СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
STEAM GENERATION METHOD AND DEVICE

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при разработке оборудования для бань стационарного и мобильного типов.
Известны печи для бани, содержащие металлический корпус, топку, камеру с находящимися в ней камнями и дымовую трубу, установленную над камерой. При эксплуатации получают чистый пар, плеснув на камни горячую воду (RU 2005263 C1, F24B 1/24, 07.03.1993).
Недостатком указанных печей является возможность попадания в парильню топочных газов и наличие в паре с относительной влажностью до 70% крупных капель доведенной до кипения воды. При этом невозможно получение перегретого пара с относительной влажностью менее 25%.
Известны способы получения перегретого пара из влажного пара высокого давления путем отделения жидкости от пара, дросселирования и перегрева за счет теплообмена с насыщенным паром и повышения тем самым экономичности (SU 561048 А, F22G 1/10, 01.08.1977).
Недостатком способов является необходимость в дополнительном парогенераторе и трудность стабилизации температуры перегретого пара.
Известен способ получения пара и печь для его реализации, содержащая металлический корпус с топкой, дымоходом и открытый контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, причем указанный открытый контейнер размещен в верхней части топки со стороны обогреваемого помещения, в топке помещена емкость повышенного давления с теплообменным крупнодисперсным материалом и установленным в ее верхней части влагораспределительным устройством, соединенным с баком для парообразующей жидкости посредством дозатора, в указанной емкости снизу вверх встроена дроссельная труба, проходящая через теплообменный крупнодисперсный материал и верхнюю часть топки в указанный открытый контейнер, обеспечивающая дополнительный перегрев образовавшегося в емкости повышенного давления перегретого пара в верхней части топки и за счет рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом. При этом дозатор жидкости может быть выполнен в виде дроссельного канала или в виде вентиля с ручным управлением, или в виде электромагнитного клапана, соединенного с блоком управления подачей жидкости с заданной временной скважностью между включениями. Перегрев сдросселированного пара осуществляют в верхней части дроссельной трубы, проходящей через топку, и путем рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом в дополнительном контейнере (Патент РФ №2250417, МПК: F24B 1/24).
Для получения перегретого пара парообразующая жидкость из бака через дроссельный канал с патрубком поступает во влагораспределительное устройство. Нагрев жидкости происходит при ее контакте с теплообменным крупнозернистым материалом. Образовавшийся насыщенный пар поднимается в верхнюю часть емкости и затем, по мере увеличения его объема, под собственным давлением просачивается через материал, еще больше нагревается свыше 100°C и поступает во входное отверстие дроссельной трубы в нижней части емкости. Далее перегретый пар нагревается на горизонтальном участке части дроссельной трубы в верхней части топки. Сдросселированный пар поступает в открытый контейнер и, в процессе рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом, перегревается свыше 110°C, осуществляя нагрев помещения.
Основным недостатком данного способа получения пара является следующее. Парообразующая жидкость подается из влагораспределительного устройства в виде капель или дозированного потока жидкости прямо на разогретый крупнодисперсный материал. Такая подача приводит к тому, что часть жидкости испаряется, не попадая в дроссельную трубу, что приводит к снижению экономичности и нерасчетному режиму работы парообразующего устройства. Кроме этого наличие достаточно протяженного горизонтального участка в дроссельной трубе приводит к дополнительному сопротивлению при движении полученного пара горизонтально, при этом на выходе горизонтально движущийся пар должен преодолеть сопротивление тракта, образованного крупнодисперсным теплообменным материалом.
Известен способ получения пара, преимущественно для банных помещений, заключающийся в подаче парообразующей жидкости, преимущественно воды, предпочтительно с ароматизирующими добавками, на разогретый теплообменный материал, предпочтительно камни природного происхождения, расположенные в контейнере в непосредственной близости от зоны горения печи и аккумулирующие тепло продуктов сгорания, при этом парообразующую жидкость подают внутрь теплообменного материала, по меньшей мере, ниже его первого слоя, предпочтительно ниже второго, при помощи Г-образного устройства, представляющего собой, по меньшей мере, две сочлененные между собой полые секции, причем одну секцию располагают горизонтально, или практически горизонтально, и уменьшают ее проходное сечение в выходных частях, предпочтительно заглушают торцы, другую секцию располагают вертикально или практически вертикально, при этом парообразующую жидкость для получения пара подают в вертикально стоящую секцию, а отводят - из горизонтально стоящей, причем для отвода указанной жидкости по всему корпусу Г-образного устройства выполняют каналы, соединяющие полость устройства с полостями внутри теплообменного материала и/или самим теплообменным материалом.
Известно устройство для реализации указанного способа подачи парообразующей жидкости на теплообменный материал для получения пара, которое содержит, по меньшей мере, две сочлененные между собой полые секции, образующие Г-образное устройство, причем одна секция расположена горизонтально или практически горизонтально, при этом ее проходное сечение в выходных частях уменьшено, предпочтительно торцы выполнены заглушенными, при этом другая секция установлена вертикально или практически вертикально, причем по всему корпусу Г-образного устройства выполнены каналы, соединяющие полость устройства с окружающей средой (Патент РФ №2470230 МПК: F24B 1/00 - прототип).
