УСТРОЙСТВО ПАРОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ КОНВЕКЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ПАРОВЫХ БАННЫХ ПРОЦЕДУР, ПАРОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПАРОВЫХ БАННЫХ ПРОЦЕДУР И УВЛАЖНИТЕЛЬ ВОЗДУХА ДЛЯ ПАРОВЫХ БАННЫХ ПРОЦЕДУР
CONVECTION-TYPE STEAM-GENERATING DEVICE FOR STEAM BATH PROCEDURES AND AIR HUMIDIFIER FOR STEAM BATH PROCEDURES

Группа изобретений относится к области тепловой техники, а именно к парообразующим устройствам, и может быть использована для создания банных паровых кондиций при использовании веничного массажа или иных процедур с поддержанием в парном помещении влажности, необходимой для парения.
Известен парообразователь для бани, содержащий испаритель с нагреваемой источником тепла металлической поверхностью испарения, на которую подается вода. Поверхность испарения выполнена в виде конической поверхности, направленной вершиной вверх, при этом парообразователь снабжен кожухом, охватывающим конус испарителя с образованием вокруг него замкнутой кольцеобразной полости, открытой сверху для подачи воды (см. патент RU №99598, F24C 15/34, F24C 13/00, F24B 1/00, 2010).
Данное решение имеет недостатки. Конструкция из множества элементов является материалоемкой и сложной в изготовлении, что значительно увеличивает стоимость и трудовые затраты. Парообразователь используется только как самостоятельное изделие, поэтому в банном помещении требуется использовать дополнительные устройства, что ограничивает его функциональное применение. Отсутствие конвекционных потоков приводит к медленному выходу пара из устройства и его зависанию в одной зоне. Это увеличивает время от образования пара до его применения, а значит пар теряет свои первоначальные свойства. Малая поверхность верхней части конуса будет быстро остывать, что при повторных поддачах приводит к получению крупнодисперсного пара, а не более качественного по свойствам мелкодисперсного. Отсутствие слива воды в нижней части конуса будет приводить к простому кипению воды и образованию крупнодисперсного влажного пара. Кожух парообразователя, охлаждаемый от наружного воздуха, вместо догрева пара будет обеспечивать конденсацию воды, что снижает качество пара.
Известен парообразователь для бани, представляющий собой камеру, обеспечивающую испарение воды с металлической поверхности, образованную нагреваемой поверхностью печи или топки и металлическими профилированными элементами-испарителями, расположенными один над другим с образованием отсеков камеры и имеющими отверстия для перетекания воды из верхнего отсека в нижний. Камера может быть снабжена торцевыми стенками. Верхняя часть камеры может быть снабжена отверстием для впуска воды, а нижняя - отверстием для выпуска воды (см. патент RU №2310135, F24B 9/00, 2007). Принят за прототип первого и второго изобретений группы.
Однако профильные элементы на стеках топки выполнены закрытыми снизу и имеют только отверстия для слива неиспарившейся воды в нижние элементы. Это препятствует свободному прохождению через данные элементы конвекционных потоков. Пар, получаемый в единицу времени в виде насыщенного облака, медленно перемещается в зону парения только за счет собственной подъемной силы, быстро перемешивается с воздушной массой, не создавая необходимых кондиций. Лишняя вода, не участвующая в парообразовании, сливается на пол помещения, что не рационально. Недостатком является также то, что на испарение работает только незначительная часть нагретых поверхностей, соприкасающихся с водой. В большей степени - это поверхности, образующие верхнюю камеру испарения, куда подается порция воды. Поверхности последующих камер работают только в нижней своей части, где задерживается вода.
Известна многофункциональная печь, содержащая открытую сверху металлическую емкость для воды, сопряженную с металлическим корпусом, нагреваемым расположенным внутри него источником тепла и снабженным снаружи экраном-конвектором с образованием полости между боковой поверхностью корпуса и конвектором (см. патент RU №70966, F24C 1/16, 2008). Принят за прототип третьего изобретения группы.
