Сауна Российский патент 2024 года по МПК A61H33/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Температурный режим в кабинах бань и саун регламентируется нормативами Межгосударственного стандарта РФ ГОСТ 32670-2014 «Услуги бытовые. Услуги бань и душевых. Общие технические условия». Как правило, внутри кабины устанавливается печь-каменка, с помощью которой создается необходимая температура. Автоматическое регулирование температуры в кабине осуществляется путем включения -выключения печи на основе информации анализатора температуры в кабине. Из-за существующей зависимости плотностей нагретого воздуха от температуры, внутри кабины происходит ее распределение: самый горячий воздух - вверху, а самый холодный - внизу. Вместе они создают движение воздушной массы помещения под воздействием выделяемой температуры от печи вверх, к потолку. Образующийся тепловой поток и разница температур неблаготворна для человека вследствие притока горячего воздуха к голове, что может привести к тепловому удару. Для защиты от перегрева используют различные головные уборы из войлока и горизонтальное положение тела на полке, а для равномерного распределения поля применяются специальные средства - опахала. Известно предложение горизонтальной электрической печи-каменки («Горизонтальная электропечь для бань» Опубликовано: 10.03.2011. Бюл. №7, RU 102768, МПК F24C 7/00 (2006.01), F24H 7/00 (2006.01).

В ней увеличен горизонтальный размер печи и уменьшен вертикальный, тем самым генератор теплового потока приближен к полу. Тепловое поле смещается в сторону увеличения температуры у пола, за счет увеличения площади печи уменьшится полезная площадь кабины. Чтобы прогреть весь пол в кабине нужно увеличивать площадь печи до больших размеров, что на грани абсурда и не позволяет решить вопрос уменьшения температуры верха.

Имеется ряд технических решений, направленных на решение подобных задач, в которых используются: принудительное перемещения тепловых потоков за счет применения генераторов тепловой энергии (электрообогреватели) и побудителей (вентиляторы).

В патенте ФРГ N 3148483, кл. А61Н 33/06, 1984 г. описана кабина для обогрева от электрообогревателя с вентилятором. В патенте США N 3007178, кл. 4-525, 1961 г. описана кабина с электрообогревателем с вентилятором, размещенными на потолке кабины.

Имеются технические решения, в которых предусмотрена возможность не только обогрева, но и вариант с увлажнением горячего воздуха внутри кабины за счет установки в кабине ванночки с водой и электрическим обогревом воды, при этом вентилятор прогоняет воздух не только через электрообогреватель воздуха, но также может прогонять горячий воздух над ванночкой с горячей водой, увлажняя воздух. Такое устройство кабины описано в патенте США N 4833739, кл. 4-524, 1989 г.

Из наиболее простых конструкций кабин, но вместе с тем оборудованных необходимыми средствами: электрообогревателем, блоками управления следует упомянуть техническое решение по патенту США N 3452369, кл. 4-524, 1969 г. и патенту ФРГ N 3119042, кл. А61Н 33/00 1983 г., в которых все оборудование встроено в двери кабины с внутренней стороны.

Известно техническое решение по патенту ФРГ N 3400180, кл. А61Н 33/06, 1986 г. в котором описано устройство кабины. Электрообогреватель в этом устройстве выполнен в виде короба со встроенными в нем электрическими нагревательными элементами, засыпанными камнями (электрокаменка). Циркуляция воздуха - только естественная, что замедляет процесс прогрева всего пространства кабины и обеспечивает в основном зональный интенсивный обогрев человека.

