CCAT rocket stove/Ракетная печь CCAT

Loading map...

Усовершенствованная топливная печь , или ракетная печь, — это заключительный проект по курсу Engr305 в Калифорнийском политехническом университете в Гумбольдте . Цель проекта — построить демонстрационную ракетную печь для Центра соответствующих технологий на территории кампуса Калифорнийского политехнического университета в Гумбольдте. Ракетная печь послужит примером усовершенствованной технологии и разработок топливных печей; студенты и посетители центра смогут узнать о конструкции, функциях и необходимости использования усовершенствованных топливных печей во всем мире.

Ракетная печь также позволит жителям центра готовить пищу на традиционном биотопливе , снижая их зависимость от источников энергии на основе нефти. Важно отметить, что ракетные печи предназначены для населения во всем мире, которое использует биотопливо для приготовления пищи. Использование ракетных печей в развитых странах не является необходимым. Развитые страны, использующие современные методы приготовления пищи, не сталкиваются с проблемами здравоохранения и окружающей среды, связанными с традиционными методами приготовления пищи. Усовершенствованная печь на топливе была разработана, изготовлена ​​и протестирована Даниэлем Мойером и Тайлером Джонсом.

Население все больше полагается на биомассу в качестве топлива для приготовления пищи, что препятствует переходу к современным методам приготовления. Население развивающихся стран хочет иметь такие же современные самоочищающиеся конвекционные печи с нисходящей тягой, как в американских пригородах. Многие утверждают, что современные методы приготовления пищи более целесообразны. Современные методы приготовления пищи эффективны в плане преобразования топлива и производят меньше атмосферных частиц, однако зависимость от нефти снижает целесообразность современных методов приготовления пищи.

Усовершенствованные кухонные печи — это попытка решить проблему негативных экологических и социальных последствий традиционного использования дров. Усовершенствованные печи повышают эффективность использования топлива и снижают загрязнение окружающей среды при приготовлении пищи в помещениях. Конструкция усовершенствованных печей предусматривает металлический корпус и теплоизоляционные материалы, окружающие очаг. Усовершенствованные печи улучшают теплопередачу и сгорание топлива, что приводит к эффективному и чистому горению дровяной печи.

Дизайн

Принципы проектирования

1. Хорошо сконструированная ракетная печь обеспечит циркуляцию воздуха. Поэтому важно обеспечить равномерный поток воздуха. Дымоход, камера сгорания и зазор между корпусом и корпусом должны иметь одинаковую площадь поперечного сечения.
2. Если кислород не будет циркулировать, огонь заглохнет. При строительстве камеры сгорания необходимо предусмотреть полку для топлива. Таким образом, свежий воздух будет поступать под горящее топливо.
3. Дымоход должен быть коротким, доходящим чуть выше кастрюли. Это позволит горячим газам быстрее циркулировать по системе.
4. Тепло будет излучаться из камеры сгорания. Для повышения эффективности необходимо обеспечить теплоизоляцию вокруг камеры.

Материалы

Материалы, использованные для изготовления основного корпуса ракетной печи, изготовлены из переработанных металлических бочек. Старая банка из-под лимонного масла была обрезана до нужных размеров и послужила нам в качестве юбки для кастрюли. Изолированная камера сгорания состоит из керамических теплоизоляционных кирпичей, приобретенных в местном магазине гончарных принадлежностей. Камера скреплена металлическими пластинами из нержавеющей стали толщиной 18 калибров, закрепленными крепежом диаметром 3/8 дюйма. В качестве крепежа для ракетной печи использовались машинные винты, гайки, шайбы и саморезы; весь использованный нами крепеж был приобретен в местном хозяйственном магазине.

Спецификация материалов

Элемент	Расходы
Изолированные керамические кирпичи	29,60 долларов
Кастрюля на 8 кварт	19,99 долларов
Керамический кирпич, цемент	3,95 доллара
Листовой металл площадью 2 квадратных фута	19,99 долларов
Различные гайки, болты и крепежные элементы.	20,00 долларов
Кастрюля на 8 кварт	8,49 долларов
16-галлонная бочка	Бесплатно
Общий	84,02 доллара

Этапы строительства

1

Квадратная камера сгорания была изготовлена ​​из теплоизоляционного кирпича. Кирпичи были распилены и обработаны ножовкой. В качестве герметика использовалась термостойкая шпаклевка.

2

Рис. 2.1: Металлический кронштейн

Металлический кронштейн поддерживает корпус из листового металла, который удерживает камеру сгорания на месте. Металл был вырезан ножницами по металлу и скреплен винтами по краям.

