Parownik typu „Lampa Naftowa”

  1. Prawa autorskie
  2. Dlaczego
  3. Transport płynu
    1. Inne materiały do wykonania knota.
  4. Izolacja elektryczna
  5. Izolacja termiczna
    1. Straty spowodowane kondensacją pary
  6. Podawanie powietrza
  7. Wyrównanie cisnień w komorach

Nie mam zamiaru produkować żadnego parownika, w związku z czym zamówienia i pytania o cenę będą ignorowane.

Nie odpowiadam na zapytania o  pomoc w budowie, bądź dodatkowe indywidualne wyjaśnienia,  mogę odpowiadać na komentarze zamieszczone na stronie lub na forum:
http://drip.cba.pl/parownik-typu-lampa-naftowa-t433.html.

Wszystko co chciałem powiedzieć na temat parownika, opartego na konstrukcji lampy naftowej, jest umieszczone na tej stronie.

Prawa autorskie

Wszystkie prawa do ilustracji i tekstu należą do mnie, chyba że w treści wskazałem innego autora.

Można wykorzystać wszystkie informacje i obrazy do których mam prawa, również do celów komercyjnych, bez żadnych opłat, pod warunkiem podania źródła, czyli:
https://tayvoy.com/parownik-typu-lampa-naftowa/

Dlaczego

Od dłuższego czasu miałem zamiar zrealizować swój pomysł parownika w oparciu o zasadę działania lampy naftowej.

W takiej lampie, ze zbiornika umieszczonego na dole, płyn jest transportowany naczyniami włoskowatymi (kapilarami) knota, do góry, do strefy odparowania.
Uwolnione pary nafty są spalane dając płomień i podgrzewają ciecz transportowaną knotem, ta odparowuje i spala się itd.

Parownik działa podobnie, z tym że ciecz jest podgrzewana grzałką elektryczną i odparowuje. Podczas zaciągania się para mieszana jest z powietrzem z otoczenia.

Planowałem zbudowanie układu, w którym płyn jest podnoszony w kapilarach metalowych.
W tym charakterze można wykorzystać igły do iniekcji dostępne w dużym wyborze średnic i długości.

Prototyp parownika wykonałem w końcu sierpnia 2012 roku, w strzykawce, używając materiałów, które miałem w domu.
Ponieważ działał dobrze, więc wykonałem następną wersję.

Tak to działa:

W warunkach domowych udało się uzyskać stosunkowo dużą ilość pary, przy względnie niskim zużyciu energii.

Na poniższym filmie zarejestrowałem 83 sekundy ciągłego parowania w pozycji pionowej.

Zasilanie poprzez TayVoy-U-m z dwóch starych ogniw 18350 firmy TrustFire.

Inne filmiki tutaj:

https://picasaweb.google.com/106877314501825898283/27Listopada2012?authuser=0&authkey=Gv1sRgCL2GrbKQ2dDUkgE&feat=directlink

Analizując działanie parownika zainteresowałem się następującymi rzeczami:

Lampa_naftowa_FreeMind

Przyjąłem,  że użyję jakiegoś gotowego szkieletu  z zasilaniem dostarczanym przez gwint 510, ze względu na prototypowy charakter konstrukcji.  Łatwa dostępność i możliwość wprowadzania zmian, wybrały  ViVi Tank V2

Co prawda, złącze 510 pochodzi z czasów gdy e-papieros naśladował wielkością i wyglądem zwykłe papierosy i jego stosowanie obecnie nie ma żadnego uzasadnienia.

Wtedy podstawowa konstrukcja wygląda następująco:

Lampa_naftowa_1

  1. Gwint, podstawa i przegroda komór, doprowadzenie zasilania grzałki
  2. Pręt doprowadzający zasilanie do grzałki
  3. Obudowa parownika
  4. Kapilara (knot) parownika
  5. Śruba zaciskowa zasilania grzałki
  6. Grzałka
  7. Otwór wlotu powietrza do komory parowania
  8. Izolacja miedzy grzałką i knotem
  9. Wieczko parownika
  10. Otwór wylotowy
  11. Śruba zaciskowa zasilania grzałki
  12. Otwór do napełniania płynem i pozwalający wyrównać ciśnienie w komorach

Transport płynu

Jak wspomniałem wcześniej, od dawna założyłem użycie igieł do iniekcji.