Указанный способ реализуется следующим образом.
В топку печи укладывают топливо и поджигают. При сгорании топлива образуются продукты сгорания с высокой температурой, которые, проходя по дымоходу через крупнодисперсный теплообменный материал, размещенный в контейнере, разогревают его. В крупнодисперсном материале, предпочтительно, под несколькими слоями указанного материала, установлено устройство для подачи парообразующей жидкости на теплообменный материал для получения пара. Через воронку в корпус устройства заливается парообразующая жидкость, преимущественно вода. Для защиты от возможного выплескивания воды из воронки установлен обратный клапан, который пропускает воду внутрь вертикальной секции и препятствует ее обратному выбросу вместе с паром. Вода по вертикально установленной секции проходит через разогретые слои теплообменного материала и практически не нагревается, при этом часть воды через каналы на вертикальной секции попадает на внутренние слои теплообменного материала. Из вертикальной секции вода попадает в горизонтально расположенную секцию, и по каналам, выполненным на горизонтальной секции, также попадает на внутренние слои теплообменного материала. При попадании воды из каналов в вертикальной и горизонтальной секций, непосредственно на разогретый крупнодисперсный теплообменный материал, происходит ее мгновенный нагрев с образованием пара, содержащего достаточно большое количество крупных капель доведенной до кипения воды. При прохождении через слои разогретого крупнодисперсного материала, от места ввода до выхода в окружающую среду, полученный пар, за счет теплообмена с указанным материалом, нагревается дальше, при этом процент влаги в нем уменьшается, а температура растет. Таким образом, в парную поступает пар с требуемой влажностью и температурой, без крупных капель доведенной до кипения воды, что обеспечивает комфортные условия пребывания в парной.
Основными недостатками указанного способа получения пара является довольно непродолжительное время его получения и подачи в парную, обусловленное тем, что вся парообразующая жидкость сквозь каналы в стенках вертикальной и горизонтальной секций практически мгновенно попадает на разогретый теплообменный материал, и, для непрерывного получения пара в течение определенного времени в процессе парения, парообразующую жидкость необходимо подавать в воронку устройства практически непрерывно, что увеличивает трудоемкость и снижает потребительские свойства устройства.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа, позволяющего увеличить время подачи пара в парную без участия обслуживающего персонала, упрощение конструкции и повышение экономичности работы устройства для получения пара.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе получения пара, заключающемся в обеспечении взаимодействия парообразующей жидкости с разогретым теплообменным материалом, согласно изобретению, парообразующую жидкость подают в предварительно расположенные в теплообменном материале емкости для парообразующей жидкости из центральной полой стойки, при этом указанные емкости выполняют в виде вертикальных патрубков, состоящих из двух частей, нижней и верхней, в наружной стенке которой выполняют каналы для подачи пара внутрь теплообменного материала, при этом, для получения пара, указанные емкости заполняют парообразующей жидкостью.
Для реализации указанного способа предложено устройство, которое, согласно изобретению, содержит центральную полую стойку с полостью для подачи парообразующей жидкости, ориентированную вертикально, в верхней части которой установлена емкость для парообразующей жидкости с гидрозатвором, при этом в нижней части упомянутой вертикальной стойки установлено два, предпочтительно более, патрубка, ориентированных вертикально, причем каждый вертикальный патрубок в центральной части соединен с центральной стойкой соединительным патрубком, таким образом, что между местом их соединения с центральной стойкой и ее нижним торцом образована полость, при этом каждый упомянутый вертикальный патрубок установлен таким образом, что соединяется с упомянутым соединительным патрубком в своей центральной части, образуя при этом нижнюю и верхнюю полости, причем в верхней части вертикальных патрубков и нижней части вертикальной стойки в месте ее соединения с упомянутыми соединительными патрубками выполнены каналы, соединяющие полость устройства с окружающей средой, при этом упомянутые каналы в вертикальных патрубках расположены выше проходного сечения упомянутых соединительных патрубков.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для получения пара, вид слева, на фиг. 2 показано устройство для получения пара, вид сверху, на фиг. 3 - показано устройство для получения пара, вид спереди, на фиг. 4 - устройство для получения пара в составе банной печи.
Предложенный способ может быть реализован при помощи устройства, имеющего следующую конструкцию.
Устройство для получения пара содержит центральную вертикальную полую стойку 1 с полостью 2 для подачи парообразующей жидкости. В верхней части стойки 1 установлена емкость 3 для парообразующей жидкости с гидрозатвором 4. В нижней части вертикальной стойки 1 установлено два патрубка 5, ориентированных вертикально. Полость 2 подачи парообразующей жидкости центральной стойки 1 соединена с полостями упомянутых патрубков при помощи соединительных патрубков 6, установленных с уклоном в сторону упомянутых вертикальных патрубков 5. Между местом соединения соединительных патрубков 6 с центральной стойкой 1 и ее нижним торцом образована полость 7. Каждый вертикальный патрубок 5 установлен таким образом, что соединяется с соединительным патрубком 6 в своей центральной части, образуя при этом нижнюю 8 и верхнюю 9 полости. Полости 7 и 8 выполняются, в основном, тупиковыми для того, чтобы парообразующая жидкость собиралась в них и не попадала на крупнодисперсный теплообменный материал.
