СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
STEAM GENERATING METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при оборудовании бань стационарного и мобильного типов, а также для обогрева бытовых и производственных помещений.
Легкость или, наоборот, тяжесть пара определяется его диспергированностью, т.е. размером взвешенных в воздухе капелек воды. Чем они меньше, тем пар легче. Пар из крупных капель - тяжелый пар - вреден для человека и переносится им достаточно тяжело.
Диспергированность пара зависит от температуры поверхности, с которой производится испарение. В сауне температура испарителей - камней - может достигать 200°C. Большую степень нагрева обеспечить трудно из-за свободного контакта камней с воздухом в бани типа "сауна", т.к. в этом случае будет происходить перегрев воздуха в помещении парной.
Известны печи для бани, содержащие металлический корпус, топку, камеру с находящимися в ней камнями и дымовую трубу, установленную над камерой. При эксплуатации получают чистый пар, плеснув на камни горячую воду (Патент RU 2005263 C1, F24B 1/24, 07.03.1993).
Недостатком указанных печей является возможность попадания в парильню топочных газов и наличие в паре с относительной влажностью до 70% крупных капель доведенной до кипения воды. При этом невозможно получение перегретого пара с относительной влажностью менее 25%.
Известны способы получения перегретого пара из влажного пара высокого давления путем отделения жидкости от пара, дросселирования и перегрева за счет теплообмена с насыщенным паром и повышения тем самым экономичности (Патент SU 561048 A, F22G 1/10, 01.08.1977).
Недостатком способов является необходимость в дополнительном парогенераторе и трудность стабилизации температуры перегретого пара.
Известен способ получения пара и печь «Гейзер» для реализации указанного способа, содержащая металлический корпус с топкой, дымоходом и открытый контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, причем указанный открытый контейнер размещен в верхней части топки со стороны обогреваемого помещения, в топке помещена емкость повышенного давления с теплообменным крупнодисперсным материалом и установленным в ее верхней части влагораспределительным устройством, соединенным с баком для парообразующей жидкости посредством дозатора, в указанной емкости снизу вверх встроена дроссельная труба, проходящая через теплообменный крупнодисперсный материал и верхнюю часть топки в указанный открытый контейнер, обеспечивающая дополнительный перегрев образовавшегося в емкости повышенного давления перегретого пара в верхней части топки и за счет рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом. При этом дозатор жидкости может быть выполнен в виде дроссельного канала или в виде вентиля с ручным управлением, или в виде электромагнитного клапана, соединенного с блоком управления подачей жидкости с заданной временной скважностью между включениями. Перегрев сдросселированного пара осуществляют в верхней части дроссельной трубы, проходящей через топку, и путем рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом в дополнительном контейнере (Патент РФ №2250417, МПК: F24B 1/24 - прототип).
Указанная печь для бани "Гейзер" работает следующим образом.
В топку металлического корпуса рассматриваемой модификации печи через дверцу закладывается топливо и разжигается. Остатки от сгораемого топлива просыпаются через колосниковую решетку в поддувало. Горячий газ, образовавшийся от сгорания топлива, поднимается вверх топки, нагревает теплообменный крупнодисперсный материал в емкости и контейнере, а также пар - в верхней части дроссельной трубы. Затем горячий газ, поднимаясь вверх в сквозной дымовой трубе, обогревает бак с водой. Постепенно теплообменный крупнозернистый материал разогревается до (350…450)°C, нагревая воздух в помещении до (60…100)°C.
Способ перегрева пара заключается в следующем.
Для получения перегретого пара парообразующая жидкость из бака через дроссельный канал с патрубком поступает во влагораспределительное устройство. Нагрев жидкости происходит при ее контакте с теплообменным крупнозернистым материалом. Образовавшийся насыщенный пар поднимается в верхнюю часть емкости и затем, по мере увеличения его объема, под собственным давлением просачивается через материал, еще больше нагревается свыше 100°C и поступает во входное отверстие дроссельной трубы в нижней части емкости. Далее перегретый пар нагревается на горизонтальном участке части дроссельной трубы в верхней части топки. Сдросселированный пар поступает в открытый контейнер и в процессе рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом перегревается свыше 110°C, осуществляя нагрев помещения.
Основным недостатком данного способа получения пара является следующее.
Парообразующая жидкость подается из влагораспределительного устройства в виде капель или дозированного потока жидкости прямо на разогретый крупнодисперсный материал. Такая подача приводит к тому, что часть жидкости испаряется, не попадая в дроссельную трубу, что приводит к снижению экономичности и нерасчетному режиму работы парообразующего устройства. Кроме этого, наличие достаточно протяженного горизонтального участка в дроссельной трубе приводит к дополнительному сопротивлению при движении полученного пара горизонтально, при этом на выходе горизонтально движущийся пар должен преодолеть сопротивление тракта, образованного крупнодисперсным теплообменным материалом.
