Банная печь-каменка

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к теплогенерирующим устройствам на твердом или газообразном топливе, используемым для нагрева воздуха и получения пара в парильных помещениях бань или саунах.
Чистота воздуха и его насыщенность отрицательными ионами кислорода играет важную роль для здоровья человека. Требования на процентное содержание отрицательных ионов кислорода и предельно допустимые нормы содержания загрязняющих веществ в воздухе установлены стандартами санитарных правил и норм, являющимися результатами многолетней практики и научных исследований и направленными на сохранение и укрепление здоровья человека, улучшение качества его жизни. В условиях повышенных температур воздуха парильного помещения данный фактор приобретает существенную значимость, поскольку соответствие качества воздуха нормам может способствовать оздоровительному эффекту русской бани, а его несоответствие нормам может привести к серьезным отрицательным последствиям, связанным со здоровьем человека, а в некоторых случаях с его жизнью. Лабораторные исследования зависимости интенсивности и спектра действующего на человека излучения позволили выделить повреждающие реакции инфракрасного излучения, вызванные сниженной концентрацией отрицательных ионов кислорода и сопровождающиеся снижением антимикробной резистентности организма, активности антиоксидантных систем, нарушением сократительной функции миокарда и сосудистого тонуса.
Источником загрязнения и снижения концентрации отрицательных ионов кислорода в воздухе парильного помещения являются банные печи. Одним из способов восстановления качества воздуха до нормы является непрерывная принудительная вентиляция парильного помещения. Ее интенсивность тем выше, чем хуже качество воздуха. Рост интенсивности вентиляции приводит к значительным потерям тепла, увеличению расхода топлива, временным и материальным затратам на прогрев парильного помещения.
Из существующего уровня техники известна банная печь-каменка, включающая топочную камеру и имеющую канал для отвода дымовых газов емкость для теплоаккумулирующего заклада, размещенную в верхней части топочной камеры с образованием зазоров между ее стенками и стенками емкости и герметичным перекрытием ею топочной камеры (см., напр., RU 178229, опубл. 28.03.2018). Недостатком является то, что топочная камера выполнена металлической. За счет раскаленных дымовых газов происходит перегрев корпуса топочной камеры, что вызывает повышенную температуру корпуса и, как следствие, нагрев конвекционного воздуха, соприкасающегося с корпусом печи, до высокой температуры, при которой начинают сгорать органические вещества и отрицательные ионы кислорода, имеющиеся в воздухе парильного помещения, появляется так называемый эффект выжигания воздуха или кислорода, что существенно ухудшает качество воздуха парного помещения, появляется запах раскаленного железа. Кроме того, от металлического корпуса топочной камеры идет жесткое инфракрасное излучение, исключающее мягкое тепловое воздействие на организм человека.
Также известна банная печь-каменка, включающая топочную камеру с каналом для отвода дымовых газов и емкость для теплоаккумулирующего заклада, размещенную в верхней части топочной камеры с образованием зазоров между ее стенками и стенками емкости и герметичным перекрытием ею топочной камеры. Топка выполнена из металла, для ее изготовления используется чугун (см., напр., RU 150387, опубл. 20.02.2015). Недостаток заключается в том, что топка из чугуна нагревает окружающий воздух до недопустимо высокой температуры, при которой начинают сгорать имеющиеся в воздухе органические вещества и появляется тот же эффект выжженного воздуха, запах железа в парильном помещении и жесткое тепловое излучение. Кроме того, существует вероятность появления в воздухе парильного помещения металлической пыльцы, образующейся при разрушении чугунной окалины, возникающем при паровых микровзрывах в процессе парообразования при соприкосновении воды с раскаленным чугуном, являющимся хрупким и неоднородным сплавом.
