БАННАЯ ПЕЧЬ С ГАЗОГОРЕЛОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F24C3/00 F24C3/08 

Изобретение относится к банным печам и предназначено для прогрева парильного помещения бани, нагрева воды, получения пара и создания комфортного микроклимата в парной.

В настоящее время газогорелочные устройства широко используются в качестве нагревательных элементов банных печей. Основными достоинствами газовых горелок (по сравнению с твердотопливными печами) являются: экологичность топлива, отсутствие существенных загрязнений (засаживания) дымохода, простота автоматизации поддержания температурных режимов и возможность варьирования мощностных характеристик печей в широком диапазоне путем применения различного количества однотипных горелок.

Известна печь для бани и сауны http://gazkotel.com/d/211757/d/pechi-dlya-ban-i-saun-gaz-drova-p-20gt-i-p-32gt-%282013%29.pdf, укомплектованная газогорелочным устройством, содержащая емкость с камнями для испарения воды, приставную емкость для нагрева воды, блок управления газогорелочным устройством, включающий автоматику регулирования интенсивности горения по температуре и автоматику аварийного отключения подачи газа при внезапной остановке горения (описание принципа работы указанного газогорелочного устройства изложено в http://cp6.megagroup.ru/d/211757/d/gorelkigazovyyeggu-20iggu-40savtomatikovsigma-840%282013%29.pdf).

Недостатком указанного технического решения является то, что интенсивность горения всех горелок регулируется только по температуре воздуха в парильном помещении, между тем, периодическое испарение воды нагретыми камнями приводит к их интенсивному охлаждению, затрудняя последующее парообразование, то есть такой способ управления газогорелочными устройствами не позволяет получать пар должного качества, а именно пар обеспечивает температурно-влажностные режимы, создающие желаемый микроклимат в парной.

Известно техническое решение по патенту US 3151615, включающее корпус печи, дымоход, емкости с теплоаккумулирующей загрузкой (камнями), газогорелочное устройство со средствами управления, причем интенсивность горения - тепловая мощность - регулируется по температуре камней посредством термостата, установленного непосредственно в объеме теплоаккумулирующей загрузки.

Недостатком приведенного технического решения является отсутствие связи температуры воздуха в парильном помещении с мощностью газогорелочного устройства, ее регулирование только по температуре камней может привести к излишне высокой (как и пониженной) температуре в парилке, между тем, указанная температура должна быть приоритетной, так как это связано с пребыванием людей в данном помещении. Недостатком является также сложность и высокая стоимость указанного устройства регулирования: диапазон необходимой температуры камней составляет 300…600°С (в отличие от температуры в парильном помещении - 60…120°С), что предъявляет повышенные требования по термостойкости к элементам управления.

Наиболее близким техническим решением является банная печь с газогорелочным устройством по патенту RU 2241909 от 10.12.2004, содержащая газовые горелки, топливник, емкость с камнями, дымоход. При этом часть газовых горелок используют для нагрева камней и располагают под емкостью с камнями, остальные горелки используют для нагрева стенок печи и емкости с камнями.

Недостатком вышеприведенного технического решения, так же как и предыдущего, является отсутствие связи температуры воздуха в парильном помещении с мощностью газогорелочного устройства, ее регулирование только по температуре камней.

На основании проведенных экспериментальных исследований установлено, что доля тепловой мощности, необходимая для поддержания требуемой температуры теплоаккумулирующей загрузки, например камней в банной печи, составляет 20…30% от ее суммарной мощности. При этом, если температура в парилке должна достаточно точно регулироваться в узком интервале с учетом индивидуальных потребностей людей, то температура теплоаккумулирующей загрузки может варьироваться в широком диапазоне, достаточном для эффективного парообразования.

Данные факторы указывают на следующее возможное решение данной задачи: часть (равная или большая) горелок в составе газогорелочного устройства банной печи должны быть управляемы по температуре воздуха в парилке и установлены так, чтобы нагревать преимущественно корпус печи и, соответственно, воздух в помещении, другая часть (равная или меньшая) - нагревать преимущественно теплоаккумулирующую загрузку и не регулироваться по какой-либо температуре и быть настроенными на некую номинальную мощность, соответствующую рациональному распределению суммарной мощности.