Недостатком данного решения является невозможность равномерно и быстро распределить влагу по объему парного помещения в результате ее естественного испарения.
Задачей, решаемой первым предложением, является повышение эффективности паровых банных процедур путем использования движения конвекционных потоков и развития поверхности теплообмена для получения эффективной паровоздушной смеси, не имеющей эффекта конденсации, и дополнительного увлажнения воздуха.
Технический результат первого предложения заключается в повышении эффективности парообразования, повышении качества пара, улучшении условий эксплуатации устройства, обеспечении возможности получения эффективной паровоздушной смеси, не имеющей эффекта конденсации, возможности дополнительного увлажнения воздуха, повышающих эффективность паровых банных процедур.
Получено усиление эффекта от порций подач пара для парения и веничного массажа, упрощена конструкция устройства, снижены производственные и эксплуатационные расходы, сокращено время прогрева помещения и образования пара, ускорено перемещение паровоздушной смеси в область парения, обеспечены возможность поддержания оптимальных режимов влажности в помещении, отсутствие сброса неиспарившейся воды на пол, усиление прочности конструкции.
Задачей, решаемой вторым предложением, является повышение эффективности паровых банных процедур путем использования движения конвекционных потоков и развития поверхности теплообмена для получения эффективной паровоздушной смеси, не имеющей эффекта конденсации. Технический результат второго предложения заключается в повышении эффективности парообразования, повышении качества пара, улучшении условий эксплуатации устройства, обеспечении возможности получения эффективной паровоздушной смеси, не имеющей эффекта конденсации, повышающих эффективность паровых банных процедур.
Задачей, решаемой третьим предложением, является расширение функциональных возможностей паровых банных процедур и повышение их эффективности путем создания конструкции увлажнителя для паровых банных процедур для дополнительного увлажнения воздуха.
Технический результат третьего предложения заключается в повышении качества пара, достижении оптимальных режимов влажности в помещении, исключении пересушивания воздуха в период между парениями, возможности сброса неиспарившейся воды в емкость увлажнителя, повышающих эффективность и функциональные возможности паровых банных процедур, эффективность работы парогенерирующего устройства.
Сущность первого изобретения группы заключается в том, что в устройстве парогенерирующем конвекционного типа для паровых банных процедур, содержащем, по меньшей мере, один парогенератор, представляющий собой камеру, обеспечивающую испарение воды с металлической поверхности, включающую стенку, одновременно являющуюся поверхностью корпуса источника тепла, нагреваемой от расположенного внутри корпуса источника тепла, и элементы-испарители для подачи на них воды, расположенные на стенке с формированием тепловых отсеков камеры, выполненной с возможностью впуска воды и выпуска пара в верхней части, перетекания воды по тепловым отсекам и выпуска неиспарившейся воды в нижней части, особенность состоит в том, что корпус источника тепла снабжен конвектором, поверхность конвектора образует наружную стенку парогенератора, размещенную поверх элементов-испарителей, в качестве которых выполнены наклонные направляющие пластины чередующими друг друга с различными уклонами ступенями с разрывами между ними для прохождения конвекционных воздушных потоков через тепловые отсеки, а в нижней части парогенератор выполнен с возможностью доступа в него воздуха, при этом корпус источника тепла снаружи дополнительно снабжен увлажнителем, для этого открытая сверху емкость из нержавеющей стали для воды сопряжена с нижней частью стенки корпуса, над емкостью в верхней части стенки корпуса размещен приемник для впуска воды с направляющим каналом вдоль стенки корпуса для подвода воды в емкость, а между стенкой корпуса и конвектором образована камера увлажнителя. Парогенератор выполнен предпочтительно из нержавеющей стали. Конвектор преимущественно закреплен к корпусу источника тепла. Внутри корпуса могут быть расположены различные источники тепла, в том числе электрический, или на твердом топливе, или на газообразном топливе, или на жидком топливе. Также парогенератор предпочтительно выполнен с возможностью вывода неиспарившейся воды наружу с помощью нижней направляющей пластины. Корпус источника тепла дополнительно может быть снабжен каменкой с камнями. Особенность и в том, что устройство желательно содержит два парогенератора, которые расположены на боковых стенках корпуса источника тепла. В этом случае увлажнитель преимущественно размещен в области задней стенки корпуса источника тепла. При этом нижняя направляющая пластина каждого парогенератора для вывода неиспарившейся воды желательно направлена в емкость увлажнителя. Каждый парогенератор предпочтительно снабжен в верхней части приемником для подачи воды на направляющие пластины. Также каждый парогенератор может быть снабжен в торце передней нижней части приемником для доступа воздуха, в частности, приемник для доступа воздуха может быть выполнен регулируемым. Кроме этого, каждый парогенератор желательно дополнительно снабдить торцевыми стенками.
