Beheizen eines 10x10x10 Edelstahlbehälters

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo,
Ich konstruiere soeben einen Versuchsaufbau und stehe nun vor folgendem Problem:
Ich habe einen Edelstahlbehälter mit den Innenmaßen 10x10x10cm. In diesem Behälter soll Gallium flüssig gehalten werden und muss dazu eine Temperatur von mindestens 30°C. halten.

Meine beste Idee bisher ist es außen an den Behälter Peltier Elemente zu kleben und ihn so zu beheizen. Da ich aber keinerlei Erfahrung mit solchen Elementen habe wollte ich hier erstmal fragen ob das überhaupt möglich und sinnvoll ist oder ob es dafür einfachere Lösungen gibt. Die Wärmeübertragunsrechnung ist doch ziemlich kompliziert mit Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung der beiden Metalle etc. Ich habe keine Ahnung wie viel Watt Wärmeleistung man da reinstecken muss um die 30° zu halten.

vielen Dank

#2

Moin,

Ich habe keine Ahnung wie viel Watt Wärmeleistung man da
reinstecken muss um die 30° zu halten.

so was misst man am einfachsten.

Was spricht gegen ein Wasserbad?
Das läßt sich hochpräzise regeln und man kann mit einem Δθ die Innentemperatur einstellen.

Gandalf

#3

Danke erstmal für die schnelle Antwort.

Wie ich die Wärmeleistung messen soll ist mir ein Rätsel.
Die Rechnung für die Verlustleistung würde folgendermaßen aussehen:
Abgegebene Wärme des Galliums an die Luft und an den Stahl + abgegebene Wärme des Stahls an die Luft + gespeicherte Wärme im Stahl.

Gegen ein Wasserbad spricht, dass der Behälter unten einen Auslass hat, an dem ein Ventil hängt, dass durch den Tisch unten hindurch geht. Ist also schwer zu realisieren. Seitlich angrenzende Becken mit beheiztem Wasser wären eine Möglichkeit, sind aber auch mit größerem Aufwand verbunden als es Peltier Elemente wären.

gruß
Christoph

#4

Hallo,

du könntest zur Erwärmung des Würfels sog.
-> „ThermoLux“ Wärmematten verwenden:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/5500…

Es gibt sie in verschiedenen Größen.
In obiger Veröffentlichung findet man u.a.:

„Die Matten werden mit dem Stecker direkt an
das 230V-Stromnetz angeschlossen und
erreichen bei 20°C Umgebungstemperatur
ohne Abdeckung eine maximale
Oberflächentemperatur von ca. 42°C. …

Bei Betrieb ohne Temperaturbegrenzung ist
eine Überhitzung der ThermoLux Wärmematte
zu vermeiden, da z.B. eingelegt zwischen
trockene Substrate ein Temperaturanstieg bis
über 100°C möglich ist!“

-> Es gibt auch spezielle, sehr flexible Gummischläuche, die einen halbrunden Querschnitt haben. Mit der geraden Seite legt man sie an die zu beheizende Fläche an, umwickelt den Würfel und pumpt warmes Wasser durch.
-> Den Würfel könnte man auch in einen Trockenschrank einstellen und auf ca. 40 °C erwärmen.

vielen Dank

Bitte

watergolf

#5

Pass auf!
Hallo

Pass auf!
Soviel ich weiss, reagiert Gallium mit den meisten Metallen, so dass das Gallium dann verunreinigt wird.
Ausserdem weiss ich, dass Gallium mit Nickel (ist in manchen Edelstähl vorhanden) stark exotherm reagiert.

Gruss

Ratz

#6

Hallo

Nachdem Du nicht sagst, wofür der Versuchsaufbau eigentlich gut sein soll und ich bei Wikipedia folgendes unter Gallium gefunden habe:

„Die meisten Metalle werden von flüssigem Gallium angegriffen, so dass es nur in Behältern aus Quarz, Glas, Graphit, Aluminiumoxid, Wolfram bis 800 °C und Tantal bis 450 °C aufbewahrt werden kann.[24]“

Außerdem ist eine thermostatische Regelung oder eine Regelung einer Wärmequelle, die stärker ist, als eigentlich benötigt, das wirklich kleinste Problem und man braucht auch kaum etwas dazu zu berechnen.

Und, entschuldige bitte, außerdem ist Gallium wahrscheinlich so teuer und wird woanders benötigt, das man es Dir lieber nicht in die Hände geben sollte.

MfG

#7

Hallo,

Ich habe einen Edelstahlbehälter mit den Innenmaßen
10x10x10cm. In diesem Behälter soll Gallium flüssig gehalten
werden und muss dazu eine Temperatur von mindestens 30°C.
halten.

30°C ist nicht viel und bei den Abmessungen braucht man
höchstens einige 10W, wenn man den Behälter rundum etwas
Dämmung verpasst. Auch wenn der Behälter oben offen bleibt,
ist es kein Problem. Die Umgebung ist doch sicher nicht
eiskalt, oder?

Meine beste Idee bisher ist es außen an den Behälter Peltier
Elemente zu kleben und ihn so zu beheizen.

Nur zum Heizen ist das unsinnig aufwendig.

Die einfachste Variante sind paar Heizwiderstände, z.B.
so was: http://www.conrad.de/ce/de/product/420252/

Diese kannst du z.B. auf paar dicke Alubleche schrauben,
die wiederum an die Außenflächen montiert werden.
Das geht auch einfach z.B. mit paar Spannbändern.
Das kostet paar € Mat. und etwas Mühe.
Für einen Test kann man das mit einem einfachen Labornetzteil
betreiben und mit der Spannung die Leistung steuern.

Wärmeübertragunsrechnung ist doch ziemlich kompliziert mit
Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung der beiden Metalle etc.

Was willst du da alles berechnen?
Wenn das oben offen bleibt, ist das die einzige Fläche,
die da relevant Wärme an die Luft abgibt.
Kann man auch einen Deckel drauf machen?

Ansonsten muß man nur einmal die Wärmekapazität des Behälters
mit Inhalt aufheizen. Je nachdem, ob das langsam oder schnell
gehen soll, muß man mehr oder weniger Leistung hinzu rechnen.

Wenn die Temp. der Umgebung rel. konst. ist, könnte man auch
konstant heizen. Ansonsten regelt man die Sache entweder
direkt (Temperaturfühler im Bad) oder indirekt mit Temperaturfühler
außen an den Aluplatten mit den Heizwiderständen.
oder an der Wandung.

Ich habe keine Ahnung wie viel Watt Wärmeleistung man da
reinstecken muss um die 30° zu halten.

Ich würde max. 50W investieren.
Wenn du selber basteln willst, nimm ein 24V-Netzteil.
z.B. http://www.conrad.de/ce/de/product/513004/
Dazu einen kleinen elektronischen Regler oder ein einfaches
Thermostat.

Gruß Uwi