ФОРМОВАННОЕ ТОПЛИВО Российский патент 1997 года по МПК C10L11/06 C10L5/36 

Изобретение относится к отопительным или растопочным средствам, изготавливаемым из твердых горючих материалов, преимущественно из натуральной древесины, и применяемым для разжигания костров, каминов, мангалов и т.п. и сжигания в них.

Обычно для этой цели применяются поленья, чурбаки из натуральной или специально обработанной древесины, а также искусственные поленья и чурбаки, изготовленные из органических горючих материалов. Оптимальный эффект сгорания топлива зависит не только от горючего материала, но также и от формы, величины, соотношения элементов, составляющих топливное средство, их взаимного расположения и размещения очага воспламенения.

В процессе воспламенения средства разжигания должны обладать достаточной высотой пламени и быстротой возгорания, средства для сжигания в каминах и кострах должны иметь высокую продолжительность горения, декоративный эффект, а при использовании в мангалах, грилях стабильную температуру сгорания и равномерное низкое пламя тлеющих углей.

Известен запальный чурбак из дерева, имеющий на нижней плоскости перекрещивающиеся два или более параллельных выреза, между которыми находятся выступы, а на боковой поверхности выполнена глубокая прорезь (1).

В этом растопочном средстве находящиеся на небольших расстояниях одна от другой поверхности горючего материала легко воспламеняются, и вследствие того, что выступы имеют малый объем, время сгорания непродолжительное.

Известен прессованный угольный брикет, имеющий трубчатую форму с различными профилями внутренней и внешней поверхностей, а также отверстия в стенках (2).

Процесс зажигания этого угольного брикета имеет неопределенный характер, а режим сгорания и его эффективность зависят от наличия решетчатого основания для установки брикета. Соотношение сравнительно небольшой сгорающей массы и большой поверхности горения приводит к быстрому возгоранию и сгоранию брикета за небольшой промежуток времени.

Наиболее близким является известный топливный брикет, содержащий чурбак из древесины, имеющий осевую полость, от которой расходятся во все стороны до наружной поверхности брикета многочисленные воздушные каналы, и патрон с зажигательной смесью и запальным шнуром, введенный в осевую полость (3).

Данное средство предназначено для сжигания в воздухонепроницаемой оболочке с как минимум одним воздушным патрубком и одной трубой для вывода дымовых газов. При использовании брикета в условиях открытого доступа воздуха часть каналов работает не на вывод дымовых газов, а на подачу воздуха, очаг возгорания находится в центре брикета, поэтому пламя образуется в середине, брикет сгорает быстро.

В основу изобретения положена задача создания формованного топлива многоцелевого назначения, которое обладало бы как быстрым воспламенением, так и высокой продолжительностью сгорания.

Сущность изобретения заключается в том, что в формованном топливе, содержащем чурбак из древесины или другого органического горючего материала с осевой полостью, размещенный в осевой полости зажигательный патрон с запальным шнуром и воздушные каналы, соединяющие осевую полость с наружной поверхностью чурбака, каналы выполнены в виде образующих сектора вертикальных радиальных прорезей, не доходящих до основания чурбака не менее чем на половину его высоты, а осевая полость размещена по вертикальной оси, проходящей через любую точку круга, находящегося на горизонтальной торцевой плоскости чурбака, с центром, лежащим на вертикальной оси, проходящей через центр тяжести чурбака, и радиусом, равным одной трети максимального расстояния от центра этого круга до наружной поверхности чурбака, снабженного сеткой на дне осевой полости.

В частных случаях топливо согласно изобретению имеет в чурбаке горизонтальные внутренние полости, расположенные по его высоте и сообщенные с осевой полостью, а сектора могут быть выполнены в виде поперечных звеньев, соединенных между собой предварительно напряженными скобами.

В случае использования топлива для мангалов в чурбаке выполнено концентрично осевой полости углубление, заполненное углем.

В случае использования топлива в качестве растопочного средства чурбак имеет вертикальные радиальные прорези, выполненные с противоположных его торцов со смешением на половину дуги сектора, а осевая полость имеет глубину, равную четырем пятым высоты чурбака.

