СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО БЛОКА ПОЛЕВОЙ КУХНИ
METHOD OF INCREASING EFFICIENCY OF THERMAL UNIT IN FIELD KITCHEN

Изобретение относится к способам повышения эксплуатационно-технических характеристик технических средств приготовления пищи в полевых условиях.
Известно, что при переходе от чугунных пищеварочных котлов к котлам из тонкостенной нержавеющей стали, резко изменились условия теплопередачи к готовящемуся блюду. Котлы в 3-4 раза быстрее стали покрываться толстым пористым слоем сажи, являющимся хорошим теплоизолятором, и процесс закипания воды замедлился в 2 раза. Кроме того, замечено, что даже при чистых от сажи котлах, время закипания одинакового количества воды также увеличилось.
Физический смысл этих явлений можно объяснить тем, что при огневом обогреве котлов, располагающихся в непосредственной близости от факела, холодные поверхности котла слишком сильно охлаждают зону горения, а при соприкосновении пламени с холодными стенками, горение вообще прерывается, в результате чего образуются продукты неполного сгорания, которые в виде сажи откладываются на поверхности котла; кроме того, из-за высокой температуры газов и малой толщины стенок котлов, явно проявляется эффект Лейденфроста (передача тепла в воду через паровую прослойку) и пригорает пища. Таким образом, существующая конструкция тепловых блоков полевых кухонь имеет существенные недостатки в том, что происходит неравномерное распределение тепла между котлами по тракту газохода и негативно влияет на обогрев ближнего котла к форсунке, который перегревается и раньше выходит из строя, а дальний котел не догревается, что приводит к неодновременному закипанию котлов.
Технической задачей изобретения является достижение одновременного закипания котлов без перегрева ближнего котла при сохранении его целостности, даже при использовании новой капиллярной форсунки с повышенной температурой пламени.
В основу изобретения положена задача создания способа повышения коэффициента полезного действия теплового блока, за счет напыления керамического покрытия первого по газовому тракту котла с низкой теплопроводностью, исключающего эффект Лейденфроста и повышающего температуру обогревающих газов у следующего за ним котла в газоходе, вследствие чего обеспечивается одновременность закипания воды в котлах полевой кухни и недопущение преждевременного выхода из строя ближнего к форсунке котла.
Способ повышения коэффициента полезного действия теплового блока полевой кухни путем перераспределения тепловых потоков дымовых газов в газоходе и у котлов, отличающийся тем, что первый над факелом котел защищен от перегрева специально напыленным керамическим покрытием, содержащим жидкое стекло, натриевое с силикатным модулем 2,5-3,0 - 30% в смеси с оксидом меди - 7%, огнеупорной глиной - 17%, каолином - 5%, графитом - 5% и водой - 36% от общей массы, толщиной 1,0 мм на внешнюю стенку котла, высушенным при температуре 80°С и обожженным при температуре 800°С.
Технический результат изобретения состоит в снижении температуры перегретой стенки котла, благодаря своим теплоизолирующим свойствам и частичному отражению излучения от продуктов сгорания.
Композиция напыления слоя керамического покрытия на наружную поверхность котла над топкой, повышает коэффициент полезного действия теплового блока полевой кухни на 10-12% и снижает время закипания воды на 12-16%.
Новым, в предлагаемом способе, является то, что керамическое покрытие напыляется толщиной около 1,0 мм на внешнюю стенку котла, затем котел сушат в термошкафу при температуре 80°С и обжигают при температуре 800°С. Получается долговечное, прочное и относительно эластичное покрытие с высокой степенью адгезии к металлу и низкой к саже и пыли.
При эксплуатации пищеварочных котлов, керамическое покрытие может частично изнашиваться и восстанавливаться вторичным нанесением при ремонте или техническом обслуживании.
Новые признаки проявили в заявленной совокупности новые свойства. Идентичной совокупности признаков в известных решениях не обнаружено.
Состав предлагаемого керамического покрытия обладает следующим действием:
- жидкое стекло, натриевое с силикатным модулем 2,5-3,0 плотностью
3
1. р=1,35 кг/м обеспечивает высокую адгезию к металлу, долговечность нанесенного состава своими когезионными свойствами, обладает вяжущими свойствами. Твердение жидкого стекла происходит на воздухе в результате потери влаги (Патент на изобретение №2294350) [2].
- оксид меди используется при производстве стекла и эмалей для крепости изделия (https://ru.wikipedia.ru.org/wiki/0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D 0%B4_%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8(II)#.DO.9F.D1.80.DO.В8.DO.ВС.D0.B5.D0.BD.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5.) [2].
