Печь-каменка
STOVE

Изобретение относится к устройствам для выработки пара и нагрева помещения, в частности к банным печам-каменкам.
Известна печь-каменка по патенту РФ на полезную модель №49191 «Комбинированная банная печь…», имеющая теплоемкий контейнер с вращением, включающая в себя топку, контейнер, байпас, при этом трансформируемый контейнер на входе в него дымового потока оборудован многощелевой задвижкой, перемещаемой вдоль контейнера в направлении байпаса, перекрываемого дверцей, по идентичной ей многощелевой поверхности дна с щелями поперек контейнера, на выходе дыма из контейнера установлена дверца, поперек контейнера подвешены проницаемые для дыма и камней встречно вращаемые на центральных осях два барабана с лопастями, кроме того в контейнер введен воздух от воздухоподогревателя в виде контура естественной циркуляции. В контейнер с барабанами для погружения и подъема с колосника на дне камней укладываются камни, фарфор или чугунные чушки в форме шариков.
К недостаткам известной печи можно отнести сложность конструкции и низкие технологические возможности, связанные с выработкой пара.
Известна банная печь, в которой в качестве наполнителя используют чугунные бруски (чушки), уложенные крест-накрест с зазорами между брусками
Для поддержания ровной высокой температуры воздуха и хорошей испаряемости выплеснутой на чугунные бруски жидкости предельно важно, соблюдать некоторые условия - чтобы все калильные элементы (чугунные бруски (чушки) в каменке нагревались одинаково. При использовании камней этого добиться трудно даже при правильной их укладке. Камни, находящиеся дальше от источника тепла, отдавая энергию при контакте с водой, будут раскаляться медленнее. Чугун, в отличие от камней, прогревается ровно. Таким образом, легко защитить себя от опасности «тяжелого» сырого пара, который не несет ни пользы, ни удовольствия. Камни загружаемые в печь имеют плотность ниже чугунных чушек и прогреваются быстрее, чем чугун, но в тоже время аккумулируемое тепло значительно меньше, чем накопленное тепло от чугунных чушек, при условии нагрева до одной и той же фиксированной температуры. При этом теплоотдача при получении пара значительно выше. Что касается срока эксплуатации, камни заметно уступают чугунным изделиям в несколько раз.
Теплоемкость чугуна примерно в три раза выше теплоемкости обычного природного камня, который нередко используют в качестве калильного элемента в каменке. Камни загружаемые в печь имеют плотность ниже чугунных чушек и прогреваются быстрее, чем чугун, но в тоже время аккумулируемое тепло значительно меньше, чем накопленное тепло от чугунных чушек, при условии нагрева до одной и той же фиксированной температуры. При этом теплоотдача при получении пара значительно выше. Что касается срока эксплуатации, камни заметно уступают чугунным изделиям в несколько раз.
Фактически, это означает, что при одинаковом объеме каменки при использовании чугунных камней париться, не подкладывая дров в топку, можно в три раза дольше, см. http://gornilo.narod.ru/Image/Bolvan300h.jpg фото прилагается - прототип. Специальные технологии позволяют сделать чугунные «камни», будь то ядра, чушки или монеты, устойчивыми к воздействию воды. Именно поэтому такие наполнители для печи, даже, спустя много лет, не покрываются ржавчиной и при нагревании не выделяют в воздух посторонних веществ. Такой наполнитель абсолютно безопасен для аллергиков и является гарантией получения «легкого пара» в бане. За счет более высокой теплоотдачи чугуна банщик получает значительно большую свободу регулировки влажности и температуры в парильной зоне, чем при использовании любого природного камня. Таким образом, банные процедуры протекают с более мягким воздействием на организм человека.
