Банная печь и способ нагрева банной печи
BATH FURNACE AND HEATING METHOD OF BATH FURNACE

Изобретение относится к нагревательным устройствам на твердом топливе, используемым для отопления парильного помещения с возможностью длительной генерации мелкодисперсного пара в парильнях малогабаритных бань, а также к способу нагрева банной печи.
Подавляющее большинство известных банных печей устроены так, что пар получается с камней (или чугунных отливок, чушек), косвенно нагреваемых огнем, т.е. камни, на которые льют воду, нагреваются через некоторую прослойку из металла.
Камни находятся или на корпусе банной печи, и нагреваются от него; либо находятся в некоем подобии «духовки», где огонь проходит по наружным стенкам духовки (часто называемой «закрытой каменкой»). Такая передача тепловой энергии камням малоэффективна. Вода, не испарившаяся с камней, попадает на корпус печи или закрытой каменки, стенки которых обычно не имеют достаточную толщину (и, соответственно, теплоемкость) чтобы испарять воду в качественный пар - для хорошего пара нужна температура 350-450°С.
Самыми лучшими считаются банные печи с прямым нагревом предметов, это, например, печи «по-черному», где огонь напрямую проходит сквозь камни или чугунные чушки. В этом случае камни нагреваются до максимально возможных высоких температур, так как передача тепловой энергии происходит напрямую. Недостаток таких печей в том, что они периодического действия, и начинать парение можно только когда огонь полностью потушен. Камни или чушки дают пар за счет накопленной энергии. Если камни «залили», т.е. они остыли, нужно прекратить парение, заново растопить печь и нагреть камни.
Из уровня техники известна печь (патент ЕР 2107315, МПК F24B 1/24, А61Н 33/06, опубликован 07.10.2009), содержащая корпус, топку, расположенную внутри корпуса, воздушник, установленный внутри корпуса, колосниковую решетку, горизонтально расположенную в топке с возможностью помещения твердого топлива на нее и образования зольной камеры под ней, портал с дверкой, установленный с фронтальной стороны корпуса, металлическое ложе для камней, размещенное над топкой, дымоход в виде вертикальной трубы, выполненный с возможностью вывода дыма из топки, пламегаситель, установленный под выходом дымохода и выполненный с возможностью перекрытия выхода топочных газов и обеспечения их движения вдоль металлического ложа для камней. При этом с нижней стороны металлического ложа для камней находятся выступы в виде металлических сот для увеличения полезной площади контакта топочных газов и увеличения теплоотдачи.
Недостатком известного устройства является большие массогабаритные показатели печи.
Из уровня техники известна банная печь (патент RU 2095694, МПК F24B 9/00, опубликован 10.11.1997), содержащая корпус, топку, расположенную внутри корпуса, воздушник, установленный внутри корпуса, колосниковую решетку, горизонтально расположенную в топке с возможностью помещения твердого топлива на колосниковую решетку и образования зольной камеры под ней, портал с дверкой, установленный с фронтальной стороны корпуса, металлическое ложе для камней, размещенное над топкой, дымоход в виде вертикальной трубы, выполненный с возможностью вывода дыма из топки, пламегаситель, выполненный с возможностью перекрытия выхода топочных газов и обеспечения их движения вдоль металлического ложа для камней. К дверце могут быть прикреплены рукоятка и защелка-крючок.
