Принцип работы пиролизного котла описание видео: Самодельный пиролизный котел своими руками: конструкция и расчет

Содержание

Самодельный пиролизный котел своими руками: конструкция и расчет

Поскольку котлы, работающие на твердом топливе, стали пользоваться повышенным спросом, их стоимость начала возрастать. Это касается как классических простых агрегатов, так и пиролизных и пеллетных установок. Один из вариантов уменьшения стоимости – заказывать у мастеров либо самостоятельно изготовить пиролизный котел своими руками.

Чертеж пиролизного котла

Исходные данные для вычислений

Существенное понижение цены самодельного агрегата достигается за счет правильного подбора и закупки материалов и комплектующих. Это можно осуществить как с помощью опытного мастера, так и самостоятельно, имея в своем распоряжении чертеж пиролизного котла. По нему определяется количество и номенклатура материалов с таким расчетом, чтобы не покупать их с большим запасом. Дополнительно сэкономить средства позволяет и самостоятельное выполнение работ, единственное условие – умение производить заготовительные и сварочные работы на высоком уровне.

Водяная рубашка установки представляет собой сосуд, работающий под давлением, поэтому качество сварных швов должно быть высоким.

Перед тем как сделать пиролизный котел, нужно выяснить, какими должны быть его параметры. Главный из них – тепловая мощность, необходимая для отопления дома. Ее можно высчитать по общей площади всех этажей здания по принципу: на каждые 10 м2 потребно 1 кВт тепловой энергии. Полученное значение умножается на коэффициент запаса, согласно нормативной документации он составляет 1.2. В реальной жизни лучше принимать коэффициент не менее 1.5, поскольку дрова разных пород имеет различную теплоту сгорания.

Пиролизные установки работают по одному принципу: газы, выделяющиеся из древесины при горении в топке, дожигаются во вторичной камере. А вот компоновка камер и расположение прочих элементов конструкции может быть разным, примеры конструктивных схем можно увидеть на рисунке.

Схема пиролизного котла

Конструктивные особенности

Чаще всего конструкция пиролизного котла, сделанного своими руками, предполагает устройство верхней топки, под которой находится вторичная камера. Такая компоновка наиболее проста в изготовлении и хорошо зарекомендовала себя на практике. Топка и камера сжигания газов облицованы изнутри огнеупорным кирпичом. Воздух подается принудительно вентилятором – нагнетателем через специальные отверстия, между камерами выполнен щелевидный проем, называемый рабочей форсункой. Габаритные размеры проема определяются мощностью установки.

Пиролизный газогенератор

Факел пламени из форсунки нагревает днище камеры, под которым находится водяная рубашка. Нагретая вода поднимается и омывает дымогарные трубы теплообменника, по которым уходят продукты сгорания. Таким образом, схема пиролизного котла данной конструкции предусматривает двойной подогрев теплоносителя.

Для розжига дров в задней стенке топки устанавливается клапан прямой тяги, открываемый вручную с помощью рукоятки, вынесенной наружу корпуса. После того как топливо разгорелось, заслонку клапана закрывают, включают нагнетатель, и установка переходит в рабочий режим. Чтобы вся система работала устойчиво и эффективно, вначале потребуется сделать расчет пиролизного котла. Исходить надо из потребной тепловой мощности агрегата.

Читайте также полезную статью про принцип работы пиролизного котла.

Выполнение вычислений

Первым делом нужно подобрать размеры проема форсунки. Самый простой способ – приобрести готовое изделие, рассчитанное под определенную мощность, такие имеются в продаже для установок разных производителей, например, ATMOS. Другой путь несколько труднее, зато гораздо дешевле: изготовить проем необходимого сечения в шамотном кирпиче, который будет уложен на днище топки. Габаритные размеры щелевидного проема для разных значений мощности представлены в таблице 1.

Таблица 1

Потребная мощность, кВт 25 32 50 80 100
Длина проема, мм 120 140 150 200 200
Ширина проема, мм 30 30 30 30 40

Самодельный пиролизный котел длительного горения можно изготавливать с произвольными размерами топки, которые рассчитываются по такой схеме:

  • Теплота сгорания древесины – 2,8 кВт/кг, плотность – 400 кг/м3. Чтобы обеспечить мощность 10 кВт, нужно за 1 час сжигать 10 / 2,8 = 3,6 кг дров.
  • Учитывая, что между поленьями в топке остается пустое пространство, нужно принять коэффициент заполнения 0,5. Тогда полезный объем камеры на 1 час работы составит: 3,6 / 400 / 0,5 = 0,018 м3.
  • Приняв длину полена равной 0,6 м, а высоту первичной камеры – 0,5 м, высчитывается ее полезная ширина на 1 час работы: 0,018 / 0,6 / 0,5 = 0,06 м.
  • Чтобы загружать топливо 1 раз в 10 часов, полезный объем должен быть: 0,018 х 10 = 0,18 м3. Тогда при прежних значениях глубины и высоты полезная ширина будет: 0,18 / 0,6 / 0,5 = 0,6 м. Окончательные габариты – 0,6 м х 0,6 м х 0,5 м.

Самодельный пиролизный котел

Следующий шаг – подбор вентилятора – нагнетателя, который устанавливается на самодельные пиролизные котлы и обеспечивает подачу воздуха в обе камеры. Устройства подбираются по производительности, которая зависит от мощности установки, эти данные можно взять по Таблице 2.

Таблица 2

Мощность установки, кВт 25 32 50 80 90 100
Производительность нагнетателя, м3 98,5 195,9 242,2 253,2 284,8 316,5
Полезный объем топки, м3 0,22 0,24 0,35 0,42 0,47 0,52

Дымовые газы, покидающие вторичную камеру, имеют достаточно высокую температуру. Чтобы не выбрасывать это тепло на улицу впустую, применяется жаротрубная схема изготовления пиролизного котла. В соответствии с ней, дымовые газы, проходя через дымогарные трубы теплообменника, охлаждаются до температуры 150–200 ⁰С, отдавая свою теплоту водяной рубашке. Чтобы рассчитать полезную площадь теплового обмена, нужно определить такие исходные данные:

  • температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах t1 и t2;
  • температуру дымовых газов на входе в теплообменник и на выходе из него Т1 и Т2.

Далее, определяется разность температур ∆t= t1 – t2 и ∆Т = Т1 – Т2. После этого можно посчитать величину температурного напора τ, ⁰С:

τ = (∆Т – ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

Площадь поверхности теплообмена S(м2) находят по формуле:

S = Q / k / τ

В этой формуле:

  • Q– потребная мощность котельной установки;
  • k – коэффициент передачи теплового потока, принимается 30 Вт/м2 ⁰С.

Проверить результат можно по Таблице 3, в которой представлены укрупненные значения площади поверхности теплообмена в зависимости от мощности агрегата.

Таблица 3

Мощность котла, кВт 25 32 50 80 100
Smin, м2 4,5 6,3 8,5 14,5 16,5
Smax, м2 5,2 7,8 10,2 15,2 16,7

Изготавливая пиролизные котлы длительного горения своими руками, мастера зачастую устанавливают патрубок дымохода «на глазок», в то время как от правильной работы дымоходной трубы зависит КПД самого агрегата. Поэтому площадь сечения трубы, а потом и ее диаметр лучше определить по формуле:

F = L / 3600ϑ

В этой формуле:

  • ϑ – скорость дымовых газов, принимается равной 0,5 м/с;
  • L – расход газов, соответствует производительности вентилятора, м
    3
    /ч;
  • F – площадь сечения трубы дымохода, м2.

Через формулу площади круга находят значение диаметра трубы.

Рекомендации по выбору материалов

Чтобы сделать надежный пиролизный котел своими руками, нужно для топки взять легированную жаропрочную сталь толщиной не менее 5 мм, нельзя использовать простой низкоуглеродистый металл, он быстро прогорит. Жаропрочные марки сталей легированы хромом и молибденом, для их сваривания лучше применять соответствующие марки электродов. Чтобы корпус топки служил дольше, в местах с самой высокой температурой его надо облицевать изнутри огнеупорным кирпичом. То же самое делается и во вторичной камере.

Конструкция пиролизного котла

Для водяной рубашки можно брать обычную углеродистую сталь марки СТ 20 толщиной не менее 3 мм. Между наружной поверхностью топки и внутренней поверхностью водяной рубашки необходимо точечно приваривать ребра жесткости через каждые 15–20 см. Это будет предохранять внешнюю оболочку от разрушения при повышении давления и температуры теплоносителя в экстремальном режиме работы агрегата.

Жаротрубный теплообменник, которым снабжается пиролизный газогенератор, сваривается из нескольких труб, чья площадь наружной поверхности должна соответствовать или быть немного больше расчетной. Материал трубы – углеродистая сталь СТ 20, но если удастся найти жаропрочную, то это будет только лучше. Дверцы обеих камер сваривают двухслойными, закладывая внутрь асбест или другой теплоизоляционный материал, стойкий к высокой температуре.

Качественную сборку котла своими руками лучше производить в заранее подготовленном месте, где сразу можно будет выполнить его испытания. Если в наличии есть компрессор, можно проверить качество сварных соединений без заливки водой. Достаточно создать в рубашке избыточное давление и при этом промазать все швы мыльной пеной.

В противном случае придется залить в рубашку теплоноситель, разжечь котел и внимательно наблюдать за всеми соединениями.

Для управления производительностью вентилятора потребуется приобрести комплект автоматики: контроллер и датчики. С их помощью автоматически регулируется температура теплоносителя в рубашке. Изготавливать и регулировать пиролизные котлы отопления своими руками не столь уж сложно, если есть соответствующие умения и навыки, а экономию средств можно получить значительную.

Как работает пиролизный котел | Всё об отоплении

Какой принцип работы пиролизного котла: давайте разберемся

У отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, имеется альтернативный вариант – газогенераторные агрегаты. Они считаются несложными в эксплуатации и одновременно наиболее эффективными приборами и, несмотря на высокую стоимость, пользуются у потребителей спросом.

Основан принцип работы пиролизного котла на сжигании газов, которые выделяются при горении дров. Применяют такие агрегаты не только для обогрева частных домовладений, но и для отопления складов и других помещений промышленного назначения.

Особенности функционирования пиролизного оборудования

Отличается принцип действия пиролизного котла от других способов обогрева при помощи твердого топлива тем, что организован он на процессе пиролиза – так называется сухая перегонка древесины. В условиях минимальной подачи кислорода и под воздействием высоких температур при горении твердые органические материалы распадаются на газ и продукты отработки, которыми являются сухие осадки (кокс).

Поскольку пиролиз возможен только при определенных температурных условиях — при достижении 1100° С, то он сопровождается выделением большого количества тепла, в результате чего в котле подсушиваются дрова и нагревается воздух, подаваемый в зону горения.

Далее пиролизный котел принцип действия имеет следующий: кислород смешивается с газом, выделенным из древесины. Это приводит к горению газа и, соответственно, к получению тепловой энергии. Кроме этого, в результате такого процесса содержание канцерогенных веществ в отработанных газах, выводимых наружу, минимизируется.

Устройство газогенераторного оборудования

Чтобы узнать, как работает пиролизный котел необходимо разобраться с принципом функционирования каждого его узла. Этот агрегат состоит из различных элементов. В котле имеется две камеры, которые изготавливают из стальных листов толщиной не меньше 5 миллиметров. Разделительную функцию между камерами выполняет форсунка.

Конструкция пиролизного котла (см. фото) предполагает, что верхний отдел топки выполняют в виде топливного бункера, а нижний используют как камеру сгорания и одновременно зольник. В обеих частях осуществляются отдельные процессы. Так в верхнем отсеке древесина подсушивается и одновременно нагревается воздух, который потом поступает в нижний отдел, где полученный газ сжигается и накапливается зола.

Принцип работы пиролизного котла позволяет регулировать мощность агрегата при помощи системы подачи вторичного воздуха. Данная функция предоставляет возможность добиться большего эффекта от нагревательного оборудования, чем от обычных отопительных приборов. Благодаря наличию терморегулятора можно устанавливать нужную температуру для жидкого теплоносителя.
В результате работы такого оборудования в процессе горения не образуется сажа, и почти нет золы. Устройство пиролизного котла позволяет чистить его значительно реже.

