RU2335698C1

RU2335698C1 - Laboratory alcohol burner

Info

Publication number: RU2335698C1
Application number: RU2007104161/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Эдуардович Гюнтер (RU); Виктор Эдуардович Гюнтер; Тимофей Леонидович Чекалкин (RU); Тимофей Леонидович Чекалкин; Анатолий Владимирович Проскурин (RU); Анатолий Владимирович Проскурин; Виктор Петрович Шеметов (RU); Виктор Петрович Шеметов; Александр Николаевич Иванов (RU); Александр Николаевич Иванов
Original assignee: Виктор Эдуардович Гюнтер; Тимофей Леонидович Чекалкин; Анатолий Владимирович Проскурин; Виктор Петрович Шеметов; Александр Николаевич Иванов
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-10-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: device contains vessel for liquid fuel, mainly, alcohol, wick made of permeable porous titanium nickilide with rate of porosity 8-65% and dominating size of pores within 0.1-500 mcm. Uniform capillary system of permeable porous material ensures even and stable flame at higher temperatures.

EFFECT: unlimited life time of alcohol burner.

4 dwg

Description

Изобретение относится к технике сжигания жидкого топлива.The invention relates to techniques for burning liquid fuel.

Пламенные нагревательные и осветительные устройства, использующие жидкое топливо, известны давно и широко распространены в быту и в технике.Flame heating and lighting devices using liquid fuel have been known for a long time and are widespread in everyday life and in technology.

Свечи и коптилки, осветительные лампы и керогазы, лабораторные спиртовки и устройства специального назначения используют фитильный механизм подачи топлива. Фитиль - это собранные в жгут волокна. Промежутки между ними образуют транспортные каналы для жидкости, которая перемещается вдоль них под действием капиллярных сил; в спиртовках - из резервуара топлива в зону горения. В простейшем случае фитиль изготавливают из хлопчатобумажных волокон в виде жгута или тканой ленты. Эксплуатация таких спиртовок сопряжена с необходимостью регулирования длины участка фитиля в зоне горения пламени и замены его при израсходовании в результате сгорания.Candles and smokers, lighting lamps and kerogazes, laboratory alcohols and special-purpose devices use a wick fuel supply mechanism. A wick is a fiber assembled into a bundle. The gaps between them form the transport channels for the fluid, which moves along them under the action of capillary forces; in spirits - from the fuel tank to the combustion zone. In the simplest case, the wick is made of cotton fibers in the form of a tow or woven tape. The operation of such alcohols is associated with the need to regulate the length of the wick in the combustion zone of the flame and replace it when consumed as a result of combustion.

Известна спиртовка [ГОСТ 25336-82] для подогрева различных веществ в лабораторных условиях, в том числе в медицинской практике. В ней используют фитиль из асбестового шнура. Недостатками ее являются относительно низкая температура пламени, малый ресурс службы фитиля, технологическая сложность его производства.Known spirit lamp [GOST 25336-82] for heating various substances in laboratory conditions, including in medical practice. It uses a wick made of asbestos cord. Its disadvantages are a relatively low flame temperature, a small service life of the wick, the technological complexity of its production.

В поисках продления ресурса спиртовки изобретены бесфитильные устройства - спиртовая горелка шведской компании Trangia [www.trangia.se/English].In search of extending the life of the spirit lamp, invented deviceless devices - an alcohol burner of the Swedish company Trangia [www.trangia.se/English].

Недостаток ее - сложная процедура запуска, повышенные требования к топливу.Its disadvantage is a complicated startup procedure, increased fuel requirements.

Усовершенствование фитиля в традиционной схеме спиртовки с целью увеличения срока его службы осуществлялось в основном в направлении поиска подходящих материалов.Improving the wick in the traditional scheme of the spirit lamp in order to increase its service life was carried out mainly in the direction of the search for suitable materials.

