БАННО-ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к санитарно-гигиеническим сооружениям, в частности к банным печам, и может использоваться в индивидуальных, сельских банях, банях городского типа и банях спортивно-оздоровительных комплексов, а также для отопления помещений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны печи закрытого типа, например в металлическом корпусе. По высоте такая печь разделена на три зоны: нижняя служит топкой, средняя каменкой, верхняя предназначена для нагрева воды. Кожух печи в зонах топки и каменки выкладывают внутри красным кирпичом на ребро. Над топкой на срезы реек укладывают камни. Воду в каменку подают через боковое отверстие в кожухе, предназначенное для отвода пара, закрытый дверцами. Над каменкой размещают емкость с крышкой, вода в которой нагревается дымовыми газами, выходящими через дымоход. Преимущества такого расположения емкости для нагрева воды заключается в том, что большое количество тепла отдается камням и вода не закипает, тем самым поддерживается низкая относительная влажность воздуха бани, (см. И. Шульгин. Вы строите баню, Киев, «Урожай», 1993, с. 82). Однако, теплоемкость такой печи низкая и она не может быть использована для больших помещений.
Известны металлические печи, например печь-каменка конструкции Михайлова (см. И. Шульгин. Вы строите баню, Киев, «Урожай», 1993, с. 88). Печь сваривают из стальных листов толщиной 35 мм. У нее две дымоходы: основной предназначен для топки, дополнительный для выпуска дыма и угарного газа, когда баня уже натоплена, а дрова еще не прогорели. Печь состоит из топки с поддувалом, каменки и трубы. В комплект входят две задвижки большая и малая, решетка каменки и решетка поддувала. На переднем выступе печи над топкой устанавливают бак для горячей воды. Во время топки печи вода в баке нагревается почти до кипения. Когда печь топится, открытой оставляют только большую задвижку во фланце на трубе, малая задвижка закрыта. Когда дрова почти догорели, можно открыть малую задвижку, а большую закрыть. Остаточный дым и угарный газ пройдут по второму каналу, минуя каменку. Открыв дверцу каменки и плеснув 1-2 стакана горячей воды на камни, получают сухой горячий пар. Печь устанавливают не ближе, чем на 25 см от стены. Для уменьшения нагрева стены внутреннюю поверхность топки, обращенной к стене, выкладывают кирпичом на ребро. Это не позволяет печи с этой стороны накаляться докрасна. Такая конструкция печи имеет следующие недостатки:
Вдоль стены с зазором 5 см устанавливают плоский асбестоцементный лист или стальной лист на высоту печи. Асбестоцемент вреден для здоровья;
- При температуре воздуха выше 80°C возможен ожог носоглотки и бронхов, а при 150°C образуется жесткое инфракрасное излучение, вредное для здоровья, а в воздухе происходит выгорание органических составляющих и кислорода.
При установке любой металлической печи необходимо осуществить следующие противопожарные мероприятия: наружные поверхности печи, труб, дымовых каналов, которые близко расположены к горючим конструкциям, изолируют теплоизоляционными негорючими материалами, например кирпичом (что значительно удорожает конструкцию), или асбестом, который вреден для здоровья.
Известная универсальная печь из металла, содержащая топку с поддувалом, над которой размещена каменка закрытого типа и дымоход, которая отличается тем, что стенки универсальной печи выполнены двойными с возможностью заполнения пространства между ними водой или другим теплоносителем, при этом внешние стенки универсальной печи снабжены устройствами для подвода и отвода теплоносителя, а каменка в верхней части снабжена отверстиями для подачи воды и отвода водяного пара. (UA №92441, опубл. 25.10.2010, Бюл. №20).
Известная банная печь выбрана прототипом. Прототип и заявленная полезная модель, имеют следующие общие признаки:
- Топка;
- Дымоход;
- Каменка;
- Двойные стенки печи с возможностью заполнения пространства между стенками водой или другим теплоносителем;
- Наружные стены печи снабжены устройствами для подвода и отвода теплоносителя.
