Растопочно-обогревающее средство и способ его изготовления
Изобретение относится к растопочно-обогревающему средству. Предложено растопочно-обогревающее средство, включающее этиловый или изопропиловый спирт, стеариновую кислоту или стеарин и едкий натр, характеризующееся тем, что дополнительно содержит воду при следующем соотношении компонентов, %: вода 0,05-25; кислота стеариновая или стеарин 3-7,2; едкий натр 1,5-3,6 и спирт этиловый или изопропиловый – остальное. Также предложен способ изготовления растопочно-обогревающего средства, включающий смешивание компонентов, нагрев, при этом предварительно готовят водный раствор едкого натра 1:1, затем в емкость с этиловым или изопропиловым спиртом при помешивании добавляют воду и подготовленный водный раствор едкого натра; смесь нагревают до 69-75°С и при помешивании постепенно добавляют кислоту стеариновую или стеарин, при этом отношение едкого натра к кислоте стеариновой или стеарину находится в зависимости 1:2, доводят до кипения, но не кипятят, затем дают немного постоять и разливают в емкости. Технический результат - создание универсального, легко воспламеняющегося, с высокой теплоотдачей, компактного растопочно-обогревающего средства и одновременно экологически чистого топлива для применения в быту, в полевых условиях при температурах от (-80) до +70°С. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.
Растопочно-обогревающее средство на основе этилового спирта предназначено для разведения огня, разогрева или приготовления пищи, обогрева, освещения и может использоваться как на открытом пространстве, так и в закрытом жилом или нежилом помещении. Предлагаемое средство обладает следующими качествами: легко воспламеняется, устойчиво горит при ветре и дожде без запаха, дыма, копоти, не взрывоопасно, не токсично, гидрофобно, компактно, длительное время сохраняет свои свойства, не требуя особых условий хранения. Средство пригодно к использованию в климатических зонах с экстремальными температурами от (-80) до +70°С. Вышеуказанные свойства растопочно-обогревающего средства позволяют включать его в состав снаряжения вооруженных сил, частей МЧС и других аварийных служб, чья деятельность связана с работой в полевых условиях. Растопочно-обогревающее средство также подходит для использования туристами, рыбаками, охотниками, автомобилистами и т.п.; для изготовления настольных свечей (для дома и общепита), ритуальных свечей.
Из уровня техники известны растопочные средства, предназначенные для промышленного и домашнего применения, имеющие в своем составе горючее тело, выполненное из воска, парафина или древесного угля, обработанные специальными добавками для увеличения пламени при горении и как следствие - увеличение теплоотдачи, а также обработанные для более легкого воспламенения.
Известно топливо для декоративных каминов на основе спирта (патент РФ № 2 430 959 опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28), сгорающее бездымно и без остатка досуха; содержащее низший алифатический спирт С1-С3 (например, изопропиловый) 66-70%, алкилацетат (например, этилацетат) 15-22%, и воду - остальное. Недостатком данного средства является выделение паров этилацетата, которые раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при действии на кожу вызывают дерматиты и экземы. C1 (метанол) запрещен для использования в продукции бытовой химии. С3 (изопропиловый спирт) отличается высокой огнеопасностью. Топливо имеет ограниченнее температурные условия эксплуатации.
Известно гелеобразное топливо (патент РФ № 2 430 960, опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28) предназначенное для розжига дров, угля; использования в качестве горючего в походных условиях. Топливо горит бездымно, без запаха, не выделяет при сгорании токсичных продуктов. После сгорания на дне емкости остается небольшой сухой коричневатый остаток. Состав включает: спирт С1-С3 или их смесь, например этиловый до 63%; загуститель, например полиакриловую кислоту до 1,4%; регулятор рН, например едкий натр до 0,3%, вода - остальное. В зависимости от количества загустителя в указанных пределах можно получать гелеобразное топливо разной консистенции: от жидкотекучего до нельющегося. Текучесть топлива, а также использование метанола (Спирт С1 (метанол) запрещен для использования в товарах народного потребления и в быту, РПН России) ограничивает область применения.
Известно растопочно-обогревающее средство (патент РФ № 87164, опубл. 27.09.2009. Бюл. № 27), содержащие горючее тело и защитную оболочку, отличающиеся тем, что горючее тело представляет собой твердый раствор смеси жирных кислот в этаноле, в первом случае с наполнителем. К недостаткам известного растопочного устройства можно отнести малый срок его хранения и снижение теплотворной способности, связанные с испарением этанола.
