ПЕЧЬ ДЛЯ БАНИ (ВАРИАНТЫ)
BATH-HOUSE FURNACE (VERSIONS)

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к дровяным бытовым банным печам, и предназначено для прогрева помещения, подогрева воды и получения пара, используется преимущественно в индивидуальных банях.
Известна печь для бани по патенту №45508, МПК F24B 1/02, 10.05.2005, содержащая огражденную кожухом топочную камеру с дымоходом, полость для теплоаккумулирующей загрузки, расположенную над сводом топочной камеры, а также съемный бак для воды и теплообменный элемент. Печь дополнительно снабжена вторичной камерой дожигания, расположенной в полости для теплоаккумулирующей загрузки перед дымоходом, внутри камеры дожигания установлен экран-отсекатель дымовых газов, закрепленный на задней стенке камеры с зазором между его кромками и боковыми стенками камеры, снаружи которой, на своде топочной камеры, установлены ребра теплоотдачи. Дверца топочной камеры ограждена выступающим вперед кожухом с фланцем, а бак для воды своей боковой стенкой примыкает к кожуху задней стенки топочной камеры, с которой он связан через теплообменный элемент.
Недостатком данной печи является неэффективный съем тепла со стенок камеры дожигания, так как задняя стенка камеры не работает на нагрев теплоаккумулирующей загрузки, а теплоаккумулирующая загрузка, которая находится в верхней передней части полости, удалена от стенок камеры дожигания и, следовательно, не прогревается должным образом. Полость для теплоаккумулирующей загрузки конструктивно выполнена глубокой, что не позволяет нагреть теплоаккумулирующую загрузку равномерно по всему объему.
Наиболее близким аналогом к заявляемой печи является печь-каменка для твердого топлива, содержащая топливник, зольник, колосниковую решетку, камеру для теплоаккумулирующей загрузки, дымоходы. Дымовые газы поступают в каналы вокруг камеры для камней и выходят в дымоход через переднее отверстие. Печь имеет зазоры между стенками печи и ограждением, которые служат каналами для циркуляции и нагрева воздуха. В этом же канале установлена водогрейная труба, (см. Сафин В.А. Строим баню: Справ. Пособие. - М.: Стройиздат, 1990, - с. 124-126).
Недостатком данной печи является неэффективный съем тепла со стенок дымоходов, так как большая протяженность дымоходов и его горизонтальное расположение не работает на нагрев воздуха или камней. Дымоход имеет выход на переднюю стенку печи, что увеличивает ее габариты, пожарную опасность и снижает удобство при эксплуатации.
Камера для камней выполнена глубокой, поэтому происходит неравномерный нагрев камней и затруднен доступ воды к камням, находящимся в нижней части камеры для камней.
Задачей изобретения является повышение эффективности и интенсивности теплообмена между продуктами сгорания топлива и теплосъемными поверхностями конструкции печи, увеличение ресурса работы печи.
Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении площади теплообмена и сокращении времени прогрева помещения и нагрева теплоаккумулирующей загрузки, снижении нагрузки на дно камеры для теплоаккумулирующей загрузки, увеличение жесткости конструкции.
Указанный результат достигается тем, что печь для бани по варианту 1, содержащая топку, зольник, колосниковую решетку, камеру с теплоаккумулирующей загрузкой, ограждение-кожух и емкость для воды, согласно формуле изобретения в верхней части топки содержит две камеры для теплоаккумулирующей загрузки, между вертикальными стенками которых, обращенными к центру топки, образована полость выпускного коллектора, ограниченная верхней стенкой с установленным в ней выходным патрубком и боковыми стенками с окнами для прохода дымовых газов, а снизу двумя наклонными пластинами, образующими его днище со щелью посредине, в полости установлены наклонные направляющие перегородки, боковые стенки камер для теплоаккумулирующей загрузки в верхней своей части и верхняя стенка выпускного коллектора отогнуты под углом к горизонтали и опираются на боковую стенку корпуса печи, ограничивая сверху газоходное пространство, на всю ширину которого установлены отсекатели, а сверху печь ограничена рамкой, которая сопрягается с верхним контуром топки поверхностью, образующей наклон к центру печи, при этом емкость для воды выполнена съемной.
Указанный результат достигается также тем, что наклонные направляющие перегородки приварены к верхней стенки коллектора под углом к ней, а к передней и задней стенкам коллектора перпендикулярно к ним.