Недостатком известного устройства является малая теплопроизводительность банной печи за счет отсутствия выступов на металлическом ложе для камней, а также большие массогабаритные показатели банной печи.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по устройству является банная печь (патент RU 182654, МПК F24B 1/02, F24B 5/02, опубликован 27.08.2018), содержащая корпус, топку, расположенную внутри корпуса, воздушник, установленный внутри корпуса, колосниковую решетку, расположенную в топке с возможностью помещения твердого топлива на нее, портал с дверкой, установленный с фронтальной стороны корпуса через удлинитель портала, два металлических ложа для камней (внешнее и внутреннее), размещенных над топкой, дымоход. При этом внешнее металлическое ложе для камней имеет выступы в виде пластинчатых металлических элементов на своей верхней стороне для увеличения площади соприкосновения с камнями, и для увеличения поверхности для испарения воды и получения пара.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по способу является способ нагрева банной печи (патент RU 119073, МПК F24B 1/24, опубликован 10.08.2012), заключающийся в том, что камни укладывают на внешнюю поверхность металлического ложа для камней, прямым огнем обогревают внутреннюю поверхность металлического ложа для камней, подают воду на камни и генерируют пар путем испарения воды с камней.
Недостатками способа является получение крупнодисперсного пара с камней, периодичность действия банной печи - нельзя одновременно топить и париться. Если весь заклад «залит», температура камней упала, то чтобы продолжить парение нужно заново растопить печь, подождать нагрева камней, и заново продолжить банные процедуры.
Техническим результатом, достигающимся при помощи устройства по изобретению, является повышение коэффициента полезного действия банной печи, повышение теплопроизводительности банной печи, снижение массогабаритных показателей. Техническим результатом, достигающимся при помощи способа по изобретению, является получение мелкодисперсного бархатного пара, а также возможность постоянного действия банной печи.
Сущность устройства по изобретению заключается в том, что банная печь содержит корпус, состоящий из двух боковых, передней и задней вертикальных стенок и горизонтального основания с ножками, топку, расположенную внутри корпуса, воздушник, установленный внутри корпуса, колосниковую решетку, установленную на колосниковой рамке и горизонтально расположенную в топке с возможностью помещения твердого топлива на колосниковую решетку и образования зольной камеры под ней, портал с дверкой, установленный с фронтальной стороны корпуса через удлинитель портала, в нижней части дверки расположена регулируемая задвижка для подачи воздуха в топку, металлическое ложе для камней, размещенное над топкой, прикрепленное сверху на гранях стенок корпуса и составляющее 22-30% от общей массы банной печи, дымоход в виде вертикальной трубы, выполненный с возможностью вывода дыма из топки и проходящий сквозь металлическое ложе для камней, пламегаситель, установленный под выходом дымохода и выполненный с возможностью перекрытия выхода топочных газов и обеспечения их движения вдоль металлического ложа для камней, при этом металлическое ложе для камней имеет круглое отверстие для прикрепления дымохода, равномерно расположенные выступы в виде усеченных конусов на своей нижней стороне для увеличения полезной площади контакта топочных газов и увеличения теплоотдачи, и равномерно расположенные выступы в виде усеченных конусов на своей верхней стороне для увеличения площади соприкосновения с камнями, уложенными на металлическом ложе для камней, и для увеличения поверхности для испарения воды и получения пара, две боковые и задняя стенки корпуса имеют на наружной поверхности конвекционные ребра. Высота выступов на верхней стороне металлического ложа для камней может быть выбрана из диапазона от 40 до 80 мм. Высота выступов на нижней стороне металлического ложа для камней может составлять 25 мм. Количество выступов на верхней стороне металлического ложа для камней может быть выбрано из диапазона от 8 до 16 штук. Дверка может быть выполнена чугунной со вставкой из огнеупорного стекла. К дверке могут быть прикреплены рукоятка и защелка-крючок. Удлинитель портала может быть выполнен из конструкционной стали.
Сущность способа по изобретению заключается в том, что укладывают камни на внешнюю поверхность металлического ложа для камней - верхней детали банной печи, имеющей высокую массу для аккумуляции тепла и выполненную из металла с высокой теплопроводностью, прямым огнем обогревают внутреннюю поверхность металлического ложа для камней, подают воду на камни и на внешнюю поверхность металлического ложа для камней и генерируют мелкодисперсный пар путем испарения воды с металлического ложа для камней. При этом в качестве металла можно использовать чугун.
