БАННАЯ ПЕЧЬ-КАМЕНКА

Полезная модель относится к нагревательным устройствам, а именно к конструкции банной печи с топкой колпакового типа, и может использоваться для обогрева помещения при осуществлении водно-паровых процедур.
Из уровня техники известны следующие решения конструкции банных печей.
Известна печь-каменка (патент РФ №2718846, 14.04.2020) , содержащая корпус, состоящий из двух боковых, передней и задней вертикальных стенок и горизонтального основания с ножками, топку, расположенную внутри корпуса, воздушник, установленный внутри корпуса, колосниковую решетку, установленную на колосниковой рамке и горизонтально расположенную в топке с возможностью помещения твердого топлива на колосниковую решетку и образования зольной камеры под ней, портал с дверкой, установленный с фронтальной стороны корпуса через удлинитель портала, регулируемую задвижку для подачи воздуха в топку, расположенную в нижней части дверки, металлическое ложе для камней, размещенное над топкой, прикрепленное сверху на гранях стенок корпуса, дымоход в виде вертикальной трубы, выполненный с возможностью вывода дыма из топки и проходящий сквозь металлическое ложе для камней, пламегаситель, установленный под выходом дымохода.
Описанное устройство является печью постоянного действия, где камни нагреваются не прямым огнем, а от поверхности, на которую они уложены. Банные процедуры начинают не дожидаясь окончания топки и прогорания дров. Температура камней в таком варианте печи не превышает 400 градусов. Температура камней в таком варианте печи не превышает 400 градусов.
Также известна печь-каменка периодического действия  (патент РФ №2669088, 08.10.2018), содержащая корпус, топку с дверкой, находящейся вне парилки, топливный канал, колосниковую решетку, поддувало. Топка выполнена в виде куполообразной каркасной металлической конструкции, поверх которой укладывают камни, а корпус выполнен в виде объемной вертикально ориентированной металлической конструкции с крышкой.
В данной конструкции камни расположены на металлической решетке непосредственно над огнем. Огонь напрямую воздействует на камни и разогревает их до более высоких температур (500-1000 градусов). Банные процедуры начинают только после завершения топки и прогорания дров.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является печь-каменка (патент РФ №142846, 10.07.2014), содержащая топочную камеру с дверкой и колосниковой решеткой, зольник с зольной дверцей, колпак, совмещенный с газовым коллектором, ограждающий кожух-конвектор с конвекционными отверстиями. Снаружи корпуса печи расположена экранирующая стенка, при этом между корпусом печи и экраном происходит конвекционное движение воздуха. Колосниковая решетка и размещенный под ней зольник с зольной дверцей расположены в нижней части общего корпуса. Колпак и газовый коллектор разделены рассекателем, который образован продолжением дымоходного выхода, в частности, продолжением патрубка или отверстия под дымоход.
Использование колпака увеличивает время теплообмена, что увеличивает долю тепла, отдаваемую топочными газами, сокращает время нагрева помещения и каменки до необходимых температур, а, следовательно, увеличивается мощность печи, повышающая тепловую эффективность, и повышается топливная экономичность печи. При этом корпус данной печи выполнен из металлических материалов, что небезопасно, так как тепловое излучение от металла вызывает сильнейшие ожоги.
Конструктивно банные печи можно разделить на традиционные кирпичные – тяжелые и объемные, и современные металлические – более легкие и компактные.
Технические проблемы, решаемые заявленной полезной моделью состоят  в следующем:
1) кирпичные печи потребляют много тепла на нагрев собственной конструкции,
2) металлические печи, в силу высокой теплопроводности материала конструкции, чрезмерно рассеивают тепло, что приводит к перегреву помещения парной,
3) в банных печах постоянного действия при снижении интенсивности горения происходит снижение температуры камней каменки.
Решение указанных проблем состоит в создании печи, обеспечивающей:
1) низкую теплоемкость конструкции,
2) низкую теплопроводность конструкции,
3) направление тепловой энергии пламени в первую очередь на нагрев камней каменки и во вторую очередь, дымовыми газами более низкой температуры, на нагрев помещения парной,
4) сохранение высокой температуры камней каменки даже при снижении интенсивности горения.
Поставленная задача решается за счет:
- изготовления топки колпакового типа из конструкционных теплоизолирующих материалов с незначительной теплоемкостью,
- расположения камней каменки непосредственно над пламенем в закрытой теплоизолированной камере каменки.
Технический результат предлагаемого решения заключается в быстром нагреве камней, длительном сохранении ими достигнутой температуры.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции печи-каменки, содержащей топку колпакового типа, камеру каменки, теплообменник колпакового типа, дымоходную трубу и защитный экран теплообменника, при этом боковые стенки топки выполнены из керамоволокнистных плит, а свод - из талькомагнезита, верхняя часть которого является нижней частью камеры каменки, боковые стенки которой выполнены из теплоизоляционных материалов.
В частном случае осуществления полезной модели боковые стенки топки укреплены изнутри листовой жаропрочной сталью.
В частном случае осуществления полезной модели боковые стенки топки укреплены изнутри огнеупорной штукатуркой.
В частном случае осуществления полезной модели свод топки выполнен из брусков талькомагнезита.
В частном случае осуществления полезной модели свод топки выполнен из плиты талькомагнезита.
В частном случае осуществления полезной модели свод топки изолирован от пламени листом жаропрочной стали толщиной 1 – 2 мм.
В частном случае осуществления полезной модели стенки камеры каменки выполнены из керамоволокнистых плит.
В частном случае осуществления полезной модели стенки камеры каменки выполнены из силикат-кальциевых волокнистых плит.