Widoczna na filmie kapilara jest złożona z rurki od cienkiego wkładu do długopisu o średnicy wewnętrznej ~1,8mm, wewnątrz której są trzy igły 0,8mm i 3 odcinki drutu 0,4mm.

Płyn jest podnoszony na wysokość około 35mm bo taka jest długość igieł.

Dotychczas próbowałem dwa rodzaje kapilar (knotów):

  • Pakiet wielu igieł owiniętych wspólną grzałką
  • Większa igła (rurka), wypełniona mniejszymi.

Podstawowym, od września, rozwiązaniem jest pakiet 7 igieł 0,8mm x 40mm (Gauge 21 x 1.5″ , http://en.wikipedia.org/wiki/Needle_gauge_comparison_chart).

U góry są owinięte dwustronnie  anodowaną blachą aluminiową o grubości 0,2mm, na której jest nawinięta grzałka.

Dla polepszenia transportu, przekrój otworu igieł jest zmniejszony odcinkami drutu kantal o średnicy 0,18mm, po dwa odcinki w każdej igle.

Obecnie używam tez knota z igły 2,1mm x 40mm  (Gauge 14 x 1.5″), wypełnionej ośmioma igłami 0,5mm x 25mm  (Gauge 25 x 1″). Izolacja między grzałką i igłą jest wykonana z włókna szklanego.

W denku komory zbiornika jest wykonane wgłębienie w które wchodzi knot. Dzięki temu nawet resztki płynu są zabrane  przez kapilary.

Lampa_naftowa_5Denko

Dla moich potrzeb transport jest wystarczający, chociaż dla niektórych osób może być niedostateczny.  Ale można powiększyć knot używając większej ilości igieł.

Dużą poprawę sprawności można uzyskać stosując igły o zmniejszonej grubości ścianki http://www.medline.com/product/Nipro-Ultra-Thin-Wall-Needles/Needles-Syringes/Z05-PF11342 ale nie udało mi się jeszcze takowych kupić.

Inne materiały do wykonania knota:

Poza znanymi wszystkim sznurkami z włókna szklanego bądź krzemowego oraz drobną siatką ze stali nierdzewnej, do budowy knota można użyć:

  1. Cienkiej folii ze stali nierdzewnej, zwiniętej podobnie jak w przypadku siatki. Należy zadbać o odstęp rzędu 0.1 do 0,3mm między zwojami rulonika.
    Przykład mozliwosci transportu glikolu:

  2. Praktycznie dowolnego materiału o strukturze gąbki (pory otwarte), o ile jest żarowytrzymały i nieszkodliwy dla człowieka.
  3. Kapilar z ceramiki z tlenku glinu Al2O3.
  4. Kapilar z ceramiki np. używanej do izolacji wyprowadzeń termopar.
  5. Kapilar szklanych ale efektywność będzie niższa ze względu na słabą przewodność cieplną szkła. Dotyczy to również ceramiki, z wyjątkiem tlenku glinu.
  6. Włókno węglowe w postaci rękawa (oplotu)
    Knot węglowy w GKMF.
    Rękaw węglowy złożony poczwórnie.
    Grzałka kantalem 0,2, 8 zwojów, 3,2 Om.
    GKMF_carbon_2
    GKMF_carbon_1

 

Jeśli ktoś lubi, można zastosować wypełnienie większej rurki, np. ze wspomnianej igły 2,1mm x 40mm  (Gauge 14 x 1.5″), włóknami naturalnymi, w postaci splotu (sznurka) z bawełny, lnu itp..
Zwęglanie włókien będzie znacznie spowolnione w porównaniu do knota bezpośrednio owiniętego grzałką.

Izolacja elektryczna

To chyba najtrudniejsze zagadnienie, żeby zapewnić dobrą i powtarzalną izolację między knotem a grzałką.

Wybór materiałów jest niewielki ze względu na wymaganą  chemiczną obojętność.

Dodatkowo izolacja powinna być cienka i mieć możliwie dużą przewodność cieplną.

