Банная печь
BATHHOUSE STOVE

Изобретение относится к нагревательным устройствам на твердом топливе, используемым для отопления парильного помещения с возможностью длительной генерации мелкодисперсного пара в парильнях малогабаритных бань.
Из уровня техники известно достаточно много банных печей. Большинство известных банных печей устроены так, что пар получается с камней (или чугунных отливок, чушек), косвенно нагреваемых огнем, т.е. камни, на которые льют воду, нагреваются через некоторую прослойку из металла.
Камни находятся или на корпусе банной печи, и нагреваются от него; либо находятся в некоем подобии «духовки», где огонь проходит по наружным стенкам духовки (часто называемой «закрытой каменкой»). Такая передача тепловой энергии камням малоэффективна. Вода, не испарившаяся с камней, попадает на корпус печи или закрытой каменки, стенки которых обычно не имеют достаточную толщину (и, соответственно, теплоемкость) чтобы испарять воду в качественный пар - для хорошего пара нужна температура 350-450°С.
Самыми лучшими считаются банные печи с прямым нагревом предметов, где огонь напрямую проходит сквозь камни или чугунные чушки. В этом случае камни нагреваются до максимально возможных высоких температур, так как передача тепловой энергии происходит напрямую. Недостаток таких печей в том, что они периодического действия, и начинать парение можно только когда огонь полностью потушен. Камни или чушки дают пар за счет накопленной энергии. Если камни «залили», т.е. они остыли, нужно прекратить парение, заново растопить печь и нагреть камни.
Из уровня техники известна банная печь (патент RU 2651878, МПК F24B 5/00, опубликован 24.04.2018) состоящая из сборно-разборных модулей: модуля загрузочной топки, модуля топочной камеры и модуля двухпоточной каменки. Модуль загрузочной топки выполнен виде короба, на передней части которого установлены дверка и ручка, а на задней части - зольник. Модуль топочной камеры выполнен в виде короба как минимум с одним отверстием в верхней части для прохождения топочных газов в патрубок, с расположением в нижней части колосниковой решетки. Третий модуль выполнен в виде короба с организованным внутри двухпоточным каналом для прохождения топочных газов в патрубок. Модули крепятся между собой с помощью профильного соединения.
Недостатком известного устройства является малая теплопроизводительность, не долговечность конструкции за счет выполнения элементов из листовой стали.
Из уровня техники известна банная печь (патент РФ 150387, МПК F24B 1/24, опубликован 20.02.2015 г.), содержащая топку, горизонтальное основание с ножками, каменку, портал с дверкой, колосниковую решетку, рассекатель пламени, стартовый патрубок дымохода. При этом в каменке выполнено круглое отверстие для прикрепления стартовой трубы.
Недостатками известного устройства является не высокая теплопроизводительность, за счет отсутствия выступов на металлическом ложе для камней.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является банная печь (патент RU 2718846, МПК F24B 1/02, F24B 5/02, F24B 7/04, опубликован 14.04.2020), содержащая топку, горизонтальное основание с ножками, каменку, портал с дверкой, рамку под колосниковую решетку, колосниковую решетку, рассекатель пламени, стартовый патрубок дымохода. При этом каменка выполнена с расположенным сверху ложем для камней и вертикальными стержнями для увеличения площади соприкосновения с камнями. Также в каменке выполнено круглое отверстие для прикрепления стартовой трубы.
Недостатком известного устройства является не достаточной высокая теплоотдача печи, за счет не достаточной площади контакта топочных газов с каменкой и не достаточный коэффициент полезного действия.
Техническим результатом, достигающимся при помощи устройства является повышение коэффициента полезного действия банной печи за счет повышения теплоотдачи, благодаря увеличенной площади контакта топочных газов с каменкой, благодаря увеличенной площади контакта загружаемых камней и подаваемой воды за счет вертикальных стержней и воронок на верхней поверхности каменки, повышение эффективности горения и полнота сгорания топлива. Возможность замены элементов модуля, без необходимости замены полностью печи.
