Какое вещество меняет агрегатное состояние при температуре +2...+3 градуса?

[Антон З]

Пытаемся воспроизвести осушитель сжатого воздуха по аналогии с немецким. Это единственный производитель, который использует в своём осушителе так называемый "Аккумулятор холода". В отличии от обычных осушителей, где фреон при кипении напрямую (через стенку теплообменника) отнимает тепло у сжатого воздуха (при такой технологии температура охлаждения (она же точка росы) сжатого воздуха всегда нестабильна и колеблется от +3 до +10 градусов цельсия, соответственно в сжатом, осушенном воздухе на выходе то больше, то меньше пара. Немецкий производитель установил в конструкцию "аккумулятор холода". Т.е. фреоновый контур охлаждает этот аккумулятор холода с одной стороны до температуры +2 градуса и затем фреоновый компрессор отключается. Какое-то время приходящий горячий сжатый воздух отдаёт своё тепло аккумулятору холода с противоположной стороны. Как только аккумулятор нагрелся до +4 градусов - снова включается фреоновый компрессор и снова понижает его температуру до +2 градусов. В результате точка росы максимально стабильная, есть запас на перегрузки и режим работы фреонового компрессора 50/50, а не 24/7. 

Первые версии такого осушителя были с аккумулятором холода из кварцевого песка. Конструкция получалась очень громоздкой и тяжёлой, чтобы добиться достаточной теплоёмкости аккумулятора. Затем немецкий производитель заполнил аккумулятор каким-то веществом, которое постоянно меняет своё агрегатное состояние "туда-сюда" в зависимости от нагрева и охлаждения (по аналогии с медицинской грелкой, которая твердеет и выделяет тепло при активации, но нам не нужно чтобы само вещество выделяло тепло, нам нужно чтобы оно могло поглащать и отдавать максимально много тепла при изменении его собственной температуры в пределах +2...+4 градусов). Т.е. условно при температуре +4 градуса включился фреоновый контур, сначала отнял у аккумулятора "условно" 1000 кДж тепловой энергии, чтобы снизить его температуру с +4 градусов до +3. Затем ещё 10000 кДж энергии, чтобы кристализовать вещество в твёрдое состояние (температура всё ещё +3 градуса) и затем ещё 1000 кДж, чтобы снизить её до +2 градусов цельсия. В обратном порядке происходит всё то же самое. Т.е. такой аккумулятор поглащает/отдаёт очень много энергии на кристаллизацию и плавление вещества с сохранением его постоянной температуры (прощу прощения за термины, я вообще не химик, могу ошибаться), что крайне важно, т.к. рабочий диапазон температур аккумулятора всего 2 градуса цельсия. Теплоёмкость кварцевого песка в 5 раз меньше, чем у воды (насыпная плотность в 1,6 раз выше, чем у воды не компенсирует) и у песка нет изменения фазы агрегатного состояния с поглащением/выделением тепловой энергии. 
Элементарное "ОК ГУГЛ" по запросу какие вещества плавятся при температуре в диапазоне +2...+4 градуса, выдало список, в котором всё либо взрывается, либо токсично, либо стоимость просто заоблачная (тяжёлая вода, D2O).

Буду признателен за помощь с поиском, что можно использовать в качестве аккумулирующего вещества? (обычная вода идеальна, у неё самая высокая теплоёмкость, есть фаза изменения агрегатного состояния, но её проблема в том, что это происходит при 0 градусов, т.е. в контуре сжатого воздуха, который мы охлаждаем (что также сопровождается выделением конденсата) - точно также будет замерзать конденсат и осушитель выйдет из строя. Ниже +2 градусов опускаться нельзя). 

Может быть можно смешать с чем-то воду, чтобы она плавилась/кристаллизовалась при температуре не ~0, а при +2...+3? 

[Не Соло Монов]

В 09.09.2025 в 13:58, Антон З сказал:

Может быть можно смешать с чем-то воду, чтобы она плавилась/кристаллизовалась при температуре не ~0, а при +2...+3?