Stosowałem następujące rodzaje izolacji:

  1. Oksydacja stali nierdzewnej. Bardzo dobra przewodność cieplna ale niepewna izolacja elektryczna, łatwa do zniszczenia przez ocieranie drutu o powierzchnię kapilary. Potrzebna jest grubsza warstwa tlenku chromu na knocie i tlenku glinu na drucie grzałki.
  2. Włókno szklane. Bardzo dobra izolacja elektryczna. Wadą jest niska przewodność cieplna (~1W/(m*K) oraz nasączanie izolacji skroplinami
    izol_szklana
    Bardzo dobre rozwiązanie jest pokazane na powyższym zdjęciu (dzięki uprzejmości Kolegi LogerM z e-papierosy-forum.pl).  Użyto minimalnej ilości włókna szklanego, umieszczonego ponad przegrodą komór co zapobiega pobieraniu skroplin z dna.
  3. Włókno szklane wypełnione sproszkowanym tlenkiem glinu Al2O3 (~25W/(m*K). Znacznie lepsza przewodność cieplna ale bardzo trudne do nałożenia.
  4. Aluminium obustronnie anodowane. Bardzo dobra przewodność termiczna  i wytrzymała izolacja elektryczna. Ale należy mieć dostęp do anodowania.
  5. Włókno węglowe. Paradoksalnie, ponieważ jest dobrym przewodnikiem prądu. Ma przewodność cieplną dużo wyższą niż tlenek glinu. W tym przypadku działanie polega na odseparowaniu powierzchni kapilary i drutu grzałki. Dzięki temu izolacyjne warstwy tlenków nie trą o siebie, tylko o węgiel, co nie powoduje ich degradacji. Nakładanie go jest  trochę uciążliwe.

Obecnie sprawdzam jeszcze jeden sposób i jeśli wyniki będą powtarzalne to opublikuję.

Izolacja Termiczna

Następnym krokiem jest określenie głównych kierunków przepływu ciepła.

Lampa_naftowa_2

  1. Kolor czerwony. Strumień ciepła od grzałki do knota.
  2. Kolor pomarańczowy. Ciepło oddawane przez drut grzałki do otoczenia.
    Również ciepło oddawane z knota do otoczenia przez promieniowanie i konwekcję.
  3. Ciepło oddawane przez knot do metalu przegrody miedzy komorami.
  4. Ciepło oddawane przez knot do powietrza i płynu w komorze płynu.

Najwięcej ciepła jest wysyłane z knota w postaci energii pary. Ale jest to właśnie pożądane. Z tym że powstaje następne zagadnienie.

Czyli są trzy główne drogi straty ciepła. Co można zrobić żeby je ograniczyć?

  • Knot można, w dolnej części, odizolować cieplnie tworzywem bądź rurka ceramiczną. Ja użyłem taśmy teflonowej.
  • Miejsce gdzie knot przechodzi przez przegrodę miedzy komorami można odizolować ceramiką lub szkłem. Ja użyłem tkaniny szklanej owiniętej taśmą teflonową.
  • Największy udział ma oddawanie ciepła do otoczenia przez grzałkę i knot w miejscach nie pokrytych grzałką. Odbywa się to na drodze konwekcji i promieniowania. Główny udział ma konwekcyjne chłodzenie.
    Wystarczy zablokować przepływ powietrza wokół grzałki. Można w tym celu użyć osłony, szklanej lub ceramicznej, co spowoduje zmniejszenie lub nawet zanik konwekcji.

Ale materiał osłony powinien mieć przewodność cieplna wyraźnie mniejszą od przewodności izolacji elektrycznej między grzałką i knotem.

P

Straty spowodowane kondensacją pary

Część pary, w kontakcie ze ściankami komory parowania, skrapla się oddając dużo ciepła do tychże. Jest to chyba główna przyczyna nagrzewania wieczka komory i ustnika. Straty spowodowane kondensacją, a przez to i nagrzewanie obudowy parownika, można zmniejszyć stosując materiały o jak najniższej przewodności cieplnej, np. ścianki boczne wykonane ze szkła, a nie ze stali kwasoodpornej, wewnętrzna  powierzchnia wieczka pokryta szkłem, ceramiką lub teflonem.

Skropliny częściowo spływają na przegrodę oddzielająca komory i niepotrzebnie ją nagrzewają. Przydatna byłaby jakaś izolacja cieplna chociaż na części powierzchni, a jeszcze lepiej wykonanie przegrody nie z metalu, a z materiału źle przewodzącego ciepło.