К недостаткам известной печи-прототипа можно отнести низкие технологические возможности, связанные с замедленным прогревом верхних чугунных чушек наполнителя после подачи на них воды для прогрева помещения и образования пара, а также связанные с низким инерционным запасом тепла чугунных чушек нижних рядов наполнителя каменки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков печи-прототипа, в частности повышение технологических возможностей печи, обеспечивающих быстрый прогрев верхних рядов наполнителя, стабильную в течение рабочего времени его температуру и комфортные условия пребывания человека в бане.
Поставленный технический результат достигается использованием сочетания известных общих с прототипом признаков включающих кирпичную огнеупорную кладку с загрузочным окном, топку с шанцами в виде арки, газовые горелки, наполнитель и новых признаков заключающихся в том, что наполнитель выполнен в виде уложенных слоями чугунных чушек диаметрами 250,0-50,0 мм, и длиной 300-450 мм, при этом, по меньшей мере, в двух нижних слоях, каждая чугунная чушка выполнена с двумя противоположно расположенными продольными лысками на цилиндрических поверхностях, и уложена на слой чушек нижнего ряда с технологическими зазорами между боковыми и торцевыми сторонами чушек в 15-35 мм, при этом, чугунные чушки в слоях уложены с уменьшением их диаметра от нижнего слоя к верхнему таким образом, что наружная поверхность верхнего слоя наполнителя выполнена с углом наклона к загрузочному окну в 10-15°.
Чугунные чушки наполнителя, по меньшей мере, одного верхнего ряда, уложены по отношению к чугунным чушкам нижнего ряда либо под углом в 0,0-5,0°, либо под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда, либо смешанно.
Наружная поверхность верхнего слоя наполнителя с углом наклона к загрузочному окну в 10-15° выполнена путем укладки, по меньшей мере, в трех слоях у тыльной стороны печи чугунных чушек большего диаметра.
Чугунные чушки наполнителя, по меньшей мере, каждого верхнего ряда, по меньшей мере, в двух нижних рядах уложены под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда.
В качестве наполнителя используют термоустойчивый чугун ЧХ30.
Новизной предложенного технического решения является выполнение наполнителя в виде уложенных слоями чугунных чушек диаметрами 250,0-50,0 мм, и длиной 300-450 мм, при этом, по меньшей мере, в двух нижних слоях, каждая чугунная чушка выполнена с двумя противоположно расположенными продольными лысками на цилиндрических поверхностях, и уложена на слой чушек нижнего ряда с технологическими зазорами между боковыми и торцевыми сторонами чушек в 15-35 мм, при этом, чугунные чушки в слоях уложены с уменьшением их диаметра от нижнего слоя к верхнему таким образом, что наружная поверхность верхнего слоя наполнителя выполнена с углом наклона к загрузочному окну в 10-15°.
Так, выполнение наполнителя в виде уложенных слоями чугунных чушек диаметрами 250,0-50,0 мм, и длиной 300-450 мм, при этом, по меньшей мере, в двух нижних слоях, каждая чугунная чушка выполнена с двумя противоположно расположенными продольными лысками на цилиндрических поверхностях позволяет в зависимости от диаметра чушек создавать в печи требуемый режим нагрева верхних слоев наполнителя. Так, расположив более массивные чушки, например, диаметром в 250 мм в нижней части наполнителя, а чушки с меньшим диаметром в верхней части наполнителя обеспечивается быстрая отдача тепла от верхних слоев наполнителя с последующим быстрым их прогревом от нижних слоев наполнителя в котором расположены более массивные чугунные чушки. К тому же размеры чушек диаметрами в 250,0-50,0 мм и длиной в 300-450 мм кроме обеспечения тепловых характеристик бани являются более удобными при транспортировке и укладке в качестве наполнителя. Наличие двух противоположно расположенных продольных лысок на цилиндрических поверхностях чугунных чушек позволяет надежно и с заданными зазорами в 15-35 мм укладывать чушки в печи.