Известна спиртовка, включающая резервуар для жидкого топлива, преимущественно спирта, и фитиля для транспорта топлива, расположенного в держателе с возможностью регулирования длины пламяобразующего участка [Заявка на изобретение РФ №99106148]. В качестве материала фитиля выбраны стекловолокно, керамическое волокно, углеродное волокно. Скрученные в жгут, с добавлением связующего такие фитили вследствие своей жаростойкости имеют большой, но ограниченный срок службы. Волокнистая структура фитиля определяет струйную форму генерируемого пара и образуемого пламени. Вследствие этого высвобождающаяся энергия окисления (горения) в большой мере переходит в световую в ущерб тепловой. Температура пламени спиртовок с волокнистым фитилем не превышает 600°С.Known spirit lamp, including a reservoir for liquid fuel, mainly alcohol, and a wick for the transport of fuel located in the holder with the ability to control the length of the flame-forming section [Application for invention of the Russian Federation No. 99106148]. As the material of the wick selected fiberglass, ceramic fiber, carbon fiber. Twisted into a bundle, with the addition of a binder, such wicks, due to their heat resistance, have a long, but limited service life. The fibrous structure of the wick determines the jet form of the generated steam and the flame formed. As a result of this, the released oxidation (combustion) energy to a large extent passes into the light to the detriment of heat. The flame temperature of spirit lamps with a fiber wick does not exceed 600 ° C.

Взрыхленный объем пламяобразующего участка фитиля хлопотно чистить от нагара и сажевых отложений, регулировать высоту расходуемого пламяобразующего участка. Технология производства тонких волокон из указанных материалов сложна и дорогостояща.It is troublesome to clean the loosened volume of the flame-forming area of the wick from soot and soot deposits, to adjust the height of the consumed flame-forming section. The technology for producing thin fibers from these materials is complex and expensive.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение температуры пламени, увеличение срока службы фитиля, упрощение обслуживания устройства.The technical result of the invention is to increase the temperature of the flame, increase the service life of the wick, simplifying the maintenance of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в лабораторной спиртовке, включающей резервуар для жидкого топлива, преимущественно спирта, и фитиль из жаростойкого материала с капиллярной структурой, в качестве жаростойкого материала выбран проницаемо-пористый сплав на основе никелида титана с пористостью 8-65% и преимущественным размером пор 0,1-500 мкм.The indicated technical result is achieved by the fact that in a laboratory spirit lamp, including a tank for liquid fuel, mainly alcohol, and a wick made of a heat-resistant material with a capillary structure, a permeable-porous alloy based on titanium nickelide with a porosity of 8-65% and predominantly selected pore size 0.1-500 microns.

Работоспособность устройства обусловлена проницаемой пористостью материала, обеспечивающей транспорт жидкого топлива из резервуара в зону горения под действием капиллярных сил, которые, в свою очередь, обусловлены эффектами смачиваемости и поверхностного натяжения в капиллярных структурах. При вертикальной расположенности фитиля топливо поднимается к пламяобразующему участку, преодолевая силу веса. Необходимый баланс сил достигается выбором пористости и размеров проницаемых пор (т.е. капилляров). Для практически существующих габаритных размеров лабораторных спиртовок, т.е. заданной высоты подъема топлива, заданной жидкости - спирта и материала - никелида титана, с известными параметрами смачиваемости, подобраны интервалы пористости 8-65% и размеров пор 0,1-500 мкм, гарантирующие работоспособность.The operability of the device is due to the permeable porosity of the material, which ensures the transport of liquid fuel from the tank to the combustion zone under the action of capillary forces, which, in turn, are caused by the effects of wettability and surface tension in capillary structures. With the vertical position of the wick, the fuel rises to the flame-forming area, overcoming the force of weight. The necessary balance of forces is achieved by choosing the porosity and size of the permeable pores (i.e. capillaries). For practically existing overall dimensions of laboratory alcohols, i.e. the given lift height of the fuel, the given liquid — alcohol and material — titanium nickelide, with known wettability parameters, porosity ranges of 8–65% and pore sizes of 0.1–500 μm were selected to guarantee operability.