Известно также устройство «Электрическая печь для русской бани и способ поддержания температуры воздуха электрической печью в парном помещении бани» (RU 2738678, опубликовано: 15.12.2020 Бюл. №35), включающее в себя утепленный корпус печи, электрические нагреватели, теплоаккумулирующие элементы, анализатор внутренней температуры теплоаккумулирующих элементов. При этом утепленный корпус печи выполнен с герметичным основанием и закрепленными на нем боковыми стенками. Электрические нагреватели размещены в утепленном корпусе печи между теплоаккумулирующими элементами, при этом каждый электрический нагреватель выполнен в виде теплопроводной колбы, в которой закреплен трубчатый электронагреватель. В утепленный корпус печи встроен вентиляционный канал подачи воздуха, содержащий вентилятор с обратным клапаном, выполненным с возможностью подачи воздуха через воздушные зазоры между теплоаккумулирующими элементами, при этом вентилятор с обратным клапаном, анализатор температуры теплоаккумулирующих элементов и электрический нагреватель выполнены с возможностью подключения к блоку управления. За счет обдува вентилятором теплоаккумулирующих элементов и электрических нагревателей горячий воздух подается в парное помещение, при этом электрические нагреватели в это время охлаждаются, а температура теплоаккумулирующих элементов снижается. Температурное поле, из-за известных свойств горячего воздуха, в кабине не стремится к однородному состоянию.

Известно устройство «Электрическая печь для парного помещения бани» (RU 2756610, опубликовано 04.10.2021 Бюл. №28). В предложении печи, содержащей корпус, по меньшей мере с одним нагревательным элементом, установленным во внутреннем корпусе с выходным отверстием. Между корпусом и внутренним корпусом образована воздушная оболочка, закрывающая тепловые электронагреватели (ТЭНы) с боков и сверху. Воздушная оболочка сообщается воздушными каналами с нагнетающим выходом вентилятора и центральным воздушным каналом, который доводит воздух до нижней части внутреннего корпуса и сообщается ее внутренней полостью с ТЭНами. Каждый нагревательный элемент и вентилятор соединены с блоком управления, соединенным по меньшей мере с одним анализатором температуры в парном помещении. Во внутреннем корпусе выполнено по меньшей мере одно вентиляционное отверстие, установлен анализатор температуры, соединенный с блоком управления с целью поддержания температуры во внутреннем корпусе управления. Анализатор температуры осуществляет обратную связь для блока

Между корпусом и внутренним корпусом установлен еще один анализатор температуры, соединенный с блоком управления, который выполняет предохранительную функцию, исключая перегрев корпуса. Соединенный с нагнетающим выходом вентилятора воздушный канал выполнен с выходным отверстием, за которым расположен узел регулировки, выполненный в виде заслонки и соединенный с блоком управления. Анализаторы, измеряющие температуру в кабине, расположены на разной высоте: первый - ближе к потолку, другой - несколько (на 20-30 сантиметров) выше уровня парного полка.

По данным анализаторов температуры, блок управления поддерживает температуру во внутреннем корпусе печи, а по данным анализаторов, измеряющих температуру в кабине, блок управления регулирует частоту вращения вентилятора либо регулирует заслонку, открывая или закрывая вход в воздушную оболочку, выключая вентилятор или закрывая вход в воздушную оболочку при достижении требуемой температуры внутри кабины. Предлагаемая конструкция обеспечивает автоматическое поддержание теплотехнических характеристик кабины.

Недостатком предложения является;

1. Сложный и громоздкий алгоритм управления теплотехническими характеристиками (температуры, влажности воздуха в разных уровнях) кабины, предусматривающий участие человека-оператора.

2. Не найдены решения об организации равномерного теплового поля в кабине, в частности, автоматического повышения температуры вблизи пола в соответствии с нормативами.

Известно изобретение «Сауна «Термаль», RU 2119324 МПК А61Н 33/06 Опубликовано: 27.09.1998

Задача предлагаемого технического решения направлена на создание сауны, позволяющей снизить энергозатраты за счет объемного прогрева кабины с помощью распределенного низкотемпературного обогревателя и улучшить микроклимат внутри кабины, обеспечив тепловой режим с целительным эффектом за счет получения равномерного температурного поля и снижения температуры нагревательных элементов.

Отличительными признаками технического решения являются выполнение обогревателя в виде тепловой панели, состоящей из набора теплообменных элементов, отстоящих на расстоянии друг от друга или примыкающих друг к другу, на каждом из которых установлен нагревательный элемент, выполненный на металлическом основании и подключенный к электросети, при этом тепловая панель расположена между вертикальной панелью и параллельным ей декоративно-защитным ограждением или панелью пола и напольным защитным ограждением.