Технический результат по устройству достигается за счет того, что:
- согласно изобретению, осуществляют прямой нагрев металлического ложа для камней, имеющего большую теплоемкость, и вода, попадая на данное металлическое ложе, преобразуется в качественный пар, при этом камни играют второстепенную роль, что обеспечивает повышенную теплоотдачу банной печи и, соответственно, повышение коэффициента полезного действия банной печи,
- на нижней стороне металлического ложа для камней находятся равномерно расположенные выступы для увеличения полезной площади контакта топочных газов и увеличения теплоотдачи и, соответственно, повышения коэффициента полезного действия и теплопроизводительности банной печи,
- на верхней стороне металлического ложа для камней находятся равномерно расположенные выступы для увеличения площади соприкосновения с камнями, уложенными на металлическом ложе для камней, а также для увеличения поверхности для испарения воды и получения пара и, соответственно, повышения коэффициента полезного действия и теплопроизводительности банной печи,
- металлическое ложе для камней имеет небольшую массу для теплоаакумуляции, при этом быстро восстанавливается до высокой температуры для возможности очередной поддачи воды для получения пара, что обеспечивает снижение массогабаритных показателей банной печи,
- под выходом дымохода имеется пламегаситель, который увеличивает длину пламени в топке, заставляя его делать оборот, для повышения коэффициента полезного действия банной печи,
- две боковые и задняя стенки корпуса имеют на наружной поверхности конвекционные ребра, обеспечивая повышенную теплоотдачу стенок корпуса и, соответственно, повышение коэффициента полезного действия банной печи.
Технический результат по способу достигается за счет того, что:
- получают мелкодисперсный пар («бархатный», «мягкий»), образующийся при попадании воды на поверхность металлического ложа для камней,
- банная печь является печью постоянного действия.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
На фиг. 1 показан общий вид банной печи, где: 1 - основание с ножками, 2 - стенки боковые, 3 - стенка передняя, 4 - стенка задняя, 5 - металлическое ложе для камней, 6 - пламегаситель, 9 - удлинитель портала, 10 - дверка в сборе с порталом, 13
- выступы на верхней стороне металлического ложа для камней.
На фиг. 2 показана взрыв-схема банной печи, где: 1 - основание с ножками, 2 - стенки боковые, 3 - стенка передняя, 4 - стенка задняя, 5 - металлическое ложе для камней, 6 - пламегаситель, 7 - рамка колосниковая, 8 - решетка колосниковая, 9 - удлинитель портала, 10 - дверка в сборе с порталом, 11 - зольник-совок, 12 - выступы на нижней стороне металлического ложа для камней, 13 - выступы на верхней стороне металлического ложа для камней.
На фиг. 3 показана банная печь в продольном разрезе, где: 1 - основание с ножками, 3 - стенка передняя, 4 - стенка задняя, 5 - металлическое ложе для камней, 6 - пламегаситель, 7 - рамка колосниковая, 8 - решетка колосниковая, 9 - удлинитель портала, 10 - дверка в сборе с порталом, 12 - выступы на нижней стороне металлического ложа для камней, 13 - выступы на верхней стороне металлического ложа для камней.
На фиг. 4 показана банная печь (вид сверху), где: 2 - стенки боковые, 3 - стенка передняя, 4 - стенка задняя, 5 - металлическое ложе для камней, 6 - пламегаситель, 9 -удлинитель портала, 10 - дверка в сборе с порталом, 13 - выступы на верхней стороне металлического ложа для камней.
На фиг. 5 показана банная печь в поперечном разрезе, где: 1 - основание с ножками, 2 - стенки боковые, 5 - металлическое ложе для камней, 6 - пламегаситель, 7 - рамка колосниковая, 8 - решетка колосниковая, 11 - зольник-совок, 12 - выступы на нижней стороне металлического ложа для камней, 13 - выступы на верхней стороне металлического ложа для камней.
Банная печь относится к нагревательным устройствам конвекционного типа и работает на твердом топливе - дровах. Конструкция банной печи рассчитана на установку в парной с выходом топки в смежное помещение.