Ogólnie, najlepszym wyjściem jest wykonanie wszystkich wewnętrznych powierzchni komory parowania z materiałów o niskiej przewodności cieplnej.

Dla zmniejszenia strat ciepła spowodowanych wypromieniowywaniem na zewnątrz i kondensacją można wykonać przegrodę w komorze parowania.

Ja zrobiłem to z cienkiej blachy ze stali nierdzewnej. Dobrze żeby była możliwie cienka. Wtedy szybko się nagrzewa nie zwiększając skraplania. Wewnętrzna powierzchnia jest wypolerowana dla zwiększenia odbicia promieniowania  cieplnego w kierunku knota.

Lustro_term_1Lustro_term_3

Podawanie powietrza

Napływające powietrze powinno mieszać się z parą unosząca się z knota. Nie powinno przy tym omywać zewnętrznej części grzałki. To określa, mniej więcej, miejsce podawania.

Początkowo użyłem otworu w bocznej ścianie komory parowania. Jednak takie rozwiązanie ma wady.

  • Trudno jest zmienić położenie otworu.
  • Istnieje możliwość wycieku skroplin przez rzeczony otwór.

Jednocześnie chciałem uniknąć prowadzenia kanału powietrznego poprzez komorę zbiornika płynu.
Narzuciło to rozwiązanie przedstawione na poniższym szkicu.

Lampa_naftowa_3

  1. Strumień powietrza przepływający przez komorę parowania
  2. Wieczko parownika
  3. Otwór powietrzny w wieczku
  4. Wkładka z materiału o niskiej przewodności cieplnej (ceramika, szkło, teflon).  Ja użyłem teflonu.
  5. Rurka podająca powietrze do komory parowania. Ja użyłem odcinka z igły 2,1mm x 40mm  (Gauge 14 x 1.5″).

W takim układzie wyciek skroplin jest praktycznie niemożliwy.

Użycie, na wkładkę,  materiału o niskiej przewodności cieplnej ogranicza kondensację pary w kontakcie z powierzchnią obudowy i poprawia sprawność cieplną.
Ponadto zmniejsza nagrzewanie wieczka parownika i ustnika.
Wysokość strumienia powietrza nad knotem można regulować długością rurki 5.
Dopasowanie wkładki na lekki wcisk pozwala ją obracać względem wieczka.

Umieszczenie otworu przeciwlegle powoduje wydłużenie drogi zaciąganego powietrza i przez to, chłodzenie metalu wieczka.

Lampa_naftowa_4pokrywka

Wyrównanie ciśnień w komorach

W trakcie parowania zwiększa się ciśnienie nad przegrodą, wynika to z prężności par i wzrostu temperatury powietrza, natomiast w zbiorniku na płyn ciśnienie maleje wskutek ubywania płynu.
Powstała różnica ciśnień hamuje podnoszenie płynu w knocie.
Chociaż w moim przypadku wskutek nagrzewania cienkiej przegrody wzrasta ciśnienie w zbiorniku powodując przyspieszone podawanie płynu i po ostygnięciu płyn w kapilarach jest cofany w dół.

Dlatego potrzebne jest coś, co pozwoli na przepływ gazów między komorami parownika i spowoduje wyrównanie ciśnień.

Sprawdziłem trzy rozwiązania:

  1. Usuniecie uszczelki wokół przegrody (O-ring)
  2. Zastosowanie zaworu, wykonanego z paska gumy silikonowej, zamykającego otwór wyrównawczy w przegrodzie
  3. Pozostawienie małego otworu w przegrodzie nie pozwalającego na wyciek płynu ze zbiorniczka do komory parowania

Zawartość strony jest aktualizowana w miarę wolnego czasu.

cdn.

Reklamy

2 Responses to Parownik typu „Lampa Naftowa”

  1. lcgrzybek says:

    jeśli knot jest wykonany z metalowych igieł to znaczy że nie będzie ulegał zużyciu, czy wchodzą tu w grę jakieś inne czynniki ?

    • tayvoy says:

      Nie zależało mi tak bardzo na trwałości.
      Chciałem zrobić podawanie płynu przy użyciu „podręcznikowych” kapilar.
      Mam nadzieję, że jest to widoczne w treści strony.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: