ПЕЧЬ БАННАЯ
BATH-HOUSE FURNACE

Техническое решение относится к системам печного отопления, а именно к печам, обеспечивающим как собственно отопление, так и парообразование, и может найти применение, преимущественно, в индивидуальных банях.
Известна печь металлическая Куткина по патенту на полезную модель РФ №70562, F24В 1/24, опубл. 27.01.2008 г., включающая корпус, экран, имеющий как минимум один вертикальный участок, топливник с дверцей, причем ширина топливника меньше ширины корпуса, расположенную между боковыми стенками топливника и вертикальными участками экрана воздухонагревательную камеру, металлическую емкость с отверстием для парообразования, заполненную теплоаккумулирующим материалом, размещенную над топливником и имеющую с ним общую стенку, и дымоход. Часть корпуса печи, соединяющая емкость с теплоаккумулирующим материалом и экран, выполнена герметичной, а между металлической емкостью с теплоаккумулирующим материалом и воздухонагревательной камерой расположен воздухозаборный элемент.
Недостатком известной печи является отсутствие приточно-вытяжной вентиляции в ней, что не обеспечивает удаления из парной воздуха, насыщенного парами углекислого газа и пота человека, и поступления свежего воздуха для облегчения дыхания при повышенных испарениях в процессе парения человека. Тем самым конструкция известной печи не обеспечивает гигиенически комфортных условий при ее эксплуатации.
Другим недостатком такой печи является соединение воздухонагревательной камеры, по которой циркулирует воздух парной, с металлической емкостью, заполненной теплоаккумулирующим материалом, предназначенным для получения пара. При таком исполнении при закрытой металлической емкости прекращается движение воздуха, снимающего тепло с боковых поверхностей топливника, что ведет к перегреву их, сокращая срок службы, и затрудняет нагрев воздуха в парной. Это снижает эффективность работы печи.
Известна также печь банная по патенту на полезную модель РФ №93500, Р24В 1/24, опубл. 27.04.2010 г., содержащая корпус, топливник, имеющий увеличенную высоту, дымоход, утепленную закрытую каменку, имеющую крышку для поддавания на камни воды, защитный кожух, снабженный жалюзи для регулирования потока горячего воздуха.
Недостатком этой печи является также отсутствие приточно-вытяжной вентиляции и ухудшение связанных с ее отсутствием условий эксплуатации печи, как в предыдущем аналоге. К тому же закрытая каменка, имеющая внешний защитный кожух, отрицательно сказывается на эффективности работы печи, так как при такой конструкции уменьшается количество тепла, выделяемого для нагрева парной.
Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности существенных признаков является банная печь с воздуховодом под подовой поверхностью по патенту на изобретение РФ №2291999, F24В 1/24, опубл. 20.01.2007 г., содержащая зольник и топку с размещенным над ней чугунным ложем для камней, выполненным так, что карман ложа находится на уровне топки и является направляющей поверхностью дымохода. Воздухозаборник поддувала расположен ниже уровня поля и соединяет поддувало с подпольем. Под подовой поверхностью печи устроена металлическая перегородка, отделяющая воздуховод от дымохода. Воздуховод для поступающего снаружи здания и проходящего в помещение парной бани между металлической перегородкой и фундаментом печи воздуха расположен между металлической перегородкой и фундаментом печи.
Недостатком устройства является неэффективность работы приточно-вытяжной вентиляции. Из-за расположения греющей поверхности сверху воздушного канала эффективная теплопередача от нее воздуху в канале затруднена, поэтому приточный воздух невозможно нагреть до достаточно высокой температуры. В результате слабо нагретый приточный воздух будет слаться по полу парной, захватываться вытяжкой и преждевременно удаляться из помещения, не обеспечив полноценного проветривания парной. Кроме того, в известном устройстве забор воздуха из парной под колосник и обслуживание печи производятся из парной, что неудобно при эксплуатации.