Существуют и другие отличия:

  • более продолжительная работа агрегата. Котел способен функционировать на одной закладке дров около 12 часов;
  • принцип действия прибора значительно отличается от традиционных способов;
  • расход древесины в агрегате намного меньше по причине подогрева воздуха, поступающего в зону горения.

Выбор топлива для пиролизного котла

Принцип работы газогенераторного оборудования на дровах позволяет считать его наиболее выгодным с экономической точки зрения.

В действительности устройство пиролизных котлов выполнено таким образом, что агрегаты могут функционировать на других видах твердого топлива, включая:

Для обеспечения наиболее эффективной работы пиролизного оборудования нужно учитывать такую особенность каждого вида органического топлива как время полного сгорания:

  • горение кокса длится около 10 часов;
  • для твердой древесины потребуется примерно 6 часов;
  • для мягкой древесины необходимо не более 5 часов.

Согласно данным опроса, проведенного среди владельцев домов, для которых выбором стала установка пиролизного котла, наибольшей эффективности его работа достигает при использовании сухих дров. Влажность древесины при этом не должна быть более 20% при длине полена до 65 сантиметров.
Сухая древесина обеспечит оборудованию наибольшую мощность, но и значительно увеличивает продолжительность его бесперебойного функционирования. Но, если такое органическое твердое топливо приобрести невозможно, допускается применение других видов, разрешенных производителем конкретного агрегата.

  • каменный уголь;
  • торф;
  • древесные отходы;
  • пеллеты;
  • целлюлозосодержащие отходы промышленного производства.

Вне зависимости от вида выбранного твердого топлива следует помнить, что, если оно имеет излишнюю влажность, при работе агрегата будет образовываться излишний пар, в результате чего появится копоть и понизятся тепловые характеристики используемого прибора. Только в случае применения сухого древесного топлива и при правильно выполненной регулировке подачи первичного и вторичного воздуха образующийся газ почти не выделяет вредных для здоровья канцерогенных веществ.

Преимущества пиролизного оборудования

После того, как изучены конструктивные особенности, принцип действия,
схема пиролизного котла и виды используемого топлива, следует отметить, что данное оборудование является наиболее экономичным среди твердотопливных теплоснабжающих моделей.

Основные преимущества пиролизного нагревательного агрегата:

  • стабильный температурный режим при условии наличия в топке топлива;
  • быстрый выход на уровень эффективной работы;
  • не требуется часто проводить чистку котла;
  • работает с разными отопительными системами;
  • нет необходимости в обустройстве дымоходов из материалов, устойчивых к коррозии и высоким температурам.

Ради объективности следует назвать недостатки пиролизных котлов, но он у данного оборудования только один – высокая стоимость.

Характеристики такого вида отопительных приборов свидетельствуют об их более эффективной работе по сравнению с традиционными твердотопливными агрегатами. Их рекомендуется использовать для отопления помещений разного назначения.

Оставляйте отзывы:

Принцип работы пиролизного котла

Сжигание топлива в классических твердотопливных котлах – это хорошая альтернатива применению для отопления дома традиционных энергоносителей, таких как природный газ или электричество. Но данные устройства не полностью используют энергию горения дров. При работе обычного котла выделяющийся при высокой температуре из топлива газ просто уходит наружу вместе с продуктами горения. Принцип работы пиролизного котла позволяет использовать этот газ, тем самым увеличивая КПД агрегата и длительность интервала между загрузками топлива. Такие аппараты еще называют газогенераторными.

Пиролизный котел в разрезе

Из чего состоит газогенераторная установка?

Главное отличие от классического котла на дровах – наличие дополнительной камеры сгорания, в которой происходит дожигание выделяющегося газа. а в первичной топке он генерируется из дров при недостаточном количестве кислорода. Компоновка камер и устройство пиролизного котла может быть различным, топка может находиться как снизу, так и сверху, принцип действия это не меняет. Традиционно она располагается снизу, над зольником, в который для удобства очистки помещают выдвижной ящик. Крышка зольника откидывается вверх и в рабочем режиме служит для регулировки количества воздуха, поступающего в топку. Это реализовано с помощью цепного привода, который натягивается или отпускается термостатом. Последний установлен в верхней части котла.

Принцип работы пиролизного котла

Все основные элементы и детали установки можно увидеть, изучив подробный чертеж пиролизного котла. Главная топка снабжена дверцей для загрузки дров и в процессе работы плотно закрыта. Над ней устроена вторичная камера сгорания, в которой расположены устройства подачи воздуха. Они могут иметь различную конфигурацию в аппаратах разных производителей, но задача их одинакова: подавать в камеру дожигания подогретый воздух через множество отверстий определенного диаметра. Нагрев воздуха происходит по пути от дверцы зольника до распределителей.

Конструкция пиролизного котла предусматривает возможность очистки верхней камеры дожигания, для этого она оборудована специальной дверцей. Пространства обеих камер сообщаются между собой каналом, по которому поднимаются газы для сжигания. Внешней оболочкой корпуса является водяная рубашка, нагреваемая обеими топками. Для подачи теплоносителя в систему отопления в нее врезаны патрубки с резьбой. Контроль температуры воды и давления осуществляется по приборам, установленным на фронтальной панели.

Дымоход для пиролизного котла ничем не отличается по своему устройству от труб для выброса продуктов горения классических агрегатов. Одно из требований – достаточная тяга для работы котла. Наиболее простая конструкция агрегата не предусматривает установку дутьевого вентилятора, поэтому горение идет за счет естественной тяги. Второе требование — это чтобы часть трубы, находящаяся на улице, была утеплена. Причина – низкая температура дымовых газов (до 150 ⁰С), поэтому очень высока вероятность выпадения на ней конденсата и быстрого разрушения материала трубы.

Описание схемы работы пиролизных котлов

Полное представление о работе агрегата может дать принципиальная схема пиролизного котла. Вначале главная топка загружается топливом и разжигается. При этом заслонка зольника максимально открыта. После того как дрова разгорятся, дверца начинает прикрываться, процесс горения замедляется и переходит в тление. Тогда и начинается интенсивное выделение древесного газа, который поднимается и попадает во вторичную камеру дожигания. Туда же через множество калиброванных отверстий подается нагретый воздух. Последний попадает в канал из того же проема под крышкой зольника и по дороге получает тепло от горячей стенки топки.

Принципиальная схема котла

Весь технологический процесс протекает благодаря естественной тяге, создаваемой дымоходом, поэтому скорости движения воздуха и дымовых газов в каналах невелики. Схема работы пиролизного котла заключается в том, что во вторичной камере нагретый воздух вступает в термохимическую реакцию с древесными газами и воспламеняет их. В результате сгорают не только газы, но и мелкие летучие частицы, благодаря чему дым из трубы практически незаметен. В действительности пиролизное сжигание топлива более экологично, нежели традиционное, поскольку продукты сгорания от него содержат гораздо меньше оксидов углерода и азота, а также частиц золы.

Дрова, находящиеся в топке, горят медленнее чем обычно, поэтому одной загрузки может хватить на 10–12 часов работы, в зависимости от мощности газогенераторной установки и влажности дров. Настройка пиролизного котла заключается в ограничении подачи воздуха для горения. Слишком малое его количество не позволит начаться термохимическому процессу во вторичной топке, а слишком большое вызовет неполное сгорание газов и понижение КПД агрегата. Для аппарата, работающего на естественной тяге, потребуется настройка расхода воздуха в каждом индивидуальном случае, так как высота и диаметр дымоходной трубы может очень различаться. Соответственно, сила тяги будет разной. В некоторых случаях ее следует увеличить путем поднятия трубы на большую высоту.

Если цепной привод крышки зольника снабжен термостатическим регулятором, то настройка аппарата сводится к установке желаемой температуры теплоносителя. Термоэлемент, встроенный в водяную рубашку газогенераторной установки, воздействует на привод цепи в зависимости от температуры воды и сам прикрывает или открывает заслонку, регулируя интенсивность горения.

Сравнение пиролизного и твердотопливного котла

Для создания искусственной тяги, которая не будет зависеть от параметров дымохода, котлы пиролизного типа дополнительно снабжаются дутьевым вентилятором и комплектом автоматики, регулирующим его работу. Если обычный агрегат может работать с КПД порядка 85–90%, то дутьевая машина помогает его развивать до 93%. Здесь есть недостаток — зависимость от внешних источников энергии.

Достоинства и недостатки

Источники тепла данного типа обладают многими преимуществами:

  • Принцип действия и работа пиролизных котлов позволяет достигать отличных показателей эффективности при сжигании твердого топлива – 90–93% КПД .
  • Процесс более экологичен, в атмосферу выбрасывается гораздо меньше вредных веществ.
  • Интервал между загрузками топлива не меньше, чем у агрегатов длительного горения – 12 часов, работать кочегаром придётся не чаще 2 раз в сутки.
  • Обслуживание и чистка установки не представляют проблемы, ко всему внутреннему пространству есть доступ, а многие аппараты оборудованы выдвижным ящиком зольника. Принцип действия пиролизного котла практически безотходный, золы и пепла остается очень мало, поэтому операцию выполнять надо нечасто.
  • Экономичность. Ориентировочно расход топлива на 100 м² помещения при его высоте до 3 м составляет 10 кг в сутки.
  • Установки, работающие на естественной тяге, не зависят от наличия электричества в сети.

Как и любой другой аппарат, работающий на твердом топливе, пиролизный котел отопления нуждается в защите от закипания теплоносителя внутри водяной рубашки. Это может привести к разрыву оболочек и дорогостоящему ремонту. По этой причине производители ставят на свои изделия дополнительные водяные ТЭНы охлаждения, которые одновременно могут служить источником горячей воды для хозяйственных нужд.

Из недостатков агрегатов пиролизного типа можно выделить следующие:

  • Требуется топливо с невысоким содержанием влаги, влажность дров не должна превышать 25%. Процесс интенсивного выделения газов для дожигания сильно затруднен, если дрова откровенно сырые. Это негативно влияет на работу пиролизного котла, снижая его КПД.
  • Практика эксплуатации показывает, что на стенках первичной камеры со временем появляются отложения дегтя и смол, поскольку температура в ней относительно невысокая, а в качестве топлива чаще всего берут березу или древесину хвойных пород. Этот налет надо периодически удалять, он затрудняет передачу тепла водяной рубашке.
  • Стоимость выше, чем у классического твердотопливного котла. Это оправдано, ведь технология процесса более прогрессивная и дает высокие показатели, которые позволят экономить при эксплуатации.

Заключение

При выборе источника тепла для дома лучше ориентироваться на изделия средней ценовой категории, сильно экономить в этом вопросе не стоит. Ведь от того, как работает пиролизный котел, зависит комфорт и тепло вашего дома.

Пиролизный котел, его принцип работы и устройство

Устройство пиролизного котла

Пиролизный котел – это не печка. В нем происходит ряд сложных процессов. А разработка котла – это ответственная задача для инженеров-конструкторов, которая требует наличие опыта, знаний и массу усердного труда и больших затрат на обкатку готовой конструкции и эксперименты. Как вы понимаете, в этой сфере отсутствует вековой опыт и проверенные поколениями технические решения, как, например, у традиционных печей.

Если вы и найдете в свободном доступе в интернете схемы котла, то это будут 2-3 схемы общего вида и 3-4 схемы печи в разрезе. Умея работать CorelDraw и в ACAD, а также при наличии соответствующего образования и опыта работы. вы сами сможете составить деталировку. Однако помните, что спецификации вы все равно не найдет. А это значит, что вам придется лишь догадываться либо выводить экспериментальным путем из какого материала должна быть та или иная деталь.

Стоит также отметить, что есть много авторов подобных конструкций, которые возьмут сравнительно небольшие деньги за полный комплект тех.документов. Гораздо больше денег и времени у вас уйдет на чай или кофе, если до всего пытаться дойти самостоятельно. Но как понять, эффективно ли будет это устройство, будет ли оно работать?