Однако, указанный прототип имеет ряд недостатков, в частности необходимость использования высокого дымохода, что значительно сужает возможности использования печи. Также отдельное расположение каменки не позволяет эффективно использовать энергию сгорающего топлива.
СУТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В основу изобретения поставлена задача создания более экономичной в эксплуатации и более эффективной печи, которую можно использовать как для банных процедур, так и для отопления.
Поставленная задача решается тем, что заявлено банно-отопительную печь, содержащую корпус, дымоход и топку, над которой размещена емкость с теплоаккумулирующим материалом (каменкой), дымоход погружено в топку, а каменка расположена вокруг дымохода.
Корпус печи представляет собой водно-паровую систему с двойными стенками, одна из которых образует топку, а другая - корпус печи, а пространство между ними заполнено водой и паром.
Водно-паровая система оснащается устройствами подведения-отвода воды и устройством отвода полученного пара.
Новым в заявленной полезной модели является то, что дымоход печи погружен внутрь топки печи и обложен вокруг теплоаккумулирующим материалом (каменкой) и вместе образуют единую систему, которая позволяет создать «топливный колпак».
Такой колпак способствует сгоранию пиролизных газов, образованных при сгорании топлива, повышает КПД печи и позволяет отобрать у дымовых газов (продукты сгорания топлива) почти всю их температурную энергию и направить ее непосредственно на нагрев воды и пара. При этом каменка находится в самом горячем месте печи - вокруг дымохода, что позволяет ей нагреваться до высоких температур за короткое время без необходимости добавления нового топливного материала.
Такая конструкция значительно повышает эффективность использования тепловой энергии при сгорании топлива. Применение в конструкции печи топливного колпака позволяет получить КПД при сгорании топлива, который нельзя достичь для прямоточных печей.
Конструкция дымохода, а именно его расположение внутри топки, дает возможность использовать дымоход не только как приспособление для отвода дыма, но и как насос для уже остывающих дымовых газов и выталкивать их наружу, то есть тяга для дыма создается внутри печи и ей не нужен длинный дымоход, который есть у остальных печей, что позволяет использовать бюджетные варианты дымоходов.
Дополнительно печь может содержать предохранительный гравитационный клапан в водно-паровой системе для предупреждения критического поднятия давления теплоносителя в системе и повреждения печи.
Дополнительно в качестве системы подвода теплоносителя может использоваться резервуар, уровень теплоносителя в котором находится на одном уровне с теплоносителем в печи, где уровень теплоносителя в водно-паровой системе поддерживается за счет резервуара по принципу сообщающихся сосудов, а уровень теплоносителя в самом резервуаре поддерживается за счет системы, контролирующий уровень воды, например поплавковой.
В качестве пароперегревателя в печи может использоваться теплоаккумулирующий материал, расположенный вокруг дымохода и соединенный с водно-паровой системой каналом.
Дополнительно в качестве устройства для отвода пара используется гибкий теплоизолированный шланг.
ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен внешний вид печи в продольной разрезе.
На фиг. 2 изображена банно-отопительная печь, вариант ее подключения, а также приспособления к печи.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ И ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ
Банно-отопительная печь выполнена в виде металлической емкости с двойными стенками, которые выполнены с возможностью заполнения пространства между стенками водой или другим теплоносителем. Внешняя стенка печи снабжена устройствами для подачи и отвода теплоносителя. Над топкой размещено теплоаккумулирующий материал (каменка) и дымоход.
Печь включает в себя отверстие для закладки топлива в топку 1, самую топку 2, над которой размещена каменка 3. Каменка печи образована погруженной внутрь топки металлической емкостью, одной из стенок которой является дымоход 4, а также верхней стенкой печи.
Каменку можно условно разделить на две части - высокотемпературная «нижняя» каменка 3 и низкотемпературная «верхняя» каменка ЗА, расположенная сверху печи. Верхние камни нагреваются от верхней стенки печи до относительно невысокой температуры, поэтому они практически не создают конвекционных потоков и не перегревают баню.
