Русская печь с бесконтактной теплоизоляцией горнила и лежанкой, прогреваемой дымовым каналом от горнила

Полезная модель относится к бытовым отопительно-варочным печам и предназначена для отопления жилых помещений, преимущественно индивидуальных жилых и дачных домов и приготовления пищи по рецептам русской кухни.
В наших историко-географических условиях прижилась конструкция печи, которую сегодня мы называем Русская печь, (например, https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%87%D1%8C). Топка Русской печи - горнило, имеет исторически выверенные конструктивные элементы для приготовления пищи по также исторически отработанным кулинарным рецептам. Лежанка традиционной Русской печи тоже исторически занимает однозначное место расположения: над горнилом, потому что появилась как внешняя верхняя поверхность перекрытия горнила. Русская печь топится дважды в день с осени до весны. Такой режим обеспечивает ее исторические качества. Современная потребность в Русской печи не столь регулярна. При эпизодическом пользовании, для того чтобы традиционную Русскую печь в несколько тонн подготовить от холодного состояния до необходимого температурного режима, требуется много времени, почти сутки.
Таким образом, недостатком традиционной Русской печи с точки зрения современного пользователя является длительное время протопки, а также невозможность размещения лежанки в другом месте, кроме однозначного расположения над горнилом.
Чтобы уменьшить время подготовки печи до требуемого температурного режима, а также для увеличения времени сохранения тепла в горниле, в некоторых современных конструкциях Русской печи (например, https://pechi-kaminy.ru/catalog/barbekyu_-tandiri-html.html) горнило отделяется от корпуса печи теплоизоляционными материалами и фольгой.
Следует заметить, что всякий теплоизоляционный материал представляет собой совокупность множества мелких воздушных полостей, удерживаемых некоторым веществом, например, вспененными полимерными материалами или волокнами ваты. Всякое твердое вещество, в том числе волокна обладают большей теплопроводностью, чем воздух. Поэтому результирующая теплопроводность всякого теплоизолирующего материала выше теплопроводности неподвижного воздуха, то есть теплопроводность увеличивается. Использование фольги в качестве отражателя тепла дает результат только тогда, когда между источником излучения и фольгой-отражателем есть некоторая дистанция. Если источник теплового излучения касается, т.е. имеет контакт с фольгой - потенциальным отражателем теплового излучения, то такой отражатель не работает как отражатель, он контактно нагревается от этого источника тепла.
Таким образом, недостатком конструкции известной печи является невысокая степень теплоизоляции горнила.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемой Русской печи является камин с лежанкой по патенту на полезную модель 84511, F24B 1/18, принятый за прототип.
Камин-прототип содержит массив камина с топкой и дымоходом, снабженным шибером. От дымохода камина ответвляется «петля» дымохода лежанки, снабженная шибером и расположенная под массивом лежанки. Дымоход лежанки сверху перекрыт плитами из камня, обладающего высокой теплоемкостью, например, талькохлорита или жадеита, которые сохраняют тепло долгое время. Портал топки камина снабжен стеклянной дверцей, сквозь которую виден огонь в камине. Дверца удобна тем, что она находится у топки и может быть выполнена просто из стекла на петлях или опускающимся стеклом, а также в рамке. При этом стекло используется термостойкое.
В зависимости от интерьерных особенностей помещения, в котором сооружен камин с лежанкой, массив лежанки может быть расположен по отношению к порталу камина как сбоку (слева или справа), так и сзади, а также над массивом камина.
Функционирование устройства-прототипа происходит следующим образом.
Растапливают топку камина при открытом шибере. После прогрева каминной топки можно перекрывать этот шибер до положения, не допускающего выхода дыма из топки в помещение. Шибер дымохода лежанки при этом полностью открыт.Шибер лежанки нужен для дозирования нагрева лежанки. В закрытом положении шибера лежанки тепло от дымовых газов в лежанку не поступает.
Каминная топка устроена так, что у нее нет перекрытия. Вместо этого задняя стенка каминной топки наклонена вперед к порталу камина, и по этой стенке дым скользит без турбулентности для быстрейшего удаления дыма в дымосборник, далее в трубу. По этой же причине глубокая топка камину не требуется. Время пребывания горячего дыма в топке камина короткое. Поэтому накопить тепло, достаточное для приготовления блюд русской кухни, в каминной топке невозможно.
Для приготовления блюд по рецептам русской кухни необходимо накопить достаточное количество тепловой энергии в кирпичной массе топки. Топка-горнило Русской печи имеет не только массивные стенки, а еще и массивное перекрытие, которое тоже накапливает тепло. Перекрытие расположено на небольшой высоте от пода топки и излучает накопленное тепло на продукты готовки. Топка-горнило Русской печи более глубокая, чем топка камина. Глубина перекрытой топки-горнила увеличивает время пребывания горячего дыма в объеме топки. За это время кирпичная масса горнила успевает накопить больше тепловой энергии.
Недостатком камина-прототипа является то, что в нем невозможно испечь хлеб, приготовить блюда по рецептам русской кухни как в топке-горниле Русской печи.
Задача - создание конструкции Русской печи для удовлетворения потребностей сегодняшнего времени: существенное сокращение времени протопки печи, а также увеличение времени сохранения тепла в горниле для достижения всех необходимых качеств, присущих аутентичной Русской печи, а именно, накопленный жар в горниле и прогретая лежанка. При этом лежанка может быть расположена с удобной для пользователя стороны по отношению к горнилу.