Подобными вопросами задаются все те, кто решил приобрести себе пиролизный котел или печь. И продавцы и производители предлагают их в больших количествах. Они подберут вам подходящую модель, соответствующую вашим данным и замерам. Однако, как понять какая именно модель подойдет для вашего дома, как сориентироваться по цене, какой котел экономичнее, какой надежнее? Мы уже привыкли выбирать такие бытовые приборы, как стиральные машины, телевизоры и холодильники. Но с котлами мало кто сталкивался.

В этой статье мы постараемся дать читателю ответы на все вопросы относительно пирокотла. Надеемся, что это поможет вам при покупке.

Стоит отметить, что пиролизный котел отопления означает, что он полнопоточный (для непрерывной работы вашей системы отопления котел выдает постоянный необходимый расход горячей воды). Также регистр водогрейный – это важная часть конструкции и из котла нельзя убрать водогрейку. Без нее или же с пустым контуром, котел без аварийной автоматики может прогореть или взорваться.

Газогенерация и процесс пиролиза

Пиролизные котлы принцип работы базируется на явлении пиролиза. Говоря простым языком — от нагрева молекул, вещества расщепляются на более легкие и простые части. Это означает, что продукты пиролиза легче будут гореть и будут давать больше тепла.

Чистый пиролиз подразумевает распад закладки топлива без поступления воздуха в специальные ёмкости – реторте. Затем газы собираются в накопителе – ресивере. Оттуда они используются по мере необходимости. По этой схеме работали итальянские, немецкие и французские пиролизные установки в машинах во время войны.

Все бытовые современные пиролизные котлы, работающие на твердом топливе, газогенераторные. По-другому не получится получить КПД свыше 65-70%. Однако, название «пиролизные» совсем неслучайно. Больше 90% тепла вырабатывается путем сгорания пиролизных газов. В связи с этим, дальше по тексту значения «пиролизный» и «газогенераторный» будут использоваться в качестве синонимов, кроме тех случаев, когда оговорено иное.

Рабочий цикл

Воздух проходит в камеру, где происходит газификация, в камере также тлеет топливо. Часть кислорода от этого воздуха идет на поддержание тления, что обеспечивает температуру процесса газификации от 200 до 800 градусов.

Через сопло, в камеру сгорания поступают пиролизные газы (на сленге сопло также называют хайлом). В эту же камеру поступает вторичный воздух, таким образом горят пиролизные газы.

Часть газов – частиц освобожденного углерода из состава топлива в катализаторе, переходят до окисла азота и СО2. На этот процесс уходит часть тепла. Восстановленные составляющие в камере дожигания проходят процесс окисления, при этом отдают обратно тепло. Дымовые прореагировавшие газы проходят сквозь теплообменник регистра. подогревая в нем воду, а потом улетучиваются в систему дымохода. Терморегулирующая система поддерживает в камере сгорания для полного сгорания оптимальную температуру.

Режимы работы пирокотла

  1. Розжиг. Открыт шибер либо заслонка прямого хода. Дымовые газы уходят сразу в дымоход.
  2. Рабочий режим. Закрыта заслонка прямого хода, осуществляется пиролиз. При этом тяга в самом газоходе регулируется естественным образом либо принудительно.
  3. Догрузка топлива. Открыта заслонка прямого хода, однако, в течение некоторого времени тяга в газоотводе сохраняется. он при этом разогрет и, если присутствует вентилятор, то он не выключается. Процесс пиролиза не прекращается. Также общим недостатком для котлов, основанных на процессе пиролиза, является их привередливость к материалам конструкции и топливу.

Принцип работы пиролизного котла

В камеру, где происходит процесс сгорания, бьет струя сильно нагретых газов. В связи с этим для таких узлов не годятся обычные конструкционные материалы.

Существует один недостаток пирокотлов:

  • малые пределы для регулировки мощностей при моменте сохранения достаточно высокого коэффициента полезного действия;
  • разгонять котел более чем на 50% по теплу не получится – топливо вспыхнет в газификаторе и снизится коэффициента полезного действия.

Систему отопления на пирокотле необходимо рассчитывать исходя из циклического режима прогрева. При этом крайне желательно утеплиться снаружи ЭППС.

Материалы и топливо

И покупателю и тому, кто решил самостоятельно спроектировать котел, необходимо знать, что камеры сгорания, газификатор и дожигатель без температуростойкой защиты долго не проработают. Технология нанесения и состав защиты является особым секретом любой фирмы, занимающейся производством котлов.

Наиболее предпочтительными видами твердого топлива для данных котлов являются дрова или топливные пеллеты (под них и проектируются промышленные модели). Пирокотел на угле с высоким КПД будет работать до тех пор, пока все летучие не выйдут. А их не так уж и много в каменном угле, а в древесном – их почти нет. После этого идет сгорание углерода с коэффициентом полезного действия, который соответствует печному. Эффективный котел, рассчитанный на длительное горение на угле, нужно проектировать на комбинированном рабочем цикле. При этом цикле заложенное топливо сгорает с поверхности, а цикл пиролиза происходит с горением непосредственно на поверхности топлива.

Работа «принудительных» котлов

Компьютерный вентилятор обычной конструкции загоняет в газификатор воздух. От воздушной внутренней магистрали вторичный воздух попадает в камеру сгорания. Давление при этом в рабочей полости выше атмосферного.

Рассмотрим достоинство такой схемы:

  • вентилятор самой простой конструкции;
  • камера, где происходит процесс сгорания, совмещена с дожигателем;
  • при использовании жаропрочных специальных сталей вы сможете обойтись без футеровки, ведь температура свыше 1000 градусов сосредоточена возле сопла, а у самих стен ниже 800 — 900 градусов.

Однако, все перечисленные преимущества не позволяют получить КПД выше, чем 82-84%. Воздух под давлением частично обволакивает заложенное топливо, а внутренняя часть топлива, где происходит пиролиз, получает при этом недостаточно кислорода, причем увеличивать наддув будет бесполезно. К тому же в самой камере, где происходит процесс сгорания, оказывается много воздуха. Температура в сердцевине факела не может превысить 1100 градусов, при этом тяжелые продукты не сгорают, а испаряются в трубу. При этом КПД уже не будет выше 90%.

Особо нужно отметить опасность угарного газа от котла с принудительным наддувом. Так как, если давление в емкости больше атмосферного, то даже микротрещина послужит причиной утечки газов в ваше помещение. Газы не всегда можно распознать по запаху, но они всегда ядовиты и едки.

Давление в тракте меньше атмосферного. Разница с наддувом принципиальная. В котлах с дымососом закладка топлива хорошо продувается: давление будет ниже там, куда воздуху труднее проникнуть, а вот тяга будет сильнее. Вторичный воздух можете загонять снаружи: давление его больше, чем в камере сгорания. Поэтому он, стремясь расшириться, взвихривается, перемешивается с пиролизными газами и они сгорают. При этом температура поднимается до 1200 и выше градусов.

Как вы понимаете, КПД здесь повышенное. Его также может повысить, благодаря высокой температуре и сгоранию тяжелых фракций. Также появляется возможность сделать механический «дубовый» терморегулятор. За его основу берется термобиметаллическая пластина в водогрейном контуре, которая изгибается при колебаниях температуры. От нее поступает тяга к дросселю, пропускающему наружный воздух в дымоход. Когда вода перегрелась, заслонка приоткрылась, мотор крутит, как и раньше, прямо от сети или UPS, но наружный воздух, с более высоким давлением, отталкивает часть дымовых газов. Давление в газификаторе и камере сгорания повышается, туда поступает меньше наружного воздуха и пиролиз со сгоранием поутихну.

КПД таких котлов с дымососом может быть выше 90%, а мощность при 100% безопасности и надежности – 100-150 кВт.

Догрузку топлива в данный котел с дымососом вы можете осуществлять без предосторожностей. Дверцу загрузочного люка и ЗПХ можно открывать — закрывать в любой последовательности. В худшем случае вы почувствуете неприятный запах. но нераскаленные яды.

Рекомендации для правильной установки готового пиролизного котла

При монтаже котла необходимо соблюдать все рекомендации пожарной безопасности. так как процессы горения в котле достигают высоких температур.

  1. Место под котел необходимо выделить в нежилой комнате.
  2. Для хорошей вентиляции воздуха, в вашей котельной необходимо сделать отверстие, равное примерно 100 квадратным сантиметрам.
  3. Котел необходимо установить на кирпичный или бетонный фундамент.
  4. Возле топочных камер котла установите защиту из листового металла двухмиллиметровой толщины.
  5. Между мебелью, корпусом и стенами возле котла необходимо оставить зазор не менее 200 миллиметров.

Принцип работы пиролизных котлов достаточно сложен. Но мы надеемся, что наша статья поможет вам разобраться в его работе и сделать правильный выбор при покупке. С повышением тарифов на коммунальные платежи все больше людей понимают, что, чем выше КПД отдачи котла, тем он экономичней и лучше в холодные зимние ночи. Поэтому и пиролизные котлы устройство которых как раз то, что вам необходимо.

  • Автор: Андрей Витальевич Васильев

Источники: http://teplospec.com/elektricheskoe-otoplenie/kakoy-printsip-raboty-piroliznogo-kotla-davayte-razberemsya. html, http://cotlix.com/princip-raboty-piroliznogo-kotla, http://kotel.guru/kotly/tverdotoplivnye/piroliznyy-kotel-ego-princip-raboty-i-ustroystvo.html

Как работает пиролизный котел – пошаговое описание принципа действия

Что такое пиролиз?

Пиролиз – это процесс распада органических материалов при высокой температуре без поступления кислорода. Применительно к отопительным котлам под этим понятием имеют в виду выделение летучих газов из древесины. Пиролиз происходит всегда при сгорании любого органического вещества, но именно в пиролизном оборудовании созданы условия, при которых выделение газа происходит наиболее интенсивно.

Устройство и принцип работы.

Разберемся, как работает пиролизный котел. Он состоит из двух камер сгорания, расположенных вертикально. В первичной топке горит древесина. Специально устроено ограничение поступления воздуха – кислород попадает только через дымоход и небольшие отверстия. В дымоходной трубе иногда дополнительно устанавливают шибер – регулируемую заслонку, частично закрывающую отверстие.

Вторая камера сгорания располагается сверху первой. Они соединены между собой газоходом. В этой части и происходит окончательное догорание выделенных газов. Если открыть слишком большой доступ воздуха, то эти газы сгорят еще в нижней топке.

А так в нижней части тлеет древесина и под действием высоких температур активно выделяются горючие летучие материалы. В этом и заключается основной принцип действия пиролизного оборудования, за счет чего повышается КПД устройства, а горение одной закладки дров длится намного дольше.

Рассмотрим этапы и принцип работы пошагово:

  1. Твердое топливо закладывается в нижнюю топку и разжигается.
  2. Закрывается герметичная дверца камеры.
Камера сгорания пиролизного котла
  • Сухая древесина обугливается и медленно тлеет под действием повышенной температуры выше 600 градусов.
  • Активно выделяются летучие горючие вещества и, поднимаясь в верхнюю камеру, там воспламеняются, дополнительно отдавая энергию теплоносителю.
  • Преимущества и недостатки

    Преимущества пиролизного оборудования:

    • Топливо сгорает практически полностью, почти не оставляя после себя золы. Чистить аппарат приходится реже.
    • Экологичность – в верхней топке окончательно догорает максимальное количество вредных веществ, которые в обычных котлах выходят в атмосферу через дымоход.
    • Так как внизу вместо открытого огня идет процесс тления, одной порции дров хватает на больший отрезок времени, по сравнению с тем, сколько времени горит это же количество топлива в обычном котле. Одна закладка может тлеть до 12 часов, что значит дополнительную экономию.
    • Повышенный уровень коэффициента полезного действия по сравнению с классическими моделями.
    • За счет высокой температуры горения можно использовать практически любое сухое твердое топливо и использовать в его качестве отходы производства, которые можно достать бесплатно, если вы работаете на производстве. Можно ли топить углем, написано в инструкции по эксплуатации каждой конкретной модели.