В предлагаемой сауне использован распределительный низкотемпературный обогреватель, тепловые панели которого обладают высокой теплопроводностью, что позволяет обеспечить объемный прогрев кабины. Улучшению теплоотдачи от панелей обогревателя в салоне кабины для ее объемного прогрева способствует также наличие специальных декоративно-защитных ограждений, выполненных в виде жалюзи. Причем параллельные планки, из которых выполнены жалюзи, могут располагаться вертикально или наклонно в верх или вниз. Между планками имеются зазоры для интенсивного прохождения нагретого воздуха и его равномерного перемещения внутри кабины. Напольное защитное ограждение выполнено также в виде жалюзи, планки которых расположены горизонтально с зазорами для указанной выше цели.

Недостатками сауны являются:

1. Из-за отсутствия в помещении кабины анализаторов качества воздуха, в частности анализаторов температуры, нет возможности осуществить автоматическое управление по этому параметру или другими параметрам для получения нормативных значений;

2. Сложность и высокая стоимость реализации проекта из-за наличия дополнительных жалюзи, перегородок и других выше перечисленных элементов для выравнивания теплового поля;

3. Предложенные мероприятия не гарантируют приближенность к равномерному (нормативному) тепловому полю, т.к. в отсутствии принудительной циркуляции более теплые слои воздуха будут перемещаться к потолку, а холодные - к полу;

4. Избыточное насыщение кабины проводниками электрического тока, создает в ней кратное увеличение напряженности электромагнитного поля, что неблагоприятно действует на организм человека;

5. Известные недостатки монолитных тепловых панелей при механических повреждениях самой панели. Сильный удар может привести к сколу, трещине или вообще разбить панель. Если трещину и скол можно заделать специальными смесями, то с разбитой панелью нельзя ничего сделать. Если ТЭН панели выйдет из строя, починить его можно только в том случае, если он монтируется поверх плиты. Для тех моделей, где ТЭН залит изолирующим раствором, починка невозможна.

Известно устройство «Автономная мини-сауна» RU 2007984 Опубликовано: 28.02. 1994, МПК А61 33/06 (1990.01), взятое за прототип. Изобретение относится к средствам для удовлетворения санитарно-гигиенических потребностей человека, а именно - к устройству сауны. В конструкции мини-сауны предпринята попытка создания объемного источника тепла для равномерного обогрева кабины.

Необходимо отметить, что сауна отличается от бани тем, что в ней постоянно поддерживается сухая горячая атмосфера и нет необходимости для образования пара. Для превращения сауны в баню необходимо ввести функцию генерации пара.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей. Достижение цели обеспечивается за счет того, что электрообогреватель совместно с вентилятором размещен в едином воздуховоде.

Сауна содержит кабину с электрообогревателем и блок управления, при этом кабина снабжена побудителем (вентилятором) и Г-образным воздуховодом, вертикальная часть которого закреплена в углу, а горизонтальная часть закреплена на потолке и проходит по его диагонали, выполнена с рассекателем горячего воздуха и экраном-отражателем на конце, расположенным в центре потолка, генератор тепловой энергии (электрообогреватель),побудитель (вентилятор) и блок управления размещены внутри вертикальной части воздуховода. В воздуховоде вентилятор расположен под электрообогревателем и выполнен с защитным куполообразным кожухом-отражателем, охватывающим электродвигатель вентилятора снизу и имеющим диаметр меньше внутреннего диаметра вертикальной части воздуховода, при этом кожух-отражатель посредством воздуховодов соединяется с окружающей кабину атмосферой.

В вертикальной части воздуховода размещены все средства получения горячего воздуха, а именно: генератор тепловой энергии (электрообогреватель), побудитель (вентилятор) и блок управления. В основном режиме работы они обеспечивают перемещение воздуха, поступающего через отверстия в нижней зоне вертикальной части Г-образного воздуховода, вдоль него, проталкивает воздух через электрообогреватель и выводит его посредством горизонтальной части воздуховода к рассеивателю потока. Рассекатель потока горячего воздуха расположен в центре потолка и выполнен с экраном-отражателем. Экран-отражатель обеспечивает радиальное распространение горячего воздуха, чтобы горячий воздух не попадал непосредственно на голову человека.