Для решения поставленной задачи в Русской печи с бесконтактной теплоизоляцией горнила и лежанкой, прогреваемой дымовым каналом от горнила, содержащей корпус печи, горнило, трубу с шибером печи, а также дымовые каналы: из трубы в лежанку и из лежанки в трубу, образующие петлю дымового канала, над которой размещена лежанка, причем дымовой канал из лежанки в трубу снабжен шибером для регулировки нагрева лежанки; перед горнилом вмонтирована дверца с термостойким стеклом, согласно полезной модели, между внешними поверхностями горнила и корпусом печи зафиксирован отражатель, находящийся на расстоянии от внешних поверхностей горнила, образующий воздушную полость между ним и горнилом, при этом дно горнила установлено на шанцах из огнестойкого теплоизоляционного материала, кроме того, шибер печи выполнен с возможностью регулировки степени нагрева лежанки.
Авторы предлагают Русскую печь с учетом потребностей сегодняшнего времени: не для хозяйства, но для удовлетворения нужд современного человека. Нашей печи достаточно двух часов протопки, чтобы проявились все необходимые качества, соответствующие аутентичной Русской печи: накопленный жар в горниле и прогретая лежанка.
В «Камине с лежанкой» лежанка прогревается дымом из каминной топки. Дым проходит по дымовому каналу, расположенному в массиве лежанки. Мы используем эту методику. В предлагаемой Русской печи аналогично: дым из горнила попадает в печную трубу и оттуда отводится в дымовой канал, который прогревает лежанку.
На фиг. 1 представлена схема заявляемой Русской печи с бесконтактной теплоизоляцией горнила и лежанкой, где обозначено:
1 - печная труба;
2 - печной шибер;
3 - воздушная полость;
4 - дверца со стеклом;
5 - горнило;
6 - отражатель;
7 - шанцы;
8 - корпус печи;
9 - стена между помещениями;
10 - дымовой канал из лежанки в трубу;
11 - шибер лежанки;
12 - дымовой канал из трубы в лежанку;
13 - лежанка;
14 - петля дымового канала лежанки.
Предлагаемая Русская печь содержит корпус печи 8 с горнилом (топкой) 5, печной трубой 1, к которой подсоединены дымовые каналы: из трубы в лежанку 12 и из лежанки в трубу 10. Они образуют петлю дымового канала лежанки 14, над которым размещается лежанка 13. Лежанка 13 может быть расположена не только над горнилом 5, но на любой удобной высоте, и справа, и слева, и сзади от горнила, и даже за стеной 9 в соседнем помещении (как показано на фиг. 1). Различное расположение лежанки 13 относительно горнила 5, включая их взаимное расположение под некоторым углом, используется для решения различных архитектурных задач. Для удобства вместо приставной заслонки перед горнилом 5 вмонтирована дверца со стеклом 4. Дымовой канал 12 из трубы 1 в лежанку 13 начинается перед печным шибером 2. Дымовой канал 10 из лежанки 13 входит в печную трубу 1 после печного шибера 2. Дымоход 10 снабжен шибером лежанки 11.
В предлагаемой конструкции Русской печи предусмотрена теплоизоляция горнила 5 от корпуса печи 8 без применения теплоизоляционных материалов. Между внешними поверхностями горнила 5 и корпусом печи 8 зафиксирован отражатель 6 на некотором расстоянии от внешних поверхностей горнила 5. Между внешними поверхностями горнила 5 и отражателем 6 существует воздушная полость 3. Значит, нет контакта между горнилом 5 и отражателем 6. Дно горнила стоит на шанцах 7 из огнестойкого теплоизоляционного материала. Таким образом, суммарная площадь контакта дна горнила 5 с теплоизоляционным материалом шанцев 7 в сравнении со всей площадью дна горнила 5 незначительна, около 10%. Еще меньшую долю площадь такого контакта составляет по отношению к общей площади всех внешних поверхностей горнила 5. Такую теплоизоляцию горнила 5 неподвижным воздухом в полости 3 можно считать бесконтактной.
Функционирование заявляемой печи происходит следующим образом.
Дым из горнила 5, который уже попал в печную трубу 1, больше не влияет на процессы, происходящие в горниле 5. Из печной трубы его можно отвести в дымовой канал 12, который направляет дым в лежанку. Перекрытие лежанки 13 является также перекрытием петли дымового канала лежанки 14, оно греется дымом, проходящим по этому дымовому каналу. После петли дымового канала лежанки 14 дым отводится в печную трубу 1 по дымовому каналу 10. Так лежанка 13 прогревается дымом из горнила 5 по дымовым каналам подобно отопительной печи с дымовыми каналами. Прогрев лежанки посредством дымоходов значительно быстрее, в сравнении с прогревом традиционной лежанки, являющейся перекрытием горнила, и время прогрева которой также велико, как и время прогрева всей массы в несколько тонн традиционной Русской печи.
Степень нагрева лежанки регулируется печным шибером 2 и шибером лежанки 11, расположенным в дымовом канале 10, по которому дым из петли дымового канала лежанки 14 направляет обратно в печную трубу 1.
Бесконтактная теплоизоляция горнила 5 более эффективна, по сравнению с теплоизоляцией теплоизоляционными материалами. Добавка отраженного от отражателя 6 теплового потока улучшает энергосбережение горнила 5. В качестве отражателя 6 можно применять, например, алюминиевую фольгу. Еще лучше использовать тонкий лист из нержавеющей стали с зеркальной поверхностью, которая также зеркальна для инфракрасной части спектра электромагнитного излучения, как и для видимой.
Следовательно, использование воздушной полости 3, в совокупности с отражателем 6 повышает теплоизоляцию горнила 5.
Таким образом, достигаемый технический результат - создание конструкции Русской печи, у которой горнило прогревается для удовлетворения кулинарных потребностей существенно быстрее, по сравнению с горнилом традиционной Русской печи, а также появляется возможность размещения нагреваемой дымом из горнила лежанки в любом удобном месте с любой стороны от горнила, в том числе в соседнем помещении, что удобно для решения различных архитектурных задач.