    Недостатки пиролизных котлов:

    • Повышены требования к качеству топлива. Оно должно быть максимально сухим, иначе без кислорода оно просто потухнет на первом этапе.
    • За счет усложнения конструкции такие аппараты стоят дороже обычных аналогов и больше подвержены поломкам. Чтобы сэкономить, можно сделать такое оборудование самому, найдя чертежи и схемы подобных самодельных аппаратов.
    • Некоторые модели имеют в конструкции вентиляторы для принудительной тяги. Это делает котлы энергозависимыми.
    • Если теплоноситель успевает слишком сильно остыть, это может привести к тому, что прекратится горение в верхней камере. Чтобы этого избежать, устанавливаются дополнительные обходные каналы примеси горячей воды, что усложняет и удорожает подключение.

    Использование пиролизных котлов в быту

    Пиролизный котел отлично подойдет как для промышленного использования, так и для обогрева своего дома. Популярные фирмы, производящие бытовые пиролизные аппараты, это Протерм, Благо, Буржуй-К.

    Фото пиролизного котла Буржуй-К

    Удобнее всего использовать твердотопливное оборудование работающее на пеллетах, так как они изначально продаются просушенными. Также есть возможность настроить автоматическую подачу гранул, что сделает эксплуатацию котла еще более удобной. Если в паре с котлом установить бойлер косвенного нагрева, это позволит обеспечить жителей горячим водоснабжением.

    Предлагаем Вашему внимаю видео о принципе работы пиролизного котла:

    Что такое пиролизный котел — создание своими руками пошаговая инструкция

    Отопительное оборудование, работающее на твёрдом топливе, всегда будет востребовано. Даже в странах, экспортирующих углеводороды нет полного покрытия газовыми сетями. Особенно обделёнными в этом отношении являются отдалённые населённые пункты. Чтобы максимально автоматизировать процесс горения твёрдого топлива применяется специальная установка — пиролизный котёл. В отличие от традиционных печек и каминов такие устройства имеют ряд преимуществ, о которых и будет рассказано в этой статье.

    Содержание статьи:

    Что такое пиролизный котёл

    Пиролизный котёл представляет собой установку, в которой сгорание твёрдого и газообразного топлива разделены по разным камерам. Как правило, в таком отопительном приборе нагревается жидкий теплоноситель, который затем подаётся к радиаторам.

    Обратите внимание! Наиболее часто для работы такой установки используются дрова, а также различные брикеты, изготовленные из отходов деревообрабатывающих предприятий.

    Газообразное топливо образуется в результате разложения твёрдого топлива.

    Преимущества и недостатки

    Пиролизные котлы, работающие на твёрдом топливе имеют, как преимущества, так и недостатки. К полюсам таких установок относятся:

    • Можно легко управлять интенсивностью горения топлива, даже при полной загрузке рабочей камеры.
    • Возможность использования более крупных поленьев дров.
    • Высокий КПД.
    • Более экологичный выброс.
    • Можно автоматизировать процесс управления котлом.

    Недостатки пиролизных котлов:

    • Относительно высокая стоимость.
    • Большая часть моделей энергозависима (электрический привод дымососа).
    • Высокие требования к процентному содержанию влаги в топливе.
    • Нестабильная работа при загрузке менее 50%.

    Несмотря на наличие недостатков, альтернативы пиролизным котлам не существует, когда необходимо организовать недорогой и современный способ отопления частного дома в местности, где невозможно подключиться к газовой трубе.

    Принцип работы

    Для запуска пиролизного котла горючее закладывается в основную камеру и поджигается. Затем запускается установка, удаляющая дым, при этом дверца плотно закрывается. При недостаточной концентрации воздуха и высокой температуре происходит выделение горючего пиролизного газа.

    Газообразное топливо сгорает в другой камере. Во вторичной камере происходит циркуляция воды. Жидкость нагревается и направляется в радиаторы по трубам отопительной системы. Существуют также модели, в которых такой принцип сжигания топлива используется только для нагрева воздуха в помещении. Такой дробный вариант сгорания топлива, позволяет максимально повысить эффективность отопительной установки, работающей на дровах.

    Внимание! Заводские модели пиролизных котлов, например, установка Гейзер могут развиваться тепловую мощность до 700 кВт.

    Основные виды пиролизных котлов

    Пиролизные котлы могут существенно отличаться по конструкции. Наиболее часто встречающимися особенностями являются строение дымоходной системы и основной камеры сгорания.

    Длительного горения

    Пиролизные котлы длительного горения, в которых используется каменный уголь, могут работать несколько суток. При использовании дров установки этого типа выделяют тепло в течение не менее 12 часов.

    Обратите внимание! Особенностью такой конструкции является большой объём основной рабочей камеры, а также более точная регулировка интенсивности сгорания топлива.

    На твёрдом топливе

    Твёрдотопливный пиролизный котёл может работать как на дровах, так и на угле. В таких установках наиболее часто устанавливается водяной контур, но встречаются модели, в которых теплоносителем является обычный воздух. В более дорогих установках жидкость нагревается не только для отопления, но и для обеспечения горячей водой.

    Другие виды

    Кроме чисто пиролизных установок, в которых можно использовать дрова, каменный уголь или специальные брикеты, в продаже можно встретить универсальные котлы. Такие изделия могут работать на солярке, сжиженном или природном газе, но когда необходимо в них можно загрузить твёрдое топливо. Особенно востребованы модели этого типа, если существуют перебои с доставкой какого-либо одного энергоносителя. В этом случае, можно легко перезапустить оборудование на другом виде топлива.

    Чертежи для создания пиролизного котла своими руками

    Для создания пиролизного котла можно использовать следующие чертежи:

    Несмотря на представленные на схемах довольно простые конструкции.

    Самым доступным вариантом изготовления пиролизного котла в домашних условиях, является аналог такой установки из газового баллона.

    Создание пиролизного котла своими руками: пошаговая инструкция

    Одним из самых простых самодельных моделей является котёл «Бубафоня» из стандартных газовых баллонов. Для изготовления такой установки достаточно следовать пошаговым инструкциям, изложенным далее. Прежде всего, для выполнения этой работы не обойтись без следующих инструментов:

    • Электрического сварочного аппарата.
    • Болгарки.

    Также потребуется подготовить материалы:

    • Пропановый газовый баллон 50 л.
    • Листовой металл толщиной не менее 3мм.
    • Стальная труба большого диаметра.

    Работа выполняется в такой последовательности:

    • С баллона стравливаются остатки газа, удаляется вентиль и ёмкость заливается водой.
    • После проведения дегазации болгаркой срезается верхняя часть баллона в месте закругления.
    • К верхней части баллона приваривается стальная лента вырезанная из листового металла. Этот элемент позволит крышке более плотно закрыть камеру сгорания.

    • Из стального листа вырезать круг, который по диаметру должен быть на 2 см меньше внутреннего диаметра баллона. Эта деталь необходима для прижимания топлива и разделения камеры, где будет происходить пиролиз топлива с камерой сгорания.
    • В нижней части вырезается отверстие для воздуховодной трубы диаметром 10 см.
    • Для изготовления системы дымоудаления в ранее удалённой крышке газового баллона расширяется центральное отверстие около 10см в диаметре. Затем к отверстию приваривается стальная труба сечением не менее 100 мм.

    • Внижней части необходимо сделать отверстие для удаления золы. Для этого с помощью болгарки вырезается прямоугольник. Затем из листового металла делается дверца немного большего размера и приваривается через навесы к корпусу плиты. Также необходимо сделать ручку к дверце, а также установить уплотнение из асбестового шнура по всему периметру.
    • К воздуховодному отверстию котла следует приварить металлическую трубу с вентилем для регулировки подачи кислорода в пиролизную камеру.

    На этом изготовление пиролизного котла своими руками можно считать завершённым. Для того чтобы запустить такую отопительную установку необходимо.

    • Заложить сухое древесное топливо в баллон, при этом в верхней части следует разместить легко возгораемые материалы (бумагу, щепу и т. д.)
    • Поджечь топливо.
    • Установить на дрова разграничительный круг.
    • Поставить наместо крышку с трубой.

    Регулирование интенсивности сгорания топлива осуществляется перемещением вентиля на воздуховодной трубе. Дверка для забора золы должна быть плотно закрыта во время работы самодельного пиролизного котла. Для удаления продуктов сгорания к трубе крышки потребуется прикрепить гофрированную металлическую трубу, которая должна иметь выход на улицу.

    Внимание! Устанавливать такой тип оборудование запрещается в спальных комнатах. Кроме этого следует позаботиться о противопожарной безопасности помещения.

    Советы и рекомендации по безопасному использованию самодельного пиролизного котла

    Только при соблюдении всех правил можно надеяться на безопасную эксплуатацию самодельных пиролизных установок. При использовании теплового оборудования этого типа рекомендуется придерживаться следующих правил:

    • Размещать самодельные пиролизные котлы только в подсобном помещении, в котором следует оборудовать хорошую вентиляцию.
    • Чтобы внутри дымохода не образовывалась жидкость необходимо утеплить его минеральной ватой.
    • Установка котла должна осуществляться на поверхность из негорючего материала.

    Если придерживаться этих рекомендаций, то самодельный пиролизный котёл можно будет эксплуатировать безопасно в течение продолжительного времени.

    Пиролизный котел своими руками: чертежи + пошаговая инструкция

    Говорят, что все новинки – это хорошо забытое старое. Не является исключением и создание отопительный систем на базе пиролизного горения. Первые заводы, использующие технологию пиролиза были построены еще в 70-е годы позапрошлого 19-го века.

    Самодельный пиролизный котел

    До сих пор эта технология широко применяется и у нас и за рубежом для переработки нефти. Собственно «пиролиз» — это процесс химического разложения органики под действием высокой температуры. В устройствах, использующих твердое органическое топливо (как правило, дрова) твердая часть и выделяющиеся из него при температурном разложении газы сгорают отдельно, что существенно повышает эффективность таких котлов.

    Несмотря на сложное название и мудреное описание процесса вы вполне можете построить пиролизный котел своими руками, для этого вам потребуется листовая сталь, сварочный аппарат и чертежи, которые вы можете взять на нашем сайте.

    Суть процесса пиролиза

    В пиролизных котлах на твердом топливе используются такие типы органики, которые при температурном разложении дают большой выход летучих горючих веществ. Такие котлы работают не только на дровах (и всех видах топлива из древесины, таких как пеллеты или топливные брикеты), но и на угле, вплоть до коксующихся марок, температура горения которых достигает очень больших значений!

    тление топлива

    Топливо в пиролизных котлах размещается на колоснике. После поджига загруженной партии топлива, закрывается плотная дверка и начинает работать дымосос. Вследствие этого в камере сгорания поднимается высокая, до 800 градусов температура, однако в ней отсутствует кислород из воздуха для обычного интенсивного горения. Вместо этого органическое топливо тлеет и обугливается, при этом выделяются летучие газы, преимущественно углеводороды.

    Под действием конвекции летучие горючие газ поступают в подколосниковое пространство. Вместе с ними мигрирует и азот, находящийся в первично имеющемся воздухе в топке. Под решеткой колосника к смеси газов подмешивается кислород из вторичного контура подачи воздуха. Получившая смесь уже имеет способность к сгоранию. Она сгорает, выполняя полезную функцию (например, нагревая воду в теплообменнике), а кроме того выделившееся тепло поступает обратно к органическому топливу и поддерживает процесс тления.

    Основные характеристики пиролизных котлов

    Основными чертами котлов, работающих на технологии пиролиза являются следующие:

    1. Возможность изготовления из недорогих конструкционных материалов.
    2. Длительное время одного цикла пиролиза, достигающего около 30 часов,
    3. Полная взрыво и пожаро-безопасность.
    4. Простота конструкции, доступная для самостоятельного изготовления.
    5. Широкий спектр используемого древесного топлива (от классических дров до пеллет).
    6. Высокая экологичность котлов, низкое количество продуктов сгорания.

    Как часть нужно подкидывать дровишки?

    В обычную печь вам придется загружать топливо минимум через каждые два часа. Причиной этому является большая интенсивность горения топлива в печах такой конструкции. Большая часть тепла при этом в прямом смысле «вылетает в трубу». КПД таких котлов минимален, кроме того, в нем остается много остатков, которые приходится регулярно выгребать.

    А вот если ограничить приток кислорода, то период горения значительно увеличивается. При этом тепло выделяется не только при самом процессе тления-пиролиза, но и от сгорания выделившихся газов. Вследствие этого время работы от одной загрузки может увеличиваться до суток и более.