Отсекатели установлены в месте сопряжения боковой стенки и днища выпускного коллектора и имеют форму прямоугольной пластины с отогнутыми вверх краями.
Съемная емкость для воды крепится на рамку и примыкает к задней стенки топки. Указанный результат достигается тем, что печь для бани по варианту 2, содержащая топку, зольник, колосниковую решетку, камеру с теплоаккумулирующей загрузкой, ограждение-кожух и емкость для воды, согласно формуле изобретения в верхней части топки содержит две камеры для теплоаккумулирующей загрузки, каждая из которых в поперечном сечении имеет форму трапеции, а в продольном сечении - параллелограмм и между наклонными стенками которых, обращенных к центру печи, образована полость выпускного коллектора, ограниченная верхней стенкой с установленным в ней выходным патрубком и щелью в нижней части коллектора, при этом в полости выпускного коллектора установлен рассекатель, причем емкости для теплоаккумулирующей загрузки установлены так в корпусе топки, что образуют зазоры со всеми ее стенками, при этом на боковых стенках емкостей для теплоаккумулирующей загрузки перпендикулярно к ним на всю ширину газоходного пространства установлены отсекатели, которые плотно примыкают к боковым стенкам корпуса топки, образуя газоходные отверстия, сверху, вдоль боковых стенок печи, газоходное пространство закрывает наклонная к центру печи пластина, которая сопрягается с рамкой, ограничивающей печь, а емкость для воды выполнена съемной.
Указанный результат достигается также тем, что что рассекатель приварен к стенкам выпускного коллектора, отсекатели установлены под углом 40-60° к горизонтали, а емкость для воды установлена на трубе дымохода.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
В печи для бани по варианту 1 разделение камеры для теплоаккумулирующей загрузки на две позволило снизить нагрузку на дно каждой камеры вдвое и повысить интенсивности теплообмена между продуктами сгорания топлива и теплосъемными поверхностями.
Патрубок для дымохода расположен по центру печи, это увеличивает расстояние от стенок и перегородок бани, что улучшает пожарную безопасность.
Высота наклонных направляющих перегородок, угол их наклона и размеры окон в боковых стенках выходного коллектора определяются экспериментально, исходя из оптимальных параметров процессов горении таких, как отсутствие дымления, тяга, расход топлива и температура газов на выходе.
Установка отсекателей в газоходном пространстве в месте сопряжения днища и боковых стенок коллектора и их форма позволяют делить газовый поток горячих продуктов сгорания топлива, выходящий из топки, на два и направляют его вдоль боковых стенок камер для теплоаккумулирующей загрузки, обеспечивая тем самым максимально возможный нагрев камней.
Окна в боковых стенках выпускного коллектора, а также наклонные направляющие перегородки позволяют создать сложные лабиринты для перемещения продуктов сгорания топлива, увеличивают путь их прохождения и площади теплосъемных поверхностей.
Щель в днище коллектора позволяет легко очищать дымоход от сажевого налета.
Кроме того, наклонные направляющие перегородки, приваренные к боковым стенкам коллектора и верхней стенки, обеспечивают дополнительную жесткость конструкции.
Боковые стенки камер для теплоаккумулирующей загрузки и верхняя стенка выпускного коллектора в верхней своей части отогнуты под углом 40-50° и опираются на боковую стенку корпуса печи, ограничивают газоходное пространство сверху, обеспечивая тем самым увеличение площади нагрева камней за счет увеличения пятна контакта дымовых газов с нагреваемой поверхностью и увеличения жесткости конструкции.
Камеры для теплоаккумулирующей загрузки находятся в полости топки и обогреваются горячими продуктами сгорания топлива с четырех сторон, что приводит к эффективному нагреву теплоаккумулирующей загрузки и повышению эффективности работы печи.
Предлагаемая форма рамки позволяет увеличить жесткость конструкции и увеличить количество загружаемых камней.
В печи для бани по варианту 2 форма камер для теплоаккумулирующей загрузки и их расположение позволяет эффективно нагревать теплоаккумулирующую загрузку так, как раскаленный воздух и газы, образованные от сгорания топлива обогревают пять стенок каждой камеры для теплоаккумулирующей загрузки. Угол наклона стенок камер для теплоаккумулирующей загрузки и их длина геометрически зависят от высоты каменки, диаметра выходного патрубка и размера щели, которую они образуют.