Наиболее близким аналогом может являться банная печь-каменка, представляющая собой выполненный из жаростойкого камня корпус с отверстиями для подачи топлива и воздуха, включающий топочную камеру и металлическую емкость для теплоаккумулирующего заклада, имеющую канал для отвода дымовых газов (см., напр., RU 172471, опубл. 11.07.2017). Дно емкости для теплоаккумулирующего заклада представляет собой колосниковую решетку, через которую в процессе топки проходят дымовые газы, нагревая теплоаккумулирующий заклад. Главным недостатком данного технического решения является то, что теплоаккумулирующий заклад нагревается открытым пламенем, проникающим через колосниковую решетку в дне емкости для теплоаккумулирующего заклада. При этом на теплоаккумулирующем закладе оседает сажа, которая переносится паром в парильное помещение, накапливаясь в воздухе и нанося тем самым вред здоровью пользователя. Кроме того, печь является нагревательным устройством периодического действия. Ее протапливание до полного прогорания топлива заканчивается до начала сеанса парения, что не позволяет поддерживать температуру теплоаккумулирующего заклада постоянно высокой во время сеанса и ведет к сокращению времени парения.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание экономичной по расходу топлива банной печи-каменки непрерывного действия, использование которой исключает недостатки печей-каменок существующих конструкций и позволяет получить микроклимат, благотворно влияющий на здоровье человека.
Поставленная задача решается тем, что в банной печи-каменке, включающей выполненный из жаростойкого камня и образующий топочную камеру корпус с отверстиями для подачи топлива и воздуха, а также металлическую емкость для теплоаккумулирующего заклада, имеющую канал для отвода дымовых газов с выполненным в ней входным отверстием, согласно техническому решению, емкость для теплоаккумулирующего заклада выполнена сплошной и размещена в верхней части топочной камеры с образованием зазоров между их стенками, а также герметичным перекрытием ею топочной камеры.
Металлическая емкость для теплоаккумулирующего заклада может иметь внешний выступ, посредством которого емкость опирается на корпус печи через высокотемпературную изолирующую прокладку.
Канал для отвода дымовых газов может быть оборудован внутренними отбойниками.
Дно емкости для теплоаккумулирующего заклада может иметь чашеобразную форму.
По периметру наружной поверхности емкости для теплоаккумулирующего заклада могут быть выполнены винтовые ленточные направляющие.
Между каналом для отвода дымовых газов и стенкой металлической емкости для теплоаккумулирующего заклада могут быть выполнены теплопроводящие перегородки.
Входное отверстие канала для отвода дымовых газов может быть выполнено в стенке металлической емкости для теплоаккумулирующего заклада.
В стенке корпуса выполнен канал подачи вторичного воздуха, выход которого расположен на уровне входного отверстия канала для отвода дымовых газов.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении качества нагретого воздуха парильного помещения.
Причинно-следственная связь указанных признаков с заявленным техническим результатом раскрывается далее по тексту описания.
Сущность заявленного устройства поясняется изображениями, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующим материалом частных случаев его выполнения, где:
на фиг. 1 изображена банная печь-каменка, продольный разрез;
на фиг. 2 - то же, поперечный разрез;
на фиг. 3 - банная печь-каменка, частный случай выполнения устройства с внешним корпусом, поперечный разрез.
Банная печь-каменка представляет собой корпус 1 с отверстиями 2 и 3 для подачи топлива и воздуха соответственно. Корпус 1 выполнен из жаростойкого камня. Под жаростойким камнем здесь понимается искусственный или натуральный материал, обладающий высокой теплопроводностью, теплоемкостью и термостойкостью, такой как шамотный кирпич, природный минерал тальковый камень, включающий в себя родственные породы: талько магнезит, талько хлорит, талько карбонат, серпитинит, змеевик, пироксинит и т.д., жаростойкий бетон, или композитные материалы. Корпус 1 включает топочную камеру 4 и металлическую емкость 5 для теплоаккумулирующего заклада, выполненную сплошной. Металлическая емкость 5 для теплоаккумулирующего заклада имеет канал 6 для отвода дымовых газов с входным отверстием 7, выполненным в металлической емкости 5. Металлическая емкость 5 для теплоаккумулирующего заклада размещена в верхней части топочной камеры 4 с образованием зазоров между их стенками. Металлическая емкость 5 для теплоаккумулирующего заклада герметично перекрывает топочную камеру 4.