Банная печь содержит корпус, состоящий из двух боковых 2, передней 3 и задней 4 вертикальных стенок и горизонтального основания 1 с ножками, топку, воздушник, колосниковую решетку 8, установленную на колосниковой рамке 7, портал с дверкой 10, удлинитель портала 9, металлическое ложе для камней 5, пламегаситель 6.
Топка, воздушник, колосниковая решетка 8, колосниковая рамка 7 и пламегаситель 6 расположены внутри корпуса банной печи.
Колосниковая решетка 8 горизонтально расположена в топке с возможностью помещения твердого топлива на нее и образования зольной камеры под ней. В зольную камеру установлен выдвижной зольник-совок 11.
Портал с дверкой 10 установлен с фронтальной стороны корпуса через удлинитель портала 9. Длина удлинителя портала 9 неизменна. В нижней части дверки расположена регулируемая задвижка для подачи воздуха в топку. Дверка 10 может быть выполнена чугунной со вставкой из огнеупорного стекла. К дверке 10 могут быть прикреплены рукоятка и защелка-крючок.
Дымоход выполнен в виде вертикальной трубы с возможностью вывода дыма из топки, и проходит сквозь металлическое ложе для камней 5.
Пламегаситель 6 установлен под выходом дымохода и выполнен с возможностью перекрытия выхода топочных газов и обеспечения их движения вдоль металлического ложа для камней 5.
Металлическое ложе для камней 5 («каменка») размещено над топкой и прикреплено сверху на гранях стенок корпуса, имеет круглое отверстие для прикрепления дымохода. Металлическое ложе для камней 5 имеет небольшую массу для теплоаакумуляции - а именно, его масса составляет 22-30% от общей массы банной печи. При этом металлическое ложе для камней 5 быстро восстанавливается до высокой температуры для возможности очередной поддачи воды для получения пара.
На нижней стороне металлического ложа для камней 5 находятся равномерно расположенные выступы 12 в виде усеченных конусов для увеличения полезной площади контакта топочных газов и увеличения теплоотдачи. Высота выступов 12 на нижней стороне металлического ложа для камней 5 одинакова и может составлять 25 мм.
На верхней стороне металлического ложа для камней 5 находятся равномерно расположенные выступы 13 в виде усеченных конусов для увеличения площади соприкосновения с камнями, уложенными на металлическом ложе для камней 5, и для увеличения поверхности для испарения воды и получения пара. Высота выступов 13 на верхней стороне металлического ложа для камней 5 одинакова и может быть выбрана из диапазона от 40 до 80 мм. Количество выступов 13 на верхней стороне металлического ложа для камней 5 может быть выбрано из диапазона от 8 до 16 штук.
Две боковые 2 и задняя 4 стенки корпуса имеют на наружной поверхности конвекционные ребра.
Все металлические детали банной печи выполнены из чугуна, а удлинитель портала 9 - из конструкционной стали.
Банная печь работает следующим образом.
В металлическое ложе 5 закладывают камни, специально для этого предназначенные. В частности, могут использоваться камни из жадеита, габбродиабаза, малинового кварцита, перидотита, талькохлорита.
Через дверцу 10 в топку на колосниковую решетку 8 укладывают твердое топливо - дрова и поджигают. Продукты горения топлива направляются к задней стенке 4. Выход для пламени вверх перекрыт пламегасителем 6. Двигаясь от задней стенки 4 к выходу в дымоход, пламя взаимодействует с металлическим ложем 5.
Воздух для горения подается в топку через отверстие прямоугольной формы, закрываемой ручкой зольника-совка 11. Также воздух подается через регулируемую задвижку на нижней части дверцы 10. Проходя вдоль стекла, поток воздуха обдувает его, не давая загрязняться от продуктов горения.
Воздух в парной нагревается конвекционным способом за счет контакта воздуха с поверхностью корпуса банной печи.
