Парогенератор для банной печи

Заявленное техническое решение относится к области тепловой техники, а именно к устройствам для генерации перегретого водяного пара. Заявленное техническое решение может быть реализовано как в виде отдельного модуля парогенератора для банной печи, предназначенного для применения совместно с существующими банными печами, так и интегрировано в состав самостоятельной парогенерирующей банной печи.
Парогенератор для банной печи представляет собой модуль, содержащий емкость для воды, образованную двумя цилиндрическими стенками, соединенными между собой сверху и снизу перегородками, имеющими отверстия, отличающийся тем, что внутренняя стенка емкости для воды формирует дымовой канал, соединяющийся с печной трубой и дымоходом с помощью входного и выходного патрубка, при этом в верхней части емкости для воды имеется канал для выхода перегретого водяного пара, соединяющий емкость для воды с окружающей средой, выполненный с возможностью перекрытия, а внутри дымового канала расположены паропроводы, соединяющие емкость для воды с окружающей средой.
Полученный перегретый пар можно использовать для ускоренной подготовки бани к банным процедурам, для увлажнения воздуха в парной и для проведения банных процедур.
Банные печи в большинстве своем производят водяной пар за счет испарения воды с разогретой каменной закладки. Такой способ получения пара имеет недостатки.
Образование пара с камней в значительной степени зависит от их температуры и расположения в банной печи, а также от способа подачи воды в каменку и выхода пара в окружающую среду.
На процесс парообразования оказывает влияние  неравномерность нагрева камней и их остывание в ходе банных процедур. Также вследствие эффекта Лейденфроста вода испаряется на горячих камнях лишь частично, а частично отскакивает в виде капель различной величины.
Кроме того, под влиянием высокой температуры камни постепенно разрушаются с образованием каменной пыли, которая вместе с паром может попадать в парную и, как следствие, в легкие людей при дыхании.
Влияние указанных факторов приводит к нестабильности во времени параметров образующегося водяного пара, а также к поступлению в парную вместе с водяным паром капель горячей воды разной величины и мелкой каменной пыли. Все это в свою очередь приводит к снижению качества банных процедур.
От указанных недостатков свободны устройства, получающие пар за счет кипения воды в отдельной емкости и перегревающие его до определенной температуры. Производимый подобными устройствами перегретый пар имеет более стабильные параметры и не содержит капель горячей воды и каменной пыли.
Из существующего уровня техники известен парогенерирующий модуль (RU 174193 U1, F24B 9/00, 06.10.2017 г.), содержащий емкость для воды, соединенный с ней каналом-паропроводом пароперегреватель, сопло пароперегревателя, выполненное с возможностью выхода пара сквозь внешний корпус устройства наружу, причем пароперегреватель выполнен в виде пустотелой емкости с возможностью размещения внутри него направляющих перегородок, а дымоход образован стенками емкости для воды.
Из существующего уровня техники известен пароиспаритель для банных печей (RU 2603454 C1, F22B 1/02, 27.11.2016 г.), содержащий вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора для парообразующей жидкости и соединенными между собой по торцам, при этом в кольцевой зазор между обечайками открываются патрубки для подачи парообразующей жидкости внутрь кольцевого зазора и отвода из него пара, а внутри корпуса пароиспарителя, с радиальным зазором между его стенками и стенками внутренней обечайки, установлен рассекатель потока печных газов, поступающих из выходной части печной трубы.
Наиболее близким по конструкции, выбранным в качестве прототипа парогенератора для банной печи, является парогенератор для банных печей (RU 2603447 C2, F22B 1/02, 27.11.2016 г), содержащий вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора и соединенными между собой по торцам. В кольцевой зазор между обечайками открывается канал для подачи воды внутрь кольцевого зазора. Внутри корпуса установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки емкость, имеющая каналы для подачи воды внутрь ее полости и отвода пара из упомянутой полости. Полость упомянутой емкости соединена с полостью упомянутого зазора между внешней и внутренней обечайками при помощи указанного канала для подачи воды, а канал для отвода пара из упомянутой емкости проходит через кольцевой зазор между обечайками и соединяет полость емкости с окружающей средой.
Все эти устройства имеют общий недостаток, выражающийся в том, что теплосодержание производимого ими перегретого пара строго определяется конструкцией парогенератора и подводимым к нему количеством теплоты. В результате при совместной работе с различными печами и/или в отличающихся по объему и материалам отделки парных параметры создаваемого микроклимата (температура и влажность воздуха) также будут различными, а возможность настройки параметров микроклимата с указанными устройствами будет ограничена лишь изменением подводимого к устройству количества теплоты. Вследствие указанного недостатка, не обладающему существенным уровнем практических знаний и опыта потребителю будет практически невозможно определить, какой же микроклимат фактически окажется в его парной. Также указанный недостаток существенно сужает для потребителя возможности настройки желаемого микроклимата в парной и оперативного его изменения в ходе банных процедур.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание универсального парогенерирующего устройства с широкими возможностями управления микроклиматом в парной при приеме банных процедур, которое может производиться как в виде отдельного модуля для применения совместно с существующими банными печами, так и интегрироваться в состав самостоятельной парогенерирующей банной печи.