В верхней части вертикальных патрубков 5 и нижней части вертикальной стойки 1, преимущественно в месте ее соединения с упомянутыми соединительными патрубками 6, выполнены каналы 10 и 11 соответственно, соединяющие полость 2 устройства с окружающей средой, при этом каналы 10 в вертикальных патрубках 5 расположены выше проходного сечения соединительных 6. Каналы 10 в вертикальных патрубках 5 расположены выше проходного сечения горизонтальных патрубков для того, чтобы исключить прямое попадание парообразующей жидкости из каналов 10 на крупнодисперсный теплообменный материал.
Каналы 10 и 11 выполнены в виде нескольких горизонтально расположенных рядов отверстий, имеющих нижнюю и верхнюю границы.
Устройство предназначено для установки в печь, содержащую корпус 12 с топкой 13, дымоходом 14 и контейнером 15 с теплообменным крупнодисперсным материалом 16. Контейнер 15 размещен в верхней части топки 13 со стороны обогреваемого помещения.
Предложенный способ может быть реализован при помощи указанного устройства следующим образом.
В топку 13 печи укладывают топливо и поджигают. При сгорании топлива образуются продукты сгорания с высокой температурой, которые, проходя по дымоходу 14 через крупнодисперсный теплообменный материал 16, размещенный в контейнере 15, разогревают его. В крупнодисперсном материале 16 установлено устройство для получения пара.
Для получения пара в емкость 3 устройства заливается парообразующая жидкость. Для защиты от возможного выплескивания воды из емкости 3 установлен гидрозатвор 4, который пропускает парообразующую жидкость внутрь полой вертикальной стойки 1 и препятствует ее обратному выбросу вместе с паром.
Из емкости 3, по полости 2 внутри центральной стойки 1, парообразующая жидкость попадает в полости соединительных патрубков 6, установленных с уклоном в сторону патрубков 5, и кроме этого заполняет полость 7 до нижнего уровня выполнения каналов 11. Из полостей соединительных патрубков 6 парообразующая жидкость попадает в нижние полости 8 патрубков 5 и заполняет их до нижнего уровня расположения каналов 10. При этом происходит ее разогрев в указанных полостях 7 и 8. При дальнейшей подаче парообразующей жидкости, указанная жидкость попадает из первых нижних, вторых и последующих верхних слоев каналов 10 и 11 непосредственно на разогретый крупнодисперсный теплообменный материал 16, размещенный в контейнере 15.
При попадании воды из каналов 10 и 11, непосредственно на разогретый крупнодисперсный теплообменный материал 16, происходит ее мгновенный нагрев с образованием пара, содержащего достаточно большое количество крупных капель доведенной до кипения воды. При прохождении через слои разогретого крупнодисперсного материала 16, от места ввода из каналов 10 и 11 до выхода в окружающую среду, полученный пар, за счет теплообмена с указанным материалом, нагревается дальше, при этом процент влаги в нем уменьшается, а температура растет. Таким образом, в парную поступает пар с требуемой влажностью и температурой, без крупных капель доведенной до кипения воды, что обеспечивает комфортные условия пребывания в парной.
При падении уровня парообразующей жидкости в полости 7 и нижних 8 полостях патрубков 5 ниже уровня выполнения каналов 11 и 10 прямое попадание парообразующей жидкости на разогретый крупнодисперсный теплообменный материал 16 прекращается. Но, к этому времени, парообразующая жидкость, находящаяся в полостях 7 и 8, уже успевает прогреться до температуры интенсивного парообразования, и, образующийся при ее нагревании пар, через каналы 10 и 11, продолжает поступать в парную. По мере дальнейшего прогревания парообразующей жидкости в полостях 7 и 8, процесс парообразования интенсифицируется и продолжается до полного испарения парообразующей жидкости в полостях 7 и 8. При прохождении через слои разогретого крупнодисперсного материала 16, от места выхода из каналов 10 и 11 до попадания в окружающую среду, полученный пар, за счет теплообмена с указанным материалом, нагревается дальше, при этом процент влаги в нем уменьшается, а температура растет. Парообразующая жидкость, находящаяся в емкости 3, также при этом интенсивно испаряется, а образующийся при этом пар поступает в парную.
Таким образом, в парную, в течение заданного времени, определяемого, в первую очередь, емкостью полостей 7 и 8, непрерывно поступает пар с требуемой влажностью и температурой, без крупных капель доведенной до кипения воды, что обеспечивает комфортные условия пребывания в парной и снижает трудоемкость получения пара.
Проведенные автором и заявителем испытания предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений и предложенных критериев.
Использование предложенного технического решения позволит создать способ получения пара, позволяющий увеличить время подачи пара в парную без участия обслуживающего персонала, упростить конструкцию и повысить экономичность работы устройства для получения пара.