В связи с тем, что побудитель (электродвигатель вентилятора) расположен на пути потока горячего воздуха, поступающего снизу, необходимо обеспечить охлаждение электродвигателя. Для этого предлагается разместить его в куполообразном кожухе, а сам кожух через воздуховоды соединить с атмосферой, окружающей кабину сауны. Воздух вокруг кабины будет иметь температуру меньшую, чем воздух внутри кабины, и этот "холодный" воздух захватывается через воздуховоды и поступает в кожух, охлаждая электродвигатель.

Горячий воздух, поступающий через рассекатель потока внутрь кабины, большей частью своего объема будет возвращаться в полость воздуховода снизу, но частично горячий воздух будет выходить наружу через неплотности прилегания вертикальных панелей кабины друг к другу. Обновление состава воздуха необходимо для обеспечения нормального дыхания человека при обогреве в условиях нахождения человека в замкнутом пространстве кабины.

Недостатками предложения являются:

1. Установка побудителя и генератора теплового потока внутри воздуховода, чем значительно снижается его поперечное сечение.

2. Охлаждение побудителя предполагает дополнительное перепускание холодного воздуха в воздуховод и охлаждение основного потока.

3. Предложение способствует нарушению физиологических норм, когда к потолку и голове посетителей поступает и скапливается горячий воздух.

4. Предложение не обеспечивает равномерность теплового поля в кабине, т.к. нет возможности поднять температуру вблизи пола кабины.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, выступает улучшение потребительских свойств устройства за счет обеспечения температурного прогрева теплоаккумулирующих элементов воздуховодов, отводов, рассекателей потока, кабины принудительно перемещающимся потоком воздуха. Градиент траектории перемещения воздуха, в отличии от прототипа, выбран совпадающим с естественным перемещением нагретого воздуха, что позволило реализовать принцип тепловой положительной обратной связи при одновременном поддержании постоянного нормативного температурного поля воздуха в помещении кабины. Реализации тепловой положительной обратной связи позволило улучшить эксплуатационные, энергетические и теплотехнические характеристики сауны.

Технический результат - создание конструкции сауны, обеспечивающей в ней температурное поле в соответствии с физиологическими нормами при проведении банных процедур и снижение энергетических затрат.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В состав сауны входят (Фиг. 1, 2):

Фиг. 1 - Общий вид фрагмента кабины со стороны выходов воздуховодов в кабину, при реализации варианта размещения вертикального воздуховода за пределами кабины. 1 - кабина, 10 - рассекатель потока воздуха, 11 - анализатор качества воздуха, 12 - верхний конец вертикального воздуховода.

Фиг. 2 - Вид со стороны отводов, без их нижней стенки. 1 - кабина, 2 - вертикальный воздуховод, 3 - шторка принудительной вентиляции, 4 - отвод, 5 - электродвигатель (элемент побудителя потока), 6 - блок управления, 7 - теплоизолированный отсек, 8 - вентилятор (элемент побудителя потока), 9 - генератор тепловой энергии, 10 - рассекатель потока воздуха, 11 - анализатор качества воздуха.

Показан один из возможных вариантов конструкции при использовании ТЭН-ов (генератор тепловой энергии), а также электродвигателя с вентилятором (побудитель потока). Удлинение вала электродвигателя производится втулкой, выполненной из материала с низкой теплопроводностью (стеклотекстолит), что минимизирует теплопередачу к электродвигателю. Электродвигатель и блок управления находятся в теплоизолированном отсеке.

Анализатор качества воздуха 11, в зависимости от выполняемых задач, комплектуется набором датчиков температуры, влажности, кислорода и т.п., объединенных одним вычислительным устройством (контроллером), обеспечивающим одновременно передачу обработанной информации по проводной (например, RS-485) или беспроводной линии связи в блок управления 6. При регулировании сауны по температуре используются медные термометры сопротивления ТСМ-100. Шторка принудительной вентиляции 3 выполнена на противопожарном клапане КОД-1М (ООО «Атмосгрупп») с приводом MB BLF230. Блок управления 6 - промышленный контроллер фирмы «Овен».