3

Рис. 1.2: Камера сгорания внутри ствола

С помощью сверла и ножниц по металлу в стволе вырезается квадратное отверстие, соответствующее размерам металлической гильзы. Гильза для камеры сгорания вставляется в это отверстие, выступая с обеих сторон.

4

Рис. 1.1: Металлический корпус

Корпус надежно закреплен на металлической балке, которая проходит поперек ствола. Эта балка закреплена с обеих сторон с помощью L-образных кронштейнов.

5

Рис. 2.2: Бочка, заполненная вермикулитом.

Для изоляции камеры сгорания в бочку заливают вермикулит. Этот изоляционный материал заполняет пространство между камерой и бочкой до самого верха камеры.

6

Рис. 3: Полка из листового металла

В верхней части камеры сгорания мы изготовили металлическую полку. Эта полка имеет круглую форму и идеально подходит для внутренней части ствола. В ней имеется квадратный вырез, соответствующий верхнему отверстию камеры сгорания. Это позволяет газам проходить сквозь полку, но герметизирует ее от нижней половины ствола. Полка надежно крепится к внешней стороне ствола с помощью L-образных кронштейнов и винтов.

7

Рис. 4.1: Юбка

В верхней половине бочки мы сделали юбку. Эта юбка окружает кастрюлю, оставляя небольшой зазор снизу и по бокам. Юбка была сделана из консервной банки. Мы использовали ножницы по металлу, чтобы вырезать квадратное отверстие в дне для отвода горячих газов. Верхняя часть банки была полностью распилена сабельной пилой. Юбка крепится к полке винтами и шайбами.

8

Рис. 4.2: Юбка внутри ствола

Горшок вставляется в отверстие в верхней части бочки. Для этого мы вырезали круг ножницами по металлу, а затем аккуратно загнули металл под прямым углом с помощью плоскогубцев и молотка. Таким образом, горшок дополнительно герметизирован, а отверстие для него не имеет зазубрин и острых краев.

9

Рис. 5.1: Крышка

Рис. 5.2: Полная ракетная печь

Мы вырезали отверстие в верхней части бочки и прикрепили к нему с помощью винтов круглую металлическую трубу.

10

Рис. 6: Кастрюля из нержавеющей стали

Для использования нашей ракетной печи необходимо сжечь топливо в камере сгорания и установить кастрюлю внутри защитного кожуха.

Тестирование

Испытания имеют важное значение для проектов по созданию ракетных печей. Испытания должны проводиться на протяжении всего жизненного цикла проекта. Оценка усовершенствованных печей помогает определить, является ли модель коммерчески привлекательной, насколько низки производственные затраты и необходимы ли улучшения. «Тщательное тестирование печей привело к более точному пониманию того, как создать лучшую печь. Без экспериментов и испытаний разработка печи основана на предположениях». Одних лишь технических достижений в области энергоэффективности недостаточно для обеспечения успеха. Программы по созданию печей должны дополняться соответствующим проектированием, реализацией и надлежащей институциональной поддержкой. Без надлежащего тестирования программы по созданию печей будут иметь нереалистичные ожидания относительно эффективности усовершенствованных печей. Программы по созданию печей могут переоценивать эффективность усовершенствованных печей при тестировании в контролируемых лабораторных условиях. Усовершенствованные печи никогда не показывают таких же результатов в реальных домохозяйствах. «Экономия топлива, которая может быть достигнута в лаборатории, часто мало связана с экономией, возможной в полевых условиях» . Многие программы по созданию печей в контролируемых лабораторных условиях достигли 75% снижения потребления топлива. После изучения ранних программ по разработке печей ожидания относительно эффективности использования топлива в усовершенствованных печах существенно снизились. «Большинство людей в сообществе производителей печей теперь согласны с тем, что снижение расхода топлива на 50% следует считать значительным достижением, и что экономии в 25% или даже меньше должно хватать». Лабораторные условия могут быть полезны при проектировании и первоначальном тестировании усовершенствованных печей; тестирование в полевых условиях может гарантировать, что конечный продукт будет изготовлен и спроектирован правильно. Создание конструкции печи, которая соответствует местной культуре, имеет решающее значение для обеспечения успеха программы по разработке печей.

Виды тестирования

В ходе тестирования нашей печи мы хотели выяснить, сколько времени потребуется для кипячения воды и сколько дров будет израсходовано. Мы также осмотрели золу, чтобы определить, полностью ли сгорели дрова. В итоге мы провели три типа испытаний.