Такое выполнение топливного средства позволяет достичь:
увеличения продолжительности сгорания за счет того, что отправной точкой для выполнения всех конструктивных элементов чурбака является его центр тяжести, в результате чего составляющие его элементы имеют одинаковый объем, обеспечивающий равномерное, а в связи с этим длительное сгорание горючего материала; выполнение поставленной задачи возможно в том случае, когда определяющая конструкцию чурбака ось проходит через любую точку круга, находящегося на горизонтальной торцевой полости чурбака, с центром, лежащим на вертикальной оси, проходящей через центр тяжести чурбака, и радиусом, равным одной трети максимального расстояния от центра этого круга до наружной поверхности чурбака, т.к. в случае, когда указанная точка лежит за пределами описанного круга, разделение чурбака на равные по объему сектора не представляется возможным, если используется натуральная древесина, имеющая форму лишь подобную цилиндрической; при плоскопараллельной или цилиндрической форме чурбака, когда в идеальном случае точка лежит на оси, проходящей через центр тяжести чурбака, возможное отклонение ее месторасположения в пределах описанного круга позволяет произвести разделение чурбака на секторы, достаточно равные по объему;
увеличение продолжительности сгорания топлива происходит также за счет того, что благодаря наличию радиальных вертикальных прорезей, разделяющих чурбак на равные по объему секторы и не доходящих до основания чурбака не менее чем на половину его высоты, чурбак имеет такую конструкцию, при которой взаимодействие воздушных струй и потока дымовых газов подобно противоточной схеме аэродинамической организации слоевого процесса сжигания твердого топлива, а именно выполнение осевой полости с зажигательным патроном, соединенной с описанными выше прорезями, организует процесс сгорания сверху вниз, при этом подача воздуха для поддержания процесса происходит снизу вверх по законам естественной вентиляции, причем поступающий снизу вверх воздух кроме того охлаждает фронт распространение пламени до тех пор, пока пламя не достигает дна радиальных вертикальных прорезей, верхние обугливающиеся поверхности горения благодаря близкому противолежащему расположению и соответственно зеркальному теплоизлучению поддерживают температуру сгорания неизменной, и газы от распространяющегося вниз пламени полностью сгорают в этой верхней части чурбака, т.е. происходит процесс дожигания, а постепенное равномерное распространение пламени в них по мере сгорания верхней и центральной частей топлива обеспечивает увеличение продолжительности сгорания; кроме того размещение сетки на дне осевой полости с зажигательным патроном предотвращает попадание уменьшившегося в размерах в результате сгорания патрона вниз по вертикальной прорези и исключает тем самым возможность воспламенения чурбака снизу;
быстрого его воспламенения за счет того, что месторасположение осевой полости и соединение ее с воздушными каналами, выполненными в виде радиальных вертикальных прорезей, образующих сектора, создают условия, при которых близ очага воспламенения находятся расположенные в непосредственной близости один от другого угловые части секторов с малым объемом массы.

Целесообразно выполнить в чурбаке не менее двух внутренних горизонтальных полостей по его высоте, сообщенных с осевой полостью. Такое выполнение чурбака позволяет определить его сгорание за счет того, что воздух, поступающий в полости, служит теплоизолятором и способствует более полному сгоранию верхней центральной части чурбака и лишь затем дальнейшему распространению пламени вниз.

Рекомендуется выполнить в чурбаке концентрично осевой полости углубление и заполнить его углем. Такое выполнение позволяет поддерживать продолжительное время необходимую температуру горения при равномерном низком пламени тлеющих углей, т.к. в слое угля сгорают дымовые газы, образующиеся на граничном слое угля и древесины, что предотвращает сгорание самого чурбака; уголь находится в теплоизоляционной оболочке, образованной материалом чурбака, и охлаждается снаружи и снизу воздухом, поступающим через прорези. В таком виде топливо целесообразно использовать в мангалах, грилях.

Целесообразно выполнить топливо в виде чурбака, секторы которого состоят из нескольких поперечных звеньев, соединенных между собой предварительно напряженными скобами. При таком выполнении топлива по мере сгорания середины каждого из звеньев предварительно напряженные скобы возвращаются в свое исходное состояние и наклоняют крайние части секторов звена к пламени, в результате чего обеспечивается более полное и продолжительное его сгорание.