    Процесс изготовления пиролизного котла своими руками

    Сразу отметим, что пиролизные котлы можно использовать не только для отопления. Но и для прямого обогрева небольших помещений, например сарая с живностью или гаража.

    Нюансы с топливом

    Приятная новость для владельцев автомобилей: ваш котел можно будет «кормить» не только дровами, но и отработанным машинным маслом. Цена такого топлива просто смехотворная, а в пиролизном котле он будет гореть не хуже, чем обычные дрова. Но есть нюанс: котел, «питающийся» отработкой должен иметь специальную конструкцию.

    Схема пиролизного котла на отработке

    Создать такой котел очень просто. В нем имеется две емкости: нижняя, в которую загружается топливо и где собственно и проходит процесс пиролиза и верхнюю воздушную камеру.

    Простейшая пиролизная печь на отработке

    В нижнюю часть вваривается труба с толстыми стенками, в которой проделываются отверстия. Собственно в этой трубе и происходит дожигание паров из «отработки».

    Схема пиролизной печи

    В верхней воздушной камере монтируются перегородки, которые направляют горячий воздух по извилистому маршруту, этим достигается повышенная отдача тепла от верхней камеры в помещение.

    Подробное описание конструкции пиролизного котла

    Через приваренный к верхней камере дымоход продукты сгорания удаляются в атмосферу.

    Такую печь можно несколько усовершенствовать. Для этого рядом с нижней емкостью монтируется дозаправочный бак, соединенные с ней трубой. Дозаправка происходит по принципу сообщающихся сосудов.

    Но, обратите внимание, в такую печку категорически не допускается попадание воды. Ее нельзя размещать в месте, где возможно выпадение атмосферных осадков. При попадании воды тлеющее масло вспенивается и резко расширяется в объеме. Это может привести даже к разрывк окнструкции.

    Также при создании такой печи обратите внимание, что высота дымохода должна составлять не менее двух метров.

    Если вы оснастите верхнюю камеру такой печи водяной рубашкой, то она вполне может нагревать проходящий через нее поток воды. Также верхний бак может нагревать и проходящий воздух.

    промышленные пиролизные котлы

    Пиролизный котел для древесных отходов

    Возможно, у вас на участке накопилось много древесных отходов: щепок, опилок, стружки. Для того, чтобы эффективно сжигать такой «мусор» можно построить специальный котел. Такое устройство также станет незаменимым помощником в деревообрабатывающих цехах.

    самодельный пиролизный котел из бочки

    Для создания такой печи тратится минимум материалов и а ее конструкция чрезвычайно проста.

    Запасемся следующими материалами:

    1. Металлическая бочка емкостью в 200 литров, у которой нужно вырезать верхнюю крышку.
    2. Крышка с бортиком, точно подходящая к горловине бочки.
    3. Круглый поршень с сечением, чуть меньшим внутреннего сечения бочки. Его нужно изготовить из массивной заготовки или искусственно утяжелить.
    4. Труба с сечением 10 сантиметров и длиной, сантиметров на 20 больше, чем высота бочки.
    5. Дымоходная труба с сечением около 10 сантиметров и длиной не менее 40 сантиметров.

    В плотно подогнанной по размеру наружной крышке вырезается отверстие с сечением, чуть большим, чем у трубы, обозначенной в п «4», она же – «воздуховодная труба». Дымоходная труба вваривается в верхнюю часть боковой поверхности бочки.

    Схема пиролизного котла из бочки

    Воздуховодная труба плотно приваривается к поршню. На верхнем торце воздуховодной трубы размещают подвижную заслонку, регулирующую объем подаваемого воздуха. К нижней части поршня привариваем ребра, которые будут утрамбовывать топливную массу.

    подгонка верхней крышки

    Закладываем в бочку любое сухое древесное топливо. Грузить можно все, что угодно, вплоть до бумаги и шишек. Стоит отметить, что сухость исходного топлива очень критична для пиролизных котлов. Наполняем бочку на 2\3 ее высоты. Сверху на дрова укладываем щепки или бумагу и поджигаем их. Не возбраняется плеснуть несколько капель бензина. После того, как топливо загорелось – вставляем поршень с воздуховодной трубой, закрываем бочку верхней крышкой. Топливо будет постепенно прогорать и под собственным весом поршень будет опускаться.

    По тяжестью поршня и без достаточного доступа кислорода топливо в бочке будет медленно тлеть. Выделяемый при пиролизе газ будет проникать в верхнюю часть бочки, где также будет сгорать. Наиболее будет нагреваться как раз верхняя часть бочки, в этой части температура воздуха может достигать 900 градусов. Такая температура полностью выжигает даже сажу.

    внешний вид поршня и воздуховода

    При хорошей регулировке и сухом топливе такая пиролизная печка может непрерывно работать на одной закладке до 30 часов.

    Горизонтальная версия пиролизного котла

    200-литровую металлическую бочку можно превратить и в горизонтальный котел. Как и вертикальном варианте – в такой печи будут присутствовать камера тления и камера дожига выделяющихся газов.

    горизонтальная пиролизная печь

    В принципе, такой котел можно приобрести и в уже готовом виде. Современная промышленность предлагает массу вариантов таких устройств на любой вкус и кошелек.

    промышленная пиролизная печь

    Дополнительное оснащение пиролизных котлов

    Помимо нагрева окружающего воздуха пиролизные котлы могут выполнять и много другой полезной работы. Прежде всего, конечно, они могут подключаться к системам отопления с воздушным или жидким теплоносителем.

    пиролизный котел с конвекцией

    Так, большой популярностью пользуются конвекционные печи. В них применяется принцип конвекции воздуха. Для этого на котле размещаются специальные изогнутые воздуховоды. Их нижние патрубки забирают холодный воздух, а через верхние патрубки выходит уже горячий.

    самодельный пиролизный котел с конвекцией

    Ну и конечно же, никто вам не мешает оборудовать любой котел трубопроводом-теплообменником, который будет нагревать воду для системы теплоснабжения или для система горячего бытового водоснабжения.

    И в заключении можете посмотреть краткий видеоурок, описывающий изготовление и эксплуатацию пиролизного котла.

    Видео: Пиролизный котел своими руками

    В чем преимущества пиролизного котла на дровах


    Согласно законам физики, любое твердое тело, при интенсивном нагревании и ограниченном доступе воздуха, выделяет определенное количество газа. Согласно расчетам, проведенным опытным путем, у каждого материала, процент продуцируемого CO разный.

    Наибольшее количество газа, выделяет древесина. Именно на этом физическом законе и основан принцип работы, который использует пиролизный котел на дровах.

    Устройство и схема работы пиролизного дровяного котла

    Пиролизные котлы на дровах имеют простую конструкцию, предназначенную для одновременного аккумулирования тепла от горящего топлива и сжигания продуцируемого газа. Именно этот процесс и называется пиролизом.

    Принцип работы дровяных пиролизных котлов для отопления дома следующий:

    • В топочной камере нагнетается температура свыше 550°С. После этого, подача воздуха ограничивается, что приводит к окислению твердого топлива и усиленному выделению CO. Так как, дрова скорее не горят, а тлеют, иногда пиролизные модели называют котлами длительного горения.
    • Газ направляется в камеру дожига, обычно облицованную шамотным кирпичом, для поддержания определенной температуры нагрева. Происходит дожигание газа.
    • Выделяемое тепло аккумулируется теплообменником особой конструкции. После чего, энергия передается теплоносителю, нагревая его до необходимой температуры.


    Данный принцип работы использует любой бытовой пиролизный котел на дровах с водяным контуром. Отличие заключается в функциональных и конструкционных особенностях.

    Дополнительно можно классифицировать пиролизное оборудование по следующим отличиям:

    • Тип теплообменника – наиболее распространенными считаются модели, использующие стальной теплообменник в своей конструкции. Себестоимость котла обходится дешевле, снижается вес конструкции. Теплообменник из чугуна существенно увеличивает вес изделия и его стоимость. Чугунное решение увеличивает срок эксплуатации котла, а также теплотехнические характеристики оборудования.
    • Количество контуров – пиролизные котлы работают как на нагрев теплоносителя, так и для ГВС. Одноконтурный агрегат отличается высокой производительностью и большей мощностью. При необходимости, в дальнейшем осуществляется переоборудование системы для подключения бойлера косвенного нагрева и обеспечения здания горячей водой. Двухконтурный котел, одновременно работает на нагрев горячей воды и теплоносителя.
    • Тип топочной камеры – по своей конструкции, оборудование делится на модели с верхней или нижней загрузкой. Первые модели удобны в эксплуатации и обычно обеспечивают более длительное горение от одной закладки. Дополнительно происходит подогрев и высушивание дров. По этой причине, топить можно даже дровами, с относительно высокой влажностью, до 45%.
    • Дополнительные функции – наличие опций достигается подключением модулей, первоначально не являющихся частью конструкции. Так, некоторые модели с нижней загрузкой, оснащаются специальной лежанкой для просушки дров, другие имеют встроенный теплоаккумулятор, стабилизирующий нагрев теплоносителя. Отдельного внимания заслуживает контроллер, подключенный к комнатным термостатам и делающий работу котла максимально автономной.
    • Энергозависимость – большинство пиролизных агрегатов, во время работы используют электричество. Автоматика, контролирующая процесс пиролиза, крайне чувствительна к перепадам напряжения. При установке котла, потребуется подключить его к электросети через ИБП.

    Процесс пиролиза может начаться только при определенных условиях: высокой температуре в топочной камере, ограниченном поступлении кислорода. Также предъявляются требования к влажности дров – не более 20%.

    Как правильно топить пиролизный отопительный котел дровами

    С помощью пиролизного котла, можно увеличить время работы от одной закладки, повысить энергоэффективность оборудования и теплоотдачу. Мало того, данная конструкция помогает экономить дрова, так как получает большее количество (по сравнению с обычными котлами) тепловой энергии при сжигании газа.

    Но, все перечисленные достоинства становятся возможными, только, если научиться правильно топить теплогенератор. Существует несколько простых правил:

    • Чтобы предотвратить зависание дров в пиролизном котле с верхней закладкой, длина поленьев должна быть меньше размеров топки на несколько сантиметров.
    • Топливо разжигается в обычном режиме, при открытой заслонке. После того, как огонь разгорелся, спустя 15-20 минут, заслонка переводится в режим пиролиза.
    • Существенно увеличить время горения дров можно, благодаря использованию топлива с влажностью не более 20%.


    После нескольких самостоятельных растопок, эксплуатация котла перестает казаться сложной.

    Во время первых топок котла, возможно появление неприятного запаха в помещении, появляющегося в процессе полимеризации краски.

    Какие дрова лучше

    С максимальным КПД, котлы работают только при условии, что используемое топливо соответствует определенным требованиям, указанным в инструкции по эксплуатации:

    • Лучше топить дровами твердых пород дерева. Оптимально будет применение ольхи, дуба, акации, бука. Не рекомендуется применять хвойные сорта. По причине высокого содержания смолянистых выделений в продуктах сгорания, нередко начинаются проблемы во время эксплуатации оборудования. Вплоть до выхода его из строя.
    • Запрещается использовать дрова высокой влажности. Исключением являются котлы с верхней закладкой. В котлах с нижней закладкой, рекомендованная влажность топлива, не превышает 20%, с верхней 45%.
    • Котлы на пиролизном принципе горения дров, запрещается топить углем, отходами деревообработки, за исключением некоторых моделей универсального типа.

    Пиролизные котлы лучше работают на сухих дровах твердых пород. Добиться определенной влажности можно при естественной сушке дров.

    Как хранить и сушить дрова

    Средний расход дров в частном доме, за сезон отопления, составляет 6-10 м³. Соответственно возникает вопрос о том, как правильно хранить и сушить такой объем топлива. Существуют несколько основных рекомендаций относительно этого:

    • Необходим отдельный склад для хранения дров. Запрещается размещать хранилище в котельной. Оптимально будет использовать сухое смежное помещение. Склад можно сделать на улице, приспособив для этих целей любой крытый сарай или навес.
    • Чтобы обеспечить необходимое высыхание дров до 20% влажности, на территории РФ, потребуется дать вылежаться поленьям в течение двух отопительных сезонов. Поленья, заготовленные в этом году, можно будет использовать только через год. Поэтому, хранилище должно иметь достаточную площадь, чтобы вместить топливо на три года.