Известны растопочно-обогревающие средства (патент РФ № 174700, опубл. 30.10.2017. Бюл. №31, патенты РФ №№ 2641691, 2641698, 2642061, 2648676), в состав которых входят: стеариновая кислота, щелочь - едкий натр, этанол или изопропил - остальное. Недостатки: предназначено для умеренной климатической зоны и не подходит для использования в экстремальных условиях т.к. невозможно зажечь при ниже (-60°С), а при температурах свыше +50°С становится жидким, что не удобно при хранении и транспортировке.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области назначения и применения растопочно-обогревающего средства, а именно: создание универсального, легко воспламеняющегося, с высокой теплоотдачей, компактного средства и одновременно экологически чистого топлива для применения в быту, в полевых условиях в температурном диапазоне от (-80) до +70°С.
Поставленная задача решается путем создания средства для розжига огня, разогрева или приготовления пищи, обогрева, освещения и т.п. с заданными теплостойкостью и экологическими свойствами (в зависимости от условий применения), отвечающими условиям применения на открытом пространстве, в закрытом жилом или нежилом помещении в районах умеренного климата, в зонах экстремальных температур от (-80) до +70°С. Предлагаемое средство легко воспламеняется, устойчиво горит при ветре и дожде без запаха, дыма, копоти, не токсично, не взрывоопасно, пожаробезопасно, гидро-фобно, компактно, длительное время сохраняет свои свойства, не требуя особых условий хранения. Предлагаемое средство можно использовать частично и многократно до полного его сгорания. При полном сгорании на дне тары остается тонкий слой несгораемого остатка. Предлагаемое средство включает этиловый или изопропиловый спирт, стеариновую кислоту, едкий натр, воду при следующем соотношении компонентов, %:
| Вода | 0,05-25% |
| Кислота стеариновая (стеарин) | 3-7,2% |
| Едкий натр | 1,5-3,6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
Способ приготовления растопочно-обогревающего средства заключается в следующем:
Предварительно готовят водный раствор едкого натра (гранулированного (99%) или ЧДА (чистый для анализа)), в соотношении 1:1.
Затем в емкость с этиловым (изопропиловым) спиртом (от 92% до абсолютированного), при помешивании, добавляют воду в количестве, зависящем от назначения средства (в зависимости от требуемой теплостойкости и экологичности средства).
Сюда же постепенно при помешивании добавляют подготовленный водный раствор едкого натра.
Далее смесь нагревают до 69-75°С (не выше температуры кипения спиртов) и при помешивании, постепенно добавляют кислоту стеариновую или стеарин, при этом отношение едкого натра к стеарину находится в зависимости: на 1% (водный раствор едкого натра) -2% кислоты стеариновой или стеарина.
Перемешивают, доводят до кипения, но не кипятят. Затем дают немного постоять и разливают в герметичные емкости (тару) с крышкой, позволяющей многократно использовать средство до полного сгорания.
Этиловый (изопропиловый) спирт, обладающий высокой теплотворной способностью, является хорошим растопочно-обогревающим средством, но имеет существенные недостатки: текуч, летуч, пары спирта образуют с воздухом взрывчатые смеси. Для устранения этих недостатков в состав растопочно-обогревающего средства включают вышеуказанные компоненты.
Основным компонентом предлагаемого растопочно-обогревающего средства является спирт (этиловый или изопропиловый), сгорающий без запаха и дыма с выделением паров воды и углекислого газа, являющийся хорошим растворителем, смешивающийся с водой в любых пропорциях.
Кислота стеариновая (стеарин) повышает теплостойкость средства (способность материалов сохранять твердость и другие эксплуатационные свойства при повышенных температурах). Стеарин является стабилизатором, придает однородность, твердость составу без уменьшения концентрации воды, гидрофобность, горит чисто без запаха и копоти.
Едкий натр (щелочной раствор) используется для нейтрализации смешиваемых компонентов, обеспечения однородности смеси.
Вода, температура кипения которой выше температуры кипения этилового или изопропилового спиртов, в процессе горения растопочно-обогревающего средства образует жидкую прослойку (толщина которой зависит от процентного содержания воды) на поверхности горючей массы, что позволяет регулировать интенсивность процесса горения и давать спокойный, равномерный выход горящих спиртовых эфиров, при этом несгораемые компоненты осаждаются на дно, обеспечивая наименьшее выделение продуктов сгорания. Жидкая (водяная) прослойка абсорбирует (абсорбция водой) выделяющийся при горении углекислый газ.
Меняя процентное содержание компонентов в пределах указанных диапазонов можно получить множество разновидностей средства для любой климатической зоны и назначения.