Сущность второго изобретения группы заключается в том, что в парогенераторе для паровых банных процедур, содержащем камеру, обеспечивающую испарение воды с металлической поверхности, включающую стенку, одновременно являющуюся поверхностью корпуса источника тепла, нагреваемой от расположенного внутри корпуса источника тепла, и элементы-испарители для подачи на них воды, расположенные на стенке с формированием тепловых отсеков камеры, выполненной с возможностью впуска воды и выпуска пара в верхней части, перетекания воды по тепловым отсекам и выпуска неиспарившейся воды в нижней части, наружная стенка камеры образована поверхностью конвектора, которым снабжен корпус источника тепла, и размещена поверх элементов-испарителей, в качестве которых выполнены наклонные направляющие пластины чередующими друг друга с различными уклонами ступенями с разрывами между ними для прохождения конвекционных воздушных потоков через тепловые отсеки, а в нижней части парогенератор выполнен с возможностью доступа в него воздуха. Парогенератор предпочтительно выполнен из нержавеющей стали. В верхней части камеру желательно снабдить приемником для подачи воды на направляющие пластины. В торце передней нижней части камера может быть снабжена приемником для доступа воздуха, например, регулируемым. Дополнительно камера предпочтительно снабжена торцевыми стенками. Также камера предпочтительно выполнена с возможностью вывода неиспарившейся воды наружу с помощью нижней направляющей пластины.
Сущность третьего изобретения группы заключается в том, что в увлажнителе воздуха для паровых банных процедур, содержащем открытую сверху металлическую емкость для воды, сопряженную с металлическим корпусом, нагреваемым расположенным внутри него источником тепла и снабженным снаружи конвектором с образованием полости между боковой поверхностью корпуса и конвектором, особенность состоит в том, что емкость для воды сопряжена с нижней частью стенки, одновременно являющейся боковой поверхностью корпуса источника тепла, оборудована приемником, который размещен в верхней части указанной стенки и снабжен направляющим каналом для подачи в емкость воды, а полость между указанной стенкой и конвектором представляет собой камеру увлажнителя. Увлажнитель выполнен предпочтительно из нержавеющей стали.
Данная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат.