    Частота загрузки дров и время работы от одной закладки, напрямую зависят от их качества. Хорошо просушенное топливо, дает больше тепла и обеспечивает нормальные условия для начала пиролиза.

    Как выбрать пиролизный котел отопления на дровах

    При выборе пиролизного оборудования, крайне важно обращать внимание на:

    1. Особенности конструкции.
    2. Тип загрузки.
    3. Зависимость от электроэнергии.
    4. Количество контуров.
    5. Материал теплообменника.


    Помимо этого, крайне важно приобретать продукцию только проверенных временем производителей. После анализа статистических отчетов, становится очевидным, что наиболее популярными остаются следующие производители:

    • Российские – модели, пользующиеся популярностью, благодаря неприхотливости к качеству и типу топлива. Лучшие теплотехнические характеристики у двух котлов «Буржуй-К» и «ZOTA». Первые являются энергозависимыми, вторые работают без использования электричества.
    • Немецкие – пиролизное оборудование представлено всемирно известными лидерами, Buderus и Viessmann, а также, ничем не уступающим им по качеству и характеристикам Bosch. Последний производитель предлагает котлы для подключения к системам отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.
    • Чешские – пиролизное оборудование предлагают несколько компаний: Atmos и Wattek. Максимально эффективной является продукция компании Stropuva, пользующаяся особой любовью отечественного потребителя.
    • Польские – продукция польских заводов, пока не получила широкого распространения на территории РФ. Производителей, предлагающих пиролизные агрегаты несколько. Среди них IRLEH, ORLAN (Orlingo).
    • Австрийские – популярностью пользуются две компании производителя, HERZ FIRESTAR и Hargassner. Вторые модели отличает практически полная автоматизация процесса горения и возможность удаленного контроля.


    Буквально несколько лет назад, на отечественном рынке отопительного оборудования, предлагались модели 4-5 производителей, что существенно ограничивало выбор. Сейчас, подобрать дровяные котлы пиролизного горения, можно среди нескольких десятков модификаций, предлагаемых отечественными и зарубежными компаниями.

    Отзывы о работе пиролизных дровяных котлов

    Если проанализировать существующие отзывы покупателей, становится очевидным, что все негативные комментарии, в основном, связаны с элементарным неумением правильно пользоваться твердотопливным котлом.

    Наиболее распространенными жалобами являются:

    1. Быстро прогорают дрова.
    2. Дым поступает в помещение.
    3. Низкая производительность.


    Перед покупкой стоит разобраться, почему появляются данные претензии.

    Какой расход дров в пиролизном котле

    Количество дров, необходимое для пиролизного котла, зависит от его мощности, объема топочной камеры и других факторов. Производители указывают подробную информацию в технической документации. В частности, там приводится реальный расход дров.

    Что влияет на появление перерасхода:

    • Высокая влажность топлива – работать на сырых дровах котел будет, но перейти в режим пиролиза попросту не удастся. Без дожига газов, расход топлива будет даже больше, чем в обычной печке.
    • Неумение пользоваться котлом – при полностью открытой заслонке, объем дров, сжигаемых в сутки, увеличивается в 2-3 раза. Приток воздуха ограничивают после 15-20 минут обычного горения. Модели с принудительным нагнетанием воздуха, в этом отношении предпочтительней, так как автоматически выставляют требуемый режим.


    Во время эксплуатации пиролизного котла, следует строго придерживаться инструкций производителя, указанных в технической документации.

    Как долго проработает котел на одной закладке

    Самое большое непрерывное время горения одной закладки дров, обеспечивают немецкие и чешские модели. Некоторые котлы с верхней закладкой, в состоянии проработать до нескольких суток. Но среднее время работы варьируется между 8-12 часами.

    Самые экономичные котлы с пиролизным сжиганием дров, используют систему автоматизации: контроллер, управляющий поступлением воздуха и отводом дымовых газов. Объем потребления электроэнергии в таких моделях, сведен к минимуму и не превышает затрат обычной электрической лампочки.

    На время автономной работы, может повлиять правильность закладки дров. Особенно, это касается котлов с верхней закладкой. Длина поленьев должна быть меньше размеров топки на несколько сантиметров, чтобы предотвратить зависание дров в топке.

    Что лучше – пиролизный или обычный котел на дровах

    Отличить пиролизный котел от обычного дровяного, достаточно просто по наличию второй топочной камеры. Изготовление второй топки увеличивает себестоимость продукции. В результате, пиролизный агрегат обходится дороже, приблизительно на 80-100%. В связи с этим, вопрос о целесообразности его приобретения часто ставится под сомнение.

    Какие недостатки и преимущества наблюдаются у пиролизного котла на дровах?

    • Эксплуатационные ограничения пиролизного котла на дровах – топить можно исключительно топливом, имеющим не выше 20% влажности. Принцип работы пиролизного котла на дровах связан с выделением в процессе работы газа, что невозможно, если поленья влажные.
    • Расход дров пиролизного котла, по отношению к простому котлу, меньше, как минимум, в 2-3 раза. Если учесть стоимость одной тонны дров, выгода становится очевидной. При правильной эксплуатации, все переплаты полностью окупаются спустя несколько лет эксплуатации.
    • Время автономной работы – обычный дровяной котел, от одной закладки, проработает не более 3-4 часов. Среднее время горения в пиролизных агрегатах, 8-12 часов.


    Выгоды покупки пиролизного котла очевидны. На данный момент можно подобрать оптимальный вариант оборудования, по подходящей стоимости. Отечественные котлы предназначены для сжигания дров с повышенной влажностью, что снижает их производительность. Европейские агрегаты имеют высокий КПД, но прихотливы к качеству топлива.

    Принцип работы

    • Ресурс исследования
    • Исследовать
      • Искусство и гуманитарные науки
      • Бизнес
      • Инженерная технология
      • Иностранный язык
      • История
      • Математика
      • Наука
      • Социальная наука
      Лучшие подкатегории
      • Продвинутая математика
      • Алгебра
      • Базовая математика
      • Исчисление
      • Геометрия
      • Линейная алгебра
      • Предалгебра
      • Предварительный расчет
      • Статистика и вероятность
      • Тригонометрия
      • другое →
      Лучшие подкатегории
      • Астрономия
      • Астрофизика
      • Биология
      • Химия
      • Науки о Земле
      • Наука об окружающей среде
      • Науки о здоровье
      • Физика
      • другое →
      Лучшие подкатегории
      • Антропология
      • Закон
      • Политология
      • Психология
      • Социология
      • другое →
      Лучшие подкатегории
      • Бухгалтерский учет
      • Экономика
      • Финансы
      • Менеджмент
      • другое →
      Лучшие подкатегории
      • Аэрокосмическая техника
      • Биоинженерия
      • Химическая инженерия
      • Гражданское строительство
      • Компьютерные науки
      • Электротехника
      • Промышленное проектирование
      • Машиностроение
      • Веб-дизайн
      • другое →

    Что такое внутренняя структура и принцип работы электронно-лучевой трубки?

    В компьютерных технологиях ожидается значительный прогресс в сложном трехмерном моделировании и обработке изображений; пользователи увидят настольные компьютеры с вычислительной мощностью современных суперкомпьютеров. Даже графические возможности будут доступны среднему пользователю по разумной цене. Для этого потребуются мониторы сверхвысокого разрешения. Существуют различные системы отображения, такие как электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), жидкокристаллические дисплеи (ЖКД), электролюминесцентные дисплеи (ЭЛД), плазменные дисплеи и светоизлучающие диоды (светодиоды), доступные в настоящей технологии. Здесь мы собираемся обсудить электронно-лучевую трубку (ЭЛТ).

    Принцип работы

    Когда две металлические пластины подключены к источнику высокого напряжения, отрицательно заряженная пластина, называемая катодом, излучает невидимый луч.Электронный луч притягивается к положительно заряженной пластине, называемой анодом, где он проходит через отверстие и продолжает двигаться к другому концу трубки. Когда луч попадает на поверхность со специальным покрытием, катодный луч производит сильную флуоресценцию или яркий свет. Когда электрическое поле прикладывается к электронно-лучевой трубке, катодный луч притягивается пластиной, несущей положительный заряд. Следовательно, катодный луч должен состоять из отрицательно заряженных частиц. Движущееся заряженное тело ведет себя как крошечный магнит и может взаимодействовать с внешним магнитным полем.Электроны отклоняются магнитным полем. А также, когда внешнее магнитное поле меняется на противоположное, луч электроники отклоняется в противоположном направлении.

    В электронно-лучевой трубке катод представляет собой нагретую нить накала, помещенную в вакуум. Луч — это поток электронов, которые естественным образом стекают с нагретого катода в вакуум. Электроны отрицательны. Анод положительный, поэтому он притягивает электроны, вылетающие с катода. В электронно-лучевой трубке телевизора поток электронов фокусируется фокусирующим анодом в плотный пучок, а затем ускоряется с помощью ускоряющего анода.Этот плотный, высокоскоростной пучок электронов проходит через вакуум в трубке и попадает на плоский экран на другом конце трубки. Этот экран покрыт люминофором, который светится от луча.

    Работа ЭЛТ

    Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — это экран дисплея компьютера, используемый для отображения выходного сигнала в виде стандартного композитного видеосигнала. Работа ЭЛТ зависит от движения электронного луча, который движется вперед и назад через заднюю часть экрана. Источником электронного пучка является электронная пушка; Пушка расположена в узкой цилиндрической шейке в крайней задней части ЭЛТ, которая производит поток электронов за счет термоэлектронной эмиссии.Обычно ЭЛТ имеет флуоресцентный экран для отображения выходного сигнала. Ниже показан простой ЭЛТ.

    Электронно-лучевая трубка

    ЭЛТ-монитор очень прост в эксплуатации. Электронно-лучевая трубка состоит из одной или нескольких электронных пушек, возможно, внутренних электростатических отклоняющих пластин и люминофорной мишени. ЭЛТ имеет три электронных луча — по одному на каждый (красный, зеленый и синий), что четко показано на рисунке. Электронный луч создает крошечное яркое видимое пятно, когда попадает на покрытый люминофором экран.В каждом устройстве монитора вся передняя часть трубки сканируется периодически и систематически по фиксированному шаблону, называемому растром. Изображение (растр) отображается путем сканирования электронного луча по экрану. Цели люминофора начинают тускнеть через короткое время, изображение необходимо постоянно обновлять. Таким образом, ЭЛТ производит трехцветные изображения, которые являются основными цветами. Здесь мы использовали частоту 50 Гц, чтобы устранить мерцание путем обновления экрана.

    Основными частями электронно-лучевой трубки являются катод, управляющая сетка, отклоняющие пластины и экран.


    Катод

    Нагреватель поддерживает более высокую температуру катода, и электроны текут от нагретого катода к поверхности катода. Ускоряющий анод имеет небольшое отверстие в центре, и в нем поддерживается высокий потенциал положительной полярности. Порядок этого напряжения составляет от 1 до 20 кВ относительно катода. Эта разность потенциалов создает электрическое поле, направленное справа налево в области между ускоряющим анодом и катодом.Электроны проходят через отверстие в аноде с постоянной горизонтальной скоростью от анода к флуоресцентному экрану. Электроны попадают в область экрана, и он ярко светится.

    Сетка управления

    Сетка управления регулирует яркость пятна на экране. Контролируя количество электронов анодом и, следовательно, фокусирующим анодом, электроны, покидающие катод в немного разных направлениях, фокусируются в узкий пучок и все попадают в одно и то же место на экране.Вся совокупность катода, управляющей сетки, фокусирующего анода и ускоряющего электрода называется электронной пушкой.

    Отклоняющие пластины

    Две пары отклоняющих пластин пропускают пучок электронов. Электрическое поле между первой парой пластин отклоняет электроны по горизонтали, а электрическое поле между второй парой отклоняет их по вертикали, электроны движутся по прямой от отверстия в ускоряющем аноде к центру экрана, когда отклоняющие поля отсутствуют. присутствуют там, где они производят яркое пятно.