Указанные параметры коррелированы через толщину межпоровых стенок. При этом размерность пор доминирует в степени зависимости от нее эффективности работы устройства. При уменьшении размеров пор и постоянной пористости увеличивается поверхность соприкосновения пористой матрицы и жидкости. Это приводит к увеличению пристеночного трения жидкости, т.е. снижению проницаемости материала. Т.о., на нижней границе интервала проницаемость становится недостаточной для поддержания эффективного горения и дальнейшее уменьшение размеров нецелесообразно. Верхний предел интервала размеров пор определен из условия сохранения высоты подъема жидкости и максимизации проницаемости.The indicated parameters are correlated through the thickness of the inter-pore walls. In this case, the pore dimension dominates in the degree of dependence on it of the efficiency of the device. With a decrease in pore size and constant porosity, the contact surface of the porous matrix and fluid increases. This leads to an increase in the wall friction of the fluid, i.e. reduce the permeability of the material. Thus, at the lower boundary of the interval, permeability becomes insufficient to maintain effective combustion and a further reduction in size is impractical. The upper limit of the interval of pore sizes is determined from the condition of maintaining the height of the liquid and maximize permeability.

Аналогичное обоснование имеет место для интервала пористости. Ниже нижнего предела снижается проницаемость объема, а выше верхнего подъемная сила капилляров недостаточна для преодоления веса жидкости. За счет анизотропной ориентации поровых выходов и, следовательно, лучшего перемешивания паров топлива с воздухом, а также предположительно за счет иной по сравнению с прототипом теплопроводности материала фитиля увеличивается температура пламени.A similar justification holds for the porosity interval. Below the lower limit, the permeability of the volume decreases, and above the upper limit the capillary lift is insufficient to overcome the weight of the liquid. Due to the anisotropic orientation of the pore exits and, consequently, better mixing of the fuel vapor with air, and also presumably due to a different thermal conductivity of the wick material compared to the prototype, the flame temperature increases.

Никелид титана по жаропрочности и жаростойкости превосходит материалы прототипа. Фитиль, выполненный из него, практически безызносный. Поэтому ресурс самой спиртовки неопределяем. Эксплуатационные заботы сводятся к незатруднительному удалению возможных сажевых отложений с ровной и твердой поверхности пламяобразующего участка фитиля.Titanium nickelide in terms of heat resistance and heat resistance exceeds the materials of the prototype. The wick made of it is almost enduring. Therefore, the resource of the spirit lamp itself is undetectable. Operational concerns boil down to the easy removal of possible soot deposits from the even and hard surface of the flame-forming area of the wick.

Технологическая программа изготовления фитиля сводится к синтезированию готового образца заданной формы, размеров и структуры из порошковых ингредиентов методом СВС-синтеза (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза). Производство проницаемопористых сплавов никелида титана методом СВС-синтеза хорошо отработано и имеет относительно несложную технику [Гюнтер В.Э. и др. Сплавы с памятью формы в медицине. Изд-во Томск, ун-та, 1986, С.185-188].The technological program for the manufacture of the wick is reduced to the synthesis of the finished sample of a given shape, size and structure from powder ingredients by the method of SHS synthesis (self-propagating high-temperature synthesis). The production of permeable porous titanium nickelide alloys by SHS synthesis is well established and has a relatively simple technique [Gunter V.E. and others. Alloys with shape memory in medicine. Publishing House of Tomsk, University, 1986, S.185-188].

Комплекс потребительских достоинств спиртовки, готовность ее к использованию для различных бытовых нужд, где нагреватели такого типа имеют штатное применение, свидетельствует о соответствии предложения критерию «промышленная применимость», а отсутствие в уровне техники совокупности признаков, увязанных с указанным техническим результатом, - критерию «изобретательский уровень».The complex of consumer advantages of the spirit lamp, its readiness for use for various domestic needs, where heaters of this type have regular use, indicates that the proposal meets the criterion of "industrial applicability", and the lack of a set of features in the prior art that are linked to the specified technical result, the criterion of "inventive level".

На иллюстрациях представлено:The illustrations show:

Фиг.1. Спиртовка лабораторная. Устройство в разрезе. 1 - резервуар для жидкого топлива, 2 - фитиль, 3 - держатель фитиля, 4 - защитный колпачок.Figure 1. Laboratory alcohol. The device in the context. 1 - tank for liquid fuel, 2 - wick, 3 - wick holder, 4 - protective cap.