Использование в парогенераторе наружной стенки, одновременно являющейся стенкой конвектора и приемника для поступления воздуха, обеспечивает движение конвекционных потоков через парогенератор. Использование регулируемого приемника для поступления воздуха позволяет регулировать конвекционный поток. Использование конвекционных потоков воздуха исключает образование тяжелого и мокрого воздуха и позволяет получать пар повышенного качества для паровых банных процедур. Создание конвекционных потоков существенно ускоряет процесс нагрева воздуха. Кроме этого, стенка конвектора экранирует жесткое инфракрасное излучение, исходящее от раскаленных стенок корпуса. Использование в качестве элементов-испарителей наклонных направляющих пластин чередующими друг друга с различными уклонами ступенями с разрывами для прохождения конвекционных воздушных потоков через тепловые отсеки позволяет конвекционным потокам воздуха перемешиваться с паром с дополнительным прогревом паровоздушной смеси о раскаленную поверхность корпуса источника тепла, ускорить ее перемещение в область парения, а также удлинить путь прохождения воды, увеличивая поверхность теплообмена, и следовательно, увеличить теплоотдачу. При этом направляющие пластины обеспечивают также направление движения потоку воды и конвекционному воздушному потоку. Кроме этого, направляющие пластины выполняют роль ребер жесткости, поскольку придают дополнительную прочность стальной конструкции. Перемешивание конвекционных потоков с паром создает эффективную паровоздушную смесь, которая не имеет эффекта конденсации за счет дополнительного прогрева образовавшейся паровоздушной смеси в тепловых отсеках от раскаленных стенок корпуса источника тепла, что исключает образование тяжелого и мокрого пара и позволяет получать «легкий» перегретый более качественный пар для парения. Выполнение последней направляющей пластины-испарителя, направленной в емкость увлажнителя, позволяет сбросить излишнюю неиспаренную воду не на пол, как у прототипа, а в открытую емкость. Конструкция парогенератора обеспечивает эффективное испарение воды, а конструкция элементов-испарителей с развитой поверхностью теплообмена увеличивает площадь контакта воды с ними. Обеспечивает перетекание воды по увеличенному пути. При этом испарение воды за счет большей площади контакта происходит более интенсивно. Выполнение из нержавеющей стали снижает наличие ионов железа в паре. Предложенная простая и технологичная конструкция парогенератора в виде камеры с тепловыми отсеками с развитой поверхностью теплообмена позволяет оптимально использовать все отсеки камеры в процессе парообразования, а также создавать различные варианты конструкций многосекционных парогенераторов, адаптированных к конфигурации нагреваемых поверхностей печей или топок. Использование в парогенераторе торцевых стенок повышает температуру в камере и увеличивает площадь поверхности камеры, повышая эффективность парообразования. Наличие приемников для впуска воды повышает удобство использования парообразователя. Совмещение одной стенки парогенератора с поверхностью корпуса источника тепла упрощает и удешевляет парогенератор. Выполнение парогенератора из качественного материала - нержавеющей стали позволяет уменьшить толщину стенок, что не приводит к удорожанию изделия и обеспечивает ему лучшее прогревание. В результате повышается эффективность процесса парообразования. Наличие в конструкции парогенерирующего устройства увлажнителя позволяет не только использовать неиспарившуюся воду, сброшенную парогенератором, но и поддерживать влажность в помещении на уровне требуемых для принятия банных паровых процедур, что облегчает и повышает эффект от порций поддач пара для веничного массажа и парения. Кроме этого, неиспарившаяся вода не сбрасывается на пол, а сливается в емкость увлажнителя и участвует в дополнительном увлажнении парного помещения, исключая пересушивание воздуха в период между парениями. Тем самым достигается отсутствие влаги под устройством и пополнение емкости увлажнителя. Выполнение емкости увлажнителя открытой обеспечивает свободный выход из нее пара, который при движении догревается от раскаленной поверхности корпуса источника тепла в камере увлажнителя. Использование в увлажнителе приемника с каналом для подачи воды позволяет самостоятельно легко заполнить емкость увлажнителя водой, что повышает удобство эксплуатации. Размещение емкости увлажнителя у поверхности корпуса источника тепла способствует интенсивному ее обогреву, что приводит к быстрому испарению воды с образованием влажного пара. Возможность быстрого увлажнения, совмещенная с быстрым выходом паровоздушной смеси из парогенератора, позволяет создать в банном помещении кондиции, хорошо подходящие для активного парения в бане, поскольку паровоздушная смесь мелкодисперсная и увлажненная.
На фиг. 1 представлена схема устройства парогенерирующего с источником тепла на твердом топливе, разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - схема устройства парогенерирующего, фронтальный вид возможного исполнения парогенератора, установленного на боковой поверхности топки; на фиг. 3 - схема устройства парогенерирующего, вид сзади.