Укладка чугунных чушек в слоях с уменьшением их диаметра от нижнего слоя к верхнему с таким расчетом, чтобы наружная поверхность верхнего слоя наполнителя была выполнена с углом наклона к загрузочному окну в 10-15° позволяет, при подаче воды на верхние слои наполнителя, направить создавшийся пар через загрузочное окно печи в помещение и быстро его прогреть до комфортной требуемой температуры. К тому же более массивные чугунные чушки диаметром в 250 мм, находясь в нижних слоях наполнителя, меньше всего подвергаются охлаждению водой и быстро передают тепло находящимся в верхних слоях наполнителя менее массивным чугунным чушкам диаметром в 50 мм.
Признаки укладки чугунных чушек наполнителя, по меньшей мере, одного верхнего ряда, по отношению к чугунным чушкам нижнего ряда либо под углом в 0,0-5,0°, либо под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда, либо смешанно, выполнение наружной поверхности верхнего слоя наполнителя с углом наклона к загрузочному окну в 10-15° путем укладки, по меньшей мере, в трех слоях у тыльной стороны печи чугунных чушек большего диаметра, укладка чугунных чушек наполнителя, по меньшей мере, каждого верхнего ряда, по меньшей мере, в двух нижних рядах под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда и использование в качестве наполнителя термоустойчивый чугун ЧХ30 - являются признаками дополнительными, направленными на более подробное раскрытие основных признаков и на достижение поставленного предлагаемым изобретением технического результата.
Так, укладка верхнего слоя чугунных чушек диаметра в 50 мм под углом к нижнему ряду в 0,0-5,0 градусов позволяет более плотно разместить чушки друг к другу, создать более массивный и быстро прогреваемый слой наполнителя.
Согласно проведенных патентно-информационных исследований сочетания предложенных известных и новых признаков предлагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемого устройства с указанными признаками позволяет отнести устройство и признаки к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 схематично представлен общий вид предлагаемой печи-каменки «Сандуны».
На фиг. 2 схематично представлен разрез топки вид снизу по стрелке А.
На фиг. 3 схематично показана чугунная чушка с продольными противоположно расположенными лысками на цилиндрической поверхности.
Печь-каменка состоит из каменной кладки 1 с загрузочным окном 2 и наполнителем, выполненным в виде слоев, сформированных их чугунных чушек. В нижнем ряду уложены чушки большего диаметра в 250 мм с противоположно расположенными продольными лысками 3 на цилиндрической поверхности. Для создания наклона верхней поверхности 4 наполнителя к загрузочному окну 2, начиная, например, со второго слоя наполнителя в его ряду чушки которого расположены под углом в 85-95 градусов к продольной оси чушек нижнего ряда, со стороны загрузочного окна 2 укладывают несколько чушек меньшего диаметра. Такого же принципа придерживаются при укладке последующих верхних слоев наполнителя. При этом количество чугунных чушек меньшего диаметра со стороны загрузочного окна постепенно увеличивают, а количество чушек большего диаметра сокращают. В результате такой укладки наполнителя верхняя поверхность, образованная верхним слоем чугунных чушек диаметром в 50 мм получается выполненной с углом наклона к загрузочному окну равным 10-15 градусов. Наполнитель печи уложен на шанцы 5, выполненные в виде арки, под которыми выполнена топка 6 с газовыми горелками 7 и нагнетающим вентилятором 8.
Предлагаемая печь-каменка «Сандуны» работает следующим образом:
После укладки наполнителя на шанцы арок с углом наклона верхней поверхности в 10-15 градусов приступают к разогреву наполнителя - чугунных чушек. Для этого, при помощи смесительной горелки 7 с принудительной подачей воздуха на горение подачи нагнетающим вентилятором 8 воздуха осуществляют нагрев наполнителя. Окончание работы горелок определяется температурным полем поверхности чугунных чушек ф50 мм. внутри печи. Максимальная температура в печи определяется в зависимости от времени года и составляет не более 850 градусов С. Распределение температур по поверхности наполнителя такова, в передней части температура в интервале 800-810, ближе к середине 810-850 градусов и уже ближе к отражательной стенки кладки печи 780-800 градусов. Температура начала размягчения чугунных чушек ЧХ30 начинается с 1320 град.С. Температура начала деформации (размягчения) шамотных изделий начинается при температурах 1320-1350 градусов. Исходя из вышеуказанного, температура в 850 градусов на поверхности наполнителя (чугунных чушек диаметром 50 мм) является косвенным показателем прогрева шанцев, камеры сжигания до температуры в 1250-1350 градусов. Дальнейшее повышение температуры чушек может привести как к размягчению огнеупора, так и размягчению и расплавлению чугуна.
