ПАРОГЕНЕРАТОР ФЕРИНГЕРА ДЛЯ БАННЫХ ПЕЧЕЙ
FERINGER STEAM GENERATOR FOR BATH FURNACES

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при оборудовании бань стационарного и мобильного типов, а также для обогрева бытовых и производственных помещений.
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 (Патент RU №2005263 C1, МПК: 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 (а.с. СССР 561048 А, МПК: F22G 1/10, 01.08.1977).
Недостатком способов является необходимость в дополнительном парогенераторе и трудность стабилизации температуры перегретого пара.
Известна печь для бани, содержащая металлический корпус с топкой, дымоходом и открытый контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, при этом 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 (Патент РФ №2250417, МПК: F24B 1/00, 5/00).
Указанная печь работает следующим образом. В топку металлического корпуса через дверцу закладывается топливо и разжигается. Остатки от сгораемого топлива просыпаются через колосниковую решетку в поддувало. Горячий газ, образовавшийся от сгорания топлива, поднимается вверх топки, нагревает теплообменный крупнодисперсный материал в емкости и контейнере, а также пар в верхней части дроссельной трубы. Затем горячий газ, поднимаясь вверх в сквозной дымовой трубе, обогревает бак с водой. Постепенно теплообменный крупнозернистый материал разогревается до (350-450)°C, нагревая воздух в помещении до (60-100)°C.
Способ перегрева пара, реализуемый с помощью указанной печи, заключается в следующем. 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 крупнодисперсный 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.
Недостатками данной печи являются необходимость в дополнительном влагораспределительном устройстве и трудность стабилизации температуры перегретого пара.
Известна дымовая труба для печи преимущественно для обогрева банных помещений, содержащая вертикально ориентированный корпус, предпочтительно, выполненный из материала на основе сплава железа с углеродом, нижняя входная часть которой соединяется с источником горячих газов, предпочтительно продуктов сгорания топлива в печи, верхняя выходная - с окружающей атмосферой, при этом в нижней части корпуса трубы установлена обечайка с днищем, образующая с корпусом трубы преимущественно кольцевую емкость для парообразующей жидкости, преимущественно воды, предпочтительно с ароматизирующими добавками, и теплообменного материала, предпочтительно камней, при этом верхняя выходная часть указанной емкости закрыта крышкой преимущественно в виде усеченного конуса, причем между упомянутой крышкой и корпусом трубы выполнен зазор, предпочтительно кольцевой, при этом над указанной емкостью, в непосредственной близости от нее, коаксиально с корпусом трубы установлен цилиндрический кожух, преимущественно цилиндрический, состоящий из как минимум двух обечаек, внутренней и наружной, установленных коаксиально с кольцевым радиальным зазором по отношению к корпусу трубы и друг к другу, причем кольцевые радиальные зазоры между корпусом трубы и внутренней обечайкой и между внутренней и наружной обечайками кожуха соединены с внутренней полостью кольцевой емкости для воды через упомянутый кольцевой зазор между крышкой и корпусом трубы, при этом кожух с торцов закрыт профилированными перфорированными днищами (Патент РФ №2490548, заявка: 2011109849/03 от 15.03.2011, МПК: F24B 1/00 - прототип).
Указанная труба работает следующим образом.
Поток продуктов сгорания, полученный в топке печи и имеющий высокую температуру, направляется в нижнюю входную часть корпуса трубы и за счет тяги поднимается вверх, к выходной части, разогревая при этом корпус дымовой трубы. В полость емкости, образованной обечайкой с днищем, с предварительно уложенным крупнодисперсным теплообменным материалом, заливается парообразующая жидкость, преимущественно вода.
За счет конвективного теплообмена между горячей стенкой нижней части корпуса и налитой в кольцевую емкость водой осуществляется разогрев воды до температуры парообразования и происходит образование пара с одновременным увлажнением воздуха, находящегося в зоне крышки. Образовавшаяся паровоздушная смесь, состоящая из пара и увлажненного воздуха и имеющая теплоемкость выше, чем обычный воздух, поднимается вверх, к кольцевому зазору.