Устройство парогенерирующее конвекционного типа для паровых банных процедур представляет собой сборную конструкцию и содержит, по меньшей мере, один парогенератор (не указано), каждый из которых размещен на поверхности корпуса 1, оборудованного внутри источником тепла (не указано), и увлажнитель (не указано). Парогенератор представляет собой камеру 2, которая обеспечивает испарение воды с металлической поверхности, выполненной преимущественно из нержавеющей стали, в том числе жаростойкой нержавеющей стали. Камера 2 включает стенку 3, одновременно являющуюся поверхностью корпуса 1, элементами-испарителями, на которые подают воду, и снабжена снаружи стенкой 4, одновременно являющейся поверхностью конвектора, которым снабжен корпус 1. Элементы-испарители расположены на стенке 3 с формированием тепловых отсеков 5 в камере 2. В качестве элементов-испарителей выполнены наклонные направляющие пластины 6 чередующими друг друга с различными уклонами ступенями с разрывами между ними для прохождения конвекционных воздушных потоков через тепловые отсеки. Стенка 4 размещена поверх пластин 6 и закреплена, в частности, к поверхности корпуса 1, например, закрепление выполнено через шпильки (не указано). Стенка 3 нагревается от источника тепла (не указано), расположенного внутри корпуса 1. Устройство может быть оборудовано различными источниками тепла: электрическим, или на твердом топливе, или на газообразном топливе, или на жидком топливе, например дизельном, и др. Парогенератор выполнен с возможностью впуска воды и выпуска пара в верхней части камеры 2, перетекания воды по тепловым отсекам 5, выпуска неиспарившейся воды и доступа в него воздуха в нижней части камеры 2. Для этого парогенератор может быть, в частности, снабжен вверху приемником 7 (например, воронкой) для подачи воды на направляющие пластины 6, а в торце передней нижней части - приемником 8 (в том числе, регулируемым приемником 8) для доступа воздуха. Парогенератор выполнен предпочтительно с возможностью вывода неиспарившейся воды с помощью нижней направляющей пластины 6. При необходимости парогенератор дополнительно снабжен торцевыми стенками (не показано), которые желательно выполнить из нержавеющей стали. Корпус 1 источника тепла снабжен снаружи увлажнителем (не указано). Увлажнитель представляет собой открытую сверху емкость 9 из нержавеющей стали для воды, которая сопряжена с нижней частью стенки 10, одновременно являющейся поверхностью корпуса 1 источника тепла (например, задней стенкой корпуса 1), при этом над емкостью 9 в верхней части стенки 10 корпуса 1 размещен приемник 11 (например, воронка) для впуска воды с направляющим каналом 12 вдоль стенки 10 для подвода воды в емкость 9, и камеру (не показано) увлажнителя - полость между стенкой 10 и конвектором. При этом нижняя направляющая пластина 6 для вывода неиспарившейся воды направлена в емкость 9 увлажнителя. Корпус 1 источника тепла может быть дополнительно снабжен каменкой с камнями.
Движение конвекционных потоков через парогенератор и движение воды по чередующимся с разными уклонами пластинам 6 являются его принципиальным отличием от других конструкций парогенераторов. Конструкция парогенератора может устанавливаться как на поверхности твердотопливной печи, так и на поверхности печи с другими источниками тепла (энергии): электрическим, газовым, дизельным и т.д.
ПРИМЕР. Устройство включает два парогенератора, смонтированные с помощью сварки и шпилек на боковых стенках 3 топки с источником тепла на твердом топливе, и увлажнитель, размещенный у задней стенки 10. Каждый парогенератор снабжен приемником 7 (приемной воронкой) для подачи воды на пластины 6, который установлен у задней стенки 10 топки. В парогенераторе стенка 3 является боковой стенкой топки, а стенка 4 - стенка конвектора. Торцы парогенератора закрыты вертикальными пластинами. В камере 2 парогенератора сформированы тепловые отсеки 5, в которых испаренная с направляющих пластин 6 вода смешивается с конвекционными потоками воздуха и образует паровоздушную смесь, которая дополнительно догревается и устремляется по конвекционному движению вверх. В нижней части парогенератор открыт для свободного доступа воздуха. В данном случае в передней нижней части в торце камеры 1 установлен регулируемый приемник 8 для поступления воздуха. Поверхность (стенка 3) топки, на которой смонтированы парогенераторы, изготовлена из жаростойкой нержавеющей стали. Стенка 3 между пластинами 6 - это тепловые отсеки 5 для дополнительного прогрева паровоздушной смеси. Стенка 4 является стенкой конвектора и закреплена поверх направляющих пластин 6 через шпильки к поверхности топки. Нижняя направляющая пластина 6 имеет выход в емкость 9 увлажнителя, закрепленную к нижней части задней стенки 10 топки. Это позволяет сбросить излишнюю неиспаренную воду не на пол, как у прототипа, а в емкость 9 увлажнителя. Тем самым достигается отсутствие влаги под топкой и пополнение емкости 9 увлажнителя. Емкость 9 увлажнителя выполнена из нержавеющей стали и при необходимости может быть самостоятельно заполнена водой через приемную воронку (приемник 11) с направляющей трубой (каналом 12).