Конструкция рассекателя воздушного потока 10 подобна рассекателям потока кондиционеров. Блоком управления 6, электродвигатель 5 расположены в теплоизолированном отсеке отвода, концом открытого вне кабины. Таким размещением элементов обеспечиваются требования по допустимой температуре их эксплуатации. Не проводящая тепло ось электродвигателя вентилятора 8 проходит сквозь стенку теплоизолированного отсека 7 через высокотемпературный участок вертикального воздуховода 2 заканчивается крыльчаткой у генератора теплового потока 9. Для снижения теплопередачи к электродвигателю вал вентилятора 8 выполняется из низко теплопроводного материала.

Сауна работает следующим образом. В начале работы (Фиг. 2) от блока управления 6 включается побудитель потока (электродвигатель) 5, расположенный в теплоизолированном отсеке 7 отвода воздуховода. Таким размещением его и блока управления обеспечиваются требования по допустимой температуре эксплуатации. Вал электродвигателя проходит через стенку теплоизолированного отсека 7 и заканчивается металлической крыльчаткой вентилятора у генератора теплового потока 9. При вращении крыльчатки происходит перемещение потока воздуха через ТЭНы, создающие начальное тепловое поле, которое рассеивается по поверхности пола рассекателем потока воздуха 10 на ряд струй, которые перемещаются по поверхности пола, смешиваются с более холодным воздухом пола и повышают его температуру. В свою очередь, этот слой воздуха начинает подниматься по направлению к потолку как имеющий меньшую плотность.

Прогревая кабину, воздух попадает в вертикальный воздуховод через верхний его конец 12 (Фиг. 1) и через генератор теплового потока 9, дополнительно нагреваясь, перемещается через рассекатель потока воздуха 10 (Фиг. 1) опять на пол кабины. После прогрева теплоизолированных воздуховода и отводов, выполненных из теплоемких материалов и хорошо проводящих тепло (алюминий, чугун), тепловой поток без потерь устремляется через генератор теплового потока 9, получая от него дополнительную тепловую энергию, в кабину - рассекатель-воздуховод-генератор и т.д. (Фиг. 1, 2). Этим реализуется тепловая положительная обратная связь как аналог положительной обратной связи (ПОС) в химии, биологии, электронике и других динамических приложениях (интернет-ресурс ru.wikipedia.org> «Положительная обратная связь»; Автоматика, Учебник, Александровская А.Н., 2014 г., «Тепловые процессы в электронных системах в условиях влияния эффекта тепловой обратной связи», автор Мадера А.Г. Тепловые процессы в технике._2018. Т. 10. №3-4. С. 144-151, https://www.chem21.info/info/50865/ Справочник химика С. 21).

Известно, что система с ПОС имеет заведомо большее по сравнению с системами без нее быстродействие по достижению заданных параметров (выше приведенные источники), в частности, температуры поля в кабине и имеет место дополнительный избыточный нагрев теплоемких элементов потоком движущегося горячего воздуховода.

При достижении заданной температуры в кабине осуществляется стабилизация температурного поля путем измерения температуры анализатором, с передачей информации в блок управления, формирующего сигналы для побудителя и генератора тепловой энергии. Воздух верха кабины (потолочная зона) поступает в воздуховод, нагревает его, перемещается через теплоемкие элементы в кабину, нагревая нижние слои (зона пола). Одновременно, слои середины замещают слои потолочной зоны и т.д. В процессе работы с установленных в кабине анализаторов качества воздуха (анализаторы содержания кислорода, углекислого газа, влажности и т.п.) поступает информация в блок управления. Номенклатура этих средств измерения известна и широко применяется в подобной практике. Одновременно, в блок управления поступает информация о температуре теплоемких элементов воздуховода (термоаккумуляции).

На основе анализа этой информации определяется степень и продолжительность открытия шторки, осуществляющей пропускание отфильтрованного воздуха из малолюдных помещений или улицы.

В зависимости от объемов саун, нижний конец вертикального воздуховода можно наращивать горизонтальным, с врезанными в него и повторяющимися с определенным шагом отводами с теми же компонентами. При этом, исключаются из повторения блоки управления и анализаторы качества. Аналогичные цели преследуют, при ограничениях на электроэнергию и удобства планировки, варианты размещения вертикального воздуховода относительно помещения кабины, за пределами кабины, внутри ее, монтаж как элемента стены. Отводы вертикальных воздуховодов, в случае необходимости, возможно монтировать под фальш-полами сауны.

