Парогенератор для банной печи Российский патент 2025 года по МПК F22B27/16 F24B9/04 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам получения пара в банных печах.

Известно, что для проведения наиболее эффективных банных процедур требуется периодически подавать в парную высоко температурный мелкодисперсный пар, который нагревая воздух не сильно его увлажняет, и тем самым улучшает условия для потоотделения людей.

Известно большое число разнообразных по конструкции и принципу действия парогенераторов. Однако известные парогенераторы как правило узко специализированы для конкретных условий применения.

Например, известны парогенераторы (Патенты РФ на изобретения №2724817, и полезную модель №111261) размещаемые в каменке банной печи. Такого рода парогенераторы служат для получения низкотемпературного пара. Это обусловлено тем, что сложно нагреть камни до высоких температур и поддерживать их в нагретом состоянии в каменке банной печи, поскольку при попадании на камни воды они быстро охлаждаются, а их нагрев происходит медленно, в основном за счет кондуктивной теплопередачи.

Известны парогенераторы (Патенты РФ на изобретения №2544926, №2603447 и полезные модели №161772, №191874), устанавливаемые на дымовую трубу печи, содержащие испарительную и паранагревающие полости. Недостатком таких парогенераторов является то, что из-за низкой эффективности теплосъема с газового потока для получения высокотемпературного пара требуется поддержание в дымовой трубе высоких температур (более 600-700°). Это приводит к тому, что банная печь будет работать в экстремальном режиме продолжительное время, что снижает ее пожаробезопасность, долговечность и экономичность. На практике такие парогенераторы служат в основном для получения среднетемпературного пара (250-300°).

Известен парогенератор (Патент РФ на полезную модель №154892), который содержит испарительную емкость на задней стенке снаружи банной печи и соединенную с ней каналом пара нагревательную полость, расположенную над топкой, параллельно верхней стенки печи. В таком парогенераторе может быть получен высокотемпературный пар, однако его состав не удовлетворяет санитарным нормам вследствие попадания в него частиц ржавчины и окалины материала его стенок, что является неблагоприятным для здоровья человека.

Известен парогенератор для банной печи, выбранный в качестве прототипа (Патент РФ на полезную модель №209278), который содержит емкость для испарения воды и нагрева пара, трубопровод для подачи воды, емкость для воды с дозирующим элементом и трубопроводом для канализации пара, а емкость для испарения воды частично заполнена теплоаккумулирующими элементами. Емкость размещается в печи на боковой стенке с воздушным зазором относительно стенки печи. Недостатком такого парогенератора является низкая температура получаемого пара. Это связано с тем, что теплоаккумулирующие элементы при попадании на них воды довольно быстро охлаждаются, а нагрев через боковые стенки происходит кондуктивным путем сравнительно медленно. Образующийся при этом пар имеет сравнительно низкую температуру и не успевает достаточно нагреться в верхней паронагревательной части емкости и выводится наружу через трубопровод канализации пара. Кроме того, поскольку трубопровод для канализации пара находится вне печи, где температура воздуха меньше 100°, то пар дополнительно охлаждается и в трубопроводе.

Технический результат состоит в увеличении температуры производимого пара и повышении производительности парогенератора.

Технический результат достигается тем, что Парогенератор для банной печи, содержащий емкость для получения пара, имеющую испарительную и паронагревательную полости, при этом паронагревательная полость размещена с воздушным зазором под испарительной полостью и сообщается с ней через воздушный канал, при чем испарительная полость содержит закрепленные на ее днище продольные ребра, на которых закреплена испарительная ванночка с воздушным зазором относительно верхней крышки полости, имеющая отверстия вдоль ребер и на боковой стенке, а на днище паронагревательной полости установлены турбулизирующие поперечные планки, при этом испарительная и паронагревательная полости присоединены к фланцу, к которому с противоположной стороны присоединены один над другим трубопровод для канализации пара и трубопровод для подачи воды, сообщающиеся через отверстия с паронагревательной и испарительной полостями, а испарительная и паронагревательная полости размещены в топке параллельно верхней крышке печи и закреплены через герметизирующую прокладку фланцем на боковой стенке печи, при этом трубопровод для канализации пара выполнен последовательно из гофрированной и гладкостенных труб.

Сущность изобретения поясняется на фигуре, где показан продольный разрез парогенератора. На фигуре обозначено: 1 - емкость для получения пара, 2 - испарительная полость, 3 - паронагревательная полость, 4 - испарительная ванночка, 5 - отверстия в днище ванночки, 6 - входное отверстие испарительной ванночки, 7 - продольное ребро, 8 - днище испарительной полости, 9 - воздушный канал, 10 - бортик, 11 - поперечные планки, 12 - трубопровод подачи воды (емкость для воды и дозирующий элемент не показаны на рисунке), 13 - фланец, 14 - отверстие во фланце для пропуска воды, 15 - трубопровод канализации пара, 16 - отверстие во фланце для выхода пара.

