САМОВАР С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Кандидат технических наук А. НИЗОВЦЕВ.
УСТРОЙСТВО САМОВАРА
Прежде чем развести самовар, давайте постараемся разобраться, что и как происходит в этом замечательном приборе. С точки зрения инженера, самовар - это классический твердотопливный водонагреватель. В одном агрегате он объединяет топку, теплообменник и газоход. Теплообменник представляет собой, как правило, осесимметричный резервуар сложной геометрической формы; его внутренняя поверхность образована жаровой трубой, являющейся стенкой самоварной топки или камеры сгорания.
Внизу жаровой трубы имеется колосниковая решетка, обеспечивающая доступ воздуха, необходимо го для горения топлива. Жаровая труба резко сужается вверху, переходя в выходной патрубок. На него надевают Г-образную трубу, соединяющую самовар с дымоходом домашнего очага, который обеспечивает необходимую для эффективного горения тягу.
СПЕЦИФИКА ТОПОЧНОГО ПРОЦЕССА
Многие считают, что самовар нужно топить сосновыми шишками или березовыми лучинками. Однако лучшее топливо для самовара - древесный уголь, основным горючим элементом которого является углерод, его содержание превышает 95%.
Количество сгоревшего углерода, а следовательно, и выделившегося тепла пропорционально расходу кислорода. Это дает возможность регулировать процесс топки подачей воздуха. У самовара ее ограничивают, главным образом, проходные сечения прорезей в решетке и сопротивление слоя топлива. Их подбирают так, чтобы горение не было чересчур интенсивным, иначе возрастают теплопотери.
По мере выгорания топлива толщина пласта уменьшается, что приводит к снижению сопротивления тракта движению газового потока, и интенсивность горения возрастает. Древесный уголь горит коротким пламенем красноватого оттенка.
После сгорания древесного угля образуется сравнительно немного золы. Плавится она при температуре 1400оС, в топке самовара недостигаемой, так что получается легко удаляемый порошок.
МОЖНО ЛИ САМОВАР ТОПИТЬ ДРОВАМИ?
В некоторых энциклопедиях по домоводству указано, что наряду с древесным углем самовар можно топить древесными чурками. В этой рекомендации не хватает только оговорки: за неимением угля.
В древесине горючими элементами являются водород и углерод.
Средний фракционный состав древесины примерно таков: содержание летучих - 85%, твердых фракций - всего 15%, и в сравнении с древесным углем - дрова скорее сухой газ, чем твердое углеродистое топливо.
Древесина (разумеется, речь идет о сухой древесине) сгорает в несколько этапов. Первая фаза - розжиг. При помощи горящей бересты или лучинок температуру древесины доводят до 350оС, когда на дровах образуется устойчиво развивающийся очаг пиролиза.
Вторая фаза - пиролиз древесины и сгорание выделившихся летучих веществ. Здесь ярко проявляется главный недостаток древесины как топлива: пиролизное газовыделение - практически неуправляемый процесс, и, чтобы газы не улетучивались из топки без пользы для дела в дымоход, их необходимо дожигать. Для этого нужен дополнительный подвод воздуха и пространство для смешивания газов с воздухом и последующего их сгорания. Но ни того, ни другого в конструкции жаровой трубы самовара не предусмотрено, и при топке дровами воздух поступает с большим избытком; газы догорают уже в соединительной трубе, так что она иногда раскаляется докрасна, и почти все тепло просто теряется. Во второй фазе образуются продукты сгорания - углекислый газ и вода.
Управление горением древесины подачей первичного воздуха осуществимо только на третьей фазе горения высокоуглеродного твердого остатка, содержание которого составляет всего 15%.
НАГРЕВ ВОДЫ
Распределение температур по высоте жаровой трубы при работе самовара на древесном угле таково: самая высокая температура в области очага горения, то есть внизу; верхняя часть жаровой трубы нагрета меньше.
Для нагрева и кипячения воды такое распределение температуры по высоте оптимальное. Более горячая и поэтому более легкая вода поднимается вверх, в полном соответствии с законом Архимеда, а ее место занимает холодная и более тяжелая, из верхних слоев резервуара.
