Kaffeewärmer Kapsel

Ich möchte eine kleine Kapsel herstellen, die Sie in Ihren Kaffee werfen und warm halten können (nicht heiß, sagen wir etwa 40-50 ° C).

Erstens ist mir die Stromversorgung egal - ich werde 2 Drähte in meinen Kaffee haben. Es ist mir jedoch wichtig, dass es wasserbeständig ist

Ich habe einen Drahtwiderstand gefunden. Wird er den Job machen?

Gibt es als nächstes eine Möglichkeit, das "Ding" (Widerstand) und eine Batterie in ein cr2032-Gehäuse zu packen? Ich brauche 1-2 Stunden dauerhafte Batterie.

HINWEIS: Ich möchte meinen Kaffee nicht "erwärmen" (von 20 ° C auf 50 ° C), sondern den Wärmeverlust verlangsamen. Nehmen wir also an, mein Kaffee hat ~ 60 ° C und ich muss 1 Stunde später bei ~ 50 ° C sein.

Abschließender Test: Ich habe tatsächlich 5 W 8,2 Ohm Widerstände bestellt und in ca. 30-45 'konnte eine Keramikschale mit Wasser von ca. 15 ° C auf eine warme Temperatur von 25 bis 30 ° C erwärmt werden, was weit mehr ist als ich erwartet hatte (I. Ich wollte nur die "Erkältungszeit" meines Kaffees verlangsamen.) Bei 5 V, min. 480 mA und max. 540 mA. Temperaturmessungen mit meinem Finger durchgeführt, aber das ist tatsächlich die Art von Präzision, die ich brauche (die Stromaufnahme wurde mit einem tatsächlich präzisen Amperemeter durchgeführt und die Stromversorgung bestand aus einem 300-W-PC-Netzteil, sodass die Spannung sehr konstant 5-5,1 Volt betrug). KUDOS ZUR ANTWORT !!! : D.

THOUGH: In meinem Test hatte ich den Widerstand im Wasser und er begann sich "aufzulösen", so dass Sie das auf KEINE Weise in Ihr Getränk geben können.

Ich hatte die Nase voll und legte einfach 5 8,2 Ohm Widerstände unter meinen Becher und war fertig. Es funktioniert tatsächlich ...

Newton-Gesetz der Kühlung - Scala graduum caloris

Die Wärme, die heißes Eisen in einer bestimmten Zeit an kalte Körper in seiner Nähe überträgt, dh die Wärme, die das Eisen in einer bestimmten Zeit verliert, ist wie die gesamte Wärme des Eisens. und daher sind die Wärmegrade in geometrischem Verhältnis, wenn die gleiche Abkühlzeit genommen wird

$\frac{dQ}{dt} = h\cdot A \cdot \Delta T(t)$

Q = Wärmeenergie (Abkühlrate)

h = Wärmeübertragungskoeffizient - Mindestens 3Wm-2K-1 [1]

A = Wärmeübertragungsfläche - $\pi r^2$Nehmen Sie einen Becher mit 8 cm Durchmesser = 0,02 m2

$\Delta T$ = Temperatur des Objekts - Umgebungstemperatur = 50 - 22 = 28

Somit beträgt die Abkühlrate: 3 · 0,02 · 28 = 1,68 W.

Dies ist, was Sie kontern müssen. Sie benötigen also einen Widerstand, um 1,68 Watt zu übertragen.

Nehmen Sie eine typische AA-Batterie: 1,5 V bei 3,9 Wh (typisch alkalisch). Dies könnte möglicherweise die benötigte Energie für die erforderlichen 1-2 Stunden (2,32 Stunden) liefern.

Von $P = \frac{V^2}{R}$ R müsste daher sein: $1.339\Omega$, aber dies entspricht 1,12 A KONTINUIERLICH von einem AA, was es nicht tun wird (50 mA ist ein typischer Abfluss)

Dies sollte Ihnen die erforderliche Methodik zeigen und es ist ein einfacher Fall, eine geeignete Batterie und einen geeigneten Widerstand für die gegebene Umgebung zu finden.

[1] http://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-transfer-d_430.html

Sie müssen den Wärmeverlust in Ihrem Becher bei etwa 50 ° C messen.

• Messen Sie die Becherkapazität.
• Füllen Sie es mit heißem Wasser oder Kaffee.
• Setzen Sie einen Temperaturfühler ein und schließen Sie den Deckel so weit wie möglich. Verwenden Sie Klebeband, um Wärmelecks zu stoppen.
• Notieren Sie den Temperaturabfall über die Zeit in der interessierenden Zone.

Der Leistungsverlust (und die zur Aufrechterhaltung der Temperatur erforderliche Leistung) wird durch angegeben

Wobei ΔT = Temperaturabfall (° C), m = Masse (kg), SHC = spezifische Wärme von Wasser (4200 J · kg ^-1 · K ^-1 ) und t = Zeit (en).

