Банная печь
BATH FURNACE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к конструкциям электрических печей для бани. Теплонакопительная каменная банная печь на электричестве - тепловой нагревательный прибор, предназначенный для эксплуатации в парной русской бани и обеспечивающий традиционный тепловой и влажностный режим русской бани.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известна печь для бани и сауны (RU 13688 U, 10.01.2000) Д1, содержащая металлический корпус, в нижней части которого размещен нагреватель, над которым расположена каменка в виде емкости, заполненной теплоемким материалом и открытой с одной стороны для выхода тепла и пара в помещение.
Недостатком данной конструкции является неравномерный прогрев помещения, вследствие чего возникает большой перепад температуры между полом и потолком парной. Данный недостаток может быть опасным для человека и приводить к тепловому травматизму.
Из уровня техники известна банная печь (RU 2429419 С2, 20.09.2011) Д2, содержащая вертикально ориентированный металлический корпус с топкой и каналами подачи воздуха в зону горения, дверцу, установленную в корпусе, вытяжную трубу, контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, взаимодействующим с элементами, ограничивающими зону горения.
Недостатком данной конструкции является то, что корпус печи выполнен из металла, в связи с чем, не может долго сохранять температуру печи и в печь необходимо постоянно добавлять топливо для поддержания высокой температуры. Также постоянное добавление топлива приводит к тому, что будут образовываться продукты горения, в виде углекислого и угарного газа, который опасен для человека. Чрезмерное скопление данных газов может привести к серьезному отравлению или летальному исходу.
Конструкция банной печи Д2, была выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога к заявленному устройству.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Создание настоящей русской бани в местах, где нет возможности сделать традиционную печь на дровах или газе или нет возможности устроить трубу дымохода для печи, например в условиях города, является одной из самых сложных задач в настоящее время. Данная проблема вызвана тем, что использование традиционных видов топлива, таких как дрова, является неэкологичным, опасным и недоступным видом топлива в городской черте.
Задачей заявленного изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание печи, конструкция которой позволит создать климатические параметры, как в парной настоящей «русской бани».
Технический результат, на решение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении безопасности и эксплуатационной надежности печи, одновременно с повышением качества климатических показателей парной аналогичных парной традиционной «русской» бани, что способствует оздоровлению человека и улучшению его физиотерапевтических показателей.
Указанный технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, достигается благодаря тому, что банная печь, содержащая закрытый корпус и дверцу отличающаяся тем, что внутренняя часть корпуса включает камеру, в которой расположены теплопередающие теплонакопительные элементы двух типов и электронагревательные элементы с возможностью исключения прямого контакта между ними, при этом корпус выполнен из керамического кирпича и/или фаянса, первый тип теплопередающих теплонакопительных элементов расположен слоями и перпендикулярно друг к другу, а второй тип теплопередающих теплонакопительных элементов расположен хаотично поверх теплопередающих теплонакопительных элементов первого типа.
В банной печи первый тип теплопередающих теплонакопительных элементов выполнен из жаростойкого чугуна.
В банной печи второй тип теплопередающих теплонакопительных элементов выполнен из шлифованного и/или галтованного нефрита и/или фаянса и/или жаростойкого бетона.
В банной печи внутренняя часть корпуса разделена на две камеры посредством решетки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 изображен вид банной печи спереди в разрезе, с указанием ссылочных позиций:
1 - Корпус;
2 - Дверца;
3 - Камера;
4 - Теплопередающие теплонакопительные элементы первого типа;
5 - Теплопередающие теплонакопительные элементы второго типа;
6 - Электронагревательные элементы.
На фиг. 2 изображен вариант банной печи спереди в разрезе, с указанием ссылочных позиций:
7 - Первая камера;
8 - Вторая камера.
На фиг. 3 изображен вид банной печи сбоку в разрезе. На фиг. 4 изображен вид банной печи сверху в разрезе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявленное изобретение содержит корпус (1), выполненный из керамического кирпича или/и жаростойкого бетона и/или камня и/или керамики и/или фаянса. Стенки корпуса (1) могут быть выполнены из одного материала или могут комбинировать в себе сразу несколько материалов. В боковой части корпуса (1) расположена дверца (2) для поддачи пара. Дверца (2) может быть выполнена из чугуна, возможно сочетание материалов, декоративные накладки из нержавеющей стали, меди и т.д. Верхняя часть корпуса выполнена открытой или закрытой. Внутренняя часть корпуса (1) содержит камеру (3), в которой расположены теплопередающие теплонакопительные элементы (4, 5) и электронагревательные элементы (6). Внутренняя часть корпуса (1) может быть разделена на две камеры (7, 8) жаростойкой решеткой (на фигурах не указаны). В первой камере (7) (камера поддачи пара) расположены теплопередающие теплонакопительные элементы (5, 6).