ну и смотрите диаграммы плавл\замерзания эвтектики гетерогенных систем с большим % содержанием (атомов . ионов) водорода

к (примеру) серная 98% плавл. +2⁰

агрегатное меняет еще давление .

Поди разберись какое давление в контуре. Вопрос на лимон!🤑

 

Изменено 9 Сентября, 2025 в 12:01 пользователем Не Соло Монов

[Антон З]

В 09.09.2025 в 14:57, Не Соло Монов сказал:

ну и смотрите диаграммы плавл\замерзания эвтектики гетерогенных систем с большим % содержанием (атомов . ионов) водорода

к (примеру) серная 98% плавл. +2⁰

Вынужден пользоваться гуглом:

"Серная кислота токсична, вызывает сильный ожог кожи и слизистой глаз, заболевания органов дыхания. Работать с ней допускается только с использованием средств защиты."

 

"Аккумулятор холода" будет хоть и замкнут и герметичен, напрямую ни с чем не контактирует, но всё таки это промышленное изделие, в случае возникновения какой-то внештатной ситуации - серная кислота может либо попасть на кожу/слизистые обслуживающего персонала или при нарушении герметичности между аккумулятором холода и контуром сжатого воздуха - кислота попадёт в сжатый воздух и по трубам уйдёт на производство, где в лучшем случае попадёт в промышленные механизмы и повредит их, в худшем - попадёт в продукт (пищевая промышленность, фармацевтика и т.д.) и будет прям катастрофа. 

В любом случае благодарю за ответ, но всё таки искомое вещество должно быть "безопасным" в случае контакта с неподготовленным человеком или продуктом. 

[Антон З]

В 09.09.2025 в 14:57, Не Соло Монов сказал:

агрегатное меняет еще давление .

Поди разберись какое давление в контуре. Вопрос на лимон!🤑

У нас 3 контура, не соединённых друг с другом (между каждым контуром слой алюминия) и давление в любом контуре может быть любое. Т.е. это стандартный алюминиевый теплообменник фреон/воздух, но в него добавлен третий контур, т.е. фреон/аккумулятор/воздух. 
Первый контур - фреоновый, давление в нём порядка 8 бар.

Второй контур - "аккумулятор холода". По умолчанию в нём нет давления (условно, первая модификация из кварцевого песка). При необходимости можно создать в нём давление, но желательно этого избежать, т.к. любой элемент "создания давления" - это удорожание и усложнение (снижение надёжности) системы + необходимость регулярного технического обслуживания.

Третий контур - сжатый воздух - давление в этом контуре от 6 до 16 бар (рабочий диапазон осушителя, точное давление в контуре определяется рабочим давление в конкретной системе сжатого воздуха конкретного заказчика). 

[Вадим Вергун]

В 09.09.2025 в 13:58, Антон З сказал:

Пытаемся воспроизвести осушитель сжатого воздуха по аналогии с немецким. Это единственный производитель, который использует в своём осушителе так называемый "Аккумулятор холода". В отличии от обычных осушителей, где фреон при кипении напрямую (через стенку теплообменника) отнимает тепло у сжатого воздуха (при такой технологии температура охлаждения (она же точка росы) сжатого воздуха всегда нестабильна и колеблется от +3 до +10 градусов цельсия, соответственно в сжатом, осушенном воздухе на выходе то больше, то меньше пара. Немецкий производитель установил в конструкцию "аккумулятор холода". Т.е. фреоновый контур охлаждает этот аккумулятор холода с одной стороны до температуры +2 градуса и затем фреоновый компрессор отключается. Какое-то время приходящий горячий сжатый воздух отдаёт своё тепло аккумулятору холода с противоположной стороны. Как только аккумулятор нагрелся до +4 градусов - снова включается фреоновый компрессор и снова понижает его температуру до +2 градусов. В результате точка росы максимально стабильная, есть запас на перегрузки и режим работы фреонового компрессора 50/50, а не 24/7. 