Сущность устройства по изобретению заключается в том, что банная печь содержит топку, горизонтальное основание с ножками, портал с дверкой, переходник, колосниковую решетку, рамку под колосниковую решетку, рассекатель пламени, каменку, в которой выполнено круглое отверстие для прикрепления стартовой трубы, смещенное к краю каменки, при этом каменка выполнена с расположенным сверху ложем для камней и вертикальными стержнями для увеличения площади соприкосновения с камнями. Кроме того, печь состоит из сборно-разборных модулей: топки, корпуса и каменки соответственно, где модуль корпуса выполнен из двух секций верхней и нижней. При этом горизонтальное основание и модули выполнены с возможностью вертикального соединения снизу вверх между собой посредством соединения шип-паз выполненного на верхних и нижних сторонах модулей. Нижняя секция модуля корпуса и модуль топки выполнены в виде цилиндрических корпусов с открытым с боковой стороны сегментом для подсоединения портала с дверкой. Модуль каменки выполнен в виде чугунного цилиндрического корпуса, с расположенными сверху углублениями в виде воронок, создающих соответствующие выступы снизу каменки для их контакта с пламенем, служащими для ускорения нагрева каменки, и установленного на верхний модуль корпуса с возможностью его вращения для смещения расположения дымохода. Внутри модуля топки расположена рамка под колосниковую решетку, на которую с двух боковых сторон установлены воздушники, для вторичного дожига газов, проходящие до рассекателя, с возможностью обеспечения подачи воздуха под модуль каменки. На внутренней стороне верхней секции модуля корпуса расположено четыре выступа для размещения на них рассекателя пламени, выполненного с возможностью разделения пламени на три потока, направляя их сначала к стенкам корпуса, а далее вдоль модуля каменки к выходу дымохода. При этом дверка выполнена с нижней и верхней заслонками подачи воздуха для обеспечения обдува стекла с двух сторон. Печь дополнительно содержит по меньшей мере одно наборное кольцо, установленное на модуль каменки и образующее емкость для засыпки камней. Конвекционные ребра выполнены в виде расположенного посередине вдоль цилиндрической части конвекционного ребра-выступа, сверху и снизу которого в шахматном порядке расположены вертикальные конвекционные ребра. Модуль каменки дополнительно снабжен сверху люком. На люке расположена дверца для поддачи воды. На дверце для поддач воды расположена заслонка для регулировки выхода пара. При этом в люке расположена как минимум одна воронка для подачи воды на теплоаккумулирующую загрузку или камни. К воронке присоединена по меньшей мере одна трубка с перфорацией ведущая на нижние уровни загрузки каменки для распределения воды.
Технический результат достигается за счет того, что:
- согласно изобретению, осуществляют прямой нагрев чугунной каменки, имеющей большую теплоемкость, и вода, попадая на чугунное ложе в воронки, преобразуется в качественный пар, при этом камни играют второстепенную роль, что обеспечивает повышенную теплоотдачу банной печи и, соответственно, повышение коэффициента полезного действия банной печи;
- на нижней стороне чугунного ложа находятся выступы, образованные воронками, для увеличения полезной площади контакта топочных газов и увеличения теплоотдачи,
- соответственно, повышения коэффициент полезного действия и теплопроводности банной печи;
- на верхней стороне чугунного ложа равномерно расположены вертикальные стержни для увеличения площади соприкосновения с камнями, уложенными на чугунном ложе, а также для увеличения поверхности для испарения воды и получения пара и, соответственно, повышения коэффициент полезного действия и теплопроводности банной печи;
- рассекатель пламени, разделяющий пламя на три потока, препятствует свободному выходу пламени в дымоход, так как глухая часть рассекателя находится под выходом в дымоход. Направляя потоки пламени сначала к стенкам верхнего модуля корпуса, а далее вдоль модуля каменки к выходу в дымоход, тем самым увеличивается длина пламени проходящая вплотную с каменкой, что повышает эффективность передачи энергии каменке;
- выполнение печи из сборно-разборных модулей обеспечивает возможность замены элементов модуля, без необходимости замены полностью печи;
- воздушники, расположенные с двух боковых сторон внутри модуля топки и проходящие до рассекателя, обеспечивают подачу воздуха под модуль каменки, тем самым обеспечивая вторичный дожиг газов в печи, и соответственно, способствуют повышению коэффициента полезного действия и теплопроводности банной печи;
- вращение модуля каменки относительно модуля корпуса обеспечивает смещение оси дымохода в горизонтальной плоскости, что обеспечивает удобство монтажа печи по месту установки. Благодаря этому, не меняя расположение печи можно выбрать удобное расположение вертикального дымохода, если при стандартном расположении есть сложности в проходе дымохода через строительные конструкции. Рассекатель пламени при смещении каменки также смещается таким образом, чтобы глухая часть рассекателя находилась под выходом в дымоход;
- в закрытую люком емкость каменки вода подается через открытую дверцу для подачи воды. Выход пара происходит либо через открытую дверцу для подачи воды, либо через открытую заслонку, расположенную на дверце;
- вода для получения пара с нижних слоев загрузки каменки и поверхности каменки подается через воронки, расположенные на люке каменки и соединенные с перфорированными трубками ведущими на нижний уровень загрузки каменки.
На фиг. 1 - взрыв схема общего вида банной печи, на фиг. 2 - вид сбоку; фиг. 3 - вид спереди; фиг. 4 - вид сбоку в разрезе.