Данный пример выполнения не ограничивает возможности применения в устройстве топки на жидком или газообразном топливе или электрического источника тепловой энергии для нагревания элементов-испарителей, различных конфигураций корпусов источника тепла, различных конфигураций парообразователей.
Устройство парогенерирующее конвекционного типа работает следующим образом.
В верхнюю часть камеры 2 через приемник 7 в период парения подается порциями вода. Вода стекает по наклонным направляющим пластинам 6, которые раскалены от контакта с поверхностью корпуса 1 - стенки 3. Пар, испарившийся с направляющих пластин 6, подхватывается конвекционными потоками воздуха и образуется паровоздушная смесь, которая дополнительно прогревается в тепловых отсеках 5 от стенки 3. Это исключает образование тяжелого и мокрого пара и позволяет получать «легкий» перегретый более качественный пар для парения. Излишняя (неиспарившаяся) вода выводится из парогенератора наружу с помощью нижней направляющей пластины 6 и сбрасывается в емкость 9 увлажнителя, где постепенно испаряется. Свободно выходя из емкости 9, пар догревается от раскаленной стенки 10 в камере увлажнителя. При необходимости вода может быть добавлена в емкость 9 в любое время через приемник 11 и направляющий канал 12. Парогенератор выдает порцию пара в момент подачи воды и тем самым создает требуемое увлажнение в нужном количестве в единицу времени в момент парения, что необходимо при использовании парения с веником или другими видами активного парения. Данный процесс получения пара дополняет или заменяет процесс получения пара с разогретых камней каменки. Разогрев парогенератора идет значительно быстрее, нежели нагрев каменки, что позволяет приступить к банным процедурам при необходимой температуре в парном помещении. Если сравнивать с каменкой, камни всегда значительно дольше нагреваются, и на момент, когда уже можно получать качественный пар (который обычно получается с разогретых материалов температурой около 300°C), печь уже перегревает помещение до температур, не комфортных для парения. В прототипе пар быстро перемешивается с воздушной массой, не создавая необходимых кондиций. В нашей разработке учтены возможности постоянного поддерживания необходимой для банных процедур влажности за счет того, что конвекционные потоки воздуха сразу в конструкции парогенератора перемешиваются с паром, создавая эффективную паровоздушную смесь, которая не имеет эффекта конденсации, за счет дополнительного прогрева паровоздушной смеси в тепловых отсеках 5 парогенератора. В отличие от прототипа неиспарившаяся вода может не сбрасываться на пол при подаче воды, а сливаться в емкость 9 увлажнителя. Вода, поступающая в емкость 9 из парогенератора или залитая через приемник 11, испаряется, догревается от стенки 10 в камере увлажнителя и свободно выходит в виде пара из увлажнителя.
Парогенератор не требует герметичного исполнения, прост в изготовлении и удобен в эксплуатации.
Предлагаемые устройства являются универсальными, не требовательны к качеству воды по составу ее солей жесткости, позволяют создавать банные паровые кондиции при использовании веничного массажа или иной процедуры с поддержанием в парном помещении оптимальной влажности, необходимой для парения.