Форма отсекателей и место их установки на боковых стенках емкостей для теплоаккумулирующей загрузки обусловлена формой зазора между боковыми стенками топки и боковыми стенками емкостей для теплоаккумулирующей загрузки, а угол их наклона выбран экспериментально из необходимости как можно больше удлинить путь топочных газов и разделить их на два потока для более эффективного нагрева боковых стенок камер для теплоаккумулирующей загрузки.
Наличие рассекателя в полости выпускного коллектора необходимо для разделения двух встречных газовых потоков и стабилизации тяги. Кроме того, рассекатель является направляющей газового потока и придает жесткость конструкции.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид печи по первому варианту изобретения.
На фиг.2 представлен поперечный разрез выпускного коллектора печи по первому варианту.
На фиг.3 - общий вид печи по второму варианту изобретения.
На фиг.4 представлен фронтальный вид камеры для теплоаккумулирующей загрузки при отсутствии передней стенки топки по второму варианту изобретения.
На фиг.5 - профильный вид камер для теплоаккумулирующей загрузки при отсутствии боковой стенки топки (рассекатель условно не показан).
По первому варианту изобретения печь для бани состоит из топочной камеры 1 с выносным топливным каналом 2, дверкой 3 и колосниковой решеткой 4 в нижней части топочной камеры 1, отделяющей зольник 5 с выдвижным зольным ящиком 6 для приема и удаления золы. В верхней части топочной камеры 1 установлены две камеры 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки. Вертикальными стенками камер для теплоаккумулирующей загрузки, обращенными к центру топки, образована полость выпускного коллектора 9. Выпускной коллектор 9 ограничен боковыми стенками 11, а передняя стенка 13 и задняя стенка 14 являются общими с камерами 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки. Вверху коллектор ограничен верхней стенкой 12, в которой установлен выходной патрубок 15. В полости выпускного коллектора установлены две направляющие наклонные перегородки 16. Направляющие перегородки 16 имеют наклон к центру коллектора и приварены под углом к верхней стенки коллектора и перпендикулярно к передней 13 и задней 14 стенкам коллектора. Днище 10 выпускного коллектора 9 выполнено из двух пластин, установленных с уклоном к центру и образующих между собой угол 100-120°. Для очистки дымохода в днище 10 выпускного коллектора 9 под выходным патрубком 15 выполнена щель 18. В боковые стенках 11 в верхней их части выполнены окна 17, которые являются входом в выпускной коллектор газообразных продуктов сгорания топлива. Между наклонными направляющими перегородками 16 и боковыми стенками 11 коллектора образованы каналы 19 для дыма и газов. Наклонные направляющие перегородки, внутренними своими поверхностями образуют канал 20, через который дымовые газы направляются в выходной патрубок 15. В газоходном пространстве, образованном боковыми стенками камер 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки и стенками 11 выпускного коллектора 9 и боковыми стенками 21 корпуса печи, установлены отсекатели 22 и жестко к ним приварены. Отсекатели 22 установлены в месте сопряжения боковых стенок 11 выпускного коллектора и его днища 10. Отсекатель 22 представляет собой пластину с загнутыми вверх краями длиной, равной длине боковой стенки 11 выпускного коллектора, а шириной, равной ширине газоходного пространства. Боковые стенки камер 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки и верхняя стенк 12 выпускного коллектора 9 в верхней своей части отогнуты наружу под углом 45°, опираются на боковые стенки 21 корпуса печи, тем самым ограничивают газоходное пространство сверху и увеличивают площадь для нагревания камней. Рамка 23 имеет габариты больше габаритов корпуса топки. Вертикальная стенка рамки 23 сопрягается с верхним контуром топки пластиной 24, имеющей уклон к центру печи. На рамку 23 крепится съемный бак для воды 25, который примыкает к задней стенки топки и снабжен вентилем (на чертеже не показан). Значительная часть теплоотдающей поверхности печи закрыта наружным кожухом-конвектором 26 с отверстиями 27, существенно ускоряющим нагревание воздуха в парилке и смежных помещениях за счет образуемого мощного кругового конвекционного потока.