1. Мы кипятили воду как при холодном, так и при горячем запуске. Горячий запуск означает, что мы начали эксперимент, когда уже горели дрова. Начальная температура воды составляла шестьдесят три градуса.
2. Мы поддерживали кипение в течение 30 минут. Мы не запускали отсчет времени, пока не сгорели все дрова, которые изначально довели воду до кипения. Это позволило нам получить более точные результаты.

Результаты

1. ^{Для нагрева четырех литров воды до 42 °} C потребовалось 13 минут и 0,36 фунта древесины. Нагрев производился с нуля (изначально ничего не горело). Начальная температура составляла 17 ^° C, а конечная — 77 ^° C.
2. При высокой начальной температуре потребовалось 10 минут и 0,56 фунта древесины, чтобы нагреть тот же объем воды до 149 ^° F. Начальная температура составляла 63 ^° F, а конечная — 212 ^° F.
3. ^{Нагрев шести литров воды до 146 °} F (63 °C ) при высокой температуре в начале процесса занял 11 минут и потребовалось 0,72 фунта древесины. Начальная температура составляла 64 ^° F (18 °C), а конечная – 210 ^° F (95 °C).
4. Для поддержания кипения шести литров воды в течение получаса потребовалось 0,18 фунта древесины. Начальная температура составляла 212 ^° F, а конечная — 210 ^° F.

Заключение

Результаты наших испытаний показали, что проект удался. Первое, что мы заметили, — это превосходная циркуляция воздуха. У нас никогда не было проблем с подачей достаточного количества воздуха в огонь или с выходом дыма из камеры сгорания. Это значительно облегчает разжигание огня. Кроме того, мы были рады видеть, что золы почти не осталось. Древесина горела жарко и сгорала полностью. Хотя верхняя часть печи сильно нагревается при быстром горении, вермикулит отлично изолирует нижнюю часть. Нижняя половина печи никогда не нагревалась до такой степени, чтобы к ней можно было прикоснуться, а самое основание даже не нагревалось. После того, как огонь разгорелся, его необходимо регулярно поддерживать. Помимо добавления новой древесины по мере горения, важно постоянно задвигать горящие куски до конца в камеру. Наша печь очень эффективна. Для приготовления спагетти в нашей печи потребуется примерно полкилограмма древесины, и это займет всего на несколько минут больше, чем в обычной печи. Используя много древесины и создавая большое пламя, можно быстро вскипятить воду. При меньшем количестве дров можно вскипятить то же количество воды, но это займет больше времени. Для первоначального нагрева воды требуется много дров, но для поддержания кипения достаточно совсем немного. Одного фунта дров хватит, чтобы кипятить шесть литров воды около двух с половиной часов. Когда наша печь работает, на кастрюле и крышке образуется много сажи. Периодически приходится очищать их от этой сажи.

В процессе создания ракетной печи мы усвоили несколько важных вещей. Во-первых, такую ​​печь можно построить, используя только переработанные материалы. Найти необходимые детали будет сложнее всего. Также, нашу ракетную печь можно построить без использования электроинструментов. Вместо дрели можно использовать молоток и гвоздодер. А вместо сабельной пилы — ножовку. Мы использовали её только один раз, чтобы вырезать юбку. Как и ожидалось, верхняя часть печи сильно нагрелась. Если бы наша печь была помещена внутрь другой бочки и изолирована, она была бы более удобна в использовании. Лично я предпочёл бы иметь дело с горячей поверхностью, чем тратить время на доработку печи. В ситуации, когда печью пользуются дети, горячий металл может быть опасен. Единственное, чего не хватает нашей печи, — это полки для длинных кусков дерева, на которую можно было бы опираться во время горения.

Население всего мира будет продолжать использовать биотопливо в течение неопределенного будущего. Использование усовершенствованных печей может помочь контролировать внешние издержки как для окружающей среды, так и для человеческого общества. «Кажется неизбежным, что все большее количество биотоплива будет закупаться и сжигаться в покупных печах». Экономия топлива может быть не главным фактором внедрения усовершенствованных печей. Усовершенствованные печи работают, потому что они делают приготовление пищи быстрее, безопаснее и чище. Усовершенствованные печи защищают детей от опасности ожогов от открытого огня, снижают риск респираторных заболеваний и сжигают топливо чисто и без сажи.

