Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при оборудовании бань стационарного и мобильного типов, а также для обогрева бытовых и производственных помещений.

Известны печи для бани, содержащие металлический корпус, топку, камеру с находящимися в ней камнями и дымовую трубу, установленную над камерой. При эксплуатации получают чистый пар, плеснув на камни горячую воду (Патент RU 2005263 CI, F 24 В 1/24, 07.03.1993).

Недостатком указанных печей является возможность попадания в парильню топочных газов и наличие в паре с относительной влажностью до 70% крупных капель доведенной до кипения воды. При этом невозможно получение перегретого пара с относительной влажностью менее 25%.

Известны способы получения перегретого пара из влажного пара высокого давления путем отделения жидкости от пара, дросселирования и перегрева за счет теплообмена с насыщенным паром и повышения тем самым экономичности (Патент SU 561048 A, F22G 1/10, 01.08.1977).

Недостатком способов является необходимость в дополнительном парогенераторе и трудность стабилизации температуры перегретого пара.

Известны способ получения пара и печь «Гейзер» для его реализации, содержащая металлический корпус с топкой, дымоходом и открытый контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, причем указанный открытый контейнер размещен в верхней части топки со стороны обогреваемого помещения, в топке помещена емкость повышенного давления с теплообменным крупнодисперсным материалом и установленным в ее верхней части влагораспределительным устройством, соединенным с баком для парообразующей жидкости посредством дозатора, в указанной емкости снизу вверх встроена дроссельная труба, проходящая через теплообменный крупнодисперсный материал и верхнюю часть топки в указанный открытый контейнер, обеспечивающая дополнительный перегрев образовавшегося в емкости повышенного давления перегретого пара в верхней части топки и за счет рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом. При этом дозатор жидкости может быть выполнен в виде дроссельного канала, или в виде вентиля с ручным управлением, или в виде электромагнитного клапана, соединенного с блоком управления подачей жидкости с заданной временной скважностью между включениями. Перегрев сдросселированного пара осуществляют в верхней части дроссельной трубы, проходящей через топку, и путем рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом в дополнительном контейнере (Патент РФ №2250417, МПК: F24B 1/24 - прототип).

Указанная печь для бани "Гейзер" работает следующим образом.

В топку металлического корпуса рассматриваемой модификации печи через дверцу закладывается топливо и разжигается. Остатки от сгораемого топлива просыпаются через колосниковую решетку в поддувало. Горячий газ, образовавшийся от сгорания топлива, поднимается вверх топки, нагревает теплообменный крупнодисперсный материал в емкости и контейнере, а также пар в верхней части дроссельной трубы. Затем горячий газ, поднимаясь вверх в сквозной дымовой трубе, обогревает бак с водой. Постепенно теплообменный крупнозернистый материал разогревается до (350…450)°C, нагревая воздух в помещении до (60…100)°C.

Способ перегрева пара заключается в следующем.

Для получения перегретого пара парообразующая жидкость из бака через дроссельный канал с патрубком поступает во влагораспределительное устройство. Нагрев жидкости происходит при ее контакте с теплообменным крупнозернистым материалом. Образовавшийся насыщенный пар поднимается в верхнюю часть емкости и затем, по мере увеличения его объема, под собственным давлением просачивается через материал, еще больше нагревается свыше 100°C и поступает во входное отверстие дроссельной трубы в нижней части емкости. Далее перегретый пар нагревается на горизонтальном участке части дроссельной трубы в верхней части топки. Сдросселированный пар поступает в открытый контейнер и в процессе рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом перегревается свыше 110°C, осуществляя нагрев помещения.

Основным недостатком данного способа получения пара является следующее.

Парообразующая жидкость подается из влагораспределительного устройства в виде капель или дозированного потока жидкости прямо на разогретый крупнодисперсный материал. Такая подача приводит к тому, что часть жидкости испаряется, не попадая в дроссельную трубу, что приводит к снижению экономичности и нерасчетному режиму работы парообразующего устройства. Кроме этого, наличие достаточно протяженного горизонтального участка в дроссельной трубе приводит к дополнительному сопротивлению при движении полученного пара горизонтально, при этом на выходе горизонтально движущийся пар должен преодолеть сопротивление тракта, образованного крупнодисперсным теплообменным материалом.

Задачей предложенного технического решения является создание способа получения пара, применение которого позволит получать пар с регулируемой температурой и влажностью, а также упрощение конструкции и повышение экономичности работы устройства для его получения.

Указанная задача решается за счет того, что в предложенном способе получения пара, заключающемся в обеспечении взаимодействия парообразующей жидкости с разогретыми теплообменными элементами, согласно изобретению указанное взаимодействие осуществляют при помощи печи, содержащей корпус с крышкой и дверкой для загрузки топлива и с топкой, размещенной внутри указанного корпуса, дымовую трубу, соединяющую полость топки с окружающей атмосферой, контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, размещенный внутри корпуса печи в непосредственной близости от зоны горения печи, при этом в упомянутом контейнере устанавливают устройство для парообразующей жидкости, содержащее емкость для парообразующей жидкости с каналом для заливки жидкости, клапаном сброса избыточного давления и трубопроводом отвода пара, причем упомянутый трубопровод устанавливают таким образом, что его входная часть соединяется с полостью емкости для парообразующей жидкости, а выходная часть открывается в нижнюю часть корпуса печи, между топкой и корпусом, при этом между корпусом печи и топкой устанавливают теплообменные элементы с развитой поверхностью теплообмена, а в корпусе печи выполняют щели для выхода пара, при этом для получения пара парообразующую жидкость разогревают в упомянутой емкости до температуры парообразования, затем полученный влажный пар направляют к основанию печи, между топкой и корпусом печи, ниже уровня расположения/на уровне расположения упомянутых теплообменных элементов, где производят его подогрев и осушение от содержащихся в нем частиц влаги при помощи указанных теплообменных элементов, после чего полученный перегретый сухой пар направляют в щели, выполненные в корпусе печи для выхода пара.