Работа устройства заключается в следующем.
Металлическую емкость 5 заполняют теплоаккумулирующим закладом. В качестве теплоаккумулирующего заклада могут быть выбраны чугунные чушки, искусственные или натуральные камни, предметы из электротехнического фарфора. Канал 6 для отвода дымовых газов подсоединяют к дымоходу бани (на чертежах условно не показано). В топочной камере 4 разводят огонь с помощью дров или с помощью газовой горелки. Огонь и дымовые газы нагревают металлическую емкость 5. Насыщение воздуха парильного помещения паром зависит от степени прогрева теплоаккумулирующего заклада, что, в свою очередь, влияет на качество воздуха, обеспечивающего сбалансированный микроклимат русской бани, благотворно влияющий на оздоровление организма. Благодаря размещению металлической емкости 5 для теплоаккумулирующего заклада в верхней части топочной камеры 4 с образованием зазоров между их стенками, открытое пламя и дымовые газы охватывают и нагревают металлическую емкость по всему периметру ее поверхности, что позволяет металлической ванне нагревать теплоаккумулирующий заклад со всех сторон. При этом благодаря герметичному перекрытию сплошной металлической емкостью 5 топочной камеры 4 исключается проникновение дымовых газов в парильное помещение, тем самым предотвращается загрязнение воздуха вредными веществами, содержащимися в продуктах сгорания, воздух в парильном помещении сохраняется чистым. Для этого металлическая емкость 5 может крепиться к стенкам корпуса 1 жаростойкими крепежными элементами с герметизацией зазоров жаростойким герметикой. В предпочтительном варианте для обеспечения чистоты воздуха металлическая емкость 5 может быть установлена с опиранием на стенки корпуса 1 через высокотемпературную изолирующую прокладку 8 посредством выполненного на ней внешнего выступа 9. Вместе с тем герметичное перекрытие сплошной металлической емкостью 5 топочной камеры 4 позволяет использовать устройство в непрерывном режиме, то есть во время сеанса парения, что позволяет поддерживать температуру теплоаккумулирующего заклада постоянно высокой во время сеанса, обеспечивать стабильность микроклимата в парильном помещении и увеличить время парения.
Горячие дымовые газы через входное отверстие 7 проходят в канал 6 для отвода дымовых газов и по мере продвижения по каналу нагревают его. Канал 6 для отвода дымовых газов в свою очередь нагревает теплоаккумулирующий заклад, размещенный в металлической емкости 5 и находящийся в непосредственном контакте с ним. Таким образом обеспечивается сквозной прогрев теплоаккумулирующего заклада как с внешней стороны, так и изнутри металлической емкости 5, до температуры, достаточной для образования пара при попадании на них воды. Разогретый теплоаккумулирующий заклад посредством теплового излучения нагревает воздух парильного помещения. Одновременно с нагревом теплоаккумулирующего заклада происходит нагрев стенок корпуса 1, который, благодаря конвекции воздуха в парильном помещении отдает тепло, мягко и постепенно нагревая его. Благодаря мягкому и постепенному прогреву исключается выжигание кислорода, сохраняется начальная концентрация отрицательных ионов кислорода в воздухе парильного помещения, качество нагретого воздуха повышается.
Для получения пара в парильном помещении прогретый до максимально необходимой температуры теплоаккумулирующий заклад поливают водой, которая, превращаясь в пар, насыщает воздух парильного помещения. Благодаря выполнению металлической емкости 5 сплошной, теплоаккумулирующий заклад, находясь в топочной камере 4, одновременно отделен дном и стенками металлической емкости 5 от открытого огня и продуктов горения, что предотвращает отложение сажи на теплоаккумулирующем закладе. Вследствие этого отсутствует перенос сажи вместе с паром в парильное помещение, исключается загрязнение воздуха и обеспечивается тем самым его качество.