Первые версии такого осушителя были с аккумулятором холода из кварцевого песка. Конструкция получалась очень громоздкой и тяжёлой, чтобы добиться достаточной теплоёмкости аккумулятора. Затем немецкий производитель заполнил аккумулятор каким-то веществом, которое постоянно меняет своё агрегатное состояние "туда-сюда" в зависимости от нагрева и охлаждения (по аналогии с медицинской грелкой, которая твердеет и выделяет тепло при активации, но нам не нужно чтобы само вещество выделяло тепло, нам нужно чтобы оно могло поглащать и отдавать максимально много тепла при изменении его собственной температуры в пределах +2...+4 градусов). Т.е. условно при температуре +4 градуса включился фреоновый контур, сначала отнял у аккумулятора "условно" 1000 кДж тепловой энергии, чтобы снизить его температуру с +4 градусов до +3. Затем ещё 10000 кДж энергии, чтобы кристализовать вещество в твёрдое состояние (температура всё ещё +3 градуса) и затем ещё 1000 кДж, чтобы снизить её до +2 градусов цельсия. В обратном порядке происходит всё то же самое. Т.е. такой аккумулятор поглащает/отдаёт очень много энергии на кристаллизацию и плавление вещества с сохранением его постоянной температуры (прощу прощения за термины, я вообще не химик, могу ошибаться), что крайне важно, т.к. рабочий диапазон температур аккумулятора всего 2 градуса цельсия. Теплоёмкость кварцевого песка в 5 раз меньше, чем у воды (насыпная плотность в 1,6 раз выше, чем у воды не компенсирует) и у песка нет изменения фазы агрегатного состояния с поглащением/выделением тепловой энергии. 
Элементарное "ОК ГУГЛ" по запросу какие вещества плавятся при температуре в диапазоне +2...+4 градуса, выдало список, в котором всё либо взрывается, либо токсично, либо стоимость просто заоблачная (тяжёлая вода, D2O).

Буду признателен за помощь с поиском, что можно использовать в качестве аккумулирующего вещества? (обычная вода идеальна, у неё самая высокая теплоёмкость, есть фаза изменения агрегатного состояния, но её проблема в том, что это происходит при 0 градусов, т.е. в контуре сжатого воздуха, который мы охлаждаем (что также сопровождается выделением конденсата) - точно также будет замерзать конденсат и осушитель выйдет из строя. Ниже +2 градусов опускаться нельзя). 

Может быть можно смешать с чем-то воду, чтобы она плавилась/кристаллизовалась при температуре не ~0, а при +2...+3? 

Если для Вас идеально подходит вода, но температура должна быть на пару градусов выше то искать нужно определенно среди кристаллогидратов, тех что с большой мольной долей воды. Найти те их них что плавятся в таком узком диапазоне - непростая задачка, надо штудировать справочники, из того что первое попалось - одинадцативодный гидрат сульфата магния Mg(SO4)2*11H2O. При +2 он разваливается на семиводный и раствор (так что это не совсем плавление). Могут быть трудности из-за роста кристаллов гептагидрата, надо пробовать. По сути вам нужно купить семиводную соль (английская соль) добавить на каждый ее килограмм 210г воды и хорошенько перемешать. Стоит оно копейки, является пищевой добавкой. Возможно есть и другие, более подходящие гидраты, особенно среди двойных систем, надо искать.

[Вадим Вергун]

Если речь про органику еще возможен такой вариант как гидрат кларат тетрагидрофурана 1 к 17, это просто 19% раствор ТГФ в воде он будет плавиться как обычная вода, но при +4, чуть выше чем Вам нужно но никаких кристаллов. 