По второму варианту изобретения печь для бани состоит из топочной камеры 1 с выносным топливным каналом 2, дверкой 3 и колосниковой решеткой 4 в нижней части топочной камеры 1, отделяющей зольник 5 с выдвижным зольным ящиком 6 для приема и удаления золы. В верхней части топочной камеры 1 установлены две камеры 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки. Наклонными стенками емкостей 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки, обращенными к центру топки, образована полость выпускного коллектора 9. Передняя стенка 13 и задняя стенка 14 коллектора 9 являются общими с камерами 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки. Верх коллектора ограничен верхней стенкой 12, в которой установлен выходной патрубок 15. В полости выпускного коллектора установлен рассекатель 28, который делит полость выпускного коллектора 9 на две части и приварен к стенкам выпускного коллектора. Передняя 13 и задняя 14 стенки коллектора, являющиеся общими с камерами 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки, установлены под углом к горизонтали, и противоположные им стенки каменки установлены параллельно им. Таким образом, в поперечном сечении емкости для теплоаккумулирующей загрузки имеют форму трапеции, а в продольном сечении - параллелограмм. Камеры для теплоаккумулирующей загрузки 7, 8 и выпускной коллектор 9 установлены так, что образуют зазоры со всеми стенками корпуса топки. На боковых стенках камер 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки под углом 40-60° к горизонтали установлены отсекатели 29, которые имеют форму трапеции и плотно примыкают к боковым стенкам корпуса топки 21, образуя газоходные отверстия 30, 31. В нижней части выпускного коллектора 9 под выходным патрубком 15 выполнена щель 18 для очистки дымохода от сажи.
В верхней части печи вдоль боковых стенок установлена под углом 40-50° с уклоном к центру печи пластина 32, которая ограничивает газоходное пространство сверху и увеличивает площадь для нагрева камней.
Рамка 23 имеет габариты больше габаритов корпуса топки. Вертикальная стенка рамки сопрягается с верхним контуром топки пластиной 24, имеющей уклон к емкостям 7, 8 с теплоаккумулирующей загрузкой.
Поверхность печи закрыта кожухом-конвектором 26 с отверстиями 27.
Съемная емкость для воды на чертеже не показана.
Эксплуатация печи по варианту 1 осуществляется следующим образом.
Через выносной топливный канал 2 с дверкой 3 на колосниковую решетку 4 укладывают топливо, преимущественно дрова, и поджигают его. Регулировку тяги для обеспечения нормального горения топлива осуществляют необходимым выдвижением зольного ящика 6, который приоткрывает зольник 5 и обеспечивает поступление к топливу в топочную камеру 1 через колосниковую решетку 4 из зольника 5 необходимого для горения воздуха и оптимизирует процесс горения. Раскаленный воздух и газы, образованные от сгорания топлива, поднимаются вверх топочной камеры и, дойдя до отсекателей 22, делятся на два потока, которые омывают боковые стенки камер 7, 8 для теплоаккумулирующей загрузки и направляются в окна 17, а затем в каналы 19, образованные боковыми стенками 11 выпускного коллектора 9 и наклонными направляющими перегородками 16. Продукты горения направляются вниз, омывают наклонные направляющие перегородки 16 и направляются в канал 20, образованный внутренними поверхностями наклонных направляющих перегородок 16, а затем в выходной патрубок 15.
Эксплуатация печи по второму варианту осуществляется следующим образом.
Через выносной топливный канал 2 с дверкой 3 на колосниковую решетку 4 укладывают топливо, преимущественно дрова, и поджигают его. Регулировку тяги для обеспечения нормального горения топлива осуществляют необходимым выдвижением зольного ящика 6, который приоткрывает зольник 5 и обеспечивает поступление к топливу в топочную камеру 1 через колосниковую решетку 4 из зольника 5 необходимого для горения воздуха и оптимизируют процесс горения. Раскаленный воздух и газы, образованные от сгорания топлива, поднимаются вверх топочной камеры и, дойдя до отсекателей 29, делятся на два потока и устремляются в газоходные отверстия 30, 31. Омывая стенки камер для теплоаккумулирующей загрузки, газы попадают в выпускной коллектор 9 и далее в выходной патрубок 15.
Таким образом, создание сложных лабиринтов для продуктов сгорания топлива, увеличение пути их прохождения и площади теплосъемных поверхностей в представленных вариантах печи для бани позволяют интенсифицировать теплообмен в топочном и газоходном пространствах путем улучшения условий теплопередачи от продуктов сгорания топлива к нагреваемым элементам, снизить габариты печи, снизить расход материалов на единицу мощности печи и повысить ее КПД.