Рекомендуется также выполнение вертикальных прорезей с противоположных торцов чурбака со смещением на половину дуги сектора. Такая конструкция чурбака целесообразна для использования его в качестве растопочного средства, т. к. в данном случае чурбак снизу не представляется монолитным, а разделен также как и верхняя его часть на равные по объему секторы, в результате чего создается сильная тяга, способствующая развитию высокого пламени и интенсивному его распространению не только вверх, но и к наружной поверхности чурбака и вниз. В данном случае осевую полость для зажигательного патрона целесообразно выполнять на глубину 4/5 высоты чурбака. Такое выполнение позволяет при малом габаритном объеме чурбака, как растопочного средства, произвести его зажигание на глубине, близкой к основанию. При этом происходит быстрое возгорание с высоким и широким охватом пламенем топливного материала. Чурбак сгорает быстро при высоком пламени, и кроме того вырывающиеся из верхних и нижних вертикальных прорезей наружной поверхности чурбака языки пламени создают прекрасный декоративный эффект.

На фиг. 1 изображено предлагаемое топливо, преимущественно для каминов и костров, вид сверху; на фиг. 2 -разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, вариант; на фиг. 4 топливо, преимущественно для мангалов, вид сверху; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 топливо, преимущественно растопочное средство, вид сверху; на фиг. 7 -разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 то же, аксанометрия; на фиг. 9 схема размещения осевой полости и вертикальных радиальных прорезей,
где O₁ любая точка, через которую проходит ось осевой полости;
O₂ центр круга, лежащий на вертикальной оси YY, проходящей через центр тяжести чурбака;
O₃ центр тяжести чурбака;
R максимальное расстояние от центра круга O₂ до наружной поверхности чурбака;
r радиус круга с центром O₂;
XX ось осевой полости чурбака;
на фиг. 10 топливо плоскопараллельной формы, вид сверху; на фиг. 11 - разрез Б-Б на фиг. 10.

Топливо представляет собой чурбак 1 с равными по объему секторами 2, образованными вертикальными радиальными прорезями 3, которые не доходят до основания чурбака не менее чем на половину его высоты и соединяют наружную поверхность чурбака с осевой полостью 4, на дне которой размещены сетка 5 и зажигательный патрон 6 с запальным шнуром 7. По высоте чурбака 1 могут быть выполнены внутренние горизонтальные полости 8, сообщенные с осевой полостью 4.

Топливо для мангалов имеет в чурбаке 1 углубление 9, выполненное концентрично осевой полости 4, и заполненное углем 10.

В варианте секторы 2 топлива могут состоять из отдельных поперечных звеньев 11, соединенных между собой предварительно напряженными скобами 12.

При использовании топлива в качестве растопочного средства вертикальные радиальные прорези в чурбаке 1 выполнены с противоположных торцов его со смещением на половину дуги сектора, а осевая полость 4 для зажигательного патрона 6 имеет глубину 4/5 высоты чурбака.

В чурбаке 1 вертикальные радиальные прорези 3 соединяют наружную поверхность чурбака 1 с осевой полостью 4, ось которой проходит через любую точку O₁ круга, находящегося на горизонтальной торцевой плоскости, с центром O₂, лежащим на вертикальной оси YY, проходящей через центр тяжести чурбака O₃, и радиусом r, не превышающим 1/3 радиуса R - максимального расстояния от центра O₂ до наружной поверхности чурбака (фиг. 9).

Сжигание топлива происходит следующим образом.

Чурбак 1 устанавливается вертикально в открытом очаге, костре или камине. Поджигается запальный шнур 7, происходит воспламенение зажигательного патрона 6, пламя охватывает находящиеся вблизи осевой полости 4 узкие части секторов 2, которые быстро загораются, т.к. объем горючего материала в этом месте секторов 2 мал. Граница обугливания распространяется от очага воспламенения в осевой полости 4 к внешней поверхности чурбака 1, где масса горючего материала больше. Процесс сгорания замедляется, т.к. поступающий через вертикальные радиальные прорези 3 с наружной поверхности и внутренние горизонтальные полости 8 снизу воздух не только поддерживает процесс горения, но и охлаждает фронт распространения пламени до тех пор, пока не обуглится центральная верхняя часть чурбака 1. Образующиеся при этом дымовые газы от распространяющегося вниз пламени поднимаются вверх и сгорают в обугливающейся верхней части чурбака. Фронт распространения пламени равномерно и медленно смещается вниз, пока не произойдет окончательное сгорания топлива.