Изменено 9 Сентября, 2025 в 12:37 пользователем Вадим Вергун

[Антон З]

В 09.09.2025 в 15:37, Вадим Вергун сказал:

Если речь про органику еще возможен такой вариант как гидрат кларат тетрагидрофурана 1 к 17, это просто 19% раствор ТГФ в воде он будет плавиться как обычная вода, но при +4, чуть выше чем Вам нужно но никаких кристаллов. 

Вадим, благодарю Вас за столь детальный ответ и примеры. 

К сожалению, даже с гуглом не могу полностью разобраться даже в названиях ("гидрат кларат тетрагидрофуран" гугл вообще не ищет), а разобраться самому - попросту нереально, т.к. уровень моих познаний в химии оооочень далёк от Вашего. 
По поводу температуры плавления +4 граудса - она полностью укладывается в диапазон. Подходит любое вещество, которое плавится при температуре от +2 до +4 градусов цельсия (при температуре + 3 - подходит идеально, при температуре плюс/минус 1 градус от +3 - в допуске). 
С одинадцативодным гидратом сульфата магния ноль вопросов, уже поставил задачу всё заказать, как всё придёт - просто попробуем.
Могу ли Вас попросить написать такой же пример последовательности ингредиентов и дозировок по 19% раствору ТГФ, что с чем смешать и в каких пропорциях, чтобы получить нужный раствор и просто попробовать, как он себя поведёт при наших температурах?

[Вадим Вергун]

В 09.09.2025 в 16:40, Антон З сказал:

С одинадцативодным гидратом сульфата магния ноль вопросов, уже поставил задачу всё заказать, как всё придёт - просто попробуем.

Уделите внимание тому что он должен быть в виде порошка, а не кристаллов или гранулы (можно и в ручную помолоть, на пробу), потому как все же процесс межфазный. 

 

В 09.09.2025 в 16:40, Антон З сказал:

Могу ли Вас попросить написать такой же пример последовательности ингредиентов и дозировок по 19% раствору ТГФ, что с чем смешать и в каких пропорциях, чтобы получить нужный раствор и просто попробовать, как он себя поведёт при наших температурах?

Все так же примитивно. Тетрагидрофуран продается как растворитель, он относительно не дорог и не токсичен (если его конечно не пить). Вам нужно приготовить 19% раствор, то есть взять 810 мл воды и прибавить к ней 190 г (213 мл) тетрагидрофурана. Вот эта смесь должна плавиться при +4С. Если нарушите пропорции все лишнее просто не будет замерзать, а "не лишнее" будет замерзать все так же строго при +4, это кларат система с конгруэнтным плавлением (в отличии от эвтектик, вроде вода-этанол).  Если у вас теплоаккумулятор в замкнутом объеме - ничего этому раствору не будет, но если есть прямой контакт с фреоном - понемногу (но весьма медленно при этих температурах) будет ТГФ вместе с фреоном улетать. Вообще глянул немного публикаций, по вашему температурному диапазону их нем толком, всем нужно либо нижу нуля, либо от +5, однако можно понять, например, то что рост кристаллов большая проблема и с ней борются путем геллирования смеси, в примитивном варианте можно попробовать силикагель, но непонятно как он будет взаимодействовать с сульфатом магния и ТГФом, надо пробовать.

Изменено 9 Сентября, 2025 в 14:58 пользователем Вадим Вергун

[Вадим Вергун]

Для кларата ТГФ возможны еще нюансы кристаллизации связанные с переохлаждением, если будет отказываться кристаллизоваться накидайте в раствор "кипелок" (битых кусков керамики) чтоб создать побольше центров кристаллизации. 

[chemister2010]

Выберите, что вам больше подойдет:

 бензотиазол
моноэтиловый эфир фталевой кислоты*
формамид
изопропилмиристат*
додецилбензол
7-бутилдокозан
диоктиладипат*

Звездочкой отмечены пластификаторы пластмасс.

Бензотиазол возможно имеет неприятный запах. Формамид доступен, но он сильный растворитель пластиков. Додецилбензол умеренно токсичен.