Умная кружка держит напиток при правильной температуре
История эта началась на рождественской ярмарке в баварском Розенхайме. Пара друзей дегустировала всё время и глинтвейн расстраивалась: горячительное было либо обжигающим, либо уже холодным.
Тогда-то отечественные храбрецы задумали раз и окончательно решить «проблему глинтвейна», а заодно и всех других напитков, требующих с целью достижения наилучшего вкуса строго оптимальной температуры.
Неизвестно, чем кончился бы этот мозговой штурм, если бы двое «дегустаторов» были портным и сапожником, допустим. Но они были физиками.
Первый — Клаус Зедльбауер (Klaus Sedlbauer), глава университета строительной физики Фраунгофера (Fraunhofer-Institut fur Bauphysik), второй — его сотрудник Герберт Зиннесбихлер (Herbert Sinnesbichler).
Чтобы глинтвейн продолжительное время оставался при «верной» температуре, возможно было бы, само собой разумеется, приспособить миниатюрный нагреватель с простенькой схемой и батарейкой для контроля. Но авторам будущей «умной кружки» хотелось отыскать ответ несложнее и недороже наподобие самонагревающейся банки с кофе либо самоохлаждающейся банки с пивом.
Скрытая теплота плавления – секрет работы последовательности обыденных вещей наподобие солевых грелок-аппликаторов (фото с сайта wikipedia.org).
Ключом к мечте двух немцев были материалы с трансформацией фазы (phase change material — PCM), прекрасно привычные Герберту и Клаусу по их профильной деятельности — стройматериалам, не смотря на то, что PCM употребляются куда более обширно: от пищевой, к слову, индустрии до космической техники.
Строго говоря, фактически любой материал меняет фазу при достаточном нагреве, охлаждении либо трансформации давления. Но PCM — это целая несколько смесей и веществ, смена между жёстким и жидким состоянием у которых происходит в удобной для долгого последовательности областей применения температурной территории.
В строительных работах PCM задействуют для комфортных условий в строений. Капсулы с этими составами внедряют в стенки и потолки, каковые накапливают излишки тепла днём (на солнце), отдавая его ночью.
Блоки с PCM время от времени ставят как аккумуляторная батареи холода для оптимизации работы совокупностей кондиционирования. Капсулы с PCM сейчас вмешивают кроме того в спортивные костюмы и зимние куртки, чтобы стабилизировать температуру в на приятном уровне.
А трудятся материалы PCM весьма легко. При остывании, дойдя до температуры начала кристаллизации, они начинают выделять скрытую теплоту плавления, продолжительное время не разрешая себе и контактируемым с ними предметам охладиться ниже данной отметки.
До тех пор пока не затвердеет последняя капля PCM. При нагреве всё происходит в обратном порядке — температура чудо-состава не встанет выше точки плавления, пока не расплавятся последние остатки в порции для того чтобы «теплового» аккумулятора.
Доктор наук Зедльбауер говорит, что компаньоны удостоверились в надежности разные конструкции кружек и вычислили оптимальное соотношение заданной температуры, физических параметров наполнителя, внутренних деталей и теплопроводности стенок (фото Fraunhofer IBP).
На единицу количества PCM смогут хранить до 14 раза больше тепловой энергии, чем тёплая вода либо кирпичная кладка. Но основное — разнообразие этого класса материалов разрешает произвольно подобрать температуру работы, ту самую, которую PCM будут «приложив все возможные усилия» стараться поддерживать на одном уровне.
А уж что необходимо будет греть — не так уж и принципиально важно.
«Тёплые напитки, кофе либо чай, оптимальнее использовать при 58 градусах Цельсия, — говорит Зедльбауер. — Чтобы достигнуть данной температуры и поддерживать её, мы наполняем кружку PCM, что делается жидкостью ровно при 58 градусах». Само собой разумеется, PCM с напитком не должны общаться напрямую, так что кружку было нужно сделать с дном и двойными стенками.
Но новинка от Герберта и Клауса — не просто два положенных один в второй цилиндра.
Полость между стенками содержит множество изогнутых лент из материала с высокой теплопроводностью (алюминий, но возможно и другой металл), между ними залит отобранный изобретателями PCM (что-то похожее на воск). А внешние стены кружки её авторы решили покрыть узким слоем дополнительной теплоизоляции — пластиком и/либо керамикой, чтобы быть уверенными, что PCM будет отдавать энергию напитку, а не воздуху, и полезное содержимое сосуда начнёт заметно остужаться лишь по окончании того, как целый PCM отработает собственную задачу.
Схема начинки теплорегулирующей кружки (иллюстрация Fraunhofer IBP).
Итак, воздействие кружки начинается по окончании того, как в неё залили кипяток (только что заваренный чай, например, либо чрезмерно подогретый глинтвейн). Тепло от жидкости начинает скоро переходить к PCM, в следствии чего через чур тёплый чай остывает, а PCM плавится.
Но при «попытке» предстоящего охлаждения с чаем происходит необычная видоизменение — медлительно застывающий PCM сейчас уже отдаёт забранное ранее тепло, удерживая содержимое кружки совершенно верно на отметке 58 °C. «В совершенных событиях, — утверждает Зедльбауер, — оптимальная температура может поддерживаться в течение 20-30 мин.».
Зиннесбихлер же додаёт, что подобную разработку возможно применить для чаш, в которых подают мороженое, либо для кружек, предназначенных для холодных напитков. Лишь для каждого продукта должна быть собственная «стабилизирующая» кружка.
Герберт поясняет, что пиво вкуснее всего при плюс 7 градусах, а мороженое — при минус 12. «Так что вы должны сделать чашки либо кружки, каковые заполнены материалом PCM, плавящимся как раз при этих температурах».
Ничего не напоминает? Да так как классические кубики со льдом в бокале с коктейлем — тот же PCM, стремящийся удержать температуру напитка , пока целый не растает. Да и Ледяной медведь с его двумя тоннами замороженной воды по сути – то же самое.
PCM быть более действенными и ещё разрешают «настраивать» себя.
Учёные всячески испытывали собственное творение, дабы убедиться, что оно трудится совершенно верно так, как и задумано.
Но удалось ли им из «умной кружки» попить глинтвейн – история умалчивает (фото Fraunhofer IBP).
«Культурная чашка для кофе» — хорошее дополнение к кружке, которая сама размешивает кофе, либо ёмкости, которая разрешает выпивать кофе в невесомости. А учитывая доступность и сравнительную простоту конструкции PCM — возможно массовое.
Пара любителей глинтвейна не берётся делать выводы, какова окажется цена на такую необыкновенную посуду. Но германские физики уже вели переговоры с рядом промышленных компаний. «В случае если мы сможем отыскать партнёра для совместной работы, первые серийные кружки смогут показаться в продаже уже к концу этого года», — утверждает Зедльбауер.