Теплопередающие теплонакопительные элементы могут быть разделены на два типа (4, 5) теплопередающих теплонакопительных элементов. Первый тип теплопередающих теплонакопительных элементов (4) уложен слоями, перпендикулярно друг к другу. Второй тип теплопередающих теплонакопительных элементов (5) уложен хаотично поверх теплопередающих теплонакопительных элементов первого типа. Теплопередающие теплонакопительные элементы первого типа (4) могут быть выполнены из жаростойкого чугуна, фарфора, фаянса, природного и/или керамического камня, жаростойкого бетона, чугунных отливок, обычно цилиндрической формы. Теплопередающие теплонакопительные элементы второго типа (5) могут быть выполнены из шлифованных или галтованных камней нефрита, жаростойкого чугуна, фарфора, фаянса, природного и/или керамического камня, жаростойкого бетона. Теплопроводящие теплонакопительные элементы могут иметь цилиндрическую форму с лысками, и укладываться слоями под углом 90 градусов друг к другу, и изготавливаются из жаростойкого чугуна. Данная форма довольно удобна в литье и ближе к шару, т.е. быстрее нагревается и дольше отдает тепло. Ресурс такого теплопроводящего теплонакопительного элемента в несколько раз больше, чем при использовании обычного серого чугуна или только камня. Отливки и камни укладываются в камере (3) в определенном порядке так, чтобы воздух свободно проходил между ними. В первой (7) и/или второй камере (8) расположены электронагревательные элементы (6). В качестве электронагревательных элементов (6) могут быть выбраны ТЭНы или спирали из жаропрочных сплавов, например, из  нихрома или фехраля. Также в качестве электронагревательных элементов могут быть использованы пластины или провод круглого или прямоугольного сечения. Электронагревательные элементы (6) предназначены для нагрева теплопередающих теплонакопительных элементов (4, 5) и корпуса (1).
Теплопередающие теплонакопительные элементы (5, 6) и электронагревательные элементы (7) расположены с возможностью исключения прямого контакта между ними.
Принцип действия печи-каменки традиционно основан на прямом нагреве теплопередающих теплонакопительных элементов (4, 5) до раскаленного состояния, делающего возможным образование легкого пара на протяжении всего времени принятия банных процедур (образуется с характерным хлопком из-за того, что объем воды мгновенно превращается в объем, примерно, в 600 раз больший объему поддаваемой воды), а запасенной корпусом печи (1) тепла достаточно для проведения банных процедур. Также в процессе парообразования участвуют и внутренние стенки камер.
Во время принятия банных процедур электронагревательные элементы (6) выключены, благодаря чему не испытывают шоковых теплосмен при поддачах воды на теплопередающие теплонакопительные элементы (4, 5), что приводит к увеличению долговечности электронагревательных элементов (6) и не создает непосредственной угрозы жизни человека от поражения электрическим током, т.е. данная печь является печью переменного действия.
С точки зрения теплотехники, главной задачей банной печи является нагрев теплопередающих теплонакопительных элементов расположенной в камере поддач пара, до температуры не менее 400 градусов Цельсия и не более 1000 градусов Цельсия. Тогда, при наплеске воды на теплопередающие теплонакопительные элементы через дверцу происходит мгновенное парообразование, пар устремляется к потолку парной и затем плавно опускается к находящимся в парной людям. Ввиду высокой скорости парообразования пар получается очень мелкодисперсным, "легким" (по человеческим ощущениям). Высокие температуры, характерные для режима растопки печи, диктуют применение в конструкции печи огнеупорного кирпича не только для топки, в которой находятся электронагревательные элементы, но также и для камеры поддач пара, где находятся теплопередающие теплонакопительные элементы. Для корпуса печи необходимо использование жаропрочных материалов, потому что, обычный кирпич не выдержит ни таких высоких температур, ни большого количества резких теплосмен, и будет быстрее разрушаться. Аналогичные ограничения действуют и в отношении электронагревательных элементов, которые должны накаляться до 1200 градусов Цельсия, в то же время служить несколько лет в режиме ежедневной эксплуатации (растопка или подтопка). Теплопередающие теплонакопительные элементы должны иметь достаточно большую массу, чтобы в процессе множественных поддач пара в течение рабочей сессии парной они сохранили способность к мгновенному парообразованию. Иначе теплопередающие теплонакопительные элементы остынут и утратят способность производить «легкий»» пар. Масса теплопередающих теплонакопительных элементов может быть рассчитана, исходя из параметров эксплуатации печи и парной бани. Толщина стенок банной печи при этом рассчитывается так, чтобы поверхность печи нагревалась в безопасных для человека пределах во избежание ожогов при случайном контакте.
Наличие во время банной сессии людей в парной, наряду с высокими энергиями при нагреве теплопередающих теплонакопительныех элементов, требует разнесения во времени режима растопки и подтопки с режимом парения. Если печь будет иметь достаточно большую (каменную, кирпичную) массу, то теплопередающие теплонакопительные элементы будут хорошо теплоизолированы, толщина кирпичных стенок печи обеспечит равномерный и плавный теплообмен корпуса печи с помещением парной, обычная температура в которой будет находиться в пределах 60-80 градусов Цельсия - без необходимости топить печь в присутствие людей в парной. Таким образом, процесс парения станет для людей безопасным.
Разогретая каменная масса печи сообщает основное количество тепла парной лучистым переносом, при этом циркуляция воздуха в парной минимальна. В парной настоящей русской бани устанавливается тепловое равновесие, разность температур у пола и потолка не превышает 15 градусов Цельсия, находиться в такой парной комфортно благодаря уникальным параметрам микроклимата, что подтверждается многовековым опытом применения русской бани и результатами лабораторных исследований с применением сферы Вернона.