Таким образом во время парения создается микроклимат, обеспечивающий отсутствие сажи, пережженной органики и металлической окалины в воздухе парильного помещения, содержащем отрицательные ионы кислорода, а также отсутствие запаха перегретого металла.
В некоторых вариантах выполнения устройства для равномерного распределения потока открытого огня с целью равномерного прогрева теплоаккумулирующего заклада дно металлической емкости 5 может иметь чашеобразную форму, играя роль рассекателя огневого потока, замедляя его движение и распределяя направление дымовых газов.
Для эффективного расхода топлива и максимального нагрева теплоаккумулирующего заклада канал 6 для отвода дымовых газов может быть оборудован внутренними отбойниками 10, позволяющими увеличить турбулентность дымовых газов и за счет этого повысить теплоотдачу от поверхности канала 6 теплоаккумулирующему закладу. Дополнительно по периметру наружной поверхности емкости 5 для теплоаккумулирующего заклада могут быть выполнены винтовые ленточные направляющие 20, увеличивающие дымооборот вокруг металлической емкости 5, а входное отверстие 7 канала 6 для отвода дымовых газов при этом выполнено в стенке металлической емкости 5 для теплоаккумулирующего заклада.
С этой же целью между каналом 6 для отвода дымовых газов и стенкой металлической емкости 5 для теплоаккумулирующего заклада могут быть выполнены теплопроводящие перегородки, предназначенные для дополнительного увеличения передачи тепла от раскаленных дымовых газов к теплоаккумулирующему закладу и упрочняющие конструкцию металлической емкости 5.
Для повышения качества воздуха, выделяемого в атмосферу, в конструкции может быть предусмотрен процесс дожигания с целью термической деструкции вредных веществ в дымовых газах. Для этого в стенке корпуса 1 выполняют канал 11, выход которого расположен на уровне входного отверстия 7 канала 6 для отвода дымовых газов. Канал 11 обеспечивает подачу вторичного воздуха, предназначенного для дожигания газов.
Заявляемая конструкция позволяет при необходимости формировать отверстия 2 и 3 для подачи топлива и воздуха в виде топочного тоннеля, имеющего длину, необходимую для установки отопительной дверцы 12 и дверцы 13 зольника за пределами парильного помещения. Как правило, эти элементы устанавливаются через несгораемую перегородку, преимущественно, из талькового камня, и изолирующую прокладку. Это значительно увеличивает объем топочной камеры 4, что позволяет увеличить тепловую мощность устройства и производить топку из смежного помещения.
В некоторых вариантах выполнения устройства (фиг. 3) корпус 1 может быть огражден внешним корпусом 14 с образованием между ними воздушного промежутка. Через отверстия 15, выполненные в нижней части внешнего корпуса 14, воздух парильного помещения попадает в воздушный промежуток, нагревается от внешней поверхности корпуса 1 и попадает в парильное помещение через специальные отверстия 16 или дверцу 17 для подачи воды, также возможен выход нагретого воздуха в парильное помещение через зазор, образованный между дымоходом бани (на чертежах условно не показано) и отверстием 18 для его размещения. В таком исполнении можно вручную регулировать степень подачи в парильное помещение нагретого воздуха через отверстия 16 посредством их открытия/закрытия с помощью плоских дисков 19. Возможны иные способы регулировки подачи конвекционного воздуха, например, за счет размещения решеток с жалюзи внизу и отверстиями в верхней части внешнего корпуса 14.
Применение заявленного устройства позволит повысить качество нагреваемого воздуха парильного помещения, удлинить время парения и получить микроклимат, благотворно влияющий на здоровье человека. Устройство прошло испытания и показало свою эффективность.