Банная печь и способ нагрева банной печи
SAUNA STOVE AND METHOD FOR HEATING SAUNA STOVE

Изобретение относится к нагревательным устройствам на твердом топливе, используемым для отопления парильного помещения с возможностью длительной генерации мелкодисперсного пара в парильнях малогабаритных бань, а также к способу нагрева банной печи.
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, это, например, печи «по-черному», 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 невысокая теплопроизводительность, за счет отсутствия выступов на металлическом ложе для камней.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является банная печь и способ нагрева банной печи (патент RU 2718846, МПК F24B 1/02, F24B 5/02, F24B 7/04, опубликован 14.14.2020), 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 по изобретению, 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. Возможность замены элементов модуля, без необходимости замены полностью печи.
Техническим результатом, достигающимся при помощи способа по изобретению, является получение мелкодисперсного пара («мягкого», «бархатного») за счет подачи воды на деталь, нагреваемую непосредственным контактом с пламенем.
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, при этом каменка выполнена с расположенным сверху ложем для камней и вертикальными стержнями для увеличения площади соприкосновения с камнями, отличающаяся тем, что 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, верхние и нижние секции модуля корпуса и модуля топки выполнены с возможностью подсоединения к ним портала с дверкой, внутри модуля топки расположена рамка под колосниковую решетку, а на верхней секции модуля корпуса внутри расположено, по меньшей мере, два выступа для размещения на них рассекателя пламени, выполненного с возможностью разделения пламени, по меньшей мере, на два потока, направляя их сначала к стенкам корпуса, а далее вдоль модуля каменки к выходу дымохода, при этом модуль каменки выполнен из чугуна с расположенными сверху углублениями в виде воронок, создающих соответствующие выступы снизу каменки для их контакта с пламенем, служащими для ускорения нагрева каменки, при этом на наружных сторонах модулей расположены вертикальные и горизонтальные конвекционные ребра. Печь дополнительно содержит по меньшей мере одно наборное кольцо, установленное на каменку и образующее емкость для засыпки камней. Портал соединен с модулями топки и корпуса через, по меньшей мере один удлинитель портала. С внешней стороны вокруг модулей может быть расположен защитный кожух в виде металлической сетки. С внешней стороны вокруг модулей может быть расположен защитный кожух в виде вертикальных каменных ламелей, плотно соприкасающихся друг с другом. Стартовый патрубок дымохода оснащен шиберной задвижкой.
Сущность способа по изобретению заключается в том, что укладывают камни в ложе для камней модуля каменки, имеющей высокую массу для аккумуляции тепла и выполненной из чугуна, прямым огнем обогревают нижнюю поверхность модуля каменки с выступами, подают воду на камни и верхнюю поверхность каменки со стержнями и воронками, и генерируют мелкодисперсный пар путем испарения воды со всей верхней поверхности модуля каменки.
Технический результат по устройству 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;
- выполнение печи из сборно-разборных модулей обеспечивает возможность замены элементов модуля, без необходимости замены полностью печи.
Технический результат по способу достигается за счет того, что:
- получают мелкодисперсный пар («бархатный», «мягкий»), образующий за счет попадания воды в воронки чугунного ложа, которые имеют непосредственный контакт с пламенем.
На фиг. 1 - общий вид банной печи, на фиг. 2 - взрыв схема банной печи; 3 - банная печь вид спереди; фиг. 4 - разрезе по А-А; фиг. 5 - разрез по Б-Б; фиг. 6 - разрез по В-В.
1 - основание с ножками; 2 - модуль топки; 3 - модуль корпуса; (3а - верхняя секция модуля корпуса; 3в - нижняя секция модуля корпуса;) 4 - модуль каменки; 5 - наборное кольцо; 6 - колосниковая решетка; 7 - рассекатель пламени; 8 - стартовая труба дымохода; 9 - переходник; 10 - удлинитель портала; 11 - портал в сборе с дверцей; 12 - выступы для установки рассекателя; 13 - стержни; 14 - воронки.
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 с дверкой 12, переходника 10 и сборно-разборных модулей: топки 2, корпуса 3 и каменки 4. Модуль корпуса 3 выполнен из двух секций верхней 3а и нижней 3в. Горизонтальное основание 1 и модули 2, 3, 4 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 4 выполнено круглое отверстие для прикрепления стартовой трубы 8.
Переходник 9 закрепляется с помощью винтовых соединений с верхней 3а и нижней 3в секциями модуля корпуса и модулем топки 2. Портал в сборе с дверцей 11 соединяется с переходником 9 через удлинитель портала 10. Удлинителей портала может быть установлено несколько.