Технической задачей предлагаемого решения является обеспечение гигиенически комфортных условий при эксплуатации печи за счет организации в ней эффективной приточно-вытяжной вентиляции при повышении эффективности работы печи за счет максимального использования тепла топки, выделившегося в результате горения топлива, на нагрев парной и образования пара.
Поставленная задача решается тем, что в печи банной, содержащей корпус, в котором размещена топка с колосником и зольник, а над топкой - закрытая емкость с теплоаккумулирующими элементами и отверстием для заливки воды, приспособленная для выпуска пара, дымовую трубу и средство для приточно-вытяжной вентиляции, согласно техническому решению средство для приточно-вытяжной вентиляции выполнено в виде расположенного под зольником центрального воздуховода с дверцей, соединенной механической тягой с поворотным воздушным клапаном, смонтированным на противоположном его конце, и боковых воздуховодов с дверцами, расположенных слева и справа от зольника.
Организация в печи эффективной приточно-вытяжной вентиляции обеспечивает при усиленном потоотделении и выделении углекислого газа, которые сопровождают человека при посещении парной (особенно, если в парной находится несколько человек), удаление из парной насыщенного выделениями человека воздуха и поступление в нее свежего воздуха для облегчения дыхания человека. Это обеспечивает гигиенически комфортные для него условия. Предложенное исполнение средства для приточно-вытяжной вентиляции позволяет управлять им за пределами парной, из предбанника, переключая указанные воздуховоды с этапа разогрева печи на этап вытяжки насыщенного испарениями воздуха парной и подачи свежего воздуха из предбанника, что удобно в работе. В заявленном устройстве приточный воздух попадает под конвектор печи и проделывает тот же путь, что и рециркуляционный воздух (воздух парной). В результате обеспечивается его ассимиляция, следствием чего является эффективное проветривание парной.
Целесообразно в закрытой емкости предусмотреть устройство для орошения водой теплоаккумулирующих элементов и выполнить его в виде воронки, соединенной с отверстием для заливки воды, и лотка, соединенного с воронкой и снабженного поворотным обратным клапаном на входе и распределительными пластинами, которые необходимо разместить наклонно под лотком, образуя скаты в сторону от лотка. При этом в лотке и распределительных пластинах целесообразно выполнить щелевые отверстия и разместить устройство для орошения в средней части закрытой емкости, а для выпуска пара выполнить в ее верхней стенке отверстия и на них установить подъемные клапаны.
При наличии устройства для орошения водой и таком его исполнении орошаются теплоаккумулирующие элементы в нижней части закрытой емкости, что позволяет получить первичный («влажный») пар, который, поднимаясь вверх, подсушивается от теплоаккумулирующих элементов, находящихся выше распределительных пластин, превращаясь во вторичный («легкий») пар, наиболее полезный для человека. При этом избыточное давление пара поднимает подъемные клапаны на верхней стенке закрытой емкости, обеспечивая выход пара для нагрева и увлажнения парной и, как следствие, стабильную работу печи. Конструкция устройства для орошения обеспечивает равномерное орошение теплоаккумулирующих элементов, что ведет к стабильному парообразованию, необходимому для эффективной работы печи.
Целесообразно также конвектор выполнить состоящим из верхней и нижней частей, причем верхнюю часть надвинуть на нижнюю с образованием щели между ними.
Щель между частями конвектора обеспечивает дополнительно подсос нагреваемого воздуха парной к вертикальным теплообменным поверхностям печи за счет инжекции, что способствует активации теплообмена печи, повышая эффективность ее работы. Этому же эффекту способствует выполнение стенок конвектора из просечно-вытяжного листа. В этом случае подсос нагреваемого воздуха производится дополнительно и через тангенциально ориентированные просечки.