- огнеупорная глина обладает вяжущими свойствами, твердение которой осуществляется в результате коагуляционных процессов. Они проявляются, начиная с комнатной температуры, и, что особенно важно, при более высоких температурах, чем у жидкого стекла (https://ru.wikipedia.org/wiki.D0.A2.D0.B5.D1.85.D0.BD.D0.B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B0.D1.8F_.) [3].
каолин применяется для уменьшения примесей, вносимых с глиной, которые могут способствовать образованию жидкой (стеклообразной) фазы при температурах выше 1000°С и уменьшать огнеупорность (https://ru.wikipedia.ru.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BE%D0 %ВВ%D0%B8%D0%BD.) [4].
графит используют в качестве противопригарной "присыпки" (http://www.xumuk.ni/encyklopedia/1145.html.) [5].
Таким образом, свойства керамического покрытия вначале проявляются за счет каолина и жидкого стекла, и при температурах выше 1000°С, в основном, в результате использования огнеупорной глины.
Для решения поставленной задачи изобретения состав керамического покрытия подобран опытным путем. Технология приготовления керамического покрытия заключается в следующем: вначале взвешивается огнеупорная глина, которая заливается водой и перемешивается до получения гомогенной массы, затем взвешивается графит, оксид меди и каолин, которые после перемешивания засыпаются в приготовленный раствор глины и вся эта смесь тщательно перемешивается, в последнюю очередь в состав вводится жидкое стекло и вода.
Приготовленное керамическое покрытие помещается в герметичную тару. Перед употреблением керамического покрытия необходимо тщательно перемешать.
Проведенный эксперимент в августе 2015 года на базе Вольского института материального обеспечения МО РФ подтвердил правильность рассчитанной пропорции смеси для создания высокотемпературного покрытия керамического композиционного материала.
Подготовка эксперимента была следующей: на образцы котлов напыляли высокотемпературное покрытие керамического композиционного материала, котлы подвергали сушке при температуре 80°С в течение 4 часов, затем производили розжиг серийной форсунки ФК-01 и в течение 30 минут обжигали покрытие, отслеживая температуру газов (800°С). При этом образовалась гладкая глазурованная стеклообразная поверхность с высокой прочностью. Затем котлы использовались для проведения экспериментальных исследований. Эксперимент проводился с использованием капиллярно-испарительной форсунки ФК - 01 КИ. Фиг. 1. Тактико-экономические показатели полевых кухонь с установленными капиллярно-испарительными форсунками ФК-01 КИ.
Увеличение коэффициента теплопередачи к воде в котлах было подтверждено экспериментально и представлено на Фиг. 2 - время нагрева воды до закипания в кухне КО-75М с конструктивными изменениями (верхняя линия) (Антуфьев В.Т., Заньков П.Н. Смолянский О.В. Экспериментальные исследования капиллярно-испарительной форсунки для тепловых блоков полевых кухонь. // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» Санкт - Петербург: НИУ ИТМО, ИХБТ, 2015 г. №1) [6].
Снижение потерь тепла газового потока, за счет более качественного сгорания смеси у первого котла и повышенной его энергии у второго (по ходу движения дымовых газов от форсунки), приводит к одновременному закипанию котлов с ускорением закипания воды на 12-16% (на 7-10 минут), коэффициент полезного действия теплового блока повысился на 11-13%; экономия дизельного топлива составила 10%.
Применение таких керамических покрытий для защиты внутренней поверхности газоходов и трубы, также может существенно снизить тепловые потери газового потока, что обеспечит применение форсунки меньшей мощности. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по совершенствованию теплотехнических характеристик пищеварочных котлов полевых кухонь методом нанесения жаростойких керамических покрытий с низкой теплопроводностью на внешнюю поверхность, показали повышение скорости закипания воды и коэффициента полезного действия полевых кухонь без существенных затрат на их модернизацию, а также понижение трудозатрат на техническое обслуживание по чистке от сажи газоходов и котлов.
Литература
1. Патент на изобретение №2294350.
2. https://ru.wikipedia.ru.org/wiki/0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D 0%B4_%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8(II)#.DO.9F.D1.80.DO.В8.DO.ВС.D0.B5.D0.BD.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5
^
3. https://ru.wikipedia.org/wikiHHa#.D0.A2.D0.B5.Dl.85.D0.BD.D0. B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B0.D1.8F_.
4. https://ru.wikipedia.ru.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BE%D0 %ВВ%D0%B8%D0%BD
5. http://www.xumuk.ni/encyklopedia/1145.html.
6. Антуфьев B.T., Заньков П.Н. Смолянский О.В. Экспериментальные исследования капиллярно-испарительной форсунки для тепловых блоков полевых кухонь. // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, ИХБТ, 2015 г. №1.