Задача изобретения заключается в совершенствовании микроклимата в парильном помещении путем обеспечения поддержания в нем заданной температуры и обеспечения при этом температуры теплоаккумулирующей загрузки, необходимой для эффективного парообразования, а также упрощение, следовательно, удешевление системы управления газогорелочного устройства.

Технический результат достигается тем, что банная печь содержит топливник, емкость с теплоаккумулирующей загрузкой, газовые горелки, предназначенные для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и печи, дымоход. При этом печь содержит отдельную, по меньшей мере, одну газовую горелку, предназначенную для нагрева теплоаккумулирующей загрузки, располагающуюся непосредственно под емкостью с теплоаккумулирующей загрузкой в средней части печного объема, и, по меньшей мере, две отдельные газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, располагающиеся ниже уровня расположения горелки для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и смещенные относительно нее к боковым стенкам печи. Причем количество горелок, предназначенных для нагрева стенок, больше количества горелок, предназначенных для нагрева теплоаккумулирующей загрузки.

Для обеспечения эффективной передачи тепла от газовой горелки до стенки печи между ними должно быть вполне определенное расстояние: минимально возможное исходя из необходимости поступления в зону горения газа достаточного количества воздуха (окислителя), на основании проведенных экспериментальных исследований оценивается порядком 5 мм, максимальное (или какое-либо иное) определяется геометрическими особенностями указанных горелок и стенок. Поскольку передача тепла от факела горящего газа к стенке осуществляется преимущественно излучением, для эффективной теплопередачи важно обеспечить максимально возможный угловой коэффициент излучения - согласно известным положениям теплотехники данный параметр показывает, какая часть лучистого потока, испускаемого одним телом (горелкой), попадает на другое тело (стенку), находящееся в лучистом теплообмене с первым. Для достаточно сложной системы, включающей плоскую стенку и цилиндрическую горелку, оптимизация углового коэффициента излучения может быть осуществлена только экспериментально. Согласно проведенным исследованиям максимальное расстояние горелки до стенки, обеспечивающее эффективный теплообмен, не должно превышать 150 мм.

Газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, снабжены средствами регулирования тепловой мощности с обратной связью по температуре в парильном помещении.

Кроме того, газовые горелки, предназначенные для нагрева теплоаккумулирующей загрузки, также могут быть снабжены средствами регулирования тепловой мощности.

При этом все газовые горелки предпочтительно снабжены запальными горелками.

Также предлагается способ нагрева банного помещения, осуществляющийся раздельным нагревом стенок банной печи и емкости с теплоаккумулирующей загрузкой, посредством описанного выше устройства, причем нагрев теплоаккумулирующей загрузки печи осуществляют непрерывно без отключения предназначенных для этого горелок.

Сущность технического решения поясняется Фиг. 1-2, на которых схематично представлен продольный (фиг. 2) и поперечный (фиг. 1) разрезы предлагаемой печи.

Печь включает в себя топливник 1, наружные стенки которого контактируют с парильным помещением. Печь снабжена дымоходом 2 и емкостью с теплоаккумулирующей загрузкой 3. Газогорелочное устройство, установленное в топливнике, включает в себя две группы горелок: первая группа 4, предназначенная для нагрева теплоаккумулирующей загрузки (на фигурах для примера показана одна горелка), вторая группа 5, предназначенная для нагрева преимущественно стенок топливника, количество горелок второй группы больше, чем первой. Тепловая мощность горелок второй группы 5 регулируется по температуре в парильном или смежном с ним помещении.

Способ поддержания микроклимата в парной осуществляется следующим образом.

После зажигания газа с помощью запальной горелки (на фигурах не показана), начинается процесс нагрева теплоаккумулирующей загрузки в емкости 3 преимущественно горелками группы 4 и стенок топливника 1 преимущественно горелками группы 5. В случае применения атмосферных горелок в банной печи выполняется отверстие для подачи воздуха (при применении дутьевых горелок отверстие может отсутствовать), продукты сгорания удаляются из печи через дымоход 2.

