счет реакции: Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu. При этом грелка, в которой хлорид меди CuCl2 превращается в хлорид железа FeCl2, сохраняет тепло около десяти часов.

• Большой обзор грелок //umcsa.narod.ru/rus/umcsa/projects/ait.htm

• 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.

• 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

• 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.

Промежуточное резюме

• Al + CuSO4 +NaCl - работает хорошо, греет сильно, реакция без опилок протекает слишком быстро - за полчаса
• Fe + CuCl2 (CuSO4+NaCl) - перспективно, надо попробовать
• Fe + NaCl + уголь - теоретически совсем хорошо, но у мена реакция не пошла, видимо требуется именно мелкий порошок железа
• NaSO4 * 10H2O - соль получена, но греет не сильно, требуется хорошая очистка и стартер реакции