Обновление от сентября 2011 года

Логан Уорд и Эрик Расмуссен

11 сентября мы посетили ракетную печь в CCAT, чтобы проверить её состояние и немного обновить страницу. Печь находится в приличном состоянии, но есть несколько моментов, которые можно улучшить. С момента создания ракетная печь претерпела несколько незначительных изменений. Недавно её покрасили. Также значительно удлинили дымоход. Как видно на предыдущих фотографиях, оригинальный дымоход был довольно коротким. Новый дымоход намного выше и имеет колпак сверху. Мы также оставили ламинированный информационный плакат, который можно повесить вокруг дымохода, чтобы люди знали, что это за ракетная печь и получали информацию о ракетных печах в целом.

Обновленное тестирование

Мы встретились с Дэном и проверили плиту. Создавалось впечатление, что плитой не пользовались уже довольно много лет.

• Первым делом нужно было вымыть кастрюлю.
• Затем мы собрали куски хвороста длиной от 30 до 45 см. Вес хвороста составил 0,44 фунта (около 21 кг).
• После этого мы наполнили горшок водой и поставили его в юбку.
• Затем мы начали сжигать куски дерева в камере сгорания. В качестве растопки мы также добавили сухую траву.
• Вода быстро закипела за 7 минут и 25 секунд.
• Температура воды, измеренная прибором, составила 150 градусов по Фаренгейту.

Мы выявили несколько проблемных мест. Вермикулит, используемый для изоляции камеры сгорания, старый и его можно заменить. Кроме того, между камерой сгорания и металлическим корпусом бочки имеются небольшие зазоры, которые могли снизить концентрацию тепла вокруг кастрюли и низкую температуру кипящей воды. Эти зазоры можно легко заполнить каким-либо термостойким герметиком. Также неясно, улучшило ли добавление более длинного дымохода поток газов. Как отмечалось ранее, дымоход должен быть коротким, доходящим чуть выше кастрюли, поэтому удлиненный дымоход мог фактически препятствовать потоку газов. Кроме того, кирпичи в камере сгорания, возможно, также нуждаются в замене. Если эта печь использовалась постоянно, вероятно, было бы неплохо устранить эти проблемы, поскольку вы хотите, чтобы ваша печь работала безупречно.

• 
  Рис. 1: Эрик и Дэн подкладывают еду в печь
• 
  Рис. 1а: Вид изнутри чудовища
• 
  Рис. 1б: Показания температуры
• 
  Рис. 1с: ​​Вид сверху без кастрюли.
• 
  Рис. 1d: Ламинированная информация, свисающая с плиты.

Обновление от октября 2014 года

Обновлено Джейкобом Кэрролл-Джонсоном и Карлосом А. Санчесом.

Похоже, ракетная печь не использовалась довольно давно. Причины, по которым её не использовали: простота в использовании. Её трудно зажечь, а после того, как она загорелась, её трудно поддерживать в горящем состоянии. Дно кастрюль пригорает. Кроме того, при использовании она сильно дымит. Погода сильно повлияла на неё. Я был расстроен, что мы не смогли её протестировать и увидеть реальные результаты. Мы планируем вернуться, чтобы провести тестирование и сравнить её с тем, как она работала сразу после постройки. Мы опубликуем результаты, как только проведём тестирование.

Приступаем к аналитическому исследованию. Первое, что мы заметили, это отсутствие дымохода и ламинированной информации. Ржавчина сильно повредила печь. Больше всего пострадали верхняя и нижняя части. В верхней части образовались сквозные отверстия от ржавчины. Поэтому верхнюю часть скоро придётся заменить. Нижняя часть также пострадала. Похоже, ржавчина разъела металл, и теперь он очень тонкий внизу. Пока сквозных отверстий нет, но, возможно, они появятся в ближайшем будущем. Кажется, что конструкция печи не очень целостная. Переходим к камере сгорания. Термостойкий герметик, которым были герметизированы керамические кирпичи, почти полностью стёрся. Нижний кирпич также в плохом состоянии. Когда мы пошевелили нижний кирпич, мы увидели, что двигался только один большой кусок. Мы также заметили трещины в задней части камеры сгорания.

• 
  Рис. 1: Общий вид
• 
  Рис. 1d: Ржавчина
• 
  Рис. 1а: Ржавые отверстия сверху
• 
  Рис. 1б: Камера сгорания
• 
  Рис. 1с: ​​Трещины на задней стенке

См. также

• Научно-исследовательский центр «Апровечо»
• Ракетная печь Ларри Винярски
• Ракетная печь WaterPod