Поставленная задача решается за счет того, что:
- парогенератор для банной печи содержит емкость для воды, образованную двумя цилиндрическими стенками, соединенными между собой сверху и снизу перегородками, имеющими отверстия, и отличается тем, что внутренняя стенка емкости для воды формирует дымовой канал, соединяющийся с печной трубой и дымоходом с помощью входного и выходного патрубка, при этом в верхней части емкости для воды имеется канал для выхода перегретого водяного пара, соединяющий емкость для воды с окружающей средой, выполненный с возможностью перекрытия, а внутри дымового канала расположены паропроводы, соединяющие емкость для воды с окружающей средой.
- канал, соединяющий емкость для воды с окружающей средой, выполнен в виде по меньшей мере одного отверстия или патрубка.
- канал, соединяющий емкость для воды с окружающей средой, выполнен с возможностью перекрытия с помощью задвижки или вентиля.
- емкость для воды оснащена по меньшей мере одним каналом для подвода-отвода воды.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в расширении возможностей настройки и оперативного изменения температуры и влажности воздуха в парной за счет генерации и подачи в парную по меньшей мере двух потоков перегретого водяного пара с различным теплосодержанием.
Техническое решение иллюстрируется чертежом, не охватывающим и не ограничивающим весь объем притязаний данного технического решения, где показана  общая схема парогенератора для банной печи.
Парогенератор для банной печи содержит емкость для воды 1, образованную двумя цилиндрическими стенками 2 и 3, соединенными между собой сверху и снизу перегородками 4 и 5, при этом внутренняя стенка 3 формирует дымовой канал 6, соединяющийся с печной трубой и дымоходом через отверстия в перегородках 4 и 5 с помощью входного патрубка 11 и выходного патрубка 12.
Теплообменник для испарения воды и начального перегрева пара образован внутренней стенкой емкости для воды 3.
Емкость для воды 1 соединяется с окружающей средой каналом 7, представляющим собой по меньшей мере одно отверстие или по меньшей мере один патрубок, выполненные с возможностью перекрытия с помощью задвижки или вентиля 8.
Емкость для воды 1 дополнительно соединена с окружающей средой одним или несколькими проходящими внутри дымового канала 6 и постоянно открытыми паропроводами 9, которые в общем случае могут располагаться произвольно относительно друг друга и иметь произвольную геометрическую форму и сечение. На практике форма и сечение паропроводов 9 выбираются исходя из требуемой степени перегрева пара.
Емкость для воды 1 оснащена по меньшей мере одним каналом для подвода-отвода воды 10, который может соединяться с водопроводом или отдельным баком.
Работа парогенератора для банной печи происходит следующим образом.
При топке печи дымовые газы из печной трубы поступают в дымовой канал 6 через входной патрубок 11. В обычной цилиндрической дымоходной трубе распределение температуры дымовых газов неравномерно и носит радиальный характер, при этом максимальная температура устанавливается в центре трубы, постепенно снижаясь по мере приближения к ее стенкам. Установленные в дымовом канале 6 паропроводы 9 совместно с расширением дымового канала 6 способствуют завихрению потока дымовых газов, снижению скорости потока и, как следствие, равномерному распределению дымовых газов по всему каналу 6. В результате создаются условия для улучшения теплообмена через стенку 3 емкости для воды 1. В результате кипения воды в емкости для воды 1 образуется водяной пар, который поступает в верхнюю часть емкости для воды 1 и в некоторой степени перегревается от контакта с горячей внутренней стенкой 3. Степень начального перегрева пара относительно невелика и зависит от температуры дымовых газов и величины свободного объема емкости для воды 1. Таким образом, изменяя уровень воды в емкости для воды 1, можно регулировать начальную степень перегрева пара.
Если канал 7 открыт, образовавшийся в емкости для воды 1 перегретый пар с низким теплосодержанием имеет возможность беспрепятственного выхода в окружающую среду. Если канал 7 полностью или частично закрыт с помощью задвижки или вентиля 8, то за счет создающегося в верхней части емкости для воды 1 повышения давления перегретый водяной пар с низким теплосодержанием поступает в паропроводы 9. Так как паропроводы 9 находятся внутри дымового канала 6 и существенно нагреваются от дымовых газов, проходящий по ним водяной пар дополнительно перегревается и выходит в окружающую среду уже с высоким теплосодержанием, зависящим от температуры дымовых газов и от геометрической формы и сечения паропроводов 9.
Результирующий микроклимат в парной в общем случае будет зависеть от температуры воздуха в парной и от соотношения долей поступающего в парную перегретого водяного пара с низким и высоким теплосодержанием. Изменяя степень перекрытия канала 7 с помощью задвижки или вентиля 8, можно изменять соотношение долей водяного пара, поступающего в парную с низким и с высоким теплосодержанием, и таким образом осуществлять оперативное управление микроклиматом в парной. При этом возможный диапазон регулировки будет зависеть от разницы в теплосодержании поступающих в парную потоков пара, которая определяется количеством, взаимным расположением, геометрической формой и сечением паропроводов 9. Также в целях настройки микроклимата в парной можно изменять уровень воды в парогенераторе.
Заявленное техническое решение полностью удовлетворяет поставленной задаче и позволяет создавать простые и универсальные парогенерирующие устройства с широкими возможностями управления микроклиматом в парной при приеме банных процедур, которые могут производиться как в виде отдельного модуля для применения совместно с существующими банными печами, так и интегрироваться в состав самостоятельной парогенерирующей банной печи.
Парогенерирующие устройства, выполненные согласно заявленному техническому решению, просты в изготовлении, не требуют применения при производстве дорогостоящего оборудования и имеют широкие возможности для практического использования.