РАСТОПОЧНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2003 года по МПК C10L11/04 C10L11/06 

Изобретение относится к растопочным средствам и может быть использовано для разведения огня в различных печах, в которых применяются в качестве топлива дрова, торф, уголь и др., а также в полевых условиях для разведения костров, подогрева пищи и кипячения воды в отсутствие других источников огня.

Для разведения, огня используют различные подручные материалы. С целью повышения эффективности и скорости используют специально предназначенные для этого средства - брикет, пластины и т.п.

Известна специальная спичка для разведения огня, выполненная из композитного материала. Время ее горения 1-1,5 мин, что не всегда обеспечивает надежное возгорание сырых веток и дерева в полевых условиях, каменного угля и брикетов торфа в печах (см. патент РФ 2074847, МПК С О6 F 5/00, опубликовано 10.05.97 г.).

Известен слоистый топливный брикет, который может быть использован как в качестве самостоятельного бытового топлива, так и в качестве растопочного средства, содержащий основной угольный слой, древесный и каменный уголь в качестве промежуточного слоя и зажигательный слой, включающий нитраты и древесный уголь, причем древесный уголь или торф содержатся в количестве 45-55%, каменный уголь 55-45%, а зажигательный слой содержит нитрат калия или натрия 5-25%, нитрат бария или аммония 15-35%, каменный уголь 10-30%, древесный уголь или торф до 100 (мас.%) (см. патент РФ 2009181, МПК С 10 L 11/06).

Указанный топливный брикет имеет сложную слоистую структуру, дымит при горении, недостаточно надежен и дорог для использования в качестве растопочного средства, его затруднительно использовать в полевых условиях, т.к. брикеты гигроскопичны, изготавливаются прессованием, поэтому более плотные и возгораются хуже, имеют высокое содержание вредных веществ в продуктах сгорания, что обусловлено составом смеси.

Известно растопочное средство, включающее твердый горючий наполнитель 20-80, парафин 2-72 и церезин 2-72 (везде мас.%). Это растопочное средство представляет собой брикеты, отпрессованные из смеси вышеуказанных веществ (см. патент РФ 2132362, MПK C 10 L 11/04, опубликовано 27.06.99 г.). Это растопочное средство является ближайшим аналогом и принято заявителем за прототип.

Недостатком этого растопочного средства является то, что оно содержит церезин - смесь твердых углеводородов. Изготовление прессованных брикетов из такой смеси обуславливает трудности их разжигания, кроме того, приводит к дополнительным затратам за счет того, что требуется более высокая температура для плавления церезина и лучшего перемешивания с расплавом парафина твердого наполнителя и за счет наличия дополнительной операции холодного прессования при изготовлении брикета, что усложняет технологию изготовления и повышает стоимость изделия.

Рассмотрим сущность предлагаемого изобретения.

Изобретение решает задачу повышения эффективности растопочного средства.

В качестве технического результата рассматривается повышение интенсивности горения и надежности зажигания растопочного средства, а также формирование направленного пламени, образующего факел, что расширяет функциональные возможности за счет обеспечения использования для подогрева пищи и кипячения воды. Интенсивность горения достигается увеличением содержания газовой фазы в продуктах горения и возможности проистекания процессов догорания в пламени, истекающем из растопки, т.к. коллоксилин, входящий в предлагаемую смесь, при сгорании полностью не окисляется и его частицы догорают в пламени за счет кислорода воздуха.

В качестве дополнительного технического результата можно рассматривать снижение стоимости изготовления, т.к. предлагаемый состав для растопочного средства позволяет использовать литье без ухудшения прочности, что дешевле прессования по стоимости оснастки.

Для достижения указанного технического результата в растопочном средстве, содержащем горючее тело, выполненное из смеси, включающей твердый горючий наполнитель, парафин в качестве связующего, дополнительно введенный коллоксилин, в качестве твердого горючего наполнителя используется древесный уголь, а горючее тело имеет бронирующее покрытие с окном для поджигания, при следующем соотношении компонентов смеси в мас.%:
Парафин - 60-80
Древесный уголь - 15-25
Коллоксилин - 5-15
В частном варианте выполнения изобретения в качестве бронирующего покрытия используется пропитанная затрудняющим горение сульфатом аммония бумага, для повышения ее огнестойкости.

Сравнение вышеуказанных существенных признаков с признаками прототипа (ближайшего аналога) показывает, что общими являются признаки наличия в смеси для растопочного средства твердого горючего наполнителя и парафина в качестве связующего. Все остальные из вышеуказанных существенных признаков являются отличительными.