Фиг.2. Фитиль никелид-титановый, 5 - погружной участок, 6 - пламяобразующий участок.Figure 2. Wick nickel-titanium, 5 - submersible section, 6 - flame-forming section.

Фиг.3. Распределение пор по размерам в материале фитиля.Figure 3. Pore size distribution in the wick material.

Фиг.4. Спиртовка в действии.Figure 4. Spirit in action.

Конкретным примером достижимости технического результата выполнена лабораторная спиртовка (фиг.1) со следующими техническими данными:A concrete example of the attainability of a technical result is a laboratory spirit lamp (Fig. 1) with the following technical data:

Стеклянный резервуар 1 рабочей емкостью 120 мл завершен горловиной с размещенным в ней держателем 3 фитиля 2. Внешний (пламяобразующий) участок 6 фитиля 2 выступает над торцом держателя 3 с возможностью регулирования его высоты и фиксации его в держателе плотной посадкой. Диаметр погружного участка 5 фитиля 2 равен внутреннему диаметру горловины и составляет 17 мм. Диаметр посадочного и пламяобразующего участков фитиля 13 мм. Габаритная длина фитиля 65 мм. Материал фитиля - проницаемо-пористый никелид титана, спеченный из порошковых ингредиентов методом СВС-синтеза в окончательных размерах без дополнительной обработки. Размеры пор в использованном образце подчиняются статистическому закону распределения, конкретный вид которого представлен на фиг.3. Пиковое значение содержания пор в единице объема соответствует интервалу размеров 70÷160 мкм. Измеренная интегральная пористость составила 35%.The glass tank 1 with a working capacity of 120 ml is completed with a neck with the holder 3 of the wick 2 placed in it. The outer (flame-forming) section 6 of the wick 2 protrudes above the end of the holder 3 with the possibility of adjusting its height and fixing it in the holder by a tight fit. The diameter of the immersion section 5 of the wick 2 is equal to the inner diameter of the neck and is 17 mm The diameter of the landing and flame-forming sections of the wick is 13 mm. The overall length of the wick is 65 mm. The wick material is permeable-porous titanium nickelide sintered from powder ingredients by SHS synthesis in final sizes without additional processing. The pore sizes in the used sample obey the statistical distribution law, the specific form of which is shown in FIG. The peak value of the pore content per unit volume corresponds to a size interval of 70-160 microns. The measured integral porosity was 35%.

Устройство работает и испытывалось следующим образом: после заправки резервуара этиловым спиртом и двухминутной паузы на пропитывание фитиля зажигают пламя над фитилем (фиг.4), в зоне испарения спирта и перемешивания паров с воздухом. Высоту пламени и температуру регулируют выдвижением фитиля из держателя.The device works and was tested as follows: after filling the tank with ethyl alcohol and a two-minute pause for soaking the wick, a flame is lit above the wick (Fig. 4), in the zone of alcohol evaporation and mixing of vapors with air. The flame height and temperature are controlled by extending the wick from the holder.

Устройство испытывалось в действии для медицинских целей в условиях операционной при подготовке спецтехники в течение года. Технический уход за спиртовкой сводился к периодической заправке резервуара спиртом и эпизодической чистке фитиля от сажевых отложений. Нагара на поверхности фитиля не образовывалось. Температура пламени, измеренная термопарой, достигла 700°С.The device was tested in action for medical purposes in the operating room during the preparation of special equipment for a year. Maintenance of the spirit lamp was reduced to periodically filling the tank with alcohol and occasional cleaning of the wick from soot deposits. Carbon deposits were not formed on the surface of the wick. The flame temperature measured by a thermocouple reached 700 ° C.

Claims

Laboratory spirit lamp, including a tank for liquid fuel, mainly alcohol, and a wick made of a heat-resistant material with a capillary structure, characterized in that a permeable-porous alloy based on titanium nickelide with a porosity of 8-65% and a predominant pore size of 0 is selected as a heat-resistant material. 1-500 microns.