Задачей предложенного технического решения является создание способа получения пара и устройства для его реализации, позволяющего получать пар с регулируемой температурой и влажностью, упрощение конструкции и повышение экономичности работы устройства для его получения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе получения пара, заключающемся в получении пара при контакте парообразующей жидкости, преимущественно воды, с разогретым теплообменным материалом, согласно изобретению для испарения парообразующей жидкости и получения пара используют крупнодисперсный теплообменный материал, преимущественно камни естественного происхождения, и устройства с развитой поверхностью теплообмена, выполненные, преимущественно, в виде кассет, содержащих ряд установленных параллельно или практически параллельно с осевым зазором пластин, причем указанные устройства размещают внутри крупнодисперсного теплообменного материала, при этом парообразующую жидкость подают на крупнодисперсный теплообменный материал и внутрь устройств с развитой поверхностью теплообмена.
В варианте применения способа, указанные устройства размещают между крупнодисперсным теплообменным материалом и источником тепла.
В варианте применения способа, указанные устройства размещают между крупнодисперсным теплообменным материалом и источником тепла параллельно или практически параллельно своду топки.
Для реализации предложенного способа предложено устройство, содержащее ряд пластин, смонтированных в виде кассеты и расположенных с осевым зазором параллельно или практически параллельно друг другу, выполненных, преимущественно, из нержавеющей стали, предпочтительно 12Х18Н10Т.
В варианте исполнения, зазор между пластинами равен или примерно равен толщине пластины. Такое исполнение позволит обеспечить оптимальные условия для парообразования. При меньшей величине зазора возрастает гидравлическое сопротивление тракта и ухудшаются условия попадания парообразующей жидкости на внутреннюю поверхность пластин, при большей - уменьшается поверхность теплообмена теплообменного устройства при тех же габаритных размерах и ухудшаются условия нагрева капель воды о боковые поверхности смежных пластин.
В варианте исполнения, на пластинах выполнен, как минимум, один уступ, предпочтительно, равный толщине пластины. Такое исполнение позволит сформировать кассету с равными зазорами между пластинами.
В варианте исполнения, пластины выполнены профилированными по высоте. Такое исполнение позволяет увеличить длину канала между пластинами.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана печь с устройством для подачи парообразующей жидкости, вид спереди; на фиг.2 показана печь с устройством для подачи парообразующей жидкости, вид сбоку; на фиг.3 - парообразующее устройство в аксонометрии; на фиг.4 - элемент парообразующего устройства в увеличенном масштабе в аксонометрии; на фиг.5 - элемент парообразующего устройства в увеличенном масштабе; на фиг.6 - траектория движения капли воды между пластинами устройства в варианте выполнения плоских пластин; на фиг.7 - траектория движения капли воды между пластинами устройства в варианте выполнения профилированных пластин.
Указанный способ может быть реализован при помощи предложенного устройства в печи с крупнодисперсным материалом следующим образом.
Печь для реализации указанного способа содержит металлический корпус 1 с топкой 2, дымоходом 3 и открытый контейнер 4 с теплообменным крупнодисперсным материалом 5. Открытый контейнер 4 размещен в верхней части топки 2 со стороны обогреваемого помещения. В крупнодисперсном материале 5 установлено, как минимум, одно предложенное устройство 6 для подачи парообразующей жидкости для получения пара. Устройство 6 содержит ряд пластин 7, смонтированных в виде кассеты, расположенных с осевым зазором 8 параллельно или практически параллельно друг другу, выполненных, преимущественно, из нержавеющей стали, предпочтительно, 12Х18Н10Т. На каждой пластине выполнен, как минимум, один выступ 9 для обеспечения требуемой величины зазора 8. В топку 2 укладывается топливо 10.
Предложенный способ может быть реализован следующим образом.
В топку 2 печи укладывается топливо 10 и поджигается. При сгорании топлива образуются продукты сгорания с высокой температурой, которые, проходя по дымоходу 3 через крупнодисперсный теплообменный материал 5, размещенный в контейнере 4, разогревают его вместе с устройствами 6.
При попадании воды непосредственно на разогретые поверхности пластин 7 устройства 6 происходит ее мгновенный нагрев с образованием пара, содержащего достаточно большое количество крупных капель доведенной до кипения воды. Крупные капли воды, спускаясь по пластинам 7 вниз и соприкасаясь с их разогретыми поверхностями, отскакивают от них за счет образования паровой подушки под каплей и при этом неоднократно ударяются о поверхность пластин, образующих щелевой зазор, и также отскакивают от них, попадая при этом на параллельную пластину, образующую при помощи выступа 9 щелевой зазор. Такая подача обеспечивает дополнительное испарение и уменьшение размеров капель, повышение температуры получаемого пара.
Полученный таким образом пар поступает непосредственно на разогретый крупнодисперсный теплообменный материал 5. При прохождении через слои разогретого крупнодисперсного материала 5, предпочтительно, от двух и более, от места ввода до выхода в окружающую среду, полученный пар, за счет теплообмена с указанным материалом, нагревается дальше, при этом процент влаги в нем уменьшается, а температура пара растет. Таким образом, в парную поступает пар с требуемой влажностью и температурой, без крупных капель доведенной до кипения воды, что обеспечивает комфортные условия пребывания в парной.
Проведенные автором и заявителем испытания предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений и предложенных критериев.
Использование предложенного технического решения позволит создать печь, обеспечивающую получение пара с регулируемой температурой и влажностью, упростить конструкцию и повысить экономичность работы устройства для его получения.