Устройство самовара на дровах

Конструкция самовара довольно сложна: внутри расположена жаровня в виде трубы - "кувшин". Внизу под "кувшином" для усиления тяги делается поддувало. Резервуар самовара-вазы снабжен наверху ободком, на который кольцом опирается крышка. На крышке делаются две "шишки"-хватки и паровички - это маленькие поворотные крышечки на отверстиях для выхода пара. Тулово-ваза опирается на поддон или ножки. "Кувшин" (жаровня) сверху закрывается колпачком и снабжается конфоркой для установки заварного чайника. Для слива воды служит кран с ключом-вертком. Вертки делаются разнообразной формы, некоторые из них очень затейливы и сложны в исполнении. Очень разнообразны профили фигурных отверстий (фистонов) на поддувалах и конфорках. Самыми важными декоративными элементами всей композиции являлись репеек, ручки и ножки. Ножки делались шарообразные, в виде львиных лап, птичьих ножек и т. д.

Большим преимуществом самовара явилось то, что в нем жаровая труба помещена внутри резервуара и окружена со всех сторон водой. Поэтому теплопотери малы, а коэффициент полезного действия очень высок. Самоварные мастера придумали приставную трубу, которую можно надевать на верх топочной трубы. Вначале появились чайники, сохранявшие форму сферической приземистой столовой и кухонной посуды, затем их снабдили поддувалом и топочной трубой, не меняя прежней формы. Благодаря своей форме, усиливающей резонанс, самовар обладает способностью издавать звуки, точно передающие состояние кипящей воды: на первой стадии самовар "поет", на второй "шумит", на третьей "бурлит". Так как разогревание самовара происходит медленно, то по звуку оченъ удобно улавливать скоротечную вторую стадию кипячения.

Более того, самовар - не просто кипятильник. Он ещё и химический реактор - смягчитель жесткой воды, что очень важно, так как чай, заваренный в жесткой воде, невкусен. При кипячении жесткость снижается, так как образовавшиеся нерастворимые карбонаты (накипь) откладываются на стенках трубы и корпуса (тулова), а основная часть их оседает на дно. Правда, со временем эффективность реакции из-за этого уменьшается, так что накипь необходимо удалять. Примечательно, что самоварных дел мастера никогда не делают кран у самого дна, а всегда несколько выше, для того чтобы осевшая накипь не попадала в приготавливаемый напиток.
Как разводить и чем топить жаровый самовар?

Лучшее топливо для него - древесный уголь, сухие чурки и щепки, сосновые шишки. Следует помнить, однако, что в сухих сосновых шишках много смолы, которая может попасть в воду. Ни в коем случае нельзя в качестве топлива применять керосин. При малом расходе топлива вода в самоваре закипает быстро, кроме того, самовар долго сохраняет тепло и не требует сложного ухода. Емкость современных жаровых самоваров колеблется от 4,5 до 7 л. Время закипания воды не превышает 30 мин. Разжигать топливо в самоваре можно только предварительно наполнив резервуар водой.

Специфика топочного процесса
Многие считают, что самовар нужно топить сосновыми шишками или березовыми лучинками. Однако лучшее топливо для самовара - древесный уголь, основным горючим элементом которого является углерод, его содержание превышает 95%.Количество сгоревшего углерода, а следовательно, и выделившегося тепла пропорционально расходу кислорода. Это дает возможность регулировать процесс топки подачей воздуха. У самовара ее ограничивают, главным образом, проходные сечения прорезей в решетке и сопротивление слоя топлива. Их подбирают так, чтобы горение не было чересчур интенсивным, иначе возрастают теплопотери. По мере выгорания топлива толщина пласта уменьшается, что приводит к снижению сопротивления тракта движению газового потока, и интенсивность горения возрастает. Древесный уголь горит коротким пламенем красноватого оттенка. После сгорания древесного угля образуется сравнительно немного золы. Плавится она при температуре 1400оС, в топке самовара недостигаемой, так что получается легко удаляемый порошок.

Можно ли самовар топить дровами?
В некоторых энциклопедиях по домоводству указано, что наряду с древесным углем самовар можно топить древесными чурками. В этой рекомендации не хватает только оговорки: за неимением угля. В древесине горючими элементами являются водород и углерод. Средний фракционный состав древесины примерно таков: содержание летучих - 85%, твердых фракций - всего 15%, и в сравнении с древесным углем - дрова скорее сухой газ, чем твердое углеродистое топливо. Древесина (разумеется, речь идет о сухой древесине) сгорает в несколько этапов. Первая фаза - розжиг. При помощи горящей бересты или лучинок температуру древесины доводят до 350оС, когда на дровах образуется устойчиво развивающийся очаг пиролиза. Вторая фаза - пиролиз древесины и сгорание выделившихся летучих веществ. Здесь ярко проявляется главный недостаток древесины как топлива: пиролизное газовыделение - практически неуправляемый процесс, и, чтобы газы не улетучивались из топки без пользы для дела в дымоход, их необходимо дожигать. Для этого нужен дополнительный подвод воздуха и пространство для смешивания газов с воздухом и последующего их сгорания. Но ни того, ни другого в конструкции жаровой трубы самовара не предусмотрено, и при топке дровами воздух поступает с большим избытком; газы догорают уже в соединительной трубе, так что она иногда раскаляется докрасна, и почти все тепло просто теряется. Во второй фазе образуются продукты сгорания - углекислый газ и вода. Управление горением древесины подачей первичного воздуха осуществимо только на третьей фазе горения высокоуглеродного твердого остатка, содержание которого составляет всего 15%.

Распределение температур по высоте жаровой трубы при работе самовара на древесном угле таково: самая высокая температура в области очага горения, то есть внизу; верхняя часть жаровой трубы нагрета меньше. Для нагрева и кипячения воды такое распределение температуры по высоте оптимальное. Более горячая и поэтому более легкая вода поднимается вверх, в полном соответствии с законом Архимеда, а ее место занимает холодная и более тяжелая, из верхних слоев резервуара. Таким образом, благодаря естественной конвекции жидкость интенсивно циркулирует, перемешивается и равномерно прогревается по всему объему. Коэффициент полезного действия самовара на угле довольно высокий, не менее 70%.При топке самовара дровами распределение температур по высоте жаровой трубы получается другим. Наиболее сильно жаровая труба нагревается в зоне сужения, то есть в верхней части теплообменника; в нижней же части топки совсем нежарко, так что нагрев воды происходит в основном у крышки самовара. Нагретая и более легкая вода так вверху и остается, а конвекция не возникает.Когда самовар, переведенный на дрова, начинает шипеть и брызгать из-под крышки горячими каплями, это совсем не означает, что вода вскипела и можно восклицать: "Господа! Самовар готов! Давайте пить чай!". Может оказаться, что жидкость, находящаяся в придонной области и наполняющая чашки через кран, чуть теплая. Теплопроводность воды невысокая, и без конвекции она прогревается слабо. Низкие температуры в жаровой трубе приводят к тому, что из древесины активно выделяются смолы и конденсат, загрязняющие топку самовара. Коэффициент полезного действия самовара на дровах не выше, чем у паровоза, и в лучшем случае составляет где-то 15%.