Парогенератор: коли куб гріти парою і з чого складається система

ТЕН у кубі — найпростіший нагрів, поки в кубі рідина. Зерновий затір, фруктова мезга, брага з дробиною — це вже не рідина, а каша, і на поверхні ТЕНа при 300–400 °C вона пригорає за перші двадцять хвилин: запах горілого у продукті, обгорілий ТЕН, який далі не відмити. Пара гріє інакше: у затір заходить 100–110 °C, і гарячішого в кубі просто немає. Ціна — окрема посудина під тиском з водою, ТЕНом, датчиками й запобіжною арматурою. Це найвідповідальніший вузол апарата, бо єдиний, що працює під тиском.

Коли пара, а коли ТЕН#

Скільки пари і скільки води в затір#

Кілограм води, щоб стати парою при атмосферному тиску, забирає 2257 кДж (при 0.5 бар надлишкового — 2230, різниця несуттєва). Звідси кожен кіловат ТЕНа в парогенераторі дає 1.6 кг пари на годину: 3 кВт — 4.8 кг/год, 6 кВт — 9.6 кг/год, 9 кВт — 14.4 кг/год.

Ця пара конденсується в затір і лишається там водою. Нагріти 100 л затору (теплоємність близько 4.0 кДж/кг·°C) з 20 до 92 °C — це 100 × 4.0 × 72 = 28.8 МДж; кілограм пари віддає 2257 кДж конденсації плюс ще 34 кДж, охолоджуючись від 100 до 92 °C. Тобто в затір увійде 12.5 кг води — 12–13 % об'єму. Куб на 100 л затору має мати місце під 115 л. При заторі 60 % від об'єму куба це не проблема; при 85 % — переливання через колону.

Час нагріву від типу нагріву не залежить: 28.8 МДж на 3 кВт — це 2 год 40 хв, і парою, і ТЕНом. Пара додає лише розгін самого генератора: 20 л води в ньому на 3 кВт закипають за 40 хв. Порахувати свій куб

Витрата води в генераторі дорівнює витраті пари. 20 л корисного об'єму на 3 кВт — це 4 години, на 6 кВт — 2. Далі або долив, або сухий хід. Тому автоматичне наповнення — не опція.

З чого складається#

Тиск: чому 0.5 бар — це багато#

Робочий тиск домашнього парогенератора — 0.2–0.5 бар (20–50 кПа). Більше не треба: пара при 0.5 бар має 111 °C, і затору цього досить, а швидкість нагріву визначає потужність ТЕНа, не тиск. Аварійний поріг у прошивці за статтею про давачі тиску — 40–50 кПа; запобіжний клапан ставиться вище робочого, але нижче того, що витримує посудина.

Що таке 0.5 бар на практиці — рахується не стінкою, а кришкою. Циліндрична стінка діаметром 400 мм товщиною 2 мм при 1 бар навантажена на 10 МПа — у двадцять разів нижче межі текучості нержавійки, стінка не проблема. А пласка кришка діаметром 400 мм при 0.5 бар отримує 0.05 МПа × 0.126 м² = 6.3 кН, тобто 640 кг. Кришка на трьох баранчиках від куба, розрахованого на атмосферний тиск, при цьому вигинається, прокладка виходить у щілину, і пара б'є в обличчя. Тому:

• генератор — або з опуклим (еліптичним) днищем-кришкою, або зі стандартним кламп-з'єднанням не більше 4 дюймів, де притискне зусилля тримає замок;
• кожен штуцер, гільза й манометр — на різьбі або клампі, без «підтисну хомутом»;
• запобіжний клапан — окремо від електроніки, і його раз на місяць треба підняти за кільце й переконатись, що він не прикипів.

Що робить контролер#

Скрипт парогенератора oCBot (parogen_pressure_script, Регулювання тиску) веде цикл сам: наповнення до верхнього датчика, форсований нагрів на повній потужності до стартового тиску, далі PID-утримання тиску потужністю ТЕНа. Два стани аварії:

• no_wat_in_st_gen — нижній датчик рівня сухий. Читається як дискретний вхід із фільтром 8 с (bbk_script.cpp): аварія оголошується, лише якщо всі відліки за 8 секунд нульові — хлюпання води при кипінні не спрацьовує;
• overpressure_st_gen — вхід -pressure-error замкнувся. ТЕН знімається негайно, без фільтра.

На наповнення прошивка дає 2 хвилини (slt_filling_up_steam_gen): якщо за цей час верхній датчик не побачив воду — це або закритий кран на воді, або клапан не відкрився, і далі цикл не піде. Це захист від ТЕНа в порожньому баці на старті.

Чого контролер не робить: не заміняє запобіжний клапан. Реле, ТЕН, датчик тиску — кожен може залипнути; клапан — механіка, яка спрацює й без живлення.

Парова лінія#

Пара при 0.5 бар має густину 0.86 кг/м³: 4.8 кг/год — це 5.6 м³/год, або 1.55 л/с. Швидкість у трубі для насиченої пари тримають 10–25 м/с:

Гола нержавіюча труба ¾" при 110 °C у кімнаті втрачає близько 90 Вт на метр. П'ять метрів — 450 Вт, тобто 15 % від 3 кВт ідуть на обігрів приміщення, а в трубі — конденсат. Ізоляція окупається за перший сезон. Лінія — з ухилом до куба, без «мішків», де збирається вода: пробка конденсату, яку пара штовхає в барботер, — це гідроудар, який чути через стіну.

Суміжні статті#

• Барботер чи сорочка: куди подавати пару — два способи ввести пару в куб і зворотний клапан, без якого затір опиняється в генераторі.
• Регулювання тиску — як скрипт тримає тиск і розподіляє потужність між ТЕНами.
• Датчики рівня рідини — підключення поплавків до контролера.
• Датчики тиску — електроконтактний манометр і пресостати як дискретні входи.