Внутри модуля топки 2 расположена рамка под колосниковую решетку 6 для размещения на ней твердого топлива. На верхней секции 3а модуля корпуса внутри расположено, по меньшей мере, два выступа для размещения на них рассекателя пламени 7, выполненного с возможностью разделения пламени, по меньшей мере, на два потока, направляя их сначала к стенкам корпуса, а далее вдоль модуля каменки 4 к выходу дымохода.
Модуль каменки 4 выполнен из чугуна с расположенным сверху ложем для камней и вертикальными стержнями 13 для увеличения площади соприкосновения с камнями, а также с расположенными сверху углублениями в виде воронок 14, создающих соответствующие выступы снизу каменки для их контакта с пламенем. Выполнение модуля каменки 4 из чугуна позволяет получить большое количества пара с высокой температурой. 3а счет выполнения на верхней части стержней 13, а на нижней выступов, имеющих непосредственный контакт с огнем, обеспечивается большая аккумуляция тепла. При этом чугунная каменка долго остывает, чем обеспечивает длительный прогрев помещения.
На наружных сторонах модулей 2, 3, 4 расположены вертикальные и горизонтальные конвекционные ребра для повышения эффективности нагрева.
Печь дополнительно содержит по меньшей мере одно наборное кольцо 5, установленное на каменку и образующее емкость для засыпки камней.
С внешней стороны вокруг модулей 2, 3, 4 может быть расположен защитный кожух в виде металлической сетки, отстоящий от корпуса на 70-100 мм. В образовавшиеся пазухи засыпают камни. Нагрева воздуха происходит за счет контакта воздуха с нагретыми камнями.
С внешней стороны вокруг модулей 2, 3, 4 может быть расположен защитный кожух в виде вертикальных каменных брусков (ламелей), плотно соприкасающихся друг с другом. Ламели устанавливаются на основание печи и закрепляются в верхней части печи металлическим обручем. Расстояние между внутренней поверхностью ламелей и модулями печи предусматривается 30-80 мм. Нагрев воздуха происходит за счет прохода воздушных потоков между ламелями и печью.
Банная печь работает следующим образом.
В модуль каменки 4 закладывают камни, специально для этого предназначенные. В частности, могут быть использованы камни из жадеита, габбродиабаза, малинового кварцита, перидотита, талькохлорита.
Дрова укладываются на колосниковую решетку 6 через дверцу и поджигают. Продукты горения топлива направляются от стенки модуля топки 2 вверх к рассекателю пламени 7, расположенному в модуле корпуса 3. Рассекатель пламени 7 разделяет пламя на два или более потоков пламени, направляя их сначала на стенки модуля корпуса 3, а далее вдоль низа модуля каменки 4 к выходу в дымоход.
Воздух для горения попадает через отверстия, расположенные на дверце печи. Сечение канала регулируется заслонкой.
Воздух в парной нагревается конвекционным способом, за счет контакта воздуха с нагретыми модулями печи.
Массив модуля каменки 4 является основным аккумулятором тепла для парогенерации - испарения воды при ее попадании в ложе для камней. Модуль каменки 4 нагревается до максимально возможных температур, так как имеет прямой контакт с пламенем нижней стороной модуля каменки 4, и непосредственный контакт с водой для пара с верхней стороны. Камни, располагаемые в ложе каменки прогреваются кондуктивно, контактируя с воронками 14 в модуле каменки 4, дном каменки и цилиндрическими стержнями 13. 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 имеются выступы для контакта с пламенем. Для увеличения поверхности для испарения воды, ложе для камней оборудовано вертикальными стержнями 13 и углублениями в виде воронок 14. Вертикальные стержни 13 позволяют лучше обогреть камни, укладываемые на ложе для камней.
Особенность заявленного способа нагрева банной печи является то, что роль парогенератора выполняет модуль каменки - с ложем для камней. Нижняя поверхность модуля каменки 4 обогревается прямым контактом с огнем, за счет чего модуль каменки 4 набирает максимально возможную температуру. Имеет высокую массу для аккумуляции тепла. Выполнение модуля каменки 4 из чугуна, дает высокую теплопроводность, температура от пламени быстро передается на верхнюю часть модуля каменки 4, на которую подают воду для испарения. Сверху на модуль каменки 4 укладывают камни: для снижения теплопотерь поверхности ложа для камней, для распределения воды по его поверхности.
Воду подают на камни, с которых вода будет скатываться и попадать в углубления, которые подвержены максимальному нагреву, тем самым вода будет интенсивно испаряться, генерируя мелкодисперсный пар. При этом температура камней не имеет значение.
Вся конструкция банной печи рассчитана на нагрев модуля каменки 4: направление потока пламени сначала к стенкам корпуса, а далее вдоль модуля каменки 4 к выходу дымохода, увеличение площади контакта с огнем с помощью выступов на нижней стороне модуля каменки 4.
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.
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.