Для получения пара вода подается на металлическое ложе 5 печи, которое является основным испарителем. Толщина металлического ложа 5 обеспечивает необходимую теплоемкость и допускает прямое попадание воды на него, чтобы при попадании воды не терять температуру и продолжать испарять воду в качественный пар. Металлическое ложе 5 для камней нагревается огнем напрямую. При этом можно одновременно и топить печь, и получать пар. Камни играют второстепенную роль -они разбивают воду на потоки, позволяют удерживать брызги воды, которые попали на раскаленное металлическое ложе 5. Камни также нагреваются и дают пар, но при попадании воды поверхность камней быстро остывает, и вода проливается вниз, на дно металлического ложа, там она испаряется уже с самой поверхности металлического ложа.
Для увеличения площади теплосъема, металлическое ложе 5 оборудовано выступами 12, направленными вниз топки. Для увеличения поверхности для испарения воды, металлическое ложе 5 оборудовано выступами 13, направленными вверх. Также выступы 13 позволяют лучше обогреть камни, укладываемые на металлическое ложе 5. Оптимальным количеством выступов 13 на верхней стороне металлического ложа 5 является от 8 до 16 штук, а их высота (длина) может быть выбрана из интервала от 40 до 80 мм - например, по 50 мм. Оптимальной высотой (длиной) выступов 12 на нижней стороне металлического ложа 5 является высота 25 мм.
За счет данной конструкции металлическое ложе 5 быстро восстанавливает высокую температуру после поддачи воды для следующей порции пара.
Особенностью заявляемого способа нагрева банной печи является то, что роль парогенератора выполняет верхняя деталь банной печи - металлическое ложе для камней (а не камни, как в известных банных печах). Внутренняя поверхность этой детали обогревается прямым контактом с огнем. Набирает максимально возможную температуру. Имеет высокую массу для аккумуляции тепла. Выполнена из металла (в частности, из чугуна), что дает высокую теплопроводность, температура от пламени быстро передается на внешнюю поверхность детали, на которую и подают воду для испарения. Сверху на внешнюю поверхность металлического ложа для камней укладывают камни: для снижения теплопотерь поверхности металлического ложа для камней, для распределения воды по его поверхности, для устранения эффекта Лейденфроста и разбрызгивания капель воды при контакте с поверхностью металлического ложа для камней.
Воду подают на камни и на внешнюю поверхность металлического ложа для камней, мелкодисперсный пар генерируется путем испарения воды с металлического ложа для камней.
Температура камней не имеет значения - даже если камни недостаточно нагреты для получения мелкодисперсного пара, вода соскользнет с них вниз, на металлическое ложе для камней, откуда и произойдет парообразование.
Вся конструкция банной печи рассчитана на нагрев металлического ложа для камней: подача воздуха в верхнюю часть металлического ложа для камней для повышения температуры горения, увеличение площади контакта с огнем с помощью оснащения дна металлического ложа для камней конусообразными выступами.
Банная печь является печью постоянного действия, можно подавать воду для генерации мелкодисперсного пара при одновременном горении в топке. Это позволяет быстро восстанавливать температуру при ее понижении от подач воды. Массы металлического ложа для камней достаточно для разового испарения вводы на объем парного помещения, на который рассчитана модель банной печи.
Таким образом, изобретение обеспечивает:
- повышение коэффициента полезного действия и теплопроизводительности банной печи за счет выступов на нижней и верхней сторонах металлического ложа для камней, пламегасителя, находящегося под выходом дымохода, и конвекционных ребер, расположенных на двух боковых и задней стенках корпуса банной печи;
- снижение массогабаритных показателей за счет небольшой массы металлического ложа для камней,
- получение мелкодисперсного бархатного пара,
- возможность постоянного действия банной печи.
Заявителем изготовлен опытный образец устройства, который полностью подтвердил заявленные преимущества, в связи с чем изобретение может быть с успехом применено при промышленном производстве банных печей.