Все элементы парогенератора изготавливаются из нержавеющей стали с толщиной элементов, обеспечивающих жесткость конструкции при работе в условиях высоких температур и необходимой теплоемкостью отдельных элементов парогенератора. Испарительная полость 2 включает в себя верхнюю крышку, днище 8 с закрепленными на нем продольными ребрами 7 и испарительную ванночку 4. Ребра 7 закреплены на днище испарительной полости 2 примерно с одинаковыми интервалами между собой и боковыми стенками испарительной полости 2, ребра 7 также закреплены на фланце 13 для увеличения жесткости конструкции. Количество ребер 7 зависит от требуемой производительности парогенератора. Ребра 7 выполнены увеличенной толщины для повышения их теплоемкости. В днище ванночки 4 вдоль ребер 7 выполнены отверстия диаметром 20-25% от толщины ребра 7. В боковой стенке ванночки 4, примыкающей к фланцу 13, выполнено отверстие 6, сопрягающееся с отверстием 14 во фланце 13 для пропуска воды. Испарительная ванночка 4 крепится на ребрах 7 с зазором 50-100 микрометров и с воздушным зазором несколько миллиметров относительно верхней крышки испарительной полости 2. Бортик 10 на конце днища 8 испарительной полости 2 (высотой несколько миллиметров) служит для предотвращения скатывания капель воды в паронагревательную полость 3 и ее охлаждения. Необходимость предотвращения попадания воды в паронагревательную полость обусловлена тем, что энергозатраты на испарение воды более чем на 2 порядка выше, чем энергозатраты на нагрев пара, поэтому при попадании воды в паронагревательную полость она существенно уменьшит температуру поверхности днища паронагревательной полости 3 и, как следствие, уменьшит эффективность нагрева пара. Воздушный канал 9 служит для пропуска образующегося в испарительной полости 2 пара в паронагревательную полость 3. Поперечные планки 11, размещаемые на днище паронагревательной полости 3 служат для турбулизации потока пара и увеличения за счет этого теплосъема с днища паронагревательной полости 3. Трубопровод подачи воды 12 и емкость для воды особенностей не имеют, выполняются в произвольной форме в зависимости от конструкции печи, трубопровод для подачи воды выполняется из нержавеющей гофрированной трубы с емкостью для воды на конце. В днище емкости для воды установлен дозирующий элемент в виде пластинки с калиброванным отверстием. Изменением диаметра отверстия можно регулировать производительность парогенератора в единицу времени. Фланец 13 выполняется с элементами крепления к корпусу печи. К боковой стенке печи крепление осуществляется через термостойкую герметизирующую прокладку. Фланец 13 имеет отверстие 14, для пропуска воды и отверстие 16 для пропуска пара, которые выполняются в виде сегментов с радиусом дуги, равным радиусам соответствующих трубопроводов. Трубопровод канализации пара 15 выполнен частично из нержавеющей гофрированной трубы и в основном из нержавеющей гладкостенной трубы. Это сделано для уменьшения акустического шума парогенератора, поскольку скорость потока пара может достигать несколько метров в секунду. На трубопроводе может быть установлен теплоизолирующий чехол (не показан на рисунке), который служит для существенного уменьшения тепловых потерь от стенок трубопровода.

Работает парогенератор следующим образом. Вначале производится розжиг печи, в которой смонтирован парогенератор. После нагрева помещения до температуры, приемлемой для проведения банной процедуры, в процессе парения, для дополнительного нагрева воздуха в помещении и повышения его влажности, в емкость для воды наливается дозированный объем воды для получения необходимого объема пара. Вода через дозирующий элемент по трубопроводу подачи воды 12 через отверстие во фланце 14 и отверстие 6 в испарительной ванночке 4 попадает на днище испарительной ванночки 4, где происходит испарение части воды. Другая часть воды, находящаяся в ванночке 4 через отверстие 5 в днище ванночки 4 просачивается и попадает на ребра 7 стекая по их боковым стенкам, продолжая испаряться. Оставшаяся часть не испарившейся воды попадает на днище 8 испарительной полости 2, где окончательно испаряется. Бортик 10 предотвращает скатывание воды в паронагревательную полость 3. Пар, образующийся в испарительной ванночке 4, на боковых стенках ребер 7 и на днище 8 испарительной полости 2, проходит через воздушный канал 9 и попадает в паронагревательную полость 3. В связи с тем, что объем пара на порядки превышает объем поступающей в испарительную полость воды, создается небольшое избыточное давление, под действием которого поток пара движется в паронагревательной полости огибая поперечные планки 11 на днище паронагревательной полости 3 и турбулизируется. За счет этого существенно увеличивается теплосъем с днища паранагревательной полости. С ростом температуры скорость движения молекул воды и капель пара возрастает и в результате соударения между собой и молекулами воздуха большие капли дробятся на более мелкие капельки, чем достигается получение мелкодисперсного пара. Такое техническое решение приводит к достижению высоких температур пара (500-700°С) в зависимости от интенсивности работы печи и ее конструкции. Далее пар, проходя через отверстие во фланце 16, поступает в трубопровод вывода пара 15. И, хотя при прохождении вдоль трубы он быстро нагревает ее, но за счет наличия чехла на трубопроводе не наблюдается существенного снижения температуры пара. При прохождении трубопровода канализации пара 15 сильно турбулизированный поток пара в гладкостенной трубе переходит в ламинарный поток, что резко снижает акустический шум потока. Таким образом на выходе трубопровода канализации пара получается мелкодисперсный пар с максимально высокой температурой. Образующийся в парогенераторе пар поступает в парное помещение, в котором нагретый воздух имеет низкую влажность. Мелкодисперсный пар из парогенератора дополнительно повышает температуру и влажность воздуха. При этом такой пар (легкий) не затрудняет дыхания и не обжигает даже при довольно высокой температуре. Нагретый и увлажненный таким образом воздух парной своим тепловым излучением и контактным воздействием на кожу человека способствует интенсивному потоотделению. Тем самым достигается близкий к оптимальному микроклимат в парном помещении для проведения банной процедуры.