Рассмотрим причинно-следственную связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом.

Введение в смесь коллоксилина повышает интенсивность факела при горении, уменьшает количество дыма и повышает надежность зажигания до 100%. Повышение интенсивности горения состава происходит за счет наличия в молекуле коллоксилина кислорода, что активизирует процесс окисления и упрощает поджиг растопочного средства, снижает количество дыма и позволяет регулировать интенсивность горения и высоту факела за счет изменения мас.% коллоксилина. Кроме того, сочетание древесного угля и коллоксилина активизирует горение и поднимает температуру факела, т.к. древесный уголь поглощает выделяющийся кислород, что активизирует процесс горения.

Введение коллоксилина повышает прочность растопочного средства (отливки) за счет того, что температура разрушения его частичек выше температуры плавления парафина.

Наличие бронирующего покрытия на поверхности растопочного средства предотвращает горение по боковой поверхности, повышает его прочность, затрудняет оплавление краев поверхности горения, что увеличивает время горения и позволяет сделать факел направленным, раскаленные частички угля движутся по длине факела и тем самым не дают остыть газовой фазе, как бы непрерывно подогревая ее, что позволяет расширить функциональные возможности, используя растопочное средство для подогрева пищи и кипячения воды.

Состав смеси предложенного растопочного средства позволяет изготавливать его методом отливки, исключая холодное прессование.

Изобретение поясняется чертежом, где приведен один из возможных вариантов изобретения, а именно растопочное средство, представляющее собой горючее тело 1 цилиндрической формы, на боковой поверхности которого имеется бронирующее покрытие 2, конусный наконечник выполняет функцию окна в бронирующем покрытии и служит для поджигания растопочного средства, кроме того, в конусном наконечнике заглублен фитиль 3 - хлопчатобумажный шнур, пропитанный парафином (может и не быть), для ускорения, упрощения и повышения качества поджигания.

Вещества, входящие в смесь, представляют собой следующее:
парафин, любой марки, например технический TI ГОСТ 236835-89;
древесный уголь любой марки, например древесный березовый уголь ТУ 2455-00I-40480990-96, измельченный с дисперсностью 150-200 мкм;
коллоксилин обезвоженный марки Х-НХ ОСТ 84-2440-90 или другой (включающий целлюлозу С₂₄Н₄₀О₂₀).

Функционирование растопки осуществляется следующим образом.

От пламени хозяйственной спички либо зажигалки поджигается фитиль 3 (отрезок хлопчатобумажного шнура), горящий фитиль воспламеняет торец цилиндрической отливки, причем для улучшения воспламенения торец отливки может быть выполнен в виде конуса (см. чертеж). Конусная часть отливки воспламеняется, затем горение распространяется на основную ее часть. Горение происходит параллельными торцу слоями, т.к. воспламенению боковой поверхности препятствует бронирующее покрытие, для негорючести пропитанная сульфатом аммония бумага. Бронирующее покрытие может выполняться и из других материалов, например картона, фольги и др. , т.е. бронирующее покрытие обеспечивает направленный форс пламени. Образующийся форс пламени воспламеняет горючий материал в очаге, костре и т.п. за счет температуры пламени и длительного воздействия (~ 15 мин). Причем воздействие пламени растопки происходит в локальную область дров, угля и т.п., что дает возможность предварительного высушивания растапливаемого материала.

Таким образом, функционирование растопочного средства из предлагаемой смеси происходит следующим образом.

При ее воспламенении происходит плавление и горение парафина, который распределен среди частичек древесного угля. Древесный уголь, благодаря пористости, выполняет роль объемного фитиля. Жидкий парафин адсорбируется поверхностью угля, где происходит его сгорание. В процессе горения участвует и древесный уголь - его частицы раскаляются и выбрасываются в факел племени от сгорающего парафина. Одновременно с углем в пламя горящего парафина поступают продукты разложения коллоксилина, в том числе и кислород. Коллоксилин (нитроцеллюлоза) включает целлюлозу [C₆H₇O₂(ОН)₃]_n, в которой путем обработки азотной кислотой несколько групп ОН замещены нитратными группами ONO₂, что способствует процессам их догорания в пламени горящего парафина, создает дополнительную газовую фазу и увеличивает интенсивность горения и соответственно размеры факела.