Этиловый спирт, как менее токсичный в сравнении с изопропиловым, применяют в составах, предназначенных для использования в закрытых помещениях. Чем выше содержание спирта, тем легче воспламеняется и устойчиво горит средство. Поэтому самое его высокое содержание в составах, предназначенных для использования в условиях низких температур (-80)°С и ниже.
Чем выше содержание стеарина, тем более плотен состав. Высокое процентное содержание кислоты стеариновой (стеарина) позволит растопочно-обогревающему средству сохранить заданную консистенцию при хранении в условиях высоких температур окружающей среды, сохранив его потребительские качества.
Едкий натр (щелочной раствор) в соотношении со стеарином 1:2 обеспечивает полную нейтрализацию стеариновой кислоты, тем самым повышаются качественные характеристики состава и улучшаются его потребительские свойства. При изменении пропорции в ту или иную сторону при горении образуется копоть (если преобладает стеарин) или будет ощущаться щелочной запах (если преобладает едкий натр).
Процентное содержание воды зависит от условий использования и назначения средства: небольшое содержание воды способствует более быстрому розжигу средства, что важно в условиях низких температур. Кроме того, при низком содержании воды растопочно-обогревающее средство при горении не плавится, не растекается, а следовательно, пожаробезопасно. Такой состав можно некоторое время хранить без герметичной упаковки и без нее же использовать. Чем выше процент воды, тем толще водяная прослойка, лучше абсорбция и выше экологические свойства средства (для применения в закрытых непроветриваемых помещениях, палатках и т.п.),
Средство можно разделить на три основные группы (чертеж):
I. для районов Крайнего Севера и приравненных к ним (использование в температурном интервале от +30 до (-80)°С).
II. для средней полосы России, умеренной климатической зоны (использование в температурном интервале от +45 до (-60)°С).
III. для южных регионов России (использование до +70°С).
Растопочные средства для разных климатических зон и назначения отличаются:
• теплостойкостью, т.е. способностью выдерживать температуру окружающей среды, не меняя своих свойств (средство из первой группы в условиях жаркого климата будет растекаться, а средство из третьей группы при низких температурах станут еще более твердыми и их будет практически невозможно разжечь);
• экологичностью, т.к. образующаяся на поверхности средства в процессе его горения водяная прослойка абсорбирует продукты горения, препятствуя выходу в окружающую среду продуктов сгорания.
Изобретение поясняется схемой: чертеж. Схема для подбора процентного содержания компонентов исходя из заданных параметров эксплуатации и назначения, где группы
I. для районов Крайнего Севера и приравненных к ним (использование в температурном интервале от +30 до (-80)°С).
II. для средней полосы России, умеренной климатической зоны (использование в температурном интервале от +45 до (-60)°С).
III. для южных регионов России (использование до +70°С).
1 - Состав «Арктика»
2 - Состав «ЧЭС»
3 - Состав «Арктика 2»
4 - Состав «ЧЭС 2»
5 - Состав «Арктика 3»
6 - Состав «ЧЭС 3»
7 - Состав «Эко огонь»
8 - Состав «Живой огонек»
В каждой из групп (чертеж) существует возможность изготовления узкоспециализированного средства, исходя из назначения, например: для открытого пространства, жилого или нежилого помещения, разогрева двигателя автомобиля, розжига костра и т.п.
Средство успешно прошло апробацию, в данное время изготовляется на базе опытно-экспериментального производства и продается под различными наименованиями:
«Арктика» поз.1, «Арктика 2» поз.2, «Арктика 3» поз.3, «ЧЭС» поз.4, «ЧЭС 1» поз.5, «ЧЭС 2» поз.6, «Эко-огонь» поз.7, «Живой огонек» поз.8.
Время горения 100 грамм средства в условиях умеренного климата не менее 30 мин.
«Арктика», «Арктика 2», «Арктика 3» имеют сбалансированный состав для применения в отрицательных температурах до (-80°С): процентное содержание компонентов позволяет сочетать очищающие (абсорбирующие), зажигающие, тепловые свойства и обладают следующими качествами: легкий розжиг, экологичность. Для широкого применения: обогрев и освещение замкнутых помещений (салона автомобиля, квартиры, палатки и т.д.), приготовление, подогрев пищи, отогрев автомобилей и другой техники и различных технических устройств, требующих этого.
«ЧЭС», «ЧЭС 2», «ЧЭС 3» могут быть использованы для разных климатических зон, при этом «ЧЭС 2», «ЧЭС 3» более подходят для высоких положительных температур окружающей среды. Во всех этих составах низкий процент воды и высокий процент стеарина (т.о. средство сохраняет потребительские качества: не плавится, не растекается, при необходимости некоторое время хранится и используется без герметичной упаковки). Средство удобно в нестандартных ситуациях и может быть включено в состав снаряжения вооруженных сил, частей МЧС и других аварийных служб.