Пройдя кольцевой зазор, поток паровоздушной смеси разделяется на две части. Одна, первая, часть указанного потока через профилированное перфорированное днище поступает в кольцевой зазор, между трубой и внутренней обечайкой, другая, вторая часть, - в кольцевой зазор между внутренней обечайкой и наружной обечайкой, заполненный крупнодисперсным теплообменным материалом.
Первая часть потока, проходя по кольцевому зазору, отбирает тепло у горячей стенки корпуса трубы, нагревается дальше при этом сама и поступает в обогреваемое помещение. Часть тепла при движении указанная часть потока отдает внутренней обечайке.
Вторая часть потока, проходя по кольцевому зазору, отдает тепло крупнодисперсному теплообменному материалу, разогревает его до требуемой температуры и также поступает в обогреваемое помещение.
Регулирование тяги печи осуществляется при помощи перекрытия/открытия проходного сечения дымовой трубы при помощи заслонки, установленной в верхней части корпуса с возможностью вращения.
Использование для процессов теплопередачи увлажненного воздуха, имеющего теплоемкость выше, чем обычный сухой воздух, позволяет значительно улучшить условия теплопередачи между рабочим телом - полученной паровоздушной смесью - и рабочими органами печи - корпусом, внутренней и наружной обечайками при неизменном расходе топлива, что в конечном итоге позволяет повысить экономичность работы печи.
Недостатками данного решения является сложность конструкции, использование камней в качестве теплоаккумулирующих элементов, что приводит к увеличению массы трубы, недостаточно высокий коэффициент полезного действия.
Задачей изобретения являются устранение указанных недостатков и создание парогенератора для печи, конструкция которой позволит повысить теплоотдачу продуктов сгорания топлива, упростить конструкцию устройства для получения пара и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива с возможностью получения перегретого пара с регулируемой температурой и влажностью.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогенератор для банных печей, согласно изобретению, содержит вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленных с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора и соединенных между собой по торцам, причем нижняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для состыковки с выходной частью печной трубы, при этом верхняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной для состыковки с входной частью дымохода, причем в кольцевой зазор между обечайками открывается канал для подачи воды внутрь кольцевого зазора, при этом внутри корпуса установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней оболочки емкость, имеющая каналы для подачи воды внутрь ее полости и отвода пара из упомянутой полости, причем полость упомянутой емкости соединена с полостью упомянутого зазора между внешней и внутренней обечайками при помощи указанного канала для подачи воды, а канал для отвода пара из упомянутой емкости проходит через кольцевой зазор между обечайками и соединяет полость емкости с окружающей средой/потребителем пара.
В варианте исполнения, площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки равна или больше площади выходной части печной трубы.
В варианте исполнения, в выходной части канала, соединяющего полость емкости с кольцевым зазором между внешней и внутренней обечайками, установлен отбойник.
В варианте исполнения, в выходной части канала, соединяющего полость емкости с кольцевым зазором между внешней и внутренней обечайками, перпендикулярно оси корпуса парогенератора, установлен отбойник.
В варианте исполнения, канал для подачи воды внутрь полости емкости выполнен наклоненным в сторону емкости.
В варианте исполнения, поверхность емкости выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов и впадин.
В варианте исполнения, емкость выполнена в виде полого цилиндра.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез предложенного парогенератора, на фиг. 2 - вид сверху парогенератора, на фиг. 3 - вид сверху парогенератора в варианте исполнения емкости с волнистой поверхностью, на фиг. 4 - вид сверху парогенератора в варианте исполнения емкости в виде полого цилиндра.