Отработка соотношений компонентов состава растопочного средства велась следующим образом. Древесный уголь дробился в порошок в ударной мельнице до дисперсности 150-200 мкм (объемно-поверхностный диаметр). Порошок древесного угля взвешивался и перемешивался с порошком коллоксилина. Навеска парафина расплавлялась в водяной бане и в расплав при постоянном перемешивании вводилась смесь порошков древесного угля с коллоксилином. Получаема жидкая смесь разливалась по литьевым формам. После остывания (в течение ~10 мин) отливка растопки освобождалась из формы. Предварительно в формы устанавливались отрезки хлопчатобумажного шнура, пропитанного парафином.

Пример. Отработка оптимального состава компонентов.

Отвешивался порошок древесного березового угля необходимой порции. Смешивался с навеской коллоксилина. В паровой ванне плавилась требуемая навеска парафина. В расплав добавлялась смесь порошков древесного угля и коллоксилина, все тщательно перемешивалось. Полученная смесь разливалась по цилиндрическим формам с внутренним диаметром 26 мм и длиной 75 мм. Время заполнения формы фиксировалось с помощью секундомера. Предварительно в форме устанавливался отрезок х/б шнура, пропитанного парафином. После остывания отливок готовые растопочные средства (растопки) вытаскивались из форм и на их боковую поверхность наклеивалась замкнутая полоска бумаги, пропитанная сульфатом аммония, а торец играл роль окна, свободного от бронировки. Бумага играет роль тонкостенной оболочки-бронировки и одновременно несет функцию этикетки, придающей изделию товарный вид.

Надежность зажигания определялась как факт поджига растопки от момента поднесения зажженной спички к фитилю растопки до появления пламени, устойчивого при отсутствии горящей спички. При этом под отказом принималось неразжигание растопки от одной спички.

Испытания проводились при 20^oС и относительной влажности воздуха 80% в закрытом помещении.

Время горения определялось секундомером как время от момента воспламенения растопки до исчезновения устойчивого пламени. Длина (высота) факела определялась металлической линейкой. Результаты испытаний приведены в таблице. При наличии в смеси древесного угля более 25% и коллоксилина более 5% литьевые формы не заполняются, т.к. смесь имеет вязкость, нарушающую текучесть и качественное заполнение формы.

При содержании в смеси древесного угля менее 15% и коллоксилина менее 5% нарушается объемное горение смеси, что недопустимо, уменьшается высота и интенсивность факела и не обеспечивается работоспособность растопки.

С помощью изменения % содержания коллоксилина и бронировки обеспечивается регулировка характеристик факела.

При содержании парафина менее 60% большая вязкость смеси препятствует качественному литью, а процесс горения практически прекращается.

При содержании парафина более 80% отсутствует объемное горение, малые размеры факела.

При испытаниях растопка устанавливалась вертикально.

В процессе испытаний также установлено, что предлагаемая растопка физически стабильна, не крошится, негигроскопична, не распадается, имеет хорошую химическую стойкость - не разлагается за счет внутренних процессов при хранении при температуре (-50) - (+40)^oC при времени хранения более 5 лет.

Предлагаемая растопка изготавливается с применением простых технологических приспособлений. Для изготовления используются серийно выпускаемые в Российской Федерации компоненты.

Изобретение относится к растопочным средствам и может быть использовано для разведения огня в печах, в полевых условиях для разведения костров, а также как самостоятельное средство получения огня для подогрева пищи и кипячения воды. Растопочное средство включает 60-80% парафина, 15-25% древесного угля и 5-15% коллоксилина. Горючее тело, полученное путем отливки из указанной смеси, может быть покрыто пропитанной сульфатом аммония бумагой в качестве бронирующего покрытия и снабжено окном для поджигания. Изобретение позволяет повысить интенсивность горения и надежность зажигания, а также формирование направленного пламени, образующего факел. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Растопочное средство, содержащее горючее тело, выполненное из смеси, включающей твердый горючий наполнитель и парафин в качестве связующего, отличающееся тем, что смесь дополнительно содержит коллоксилин, в качестве твердого горючего наполнителя используется древесный уголь, а горючее тело имеет бронирующее покрытие с окном для поджигания, причем соотношение компонентов смеси следующее, мас. %:
Парафин - 60 - 80
Древесный уголь - 15 - 25
Коллоксилин - 5 - 15
2. Растопочное средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве бронирующего покрытия используется бумага, пропитанная сульфатом аммония.