    Экран

    Он может быть круглым или прямоугольным. Экран покрыт люминесцентным материалом особого типа. Флуоресцентный материал поглощает свою энергию и повторно излучает свет в виде фотонов, когда электронный луч попадает на экран. Когда это случается, некоторые из них отскакивают, как мяч для крикета от стены. Их называют вторичными электронами. Они должны быть поглощены и возвращены на катод, если это не так, поэтому они накапливаются возле экрана и производят объемный заряд или облако электронов.Чтобы этого избежать, на воронку ЭЛТ изнутри наносится покрытие aqua day.

    Преимущества ЭЛТ
    1. ЭЛТ дешевле, чем другие технологии отображения.
    2. Они работают с любым разрешением, геометрией и соотношением сторон без ухудшения качества изображения.
    3. ЭЛТ
    4. обеспечивают наилучшие цвета и шкалу серого для всех профессиональных калибровок.
    5. Отличный угол обзора.
    6. Сохраняет хорошую яркость и обеспечивает долгий срок службы.
    Характеристики ЭЛТ

    Использование технологии ЭЛТ быстро сократилось с момента появления ЖК-дисплеев, но в некоторых отношениях они по-прежнему не имеют себе равных. ЭЛТ-мониторы широко используются в нескольких электрических устройствах, таких как экраны компьютеров, телевизоры, экраны радаров и осциллографы, используемые в научных и медицинских целях.

    Теперь у вас есть четкое представление о электронно-лучевой трубке, и если какие-либо вопросы по этой теме или проектам в области электротехники и электроники, оставьте комментарии ниже.

    Фото:

    Принципы работы альтернативного сверхпроводника

    Логика

    Физика, лежащая в основе сверхпроводящих логических схем

    Основными физическими явлениями, лежащими в основе работы сверхпроводящих логических схем, являются эффекты сверхпроводимости, квантование магнитного потока и эффект Джозефсона.Первый позволяет передавать баллистический сигнал, не ограниченный мощностью, необходимой для зарядки емкости межкомпонентных линий. Он обеспечивает наибольшее преимущество в энергоэффективности по сравнению с традиционной технологией CMOS. Действительно, сверхпроводящие микрополосковые линии способны передавать пикосекундные сигналы без искажений со скоростью, приближающейся к скорости света, на расстояния, значительно превышающие типичные размеры чипа, и с низкими перекрестными помехами [16]. Это основа быстрых дальнодействующих взаимодействий в сверхпроводящих цепях.

    Отсутствие сопротивления ( R = 0) приводит к отсутствию напряжения ( В, = 0) в сверхпроводящей цепи в стационарном состоянии. Протекание сверхпроводящего тока соответствует не разности электрических потенциалов ( В, = δ), а разности фаз сверхпроводящего параметра порядка, δθ.Сверхпроводящий параметр порядка соответствует волновой функции сверхпроводящих электронов | ψ | e в теории Гинзбурга – Ландау [17]. Магнитный поток Φ в сверхпроводящей петле индуктивности L обеспечивает увеличение сверхпроводящей фазы вдоль петли и приводит к постоянному циркулирующему току I = Φ / L . Это соотношение аналогично закону Ома I = В / R . Это позволяет писать линейные уравнения Кирхгофа для сверхпроводящих цепей.

    Квантование магнитного потока вводит фундаментальное различие между работой КМОП и сверхпроводящих схем. Это следует из однозначности волновой функции сверхпроводящих электронов. Действительно, увеличение сверхпроводящей фазы вдоль петли соответствует магнитному потоку как (где Φ 0 = ч /2 e ≈ 2 × 10 −15 Wb — квант магнитного потока, h — постоянная Планка, e — заряд электрона).Для этого требуется, чтобы (где n — целое число) и, следовательно, Φ = n Φ 0 . Соответственно, магнитный поток в сверхпроводящей петле может принимать только значения, которые являются целыми кратными кванту потока.

    Физическое представление информации обычно основано на квантовании магнитного потока.Например, наличие или отсутствие SFQ в сверхпроводящем контуре можно рассматривать как логическую единицу, «1», или ноль, «0». Обратите внимание, что информация физически локализована в таком представлении. Это принципиальное отличие от представления информации в полупроводниковых схемах. Локализация приводит к глубокой аналогии между сверхпроводящими логическими ячейками и клеточными автоматами фон Неймана [16], где преобладают короткодействующие взаимодействия.

    Нелинейным элементом в сверхпроводящих цепях является переход Джозефсона.Это слабое звено между двумя сверхпроводниками, например, наиболее часто используемая сэндвич-структура сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС). Одним из важнейших параметров джозефсоновского перехода является его критический ток, I c . Это максимальный сверхпроводящий ток, который может протекать через переход. Джозефсоновский переход можно переключить из сверхпроводящего в резистивное состояние, увеличив ток выше I c . Переход в резистивное состояние позволяет изменять магнитный поток в сверхпроводящем контуре и, следовательно, выполнять цифровую логическую операцию.

    Динамика SIS-перехода обычно описывается в рамках модели резистивно-шунтированного перехода с емкостью (RSJC) [18]. В этой модели джозефсоновский переход представляет собой параллельное соединение самого перехода, пропускающего только сверхпроводящий ток, I с , и резистора и конденсатора с соответствующими токами, I r = В / R и I cap = C (∂ V / ∂ t ), где t — время.Полный ток через переход равен сумме, I = I с + I r + I cap . Эта модель основана на эффектах Джозефсона постоянного и переменного тока, которые определяют сверхпроводящий ток I s и напряжение В .

    Эффект Джозефсона постоянного тока описывает сверхпроводящее соотношение фазовый ток (CPR).Для SIS-переходов это I s = I c sin φ, где — разность фаз сверхпроводящего параметра порядка через джозефсоновский переход. Это называется фазой Джозефсона. Представляя связь между фазой сверхпроводящего параметра порядка и магнитным потоком как φ = 2πΦ / Φ 0 , мы отмечаем, что CPR связывает ток с магнитным потоком в сверхпроводящей петле. Соответственно, джозефсоновский переход действует как нелинейная индуктивность в цепях.

    Эффект Джозефсона переменного тока связывает напряжение на джозефсоновском переходе в резистивном состоянии с эволюцией сверхпроводящей фазы как В = (Φ 0 / 2π) [∂φ / ∂ t ]. В соответствии с этим соотношением увеличение джозефсоновской фазы на 2π сопровождается импульсом напряжения на переходе, так что ∫ В d t = Φ 0 .Следовательно, однократное переключение джозефсоновского перехода в резистивное состояние соответствует прохождению импульса SFQ через переход. Энергия, рассеиваемая в процессе переключения, составляет E Дж I c Φ 0 ≈ 2 × 10 −19 Дж, принимая типичное значение I c ≈ 0,1 мА. Типичное значение критического тока зависит от рабочей температуры (жидкий гелий), T = 4,2 К. Для правильной работы цепей оно должно быть примерно на три порядка выше, чем эффективное значение тока шума, I T = ( 2π / Φ 0 ) k B T ≈ 0.18 мкА, где k B — постоянная Больцмана.

    Характерная частота процесса переключения джозефсоновского перехода ω c определяется параметрами джозефсоновского перехода ω c = (2π / Φ 0 ) I c R n , где I c R n — характеристическое напряжение джозефсоновского перехода, при этом R n — сопротивление перехода в нормальном состоянии.Так как переходы SIS обладают большой емкостью, они обычно шунтируются внешними резисторами, чтобы избежать резонансов LC . Сопротивление R n примерно равно сопротивлению шунта, R n R s , потому что R s намного меньше сопротивления туннельного перехода. Для переходов на основе ниобия характерная частота порядка ω c / 2π ≈ 100–350 ГГц (характерное напряжение около 0.2–0,7 мВ). Сверхпроводящие цифровые схемы преимущественно основаны на туннельных переходах из-за высокой точности процесса их изготовления и высоких характеристических частот.

    Выразив токи I s , I r и I cap модели RSJC через фазу Джозефсона φ, мы можем представить полный ток, протекающий через переход, в следующей форме:

    (1)

    , где β c = ω c R n C — параметр Стюарта – Маккамера, отражающий влияние емкости, а точки обозначают производную по времени.Уравнение 1 полностью аналогично уравнению для механического маятника с моментом инерции (емкость здесь аналогична массе), коэффициентом вязкости 1 / ω c (сопротивление определяет демпфирование) и приложенным крутящим моментом I / Я с . Эта простая аналогия позволяет рассматривать сверхпроводящую цифровую схему как сеть связанных маятников. Поворот маятника на 2π сопровождается последующими колебаниями вокруг точки устойчивого равновесия (рис. 1).В динамике джозефсоновских контактов они называются «плазменными колебаниями». Частота колебаний плазмы ω p = =. Для правильной работы логической ячейки эти колебания должны исчезнуть до последующего переключения джозефсоновского перехода. Соответствие этому требованию может быть достигнуто за счет β c ≈ 1, ω p ≈ ω c . Тактовая частота соответственно меньше c , а в практических схемах — менее 100 ГГц.

    Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ, и его механическая аналогия с вращением маятника.

    Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ и его механической аналогии …

    Сложность сверхпроводящей схемы, реализуемой на кристалле, определяется размерами джозефсоновского перехода.Площадь джозефсоновского перехода тесно связана с его критической плотностью тока, j c . Этот параметр является одним из наиболее важных в стандартном процессе изготовления туннельных переходов на основе ниобия. Это фиксируется свойствами материалов изолирующей прослойки Al 2 O 3 между сверхпроводящими ниобиевыми электродами, и ее толщиной d ≈ 1 нм. Значение критической плотности тока обычно находится в диапазоне j c = 10–100 мкА / мкм 2 .Соответствующая удельная емкость джозефсоновского перехода составляет c ≈ 40–60 фФ / мкм 2 . Изменение критического тока джозефсоновского перехода, I c = aj c , получается путем изменения его площади, a . Он сопровождается изменением емкости джозефсоновского перехода, C = ac . Сопротивление шунта регулируется в соответствии с условием β c = 1, as.Его площадь определяется площадью джозефсоновского перехода, a , минимальным размером элемента разводки [19,20] (около 0,5–1 мкм) и сопротивлением листа используемого материала (2–6 Ом на квадрат для Mo или MoN x ) [19,20].

    Хотя площадь слабого звена самого джозефсоновского перехода обычно составляет a ≈ 1 мкм 2 для j c = 100 мкА / мкм 2 , его общая площадь с шунтом больше на порядок величина.Соответствующая доступная плотность джозефсоновских переходов на кристалле составляет 10 7 / см 2 . Сложность сверхпроводящих цепей ограничивается 2,5 миллионами переходов на квадратный сантиметр в предположении, что только четверть площади кристалла может быть занята джозефсоновскими переходами (с учетом межсоединений) [19]. Схемы могут быть дополнительно расширены с использованием технологии многокристальных модулей (MCM) [21,22].

    Цифровая квантовая логика с одним потоком

    Основные принципы работы схем SFQ: Обработка данных в схемах SFQ может быть рассмотрена на примере работы ячейки RSFQ.Шина данных RSFQ показана на рисунке 2. Это параллельный массив сверхпроводящих контуров, состоящий из джозефсоновских переходов (показаны крестиками) и сверхпроводящих индуктивностей. Эта структура называется линией передачи Джозефсона (JTL). SFQ может передаваться по этой JTL путем последовательного переключения джозефсоновских контактов. Переключение достигается суммированием циркулирующего тока SFQ и приложенного тока смещения I b . Переход джозефсоновского перехода в резистивное состояние приводит к перераспределению циркулирующего тока SFQ в сторону следующего перехода.Процесс перераспределения заканчивается переключением следующего перехода и последовательным возвращением текущего перехода в сверхпроводящее состояние.

    Рисунок 2: Линия передачи Джозефсона.Джозефсоновские переходы показаны крестиками. I b — приложенный ток смещения. Синяя стрелка показывает циркулирующий ток SFQ. Оранжевой стрелкой выделен джозефсоновский переход в резистивном состоянии.