Ich führte einen Test mit 400 ml Kaffee (0,4 kg) durch und es dauerte 21 Minuten, um von 53,5 auf 52 ° C abzukühlen. Fügen Sie diese in die Formel ein, die wir erhalten

Dies ist die kontinuierliche Leistung, die benötigt wird, um 50 ° C in so viel Kaffee in meiner Tasse zu halten. Für zwei Stunden Heizzeit benötigen Sie eine 4-Wh-Batterie.

Der Aufbau der Laborküche.

Ich war angenehm überrascht, wie gut die Isolierung der Tasse war.

Eine Sache, die nicht behandelt wurde, ist, dass Sie die Erwärmung wirklich unterdrücken möchten, bis die Temperatur auf 50 ° C abfällt. Das impliziert etwas Elektronik oder einen Thermostat in Ihrer Schnecke.

Phasenwechselheizung

Beachten Sie, dass dieser Abschnitt keine elektrische Lösung für die ursprüngliche Frage bietet. Aufgrund dieser Frage habe ich die Informationen nachgeschlagen und biete sie als Alternative an.

Während des Phasenwechsels von flüssig zu fest gibt ein Material seine latente Wärme ab. Die Temperatur bleibt konstant, bis der Phasenübergang abgeschlossen ist. Ich habe eine schnelle Websuche nach Phasenwechselmaterialien mit einer Phasenwechsel-Temperatur um 50 ° C durchgeführt und einen interessanten Artikel über bessere Pizza mit Phasenwechsel-Materialien gefunden, in dem der Autor ein Studentenprojekt beschreibt, bei dem Pizzen über einen längeren Zeitraum auf Esstemperatur gehalten werden sollen .

Temperatur gegen Zeit während der Phasenwechselkühlung.

Dieser Artikel führte mich zu savEnerg, in dem der PCM-OM55P eine Phasenwechseltemperatur von 55 ° C aufweist, was für diese Anwendung nahezu perfekt ist. Die latente Wärme wird mit 210 kJ / kg angegeben. Zeit für ein paar Zahlen!

Nehmen wir an, wir könnten 100 g dieses Materials in unserer Tasse vertragen. (Die Dichte beträgt 0,84 kg / Liter, das Volumen also$\frac{100}{0.84} = 120 ml$). Wenn wir es erwärmen und in Flüssigkeit umwandeln, gibt es beim Abkühlen ab$210,000 J/kg \times 0.1 kg = 21,000 J$.

Da ein Watt ein Joule pro Sekunde ist und wir 2 W benötigen, um dem Wärmeverlust bei 50 ° C entgegenzuwirken, ist die Zeit für den Übergang $t = {21,000\over2} = 10,500 s = 2.9 hours$. Ich schlage vor, dass dies die Anforderungen des OP erfüllt.

Es gibt einige praktische Überlegungen.

• Das Phasenwechselmaterial muss erwärmt werden. Dies sollte kein Problem sein, wenn genügend Energie vorhanden ist, um eine Tasse Kaffee zuzubereiten.
• Die maximale Betriebstemperatur des PCM-OM55P beträgt 80 ° C. Ich überlasse es dem Leser, herauszufinden, wie das Phasenwechselmaterial nicht überhitzt werden kann.
• Ich habe keine Ahnung, in welchem ​​Format das Material verfügbar ist und wie es für diese Anwendung verpackt werden würde.

Auf der positiven Seite gibt es keine Elektrik und es sollte eine lange Lebensdauer haben. Die beste Lösung ist die einfachste, die funktioniert!

Bei niedrigen Spannungen können Sie ohne Isolierung des Elements davonkommen, da das Wasser einen höheren Widerstand hat und Sie nicht viel Elektrolytstrom erhalten. Bei höheren Spannungen isolieren, um einen Stromschlag zu vermeiden. Möglicherweise möchten Sie auch trotzdem isolieren, um eine Elektrolyse zu verhindern, falls das Element bricht. Es ist auch sehr unwahrscheinlich, dass die Hersteller des Widerstands darauf geachtet haben, dass er lebensmittelecht ist. Daher ist es wahrscheinlich besser, eine saubere, isolierende Beschichtung darauf aufzutragen.

Ein CR2032 hat ein Volumen von fast 1 ml. Das Erwärmen von 250 ml Kaffee von 10 ° C auf 50 ° C beträgt 4181 J / L ° * 0,25 l * 40 ° ~ = 42 kJ. Dies bedeutet, dass Sie eine Energiedichte von 42 MJ / l benötigen .

Sie haben keine Chance, dies mit einer Batterie zu tun. Düsentreibstoff kommt nahe, würde aber auch ein Oxidationsmittel und etwas benötigen, um die Reaktion zu regulieren , so dass dies in 3 ml möglich sein könnte. Aber wenn Sie wirklich wollen, dass etwas so Kleines genug Wärme erzeugt, um eine Tasse Kaffee zu erwärmen, brauchen Sie Thoriumpellets.

Die handelsüblichen Kaffeewärmer sind entweder katalytische Lösungen oder Gellösungen, die beim Kristallisieren Wärme abgeben und viel größer als CR2032-Zellen sind.

Wenn Sie etwas so Kleines in Ihren Kaffee geben, können Sie es auch versehentlich schlucken.