1 - основание с ножками; 2 - модуль топки; 3- нижняя секция модуля корпуса; 4 - верхняя секция модуля корпуса; 5 - модуль каменки; 6 - наборное кольцо; 7 - колосниковая решетка; 8 - рассекатель пламени; 9 - стартовая труба дымохода; 10 - переходник; 11 -удлинитель портала; 12 - портал; 13 - дверка; 14 - воздушники; 15 - стержни; 16 - выступы для установки рассекателя; 17 - воронки для испарения воды; 18 - люк каменки; 19-дверца для подачи воды; 20 - заслонка; 21 - воронка для подачи воды; 22 - шиберная задвижка; 23 - трубки для распределения воды.
Банная печь относится к нагревательным устройствам конвекционного типа и работает на твердом топливе - дровах. Конструкция банной печи рассчитана на установку в парной с выходом топки в смежное помещение.
Банная печь состоит из основания 1 с ножками, портала 12 с дверкой 13, переходника 10 и сборно-разборных модулей: топки 2, корпуса 3 и 4, и каменки 5. Модуль корпуса выполнен из двух секций верхней 4 и нижней 3. Горизонтальное основание 1 и модули 2, 3, 4 и 5 выполнены с возможностью вертикального соединения снизу вверх между собой посредством соединения шип-паз выполненного на верхних и нижних сторонах модулей с использованием высокотемпературного герметика.
В модуле каменки 5 выполнено круглое отверстие для прикрепления стартовой трубы 9.
Переходник 10 закрепляется посредством соединения шип-паз с верхней 4 и нижней 3 секциями модуля корпуса, модулем топки 2 и основанием 1. Портал 12 в сборе с дверкой 13 соединяется с переходником 10 через удлинитель портала 11 посредством резьбового соединения, например талрепом, шпилькой или болтом.
Внутри модуля топки 2 расположена рамка под колосниковую решетку 7 для размещения на ней твердого топлива. На верхней секции 4 модуля корпуса внутри расположено, по меньшей мере, четыре выступа 16 для размещения на них рассекателя пламени 8, выполненного с возможностью разделения пламени на три потока, направляя их сначала к стенкам верхнего модуля корпуса, а далее вдоль модуля каменки 5 к выходу дымохода.
Модуль каменки 5 выполнен из чугуна с расположенным сверху ложем для камней и вертикальными стержнями 15 для увеличения площади соприкосновения с камнями, а также с расположенными сверху углублениями в виде воронок 17, создающих соответствующие выступы снизу каменки для их контакта с пламенем. Выполнение модуля каменки 5 из чугуна с существенной толщиной и массой обеспечивает высокую теплоемкость каменки, что позволяет получить большое количества пара с поверхности, имеющей высокую температуру. За счет выполнения на верхней части модуля каменки стержней 15, а на нижней - выступов, имеющих непосредственный контакт с огнем, обеспечивается увеличенная площадь контака для передачи тепловой энергии как снизу от огня к каменке, так и сверху от каменке воде и камням. При этом чугунная каменка долго остывает, чем обеспечивает длительную генерацию пара после прекращения горения в топке.
Воздушники 14 установлены на рамке под колосниковую решетку внутри модуля топки 2 напротив друг друга, проходят до рассекателя пламени 8 и служат для подачи воздуха под модуль каменки 5, обеспечивая вторичный дожиг газов, тем самым повышая КПД банной печи.
Модуль каменки 5 выполнен в виде цилиндрического корпуса, который устанавливается на верхний модуль корпуса 4 под любым углом, таким образом, что модуль каменки 5 можно вращать относительного верхнего модуля корпуса 4, смещая расположение дымохода.
Дверка 13 выполнена с нижней и верхней заслонками подачи воздуха, для обеспечения обдува стекла с двух сторон и препятствования образовании сажи на стекле, что обеспечивает также повышение КПД банной печи.
На наружных сторонах модулей 2, 3, 4 и 5 расположены вертикальные и горизонтальные конвекционные ребра, которые обеспечивают повышение эффективности нагрева. При этом конвекционные ребра выполнены в виде расположенного посередине вдоль цилиндрической части модулей конвекционного ребра-выступа, сверху и снизу которого в шахматном порядке расположены вертикальные конвекционные ребра.
Печь дополнительно содержит по меньшей мере одно наборное кольцо 6, установленное на модуль каменки 5 и образующее емкость для засыпки камней.
Модуль каменки 5 дополнительно снабжен сверху люком 18, на котором сверху расположена дверца 19 для подачи воды в модуль каменки для образования мелкодисперсного пара.
На дверце для поддач воды расположена заслонка 20 для регулировки выхода пара.
Кроме того, в люке 18 расположена как минимум одна воронка 21 для подачи воды на теплоаккумулирующую загрузку или камни.
Банная печь работает следующим образом.