«Эко-огонь». Это усредненный состав, на основе этилового спирта. Применим больше к бытовым задачам таким как: домашние камины, опаливания ощипанной птицы, просушка подполий и погребов, прогрев теплиц, в момент отключения эл. энергии или газа приготовление, разогрев пищи, возможно использование в горелках различного типа для фондю, мармита, сковороды-вок и т.п.
«Живой огонек». Состав, на основе этилового спирта. При горении высокий процент воды обеспечивает быстрое плавление и текучесть средства и высокие экологические свойства. Это так же находит применение: для изготовления экологически чистых, этиловых свечей с равномерным пламенем и длительным сроком горения.
В соответствии со схемой (чертеж) можно изготавливать продукцию под любые заданные параметры, например: для согрева в большие морозы в салоне заглохшего автомобиля требуется состав, пригодный для использования в замкнутом пространстве и в морозы, т.е. легко зажигающийся, выделяющий минимум продуктов сгорания; для лабораторных опытов или для розжига мангала требуется другой состав - более твердый, не растекающийся при горении.
Пример 1. Состав средств для районов Крайнего Севера и приравненных к ним с теплостойкость до +30°С и температурой замерзания ниже (-80°С).
«Арктика»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 3,42-3,56% |
| Едкий натр | 1,71-1,78% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
«ЧЭС»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 3,7-3,84% |
| Едкий натр | 1,85-1,92% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
Пример 2. Состав средств с теплостойкость до +45°С и температурой замерзания ниже (-60)° - для средней полосы России.
«Арктика 2»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 4,96-5,1% |
| Едкий натр | 2,48-2,55% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
«ЧЭС 2»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 5,38-5,52% |
| Едкий натр | 2,69-2,76% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
Пример 3. Состав средств с теплостойкость до +70°С - для жаркого климата.
«Арктика 3»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 6,5-6,64% |
| Едкий натр | 3,25-3,32% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
«ЧЭС 3»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 6,78-6,92% |
| Едкий натр | 3,39-3,46% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
Пример 4. Составы для умеренного климата.
«Эко огонь»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 5,1-5,24% |
| Едкий натр | 2,55-2,62% |
| Вода | 12-13% |
| Спирт этиловый | Остальное |
«Живой огонек»:
| Кислота стеариновая (Стеарин) | 5,1-5,24% |
| Едкий натр | 2,55-2,62% |
| Вода | 24-25% |
| Спирт этиловый | Остальное |
1. Растопочно-обогревающее средство, включающее этиловый или изопропиловый спирт, стеариновую кислоту или стеарин и едкий натр, отличающееся тем, что дополнительно содержит воду при следующем соотношении компонентов, %:
| Вода | 0,05-25 |
| Кислота стеариновая или стеарин | 3-7,2 |
| Едкий натр | 1,5-3,6 |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
2. Способ изготовления растопочно-обогревающего средства по п.1, включающий смешивание компонентов, нагрев, отличающийся тем, что предварительно готовят водный раствор едкого натра 1:1, затем в емкость с этиловым или изопропиловым спиртом при помешивании добавляют воду и подготовленный водный раствор едкого натра; смесь нагревают до 69-75°С и при помешивании постепенно добавляют кислоту стеариновую или стеарин, при этом отношение едкого натра к кислоте стеариновой или стеарину находится в зависимости 1:2, доводят до кипения, но не кипятят, затем дают немного постоять и разливают в емкости.
3. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 3,42-3,56% |
| Едкий натр | 1,71-1,78% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
4. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 3,7-3,84% |
| Едкий натр | 1,85-1,92% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
5. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 4,96-5,1% |
| Едкий натр | 2,48-2,55% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
6. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 5,38-5,52% |
| Едкий натр | 2,69-2,76% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
7. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 6,5-6,64% |
| Едкий натр | 3,25-3,32% |
| Вода | 5-6% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
8. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 6,78-6,92% |
| Едкий натр | 3,39-3,46% |
| Вода | 0,05-1% |
| Спирт этиловый или изопропиловый | Остальное |
9. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 5,1-5,24% |
| Едкий натр | 2,55-2,62% |
| Вода | 12-13% |
| Спирт этиловый | Остальное |
10. Растопочно-обогревающее средство по п. 1, включающее:
| Кислота стеариновая или стеарин | 5,1-5,24% |
| Едкий натр | 2,55-2,62% |
| Вода | 24-25% |
| Спирт этиловый | Остальное |