В частном случае осуществления полезной модели стенки камеры каменки облицованы изнутри каменной плиткой
В частном случае осуществления полезной модели стенки камеры каменки облицованы изнутри жаропрочной штукатуркой
В частном случае осуществления полезной модели теплообменник выполнен из листа нержавеющей стали толщиной 0,8 – 1 мм.
В частном случае осуществления полезной модели канал соединяющий теплообменник с топкой может находиться с любой стороны топки.
В частном случае осуществления полезной модели защитный экран теплообменника выполнен из керамической плитки.
В частном случае осуществления полезной модели защитный экран теплообменника выполнен из каменной плитки.
Выполнение топки из теплоизолирующих материалов с незначительной теплоемкостью позволяет не поглощать и не пропускать тепло, а направлять его на камни.  Выполнение камеры каменки с дном, представляющим собой верхнюю часть топки, позволяет пламени греть непосредственно камни, для максимального их нагрева, как в каменке периодического действия, но не проходить сквозь них. Для повышения пожарной безопасности камни могут быть отделены от пламени тонким листом  жаропрочной стали.
Конструкция топки колпакового типа обеспечивает задерживание наиболее горячих газов под сводом, состоящим из камней каменки, при этом даже при снижении интенсивности горения, приточный холодный воздух не касается свода топки. Камни каменки снизу греются пламенем, но сверху и с боков хорошо теплоизолированы для сохранения температуры.
После выхода из топки горячие газы максимально отдают тепло для нагрева воздуха в помещении парной за счет снижения скорости движения газов и теплопроводящих материалов теплообменника с небольшой теплоемкостью. Это обеспечивается конструкцией теплообменника колпакового типа, где горячие газы задерживаются под сводом до остывания и перетекания в дымоход.  Для защиты от теплового излучения металла теплообменника он закрыт экраном из керамической или каменной плитки так, чтобы между теплообменником и экраном происходило конвекционное движение воздуха.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 – конструкция топки колпакового типа печи-каменки.
Фиг. 2 – конструкция теплообменника колпакового типа печи-каменки.
Печь-каменка содержит топку 1 колпакового типа, каменку 10 с изолированной камерой, теплообменник 14 колпакового типа, дымоходную трубу 17 и защитный экран 15 теплообменника.
Конструкция топки колпакового типа   -   топка выполнена из конструкционных керамоволокнистых плит 7 с высокими теплоизоляционными и прочностными характеристиками.
Температура применения указанных керамоволокнистых плит:
максимальная 1427°C,
рабочая 1300°C.
Боковые стенки топки укрепляются изнутри тонкой листовой жаростойкой сталью или огнеупорной штукатуркой для защиты от механического повреждения поленьями.
В нижней части топки 1 расположена колосниковая решетка 2, на которую укладываются дрова 3, под колосниковой решеткой 2  расположена поддувка 4 с отверстием для запуска наружного воздуха 5 для поддержания горения дров. Топка также снабжена дверцей 6 для доступа в камеру топки.
Свод топки 8 представляет собой бруски, либо плиту талькомагнезита, которые в частных случаях изолируют от пламени тонким (1 - 2 мм) листом жаропрочной нержавеющей стали 9 для повышения безопасности.
Талькомагнезит не реагирует на высокие температуры и способен значительное время выдерживать нагрев от 1200°С до 1600°С (в зависимости от разновидности камня), а также температурные перепады. Кроме того, материал выдерживает многократные циклы нагрева и остывания без потери формы (не трескается, не теряет цвет и форму) благодаря низким показателям температурного расширения. Под воздействием температуры камень не трескается, не изменяет своей формы и цвета. Влага не проникает в структуру камня и не разрушает его. Обладает высокой прочностью на изгиб и исключительно высокой устойчивостью к воздействию химикатов.
Бруски талькомагнезита 8 (или цельная плита из талькомагнезита) опираются на стенки топки, а верхней частью находятся в камере каменки 10. Таким образом, верхняя часть топки представляет собой нижнюю часть каменки.
Камера каменки 10 выполнена из теплоизоляционных конструкционных материалов 7: керамоволокнистых плит или силикат-кальциевых волокнистых плит и имеет дверцу 11 для поддавания воды и выхода пара.
Камера теплообменника 14 колпакового типа соединена с камерой топки 1 колпакового типа посредством канала 12, через который нагретый от камней из талькомагнезита 8 воздух 13 поступает в теплообменник, задерживаясь под сводом теплообменника. Стенки канала выполнены из того же конструкционного теплоизолирующего материала 7, что и топка 1.
Конструкция теплообменника 14 частично опирается на топку 1, для снижения нагрузки, теплообменник 14 выполняется из тонкого теплопроводящего материала (нержавеющая сталь толщиной 0.8 -1 мм). Для выхода остывших газов из теплообменника используется стандартная дымоходная труба 17 из нержавеющей стали. Труба 17 опущена внутрь теплообменника для создания эффекта «колпака» - торможения горячих газов для их остывания, и закреплена в крышке теплообменника. В верхней части трубы следует установить поворотную заслонку для регулирования печной тяги.
Конструкция каркаса защитного экрана 15, опирается на основание печи. Защитный экран необходим для защиты от теплового излучения металла теплообменника. Каркас экрана 15 крепится к теплообменнику в верхней части теплообменника посредством крепежей 16 таким образом, чтобы между теплообменником и экраном происходило конвекционное движение воздуха 18, и чтобы нагрузка от весы дымовой трубы передавалась через каркас на основание печи.
Предлагаемая конструкция печи-каменки решает поставленную задачу и обеспечивает быстрое прогревание помещения парной – около 30 мин, быстрое нагревание камней до 200 С и более - около 30 мин, поддерживание высокой  температуры камней (более 200 С) длительное время. Кроме того, печь не содержит внешних металлических обжигающих поверхностей.