В модуль каменки 5 закладывают камни, специально для этого предназначенные. В частности, могут быть использованы камни из жадеита, габбродиабаза, малинового кварцита, перидотита, талькохлорита.
Дрова укладываются на колосниковую решетку 7 через дверку 13 и поджигают. Продукты горения топлива направляются от стенки модуля топки 2 вверх к рассекателю пламени 8, расположенному в верхнем модуле корпуса 4. Рассекатель пламени 8 разделяет пламя на три потока пламени, направляя их сначала на стенки верхнего модуля корпуса 4, а далее вдоль низа модуля каменки 5 к выходу в дымоход.
Воздух для горения попадает через отверстия расположенные на дверце печи. Сечение канала регулируется верхней и нижней заслонками, что обеспечивает обдув стекла с двух сторон для исключения загрязнения стекла продуктами горения.
Воздух в парной нагревается конвекционным способом, за счет контакта воздуха с нагретыми модулями печи.
Массив модуля каменки 5 является основным аккумулятором тепла для парогенерации -испарения воды при ее попадании в ложе для камней. Модуль каменки 5 нагревается до максимально возможных температур, так как имеет прямой контакт с пламенем нижней стороной модуля каменки 5, и непосредственный контакт с водой для пара с верхней стороны. Камни, располагаемые в ложе каменки прогреваются кондуктивно, контактируя с воронками 17 в модуле каменки 5, дном каменки и вертикальными стержнями 15. При поддачах воды для пара и остывании поверхности камней, не нужно дожидаться пока поверхность камней наберет температуру заново, вода будет скатываться с камней, попадать на каменку и испаряться с нее.
Для увеличения площади теплосъема, снизу модуля каменки 5 имеются выступы для контакта с пламенем. Для увеличения поверхности для испарения воды, ложе для камней оборудовано вертикальными стержнями 15 и углублениями в виде воронок 17. Вертикальные стержни 15 позволяют лучше обогреть камни, укладываемые на ложе для камней.
Выполнение модуля каменки 5 из чугуна, дает высокую теплопроводность, температура от пламени быстро передается на верхнюю часть модуля каменки 5, на которую подают воду для испарения. Сверху на модуль каменки 5 укладывают камни: для снижения теплопотерь поверхности ложа для камней, для распределения воды по его поверхности.
Воду подают на камни либо напрямую, через открытую дверцу 19, расположенную на люке 18, либо через воронки 21, соединенные с трубками 23 ведущими на нижний уровень закрузки каменки 5. Вода при подаче через дверцу будет скатываться с камней, попадать в углубления, которые подвержены максимальному нагреву, тем самым вода будет интенсивно испаряться генерируя мелкодисперсный пар. При этом температура камней не имеет значение.
Выход пара осуществляется либо через открытую дверцу 19, либо через открытый клапан 20 при закрытой дверце.
Вся конструкция банной печи рассчитана на нагрев модуля каменки 5,: направление потока пламени сначала к стенкам верхнего корпуса 4, а далее вдоль модуля каменки 5 к выходу дымохода, увеличение площади контакта с огнем с помощью выступов на нижней стороне модуля каменки 5.
Банная печь является печью постоянного действия, можно подавать воду для генерации мелкодисперсного пара при одновременном горении в топке. Это позволяет быстро восстановить температуру при ее понижении от подач воды. Массы модуля каменки достаточно для поддержания уровня влажности, путем испарения воды в объеме парного помещения, на который рассчитана банная печь.
Таким образом, изобретение обеспечивает:
- повышение коэффициента полезного действия и теплопроизводительности банной печи, за счет вертикальных стержней и углублений в виде воронок на верхней стороне модуля каменки, и выступов на нижней части модуля каменки;
- получение мелкодисперсного («мягкого», «бархатного») пара;
- возможность постоянного действия банной печи;
- возможность замены элементов модуля, без необходимости замены полностью печи.
- повышение коэффициента полезного действия и теплопроводности банной печи за счет вторичного дожига газов в печи, с помощью воздушников;
- вращение модуля каменки относительно модуля корпуса обеспечивает смещение оси дымохода в горизонтальной плоскости, что обеспечивает удобство монтажа печи по месту установки. Благодаря этому, не меняя расположение печи можно выбрать удобное расположение вертикального дымохода если при стандартном расположении есть сложности в проходе дымохода через строительные конструкции. Рассекатель пламени при смещении каменки также смещается таким образом, чтобы глухая часть рассекателя находилась под выходом в дымоход;
- несколько вариантов подачи воды для генерации пара, как через открытую дверцу, так и через воронки;
- выход пара через открытую дверцу или через открытый клапан при закрытой дверце.
Заявителем изготовлен опытный образец устройства, который полностью подтвердил заявленные преимущества, в связи с чем, изобретение может быть с успехом применено в промышленном производстве банных печей.