Парогенератор для банных печей содержит вертикально ориентированный корпус 1, образованный внешней 2 и внутренней обечайками 3, установленных с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора 4 и соединенных между собой по торцам. Нижняя часть 5 корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для состыковки с выходной частью печной трубы 6. Верхняя часть 7 корпуса 1 парогенератора выполнена профилированной для состыковки с входной частью дымохода 8. В кольцевой зазор 4 между обечайками 2 и 3 открывается канал 9 для подачи воды внутрь кольцевого зазора. Внутри корпуса 1 установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки 3 емкость 10, имеющая каналы 11 для подачи воды внутрь ее полости и каналы 12 отвода пара из ее полости. Полость упомянутой емкости 10 соединена с полостью упомянутого зазора 4 между внешней 2 и внутренней 3 обечайками при помощи канала 11 для подачи воды. Канал 12 отвода пара из емкости 10 проходит через кольцевой зазор 4 между обечайками2 и 3 и соединяет полость емкости 10 с окружающей средой/потребителем пара.
В варианте исполнения, в выходной части канала 11, соединяющего полость емкости 10 с кольцевым зазором 4 между внешней 2 и внутренней 3 обечайками, установлен отбойник 13.
В варианте исполнения, поверхность емкости 10 выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов 14 и впадин 15.
В варианте исполнения, емкость 10 выполнена в виде полого цилиндра 16.
Предложенный парогенератор работает следующим образом.
Парогенератор устанавливается на выходную часть печной трубы 6 нижней профилированной частью 5. Сверху, на профилированную выходную часть 7 корпуса, устанавливается входная часть дымохода 8.
Через канал 9 для подачи воды внутрь кольцевого зазора 4 подается вода до уровня установки канала 11 или чуть ниже.
Печные горячие газы поступают внутрь корпуса 1 парогенератора, в полость, образованную внутренней обечайкой 3, и омывают корпус емкости 10. За счет того, что внутри корпуса 1 установлена емкость 10, поток горячих газов из сплошного превращается в полый кольцевой. Кольцевой поток газов омывает емкость 10 со всех сторон и отдает тепло корпусу емкости 10 и, через внутреннюю обечайку 3, воде, находящейся в кольцевом зазоре 4.
За счет того, что площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки выполнена равной или больше площади выходной части печной трубы, поток горячих газов замедляет скорость своего истечения и более интенсивно отдает тепло соответствующим элементам парогенератора.
Вода в кольцевом зазоре 4 начинает интенсивно прогреваться и образовывать пар. Образовавшийся пар по каналу 11 поступает внутрь емкости 10 и нагревается там далее, при этом крупные капли пара превращаются в более мелкие. Полученный сухой пар, без крупнодисперсных капель воды, по каналу 12 отвода пара, подается в парную или потребителю. Использованные печные газы через дымоход 8 выводятся наружу.
В варианте исполнения, на выходную часть канала 11 устанавливается отбойник 13, что позволяет распределять пар по объему емкости 10 более равномерно.
В варианте исполнения, поверхность емкости 10 выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов 14 и впадин 15. Такое исполнение стенок емкости позволяет увеличить периметр контакта горячих печных газов и обогреваемой емкости 10 примерно в 1,4-1,8 раза при неизменной площади проходного сечения. Кроме этого, профилирование позволяет более интенсивно прогревать корпус емкости 10 за счет того, что центральная часть емкости уменьшается по сравнению со сплошной целой.
В варианте исполнения, емкость 10 выполнена в виде полого цилиндра 16. Такое исполнение позволяет, при незначительном росте габаритных радиальных или длинновых размеров емкости, значительно уменьшить толщину прогреваемого объема. Кроме того, струя горячих печных газов будет омывать емкость 10 не только снаружи, но и внутри, что приведет к повышению эффективности теплообмена.
Проведенные автором и заявителем испытания полноразмерного образца печи с предложенным парогенератором подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения даст возможность создать парогенератор для печи, конструкция которого позволит повысить теплоотдачу продуктов сгорания топлива, упростить конструкцию устройства для получения пара и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива с возможностью получения перегретого пара с регулируемой температурой и влажностью.