В варианте применения способа теплообменные элементы с развитой поверхностью теплообмена выполняют в виде зубьев гребенки, при этом зубья гребенки выполняют профилированными.

В варианте применения способа, щели для выхода пара выполняют между верхней частью корпуса и крышкой.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана печь с устройством для подачи парообразующей жидкости, вид сбоку; на фиг. 2 показана печь с устройством для подачи парообразующей жидкости, вид спереди.

Предложенный способ может быть реализован при помощи печи, имеющей следующую конструкцию.

Предложенная печь для бани содержит корпус 1, с дверкой 2 для загрузки топлива и с топкой 3, размещенной внутри указанного корпуса 1. Между корпусом 1 печи и топкой 3 установлены теплообменные элементы 4 с развитой поверхностью теплообмена, выполненные, преимущественно, в виде гребенки. Дымовая труба 5 соединяет полость топки 3 с окружающей атмосферой. Контейнер 6 с теплообменным крупнодисперсным материалом 7, предпочтительно камнями природного происхождения размещен внутри корпуса 1 печи в непосредственной близости от зоны горения печи. В контейнере 6 установлено устройство для парообразующей жидкости, содержащее емкость 8 для парообразующей жидкости с каналом 9 для заливки жидкости, клапаном 10 сброса избыточного давления и трубопроводом 11 отвода пара, причем упомянутый трубопровод 11 установлен таким образом, что его входная часть 12 соединяется с полостью емкости 8 для парообразующей жидкости, а выходная часть 13 открывается в нижнюю часть корпуса 1 печи, предпочтительно, между топкой 3 и корпусом 1, ниже теплообменных элементов 4. В корпусе 1 печи выполнены щели 14 для выхода пара. На корпусе 1 сверху установлена крышка 15.

Предложенный способ может быть реализован при помощи указанной печи следующим образом.

В топку 3 корпуса 1, через дверку 2 для загрузки топлива в топку 3, загружают топливо, например дрова, и поджигают. Продукты сгорания отводят из зоны горения при помощи дымовой трубы 5, соединяющей полость топки 3 с окружающей атмосферой. При сгорании топлива в топке 3 выделяется тепло и теплообменные элементы 4, размещенные между корпусом 1 печи и топкой 3, начинают разогреваться, и, по мере сжигания топлива в печи, достигают определенной температуры. Также при сгорании топлива нагревается контейнер 6 с теплообменным крупнодисперсным материалом 7, размещенный внутри корпуса 1 печи в непосредственной близости от зоны горения печи.

Устройство для парообразующей жидкости, содержащее емкость 8 для парообразующей жидкости с клапаном 10 сброса избыточного давления, установленное в контейнере 6, также начинает прогреваться.

Через канал 9 для заливки жидкости в емкость 8 для парообразующей жидкости заливается парообразующая жидкость. По мере прогревания емкости 8, жидкость начинает разогреваться и образовывать пар. Для сбрасывания давления образовавшегося пара служит клапан 10 сброса избыточного давления.

Образовавшийся пар, содержащий капли влаги, по трубопроводу 11, установленному таким образом, что его входная часть 12 соединяется с полостью емкости 8 для парообразующей жидкости, а выходная часть 13 открывается в нижнюю часть корпуса 1 печи, предпочтительно, между топкой 3 и корпусом 1, поступает к теплообменным элементам 4, к их развитым поверхностям теплообмена. Проходя за счет разности плотностей пара и подогретого воздуха сквозь поверхности теплообмена, пар окончательно осушается и разогревается до температуры, обеспечиваемой за счет контакта с разогретыми поверхностями теплообменных элементов. Полученный пар поступает в банное помещение/парную из щелей 14, выполненных в стенках корпуса 1 печи.

Таким образом, в парную поступает пар с требуемой влажностью и температурой, без крупных капель доведенной до кипения воды, что обеспечивает комфортные условия пребывания в парной.

В варианте исполнения, теплообменный элемент 4 выполнен в виде гребенки с профилированными зубьями, преимущественно, в виде буквы «Z». Такое решение позволяет увеличить площадь поверхности теплообменных элементов без увеличения их габаритных размеров.

В варианте исполнения, щели 14 для выхода пара выполнены между верхней частью корпуса и крышкой 15. Такое решение позволяет упростить конструкцию корпуса печи и улучшить его дизайн за счет отсутствия видимых щелей на поверхности корпуса.

Проведенные автором и заявителем испытания предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений и предложенных критериев.

Использование предложенного технического решения позволит создать печь, обеспечивающую получение пара с регулируемой температурой и влажностью, упростить конструкцию и повысить экономичность работы устройства для его получения.