Трансформация сауны в баню (например, в русскую) производится дооснащением ее парогенератором и изменение температурного поля в соответствии с нормативами. При реализации аттракционных мероприятий, подобных «древнеримским бань-терм Каракалы», осуществляется повышенный нагрев пола, для получения легкого морского бриза, наоборот, снижение температуры пола и увеличение производительности побудителя потока с добавлением ароматизаторов воздуха.

ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ.

Сущность технического решения поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - Общий вид фрагмента кабины со стороны выходов воздуховодов в кабину, при реализации варианта размещения вертикального воздуховода за пределами кабины. 1 - кабина, 10 - рассекатель потока воздуха, 11 - анализатор качества воздуха, 12 - верхний конец вертикального воздуховода.

Фиг. 2 - Вид со стороны горизонтального отвода, без нижней стенки. 1 - кабина, 2 - вертикальный воздуховод, 3 - шторка принудительной вентиляции, 4 - отвод, 5 - электродвигатель (элемент побудителя потока), 6 - блок управления, 7 - теплоизолированный отсек, 8 - вентилятор (элемент побудителя потока), 9 - генератор тепловой энергии, 10 - рассекатель потока воздуха, 11 - анализатор качества воздуха.

Показан один из возможных вариантов конструкции при использовании ТЭН-ов (генератор тепловой энергии), а также электродвигателя с вентилятором (побудитель потока). Удлинение вала электродвигателя производится втулкой, выполненной из материала с низкой тепло-проводностью (стеклотекстолит), что минимизирует теплопередачу к электродвигателю. Электродвигатель и блок управления находятся в теплоизолированном отсеке.

Изобретение относится к оборудованию для медицинских процедур. Сауна содержит кабину, вертикальный воздуховод, генератор тепловой энергии, побудитель, блок управления, соединенные с блоком управления анализаторы качества воздуха, установленные внутри кабины, генератор тепловой энергии, побудитель потока, шторку принудительной вентиляции и рассекатель потока воздуха. Вертикальный воздуховод в нижней и верхней его частях соединен с помещением кабины, в нижней части имеет по меньшей мере три отвода, один из которых содержит генератор тепловой энергии и заведен в кабину через рассекатель потока воздуха. Конец другого отвода заведен в теплоизолированный отсек с побудителем потока и блоком управления. Третий отвод через приточный воздуховод выведен за пределы помещений и в нем установлена шторка принудительной вентиляции. Вал электродвигателя проходит через стенку теплоизолированного отсека и заканчивается крыльчаткой вентилятора генератора тепловой энергии. Блок управления соединен с приводом шторки принудительной вентиляции. Отводы и воздуховоды выполнены из теплоемкого материала. Технический результат состоит в обеспечении температурного поля в соответствии с физиологическими нормами при проведении банных процедур и снижении энергетических затрат.1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сауна, содержащая кабину, вертикальный воздуховод, генератор тепловой энергии, блок управления, соединенные с блоком управления анализаторы качества воздуха, установленные внутри кабины, генератор тепловой энергии, побудитель потока, шторка принудительной вентиляции и рассекатель потока воздуха, отличающаяся тем, что вертикальный воздуховод в нижней и верхней его частях соединен с помещением кабины, в нижней части имеет по меньшей мере три отвода, один из которых содержит генератор тепловой энергии и заведен в кабину через рассекатель потока воздуха, конец другого отвода заведен в теплоизолированный отсек с побудителем потока и блоком управления, а третий отвод через приточный воздуховод выведен за пределы помещений и в нем установлена шторка принудительной вентиляции, вал электродвигателя проходит через стенку теплоизолированного отсека и заканчивается крыльчаткой вентилятора генератора тепловой энергии, при этом блок управления соединен с приводом шторки принудительной вентиляции, а отводы и воздуховоды выполнены из теплоемкого материала.

2. Сауна по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальный воздуховод с присоединенными к нему отводами вмонтирован в стену кабины и расположен вне кабины, а отводы размещены под фальш-полом кабины.