Целесообразно также использовать в печи в качестве теплоаккумулирующих элементов кольца Рашига, выполненные из керамики. Материал колец теплоемкий, кольца имеют развитую контактную поверхность и большую паропроницаемость. Керамика с такой геометрией, находясь в закрытой емкости, будет быстро аккумулировать тепло и быстро это тепло восстанавливать в интервалах между использованием. Это способствует эффективности парообразования.
Целесообразно заднюю и боковые стенки корпуса и дно закрытой емкости выполнить из гофрированного материала. Такой материал увеличивает поверхность этих стенок в 1,5 раза, что снижает их теплонапряженность и увеличивает жесткость конструкции, позволяя уменьшить их толщину. В целом это положительно сказывается на теплообмене.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами фиг.1-9, где показано:
на фиг.1 - печь банная, вид слева, продольный разрез;
на фиг.2 - то же, вид слева;
на фиг.3 - то же, разрез А-А на фиг.1;
на фиг.4 - то же, разрез Б-Б на фиг.3;
на фиг.5 - то же, вид сверху;
на фиг.6 - то же, вид спереди;
на фиг.7 - схема устройства для орошения водой, вид слева;
на фиг.8 - то же, вид А на фиг.7;
на фиг.9 - печь банная, разрез В-В на фиг.1.
Печь банная содержит корпус 1 (фиг.1), имеющий переднюю, заднюю и боковые стенки (поз. не обозначены), экранированные конвектором (за исключением нижней части передней стенки), который состоит из верхней 2 и нижней 3 частей. Верхняя часть 2 надвинута на нижнюю часть 3 с образованием щели 4. Стенки конвектора выполнены из просечно-вытяжного листа 5 (фиг.2) с тангенциально-ориентированными просечками. В корпусе 1 размещена топка 6 (фиг.1) с колосником 7 и зольник 8 (фиг.3, 4), а над топкой 6 - закрытая емкость 9 (далее - емкость 9) с теплоаккумулирующими элементами 10 и отверстием 11 (фиг.5) для заливки воды, приспособленная для выпуска пара. В печи имеется дымовая труба 12 (фиг.5, 9) и предусмотрено средство для приточно-вытяжной вентиляции, выполненное в виде расположенного под зольником 8 центрального воздуховода 13 (фиг.1, 3) с дверцей 14 (фиг.6), соединенной механической тягой 15 (фиг.1) с поворотным воздушным клапаном 16, смонтированным на противоположном конце центрального воздуховода 13, и боковых воздуховодов 17 (фиг.3) с дверцами 18, расположенных слева и справа от зольника 8 (фиг.6).
В емкости 9 предусмотрено устройство для орошения водой теплоаккумулирующих элементов 10, выполненное в виде воронки 19 (фиг.1, 7), соединенной с отверстием 11 для заливки воды (фиг.7), и лотка 20 (фиг.1, 7), соединенного с воронкой 19 и снабженного поворотным обратным клапаном 21 на входе и распределительными пластинами 22 (фиг.7, 8), которые размещены наклонно под лотком 20, образуя скаты в сторону от лотка 20. В лотке 20 и распределительных пластинах 22 выполнены щелевые отверстия 23. Для выпуска пара в верхней стенке 24 емкости 9 (фиг.2, 5) выполнены отверстия 25, на которых установлены подъемные клапаны 26. Устройство для орошения размещено в средней части емкости 9, деля ее на верхнюю и нижнюю части, причем теплоаккумулирующие элементы 10 размещены в обеих ее частях.
Теплоаккумулирующие элементы 10 представляют собой кольца Рашига (имеют вид коротких трубок диаметром 15÷20 мм), выполненные из керамики.
Топка 6 имеет топливный канал 27 (фиг.1, 2) и дверцу 28 (фиг.1, 6). Задняя и боковые стенки корпуса 1 (фиг.4, 9) и дно 29 каменки 9 (фиг.3) имеют гофрированную поверхность. Дымоход 12 имеет дроссельную заслонку (на фиг. не показана) для регулировки тяги.