Верхний слой каменки прекрасно подходит для испарения ароматических настоек, а также играет роль «крышки» для нижнего, высокотемпературного слоя каменки.
Высокотемпературная «нижняя» каменка располагается в самом горячем месте топки, что обусловливает нагрев до 400-600°C (зависит от свойств теплоаккумулирующего материала каменки).
Корпус печи выполнен с двойными стенками: внутренняя 5 и внешняя 6 с возможностью заполнения пространства 7 между стенками водой или другим теплоносителем. Внутренняя стенка формирует топку печи 2.
Внешняя стенка 6 снабжена устройствами для подвода и отвода воды 8 и устройствами для отвода пара 10.
В верхней части печи имеется предохранительный гравитационный клапан 11 для предупреждения критического поднятия давления теплоносителя в водно-паровой системе и как следствие повреждения печи.
Печь оборудована дымоходом 4, который погружен в топку 2 и обложен вокруг теплоаккумулирующим материалом (каменкой) и образует единую систему, которая создает «топливный колпак» 12.
Полезная модель работает следующим образом. В топку 2 через отверстие 1 помещается топливо и поджигается.
За счет эффекта конвекции и лучевого тепла от топлива, пиролизные газы, образующиеся при сгорании дров в топке 1, нагревают теплоаккумулирующий материал (каменку) 3, дымоход 4, внутреннюю стенку печи 5 и воду, находящуюся в пространстве 7 между двойными стенками печи (5 и 6), которая при нагреве выше 100°C превращается в пар.
В результате, за счет перепада давлений в водно-паровой системе и атмосферным воздухом в парильном помещении, в парную через устройства отвода пара 10 поступает полученный пар с температурой 110-140°C, однако окончательная температура зависит от уровня воды в печи и тепловой мощности топлива в печи.
В качестве пароперегревателя в печи может использоваться теплоаккумулирующий материал (каменка), соединенный с водно-паровой системой каналом 9.
К устройствам отвода пара могут присоединяться различные приспособления для использования пара. Например, таким приспособлением может быть гибкий теплоизолированный шланг 13 в качестве парового душа.
Вода подается в водно-паровую систему через устройство 8 со стороннего резервуара и поддерживается в водно-паровой системе на соответствующем уровне с водой в резервуаре по принципу сообщающихся сосудов, а уровень воды в самом резервуаре - за счет системы, контролирующей уровень воды 14, например поплавковой.
Водно-паровая система выполняет также термостабилизирующую функцию для топки, в результате чего материал стенок топки не перегревается, что значительно увеличивает срок эксплуатации печи. В свою очередь, температура внешней стенки печи не нагревается до температур выше 140°C. Таким образом, печь не может перегреть парную и является источником низкотемпературного («мягкого») теплового излучения, способствует равномерному и глубокому прогреванию тела человека без вредных явлений, сопровождающих другие печи, в частности без неуправляемой конвекции и перегрева воздуха в парной.
Далее, дымовые газы, остывая, за счет созданной дымоходом тяги, втягиваются в него и направляются наружу за пределы помещения.
Когда печь перестают топить, то вода, находящаяся в пространстве 7 между стенками 5 и 6, остывая, обсушивает помещение бани.
Печь также можно использовать для отопления любых помещений и для получения горячей воды. Для этого через устройства 8 для подвода и отвода теплоносителя осуществляют подключение любой замкнутой отопительной системы 15 или осуществляют забор воды.
Банно-отопительная печь удобна в изготовлении, экономична в эксплуатации и при использовании создает комфортные условия для посетителей бани.
Наличие колпака и внутреннего дымохода делает банно-отопительную печь нечувствительной к типу и высоте внешнего дымохода. Внешний дымоход может иметь любую длину и предназначается только для отвода дымовых газов за пределы помещения. За счет повышенного использования тепловой энергии, полученной от сгорания топлива, температура дымовых газов в печи невысокая, чем обусловливается также пожаробезопасность печи.