В случае использования топлива, представленного в варианте на фиг. 3, происходит принудительная подача внешних частей секторов 2, обугливающихся в последнюю очередь, к очагу активного сгорания с помощью предварительно напряженных скоб 12, соединяющих звенья 11 между собой. После того, как выгорит середина звена 11, недогоревшие части секторов 2 получают свободу перемещения, предварительно напряженные скобы 12 принимают первоначальное положение и наклоняют части секторов 2 к очагу активного сгорания.

После поджигания топлива, используемого как растопочное средство, благодаря вертикальным прорезям 3, выполненным с противоположных торцевых частей чурбака со смещением на половину дуги сектора 2 для достижения равных объемов горючего материала, и выполнением осевой полости для зажигательного патрона 6 на глубину 4/5 высоты чурбака 1 в нем создается сильная тяга, высокое пламя распространяется к боковым частям секторов 2 и вниз. Языки пламени, вырываясь через вертикальные прорези 3 на наружную поверхность чурбака 1, поджигают его снаружи, в результате чего он сгорает быстро при высоком и декоративном пламени.

Пример. Процесс сжигания чурбака осуществляется на открытом воздухе на земляной поверхности при температуре воздуха 19^oC и влажности 73% при скорости ветра 3 м/с. Был использован чурбак из натуральной древесины весом в 298 г (влажность материала 20%). Размеры чурбака: высота 90 мм, диаметр 90 мм; размеры осевой полости 3: диаметр 30 мм, глубина 50 мм. В осевой полости 3 размещены сетка 5 и зажигательный патрон 6 из смеси уротропина и парафина с запальным шнуром 7. Вертикальные радиальные прорези выполнены шириной 8 мм и на глубину 65 мм.

Сам процесс может быть описан в виде таблицы.

Использование: для разжигания костров, каминов, мангалов. Сущность изобретения: формированное топливо содержит чурбак из древесины или другого органического материала с осевой полостью, размещенный в осевой полости зажигательный патрон с запальным шнуром и воздушные каналы, соединяющие осевую полость с наружной поверхностью чурбака, каналы выполнены в виде образующих сектора вертикальных радиальных прорезей, не доходящих до основания чурбака не менее чем на половину его высоты, а осевая полость размещена по вертикальной оси, проходящей через любую точку круга, находящегося на горизонтальной торцевой полости чурбака, с центром, лежащим на вертикальной оси, проходящей через центр тяжести чурбака, и радиусом, равным одной трети максимального расстояния от центра этого круга до наружной поверхности чурбака, снабженного сеткой на дне осевой полости. Дополнительно в чурбаке выполнены внутренние горизонтальные полости, расположенные по его высоте и сообщенные с осевой полостью, в чурбаке выполнено концентрично осевой полости углубление, заполненное углем; секторы чурбака выполнены из поперечных звеньев, соединенных между собой предварительно напряженными скобами, радиальные вертикальные прорези выполнены с противоположных торцов чурбака со смещением на половину дуги сектора, а осевая полость имеет глубину, равную четырем пятым высоты чурбака. 4 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

1. Формованное топливо, содержащее чурбак из древесины или другого органического горючего материала с осевой полостью, размещенный в осевой полости зажигательный патрон с запальным шнуром, и воздушные каналы, соединяющие осевую полость с наружной поверхностью чурбака, отличающееся тем, что каналы выполнены в виде образующих сектора вертикальных радиальных прорезей, не доходящих до основания чурбака не менее, чем на половину его высоты, а осевая полость размещена по вертикальной оси, проходящей через любую точку круга, находящегося на горизонтальной торцевой плоскости чурбака, с центром, лежащим на вертикальной оси, проходящей через центр тяжести чурбака, и радиусом, равным одной трети максимального расстояния от центра этого круга до наружной поверхности чурбака, снабженного сеткой на дне осевой полости. 2. Топливо по п.1, отличающееся тем, что в чурбаке выполнены внутренние горизонтальные полости, расположенные по его высоте и сообщенные с осевой полостью. 3. Топливо по п.1, отличающееся тем, что в чурбаке выполнено концентрично осевой полости углубление, заполненное углем. 4. Топливо по п.1, отличающееся тем, что секторы чурбака выполнены из поперечных звеньев, соединенных между собой предварительно напряженными скобами. 5. Топливо по п.1, отличающееся тем, что радиальные вертикальные прорези выполнены с противоположных торцов чурбака со смещением на половину дуги сектора и осевая полость имеет глубину 4/5 высоты чурбака.