Таким образом, благодаря естественной конвекции жидкость интенсивно циркулирует, перемешивается и равномерно прогревается по всему объему. Коэффициент полезного действия самовара на угле довольно высокий, не менее 70%.
При топке самовара дровами распределение температур по высоте жаровой трубы получается другим. Наиболее сильно жаровая труба нагревается в зоне сужения, то есть в верхней части теплообменника; в нижней же части топки совсем нежарко, так что нагрев воды происходит в основном у крышки самовара. Нагретая и более легкая вода так вверху и остается, а конвекция не возникает.
Когда самовар, переведенный на дрова, начинает шипеть и брызгать из-под крышки горячими каплями, это совсем не означает, что вода вскипела и можно восклицать: "Господа! Самовар готов! Давайте пить чай!". Может оказаться, что жидкость, находящаяся в придонной области и наполняющая чашки через кран, чуть теплая. Теплопроводность воды невысокая, и без конвекции она прогревается слабо.
Низкие температуры в жаровой трубе приводят к тому, что из древесины активно выделяются смолы и конденсат, загрязняющие топку самовара. Коэффициент полезного действия самовара на дровах не выше, чем у паровоза, и в лучшем случае составляет где-то 15%.
ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ
На Руси существовала такая профессия - углежог, а древесный уголь продавался в рогожных кулях. Основным его потребителем была черная металлургия и прочая промышленность, в том числе пищевая.
В городах древесный уголь покупали не только кузнецы и трактирщики. Грели самовары и рядовые обыватели.
Углежоги настолько активно переводили дерево на уголь, что царь Алексей Михайлович вынужден был запретить этот промысел вокруг Москвы во избежание полного сведения лесов.
Древесный уголь являлся отходом при топке русской печи. Перед закрытием печной заслонки и вьюшки трубы недогоревшие угли с пода печи выметали и помещали в плотно закрытый чугунок.
Древесный уголь можно купить и сейчас, его используют для модного устройства барбекю, для мангалов, а некоторые любители топят им даже камины. Стоит уголь недорого и, если вы едете в гости к обладателю самовара или барбекю и не знаете, что подарить, смело покупайте "подарочный" мешок древесного угля!
Древесный уголь очень гигроскопичен, к тому же при хранении в значительных количествах способен самовозгораться, потому его хранят в герметичной металлической таре.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОВАРА
Водой резервуар самовара наполняют всегда полностью, иначе при местном перегреве соединения тонкостенных элементов, выполненные оловянно-свинцовым припоем, могут распаяться.
Перед растопкой самовара решетку закрывают несколькими крупными кусками угля. В отличие от каменного угля для розжига древесного нужна температура относительно невысокая. Заготавливают пучок лучины, лучше березовой, зажигают и опускают разгоревшийся факел в жаровую трубу.
Не мешкая засыпают часть древесного угля и надевают соединительную трубу, подсоединяемую к дымоходу печи. Разумеется, печка должна быть открыта, иначе не будет тяги и самовар не разгорится.
В старых кинофильмах можно видеть, как для растопки самовара используют кожаный сапог с мягким голенищем, гофрированным, как мех гармони. Действуя сапогом как мехом, создают интенсивное движение воздуха, добиваясь разгорания угля. Но это скорее кинематографический антураж. На практике за сапог берутся в исключительных случаях.
Как только первая порция разгорится, добавляют остальной уголь. После закипания воды трубу снимают, и интенсивное горение прекращается. Самовар доставляют к обеденному столу, где ставят на жестяной, медный или латунный поднос.
Время от времени топку самовара нужно чистить. В большинстве случаев в нижней ее части есть небольшой лючок. Через него удаляют остатки золы и мелкие угольки, а основную их массу вытряхивают, просто перевернув самовар вверх дном. Если самовар топят углем, на стенках топки практически не оседают смола и сажа, а если основным топливом служит дерево, то сажу следует регулярно счищать жестким ершиком.
Читайте в любое время