В предлагаемом парогенераторе удалось получить температуры порядка 500-700°С пара при установке парогенератора в дровяную печь и порядка 450-600°С при установке парогенератора в газовую банную печь. Несмотря на компактные размеры парогенератора он обеспечивает высокую производительность получения пара. Например, на одном из испытываемых образцов обеспечивается испарение около 300 г воды за 1 минуту. При этом температура пара снижается за этот интервал не более чем на 5-7%. Производительность парогенератора может быть повышена за счет увеличения его ширины и объема подаваемой в него воды.

Такого результата удалось добиться за счет разделения парогенератора на 2 полости - испарительную и паронагревательную, более эффективно выполняющие свои функции. Ввиду того, что энергозатраты на испарение воды более чем на 2 порядка превышают энергозатраты на нагрев пара, испарительная полость выполнена с развитой трехступенчатой испарительной поверхностью и эффективной теплопередачей от дымовых газов к испарительным поверхностям. Для достижения указанных высоких температур пара при небольшой длине паронагревательной полости поток пара турбулизируется, а паронагревательная полость помещается в зону наиболее высоких температур в топке. Полученные параметры существенно превышают аналогичные параметры в прототипе и других аналогах.

Уровень разработки после проведения испытаний на дровяных и газовых печах находится на стадии серийного выпуска парогенераторов.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам получения пара в банных печах. В устройстве паронагревательная полость размещена с воздушным зазором под испарительной полостью и сообщается с ней через воздушный канал, причем испарительная полость содержит закрепленные на ее днище продольные ребра, на которых закреплена испарительная ванночка с воздушным зазором относительно верхней крышки полости, имеющая отверстия вдоль ребер и на боковой стенке, а на днище паронагревательной полости установлены турбулизирующие поперечные планки, при этом испарительная и паронагревательная полости присоединены к фланцу, к которому с противоположной стороны присоединены один над другим трубопровод для канализации пара и трубопровод для подачи воды, сообщающиеся через отверстия с паронагревательной и испарительной полостями, а испарительная и паронагревательная полости размещены в топке параллельно верхней крышке печи и закреплены через герметизирующую прокладку фланцем на боковой стенке печи, при этом трубопровод для канализации пара выполнен последовательно из гофрированной и гладкостенных труб. Технический результат состоит в увеличении температуры производимого пара и повышении производительности парогенератора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Парогенератор для банной печи, содержащий емкость для получения пара, имеющую испарительную и паронагревательную полости, к которой подсоединены трубопровод с емкостью для воды и дозирующим элементом и трубопровод канализации пара, отличающийся тем, что паронагревательная полость размещена с воздушным зазором под испарительной полостью и сообщается с ней через воздушный канал, причем испарительная полость содержит закрепленные на ее днище продольные ребра, на которых закреплена испарительная ванночка с воздушным зазором относительно верхней крышки полости, имеющая отверстия вдоль ребер и на боковой стенке, а на днище паронагревательной полости установлены турбулизирующие поперечные планки, при этом испарительная и паронагревательная полости присоединены к фланцу, к которому с противоположной стороны присоединены один над другим трубопровод для канализации пара и трубопровод для подачи воды, сообщающиеся через отверстия с паронагревательной и испарительной полостями, а испарительная и паронагревательная полости размещены в топке параллельно верхней крышке печи и закреплены через герметизирующую прокладку фланцем на боковой стенке печи, при этом трубопровод для канализации пара выполнен последовательно из гофрированной и гладкостенных труб.

2. Парогенератор для банной печи по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод для канализации пара имеет чехол из теплоизолирующего материала.

3. Парогенератор для банной печи по п. 1, отличающийся тем, что на днище испарительной полости на стороне, противоположной фланцу, установлен бортик.