Нагретые стенки топливника излучением и конвекцией нагревают воздух в парильном помещении, а также окружающие конструкции. По мере достижения теплоаккумулирующей загрузкой температуры, достаточной для парообразования, каким-либо способом на теплоаккумулирующую загрузку подается вода, при этом в парильном помещении достигается температурно-влажностный режим, соответствующий предпочтениям находящегося в парилке человека. Соответствующая температура в парилке поддерживается за счет автоматики (на фигурах не показана), управляющей тепловой мощностью горелок группы 5. Процесс парения должен сопровождаться периодической или постоянной вентиляцией парильного помещения, вследствие чего влажностный режим нарушается и возникает необходимость добавления новых порций воды на теплоаккумулирующую загрузку. Постоянная готовность теплоаккумулирующей загрузки (температура 300…600°С) испарять все новые и новые порции воды обеспечивается тем, что горелки группы 4 работают постоянно в определенном номинальном режиме, предварительно назначаемом с учетом массы теплоаккумулирующей загрузки и объема парильного помещения.

Описанное выше техническое решение позволяет поддерживать желаемый микроклимат в парной простыми средствами, главным образом, за счет возможности в любой момент скорректировать влажность при постоянной готовности теплоаккумулирующей загрузки испарять воду.

Группа изобретений относится к банным печам и предназначена для прогрева парильного помещения бани, нагрева воды, получения пара и создания комфортного микроклимата в парной. Технический результат – возможность поддержания заданной температуры в парильном помещении, упрощение системы управления газогорелочного устройства. Банная печь с газогорелочным устройством содержит топливник, емкость с теплоаккумулирующей загрузкой, газовые горелки, предназначенные для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и печи, дымоход. Печь содержит отдельную, по меньшей мере, одну газовую горелку, предназначенную для нагрева теплоаккумулирующей загрузки, располагающуюся непосредственно под емкостью с теплоаккумулирующей загрузкой в средней части печного объема, и, по меньшей мере, две отдельные газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи. При этом горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, расположены ниже уровня расположения горелки для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и смещены относительно нее к боковым стенкам печи, а их количество больше количества горелок, предназначенных для нагрева камней. Способ нагрева банного помещения осуществляется раздельным нагревом стенок банной печи и емкости с теплоаккумулирующей загрузкой. Нагрев теплоаккумулирующей загрузки печи осуществляют непрерывно без отключения предназначенных для этого горелок. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Банная печь с газогорелочным устройством, содержащая топливник, емкость с теплоаккумулирующей загрузкой, газовые горелки, предназначенные для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и печи, дымоход, отличающаяся тем, что печь содержит отдельную, по меньшей мере, одну газовую горелку, предназначенную для нагрева теплоаккумулирующей загрузки, располагающуюся непосредственно под емкостью с теплоаккумулирующей загрузкой в средней части печного объема, и, по меньшей мере, две отдельные газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, при этом горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, расположены ниже уровня расположения горелки для нагрева теплоаккумулирующей загрузки и смещены относительно нее к боковым стенкам печи, а их количество больше количества горелок, предназначенных для нагрева камней.

2. Банная печь по п. 1, отличающаяся тем, что газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, располагаются на расстоянии от 5 до 150 мм от указанных стенок печи.

3. Банная печь по п. 1, отличающаяся тем, что газовые горелки, предназначенные для нагрева стенок печи, снабжены средствами регулирования тепловой мощности с обратной связью по температуре в парильном помещении.

4. Банная печь по п. 1, отличающаяся тем, что газовые горелки, предназначенные для нагрева теплоаккумулирующей загрузки, снабжены средствами регулирования тепловой мощности.

5. Банная печь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что газовые горелки снабжены запальными горелками.

6. Способ нагрева банного помещения, осуществляющийся раздельным нагревом стенок банной печи и емкости с теплоаккумулирующей загрузкой, посредством устройства по п. 1, причем нагрев теплоаккумулирующей загрузки печи осуществляют непрерывно без отключения предназначенных для этого горелок.