    Рисунок 2: Линия передачи Джозефсона. Джозефсоновские переходы показаны крестиками. I b — приложенный ток смещения…

    Этот пример показывает основной принцип работы логических ячеек SFQ. Это сводится к суммированию токов, которые представляют собой токи SFQ и токи смещения. Это суммирование приводит (или не приводит) к последовательному переключению джозефсоновских контактов, что приводит к воспроизведению (или нет) SFQ. Согласно соглашению RSFQ [16,23], прибытие импульса SFQ в течение периода тактовой частоты в логическую ячейку имеет значение двоичной «1», в то время как отсутствие импульса SFQ означает «0».

    На рисунке 3 показан пример синхронизированного считывания информации из логической ячейки RSFQ. Тактирование осуществляется с помощью приложения SFQ к ячейке. Верхний JTL на рисунке 3 используется для распределения тактовых импульсов SFQ. SFQ назначаются ячейке через дополнительную ветвь, связанную с JTL, как показано. Обратите внимание, что джозефсоновский переход клонирует SFQ в точке ветвления.Операция считывания производится парой стыков, отмеченных пунктирным прямоугольником. Эту пару обычно называют парой принятия решений. Наличие (или отсутствие) циркулирующего тока SFQ в контуре логической ячейки заставляет нижний переход быть ближе (или дальше от) к его критическому току по сравнению с верхним переходом. Тактовый SFQ переключает нижний (или верхний) переход соответственно. Воспроизведение SFQ нижним соединением означает логическую «1» на выходе, в то время как отсутствие SFQ означает логический «0».

    Рисунок 3: Логическая ячейка RSFQ, соединенная с синхронизирующим JTL. I b — приложенный ток смещения. Синие стрелки показывают циркулирующие токи SFQ.Оранжевыми стрелками выделены джозефсоновские переходы в резистивном состоянии. Пунктирным прямоугольником отмечена пара, принимающая решение.

    Рисунок 3: Логическая ячейка RSFQ, соединенная с синхронизирующим JTL. I b — приложенный ток смещения. Синие стрелки присутствуют …

    В представленном примере можно увидеть несколько характерных особенностей схем SFQ.Логическая ячейка действует как конечный автомат. Его вывод зависит от истории его ввода. Эта конкретная ячейка работает как широко используемый D-триггер («D» означает «данные» или «задержка»), которые являются основой регистров сдвига. Отметим, что его реализация намного проще, чем у полупроводниковых аналогов. Базовые ячейки RSFQ являются триггерами, поэтому логика RSFQ является последовательной логикой. Это контрастирует с полупроводниковой логикой, которая является комбинационной (где выход логической ячейки является функцией только ее текущего входа).Поскольку в течение периода тактовой частоты выполняется только одна синхронизированная операция (некоторые операции могут выполняться асинхронно), этап обработки в схемах RSFQ сокращается до нескольких логических ячеек. Это также полностью противоположно обычным полупроводниковым схемам.

    Логика RSFQ: Логика RSFQ доминирует в сверхпроводниковых цифровых технологиях с 1990-х годов [24].На его основе реализованы многие цифровые и смешанные устройства, такие как аналого-цифровые преобразователи [25,26], цифровые процессоры сигналов и данных [27]. К сожалению, во времена развития RSFQ энергоэффективность не имела значения. Вначале считалось, что высокая тактовая частота является основным преимуществом RSFQ. Чрезвычайно быстрый цифровой делитель частоты на основе RSFQ [28] (T-триггер) был представлен примерно через десять лет после изобретения логики RSFQ. Его тактовая частота достигла 770 ГГц.Это по-прежнему одна из самых быстрых цифровых схем.

    Первыми базовыми ячейками RSFQ были сверхпроводящие контуры с двумя джозефсоновскими переходами (широко известные как сверхпроводящие устройства квантовой интерференции, SQUID). Эти элементы были соединены резисторами [23,29] (поэтому «R» в аббревиатуре означает «резистивный»). Муфта шины питания также была резистивной.В то время как резисторы, соединяющие ячейки, довольно быстро были заменены на сверхпроводящие индуктивности и джозефсоновские переходы [30], резисторы в линиях питания оставались до последних лет, см. Рис. 4. Они определили стационарную рассеиваемую мощность, P S = I b В b , где I b и В b — это постоянный ток смещения и соответствующее напряжение. Ток смещения обычно составляет I b ≈ 0.75 I c . Напряжение смещения должно быть на порядок выше характеристического напряжения джозефсоновского перехода, В b ≈ 10 × I c R n , чтобы предотвратить перераспределение смещения. текущий. Это требование определило номиналы резисторов смещения. Типичное стационарное рассеивание мощности ячейки RSFQ [11] составляет P S ≈ 800 нВт.

    Рисунок 4: Схема питания RSFQ.

    Рисунок 4: Схема питания RSFQ.

    Еще одним механизмом, приводящим к рассеянию мощности, является переключение джозефсоновских переходов. Это динамическое рассеяние мощности определяется как P D = I b Φ 0 f , где f — тактовая частота.Для типичной тактовой частоты 20 ГГц P D находится на уровне [11] ок. 13 нВт. Это означает, что динамическое рассеивание мощности примерно в 60 раз меньше, чем стационарное рассеивание. Таким образом, основные усилия по повышению энергоэффективности схем RSFQ были направлены на уменьшение стационарного рассеивания энергии. Энергоэффективные преемники RSFQ, то есть LV-RSFQ, ERSFQ и eSFQ, представлены ниже.

    Low Voltage-RSFQ: Первым шагом к снижению P S было уменьшение напряжения смещения.Перераспределение тока смещения между соседними ячейками в низковольтном RSFQ (LV-RSFQ) подавляется введением индуктивностей, включенных последовательно с резисторами смещения в линиях питания [31-35]. К сожалению, такой подход ограничивает тактовую частоту. Действительно, увеличение тактовой частоты сопровождается увеличением среднего напряжения на ячейке (в соответствии с эффектом Джозефсона переменного тока). Это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока смещения пропорционально. Последнее в конечном итоге приводит к нарушению работы клетки [36].Этот компромисс и требование дополнительной площади схемы для индуктивностей в линиях питания практически ограничивают применение этого подхода. Поскольку статическое рассеяние мощности не устранено, это несколько нерешительное решение. На смену ему пришли две другие версии RSFQ (ERSFQ и eSFQ, где «E / e» означает «энергоэффективный»), где P S полностью равен нулю.

    Энергосберегающий RSFQ: ERSFQ

    Принцип работы опреснителя морской воды Хадера…

    Реферат
    Завод по опреснению морской воды в Хадере, Израиль, является крупнейшим в мире действующим заводом по опреснению морской воды методом обратного осмоса. За три с половиной года работы завод производил питьевую воду для Государства Израиль общим объемом 106 миллионов кубических метров в год в первый год, 127 миллионов кубических метров в год во второй год и 146 миллионов кубических метров в год. год третий год.

    Станция в Хадере имеет инновационный режим работы, в котором конструкция центра давления позволяет изменять производительность воды с 20 000 м3 / час при ночном тарифе на электроэнергию до 7 500 м3 / час при дневном тарифе. Такое изменение рабочего режима сводит к минимуму затраты на электроэнергию.

    Запатентованная конструкция центра давления IDE состоит из насосного центра, мембранного центра и центра рекуперации энергии. Он обладает гибкостью, необходимой для плавного и эффективного изменения выработки воды и потребления энергии без ущерба для опреснительного оборудования.Эта централизованная насосная система и система рекуперации энергии вместе с небольшими мембранными батареями являются эффективным решением для крупных опреснительных установок.

    Центр давления позволяет оператору установки оптимизировать и выбирать рабочий режим на повседневной основе. Выбор рабочего режима основан на анализе матричных параметров фактической готовности оборудования, требуемого ежемесячного производства, затрат на электроэнергию и т. Д.

    Комбинация запатентованной конструкции центра давления и рабочего режима позволяет Hadera достичь одной из самых низких затрат при высоких затратах. -качественная опресненная вода.

    В статье описывается сложная эксплуатация переменных производственных мощностей и анализируются преимущества конструкции центра давления и ее вклад в достижение эффективной и экономичной работы завода.

    • Самые популярные запросы по теме

    Что такое реле? Определение, принцип работы и конструкция

    Определение: Реле — это устройство, которое размыкает или замыкает контакты, чтобы вызвать срабатывание другого электрического управления.Он обнаруживает недопустимое или нежелательное состояние с помощью назначенной области и дает команды автоматическому выключателю для отключения поврежденной области. Таким образом защищает систему от повреждений.

    Принцип работы реле

    Работает по принципу электромагнитного притяжения. Когда цепь реле определяет ток короткого замыкания, она возбуждает электромагнитное поле, которое создает временное магнитное поле.

    Это магнитное поле перемещает якорь реле для размыкания или замыкания соединений.Реле малой мощности имеет только один контакт, а реле высокой мощности имеет два контакта для размыкания переключателя.

    Внутренняя часть реле показана на рисунке ниже. Он имеет железный сердечник, на который намотана катушка управления. Питание на катушку подается через контакты нагрузки и управляющего переключателя. Ток, протекающий через катушку, создает вокруг нее магнитное поле.

    Из-за этого магнитного поля верхнее плечо магнита притягивает нижнее плечо.Следовательно, замкните цепь, что заставит ток течь через нагрузку. Если контакт уже замкнут, то он движется в противоположном направлении и, следовательно, размыкает контакты.

    Столб и бросок

    Полюс и ход — это конфигурации реле, где полюс — это переключатель, а ход — это количество соединений. Однополюсный, однополюсный — это простейший тип реле, которое имеет только один переключатель и только одно возможное соединение. Точно так же однополюсное реле двойного хода имеет один переключатель и два возможных соединения.

    Конструкция реле

    Реле работает как электрически, так и механически. Он состоит из электромагнитных и набора контактов, выполняющих операцию переключения. Конструкция реле в основном делится на четыре группы. Это контакты, подшипники, электромеханическая конструкция, выводы и корпус.

    Контакты — Контакты являются наиболее важной частью реле, влияющей на надежность. Хороший контакт обеспечивает ограниченное контактное сопротивление и снижает износ контактов.Выбор материала контактов зависит от нескольких факторов, таких как природа прерываемого тока, величина прерываемого тока, частота и рабочее напряжение.

    Подшипник — Подшипник может быть одношариковым, многоступенчатым, поворотно-шариковым и ювелирным. Одиночный шарикоподшипник используется для обеспечения высокой чувствительности и низкого трения. Многоступенчатый шарикоподшипник обеспечивает низкое трение и большую устойчивость к ударам.

    Электромеханическая конструкция — Электромеханическая конструкция включает конструкцию магнитной цепи и механическое крепление сердечника, ярма и якоря.Сопротивление магнитного пути остается минимальным, чтобы схема была более эффективной. Электромагнит изготовлен из мягкого железа, и ток катушки обычно ограничен до 5 А, а напряжение катушки — до 220 В.

    Концы и корпус — Сборка якоря с магнитом и основанием производится с помощью пружины. Пружина изолирована от якоря формованными блоками, которые обеспечивают стабильность размеров. Неподвижные контакты обычно привариваются к клеммной перемычке.

    Оптические волокна — Принцип работы — Физика

    • Перейти к содержанию
    • Перейти к панировке
    • Перейти к меню заголовка
    • Перейти к меню действий
    • Перейти к быстрому поиску
    Связанные приложения

    Загрузка…

    • Пространства
    • люди
    • Создайте
    • Нажмите Enter для поиска

    • Помогите
      • Онлайн помощь
      • Горячие клавиши
      • Feed Builder
      • Какие новости
      • Доступные гаджеты
      • О Confluence
    • Metropolia Войти
    • Haka Войти
    • Вход для посетителей

    Физика
    • Страницы
    • Блог
    Ярлыки пространства
    • Artículos cómo

    Дочерние страницы

    • Колебания и волны
    • Оптические волокна — Принцип работы 901Search 9304 страниц
        • А т прицепы (5)
        • История страницы
        • Информация о странице
        • Решенные комментарии
        • Просмотреть в иерархии
        • Посмотреть источник
        • Экспорт в PDF
        • Экспорт в Word
        • Копировать
      1. Приборная доска
      2. Главная
      3. Колебания и волны
      Перейти в конец баннера
      • Ссылки Jira
      Перейти к началу баннера .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.