Центральный воздуховод 13 образует воздушный канал для вытяжки насыщенного испарениями человека воздуха, а боковые воздуховоды 17 - воздушные каналы для притока свежего воздуха из предбанника.
Печь банную используют следующим образом.
При подготовке печи к работе дверцы 18 боковых воздуховодов 17 закрыты (фиг.6). Во время растопки печи и нагрева парной дверца 14 центрального воздуховода 13 открыта, при этом поворотный воздушный клапан 16 центрального воздуховода 13 закрыт (фиг.1). Воздух, необходимый для горения топлива, будет поступать из предбанника под колосник 7 через выдвинутый ящик зольника 8 сверху. При усиленном потоотделении и выделении углекислого газа, которые сопровождают человека при посещении парной, необходима хорошая ее вентиляция. Для этого дверцу 14 закрывают, открывая поворотный воздушный клапан 16 с помощью механической тяги 15. При этом воздух из парной будет поступать в печь по открытому каналу центрального воздуховода 13 за счет разрежения воздуха в топке 6. Тем самым осуществляется вытяжка через дымовую трубу 12 нагретого воздуха парной, насыщенного испарениями человека, оказывающая положительное влияние на тепловой баланс горения топлива в печи. Для притока свежего воздуха в парную из предбанника открывают дверцы 18 боковых воздуховодов 17. Прохладный воздух по каналам боковых воздуховодов 17 поступает в зону действия нижней части 3 конвектора, нагревается и смешивается с воздухом парной. Таким образом осуществляется приточно-вытяжная вентиляция воздуха парной.
Орошение теплоаккумулирующих элементов 10 осуществляют порциями воды (150÷200 г) через отверстие 11 в емкости 9 (фиг.5) с помощью устройства для орошения. Вода поступает через отверстие 11 в воронку 19 (фиг.7) и далее - через открытый поворотный обратный клапан 21 в лоток 20 с распределительными пластинами 22. По этим пластинам 22 вода растекается и через щелевые отверстия 23 (фиг.8) равномерно орошает теплоаккумулирующие элементы 10 в нижней части емкости 9 (фиг.3). Здесь получается первичный («влажный») пар, который поднимается в верхнюю часть емкости 9, где подсушивается от теплоаккумулирующих элементов 10 и превращается во вторичный («легкий») пар, который благотворно влияет на человека и легко им переносится в отличие от «влажного» пара.
При орошении теплоаккумулирующих элементов 10 в емкости 9 создавшееся избыточное давление пара поднимает подъемные клапаны 26 над отверстиями 25 (фиг.5) для выхода пара, и он будет выходить наружу, увлажняя и согревая воздух парной.
На эффективность теплообмена в печи положительное влияние оказывает конструкция конвектора. Щель 4, образованная между его верхней 2 и нижней 3 частями (фиг.1), и тангенциально ориентированные просечки в стенках конвектора (фиг.2) обеспечивают подсос нагретого воздуха парной.
Теплоаккумулирующие элементы 10, представляющие собой кольца Рашига в виде коротких керамических трубок диаметром 15÷20 мм, теплоемки, имеют развитую контактную поверхность и большую паропроницаемость. Керамика с такой геометрией, находясь в закрытом объеме емкости 9, будет быстро аккумулировать тепло и быстро это тепло восстанавливать в интервалах между использованием (через 10÷15 мин.).
Задняя, боковые стенки корпуса 1 и дно 29 емкости 9 (фиг. 3, 4) выполнены из гофрированных листов нержавеющей стали, что увеличивает их поверхность в 1,5 раза, снижая теплонапряженность и увеличивая жесткость конструкции. Это позволяет уменьшить их толщину, положительно сказываясь на теплообмене.
Таким образом, предложенная конструкция печи банной обеспечивает гигиенически комфортные условия для человека во время посещения парной при повышении эффективности ее работы.