Нагрев наполнителя осуществляют в течение 9-10-ти часов в сутки. Для обеспечения работы печи следующего дня розжиг горелок производят, например, в 22 часа. В 7,0 часов работу горелок останавливают и для выравнивания температуры до начала работы в 8,0 часов дают печи выстояться. Если режим работы печи иной, то и режим топки печей корректируется.
Для оптимизации тепловых процессов по нагреву наполнителя печи (чугунные чушки) и увеличения срока эксплуатации наполнителя и предотвращения преждевременной зашлаковки чугунных чушек, при высоких температурах в зоне горения (верх садки чушек прогревается до 850 град.), было принято решение использовать чугун ЧХ30. Предельная температура применения изделия в этом случае увеличивает устойчивость чушек в среде высоких температур. Размягчение и деформация начинается при температурах выше 1300 град. Также чугун ХЧ30 более стойкий к шлакообразованию на поверхности, что улучшает эксплуатационные свойства садки. Количество шлаков заметно уменьшилась, тем самым улучшилась проходимость продуктов сжигания через садку чугуна. При этом коэффициент излучении и цветность восприятия садки чугунных чушек наполнителя осталась такая же, что и при применении чугуна ХЧ16.
Ровные, уложенные в ряды чугунные чушки с наклоном к загрузочному окну обеспечивает устойчивые ровные потоки при взрывном парообразовании и направленном движении пара в помещение парной.
При такой ровной, упорядоченной укладке чугунных чушек обеспечивается благоприятный, с точки зрения парообразования, процесс при котором, отраженный пар от поверхностей рабочей зоны, без потерь обеспечивает равномерный взрывной выброс теплоносителя (пара) в парную, обеспечивая быстрый прогрев помещения парной. Процесс получения пара в плане его эффективности - организован и оптимизирован, в отличии от укладки наполнителя «навалом».
Укладка чугунных чушек наполнителя, по меньшей мере, одного верхнего ряда, по отношению к чугунным чушкам нижнего ряда либо под углом в 0,0-5,0°, либо под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда, либо смешанно в зависимости от требуемых условий позволяет устанавливать различные режимы парообразования и прогрева парной.
Выполнение наружной поверхности верхнего слоя наполнителя с углом наклона к загрузочному окну в 10-15° путем укладки, по меньшей мере, в трех слоях у тыльной стороны печи чугунных чушек большего диаметра позволяет выполнить в зависимости от интенсивности и направления пара требуемый наклон наружной поверхности наполнителя.
Укладка чугунных чушек наполнителя, по меньшей мере, каждого верхнего ряда, по меньшей мере, в двух нижних рядах уложены под углом в 85-95° к продольной оси чушек нижнего ряда обеспечивает хорошую обтекаемость чугунных чушек разогретыми газами и их равномерный нагрев.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает быстрый прогрев верхних рядов наполнителя, стабильную в течение рабочего времени его температуру и комфортные условия пребывания человека в бане. При этом, при укладке чушек наполнителя предложенным образом продукты сжигания газа равномерно растекаются и распределяются по всей поверхности укладки, обеспечивая условия равномерного конвективного теплообмена, а также обеспечивается создание оптимальных условий теплообмена - излучением.
В настоящее время на предприятии разработана техническая документация, осуществлена опытная укладка наполнителя, показавшая положительные результаты.