RU197402U1

RU197402U1 - Compact boiler superheater

Info

Publication number: RU197402U1
Application number: RU2020109436U
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Сычев
Original assignee: Алексей Александрович Сычев
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Устройство относится к области тепловой техники, а именно к устройствам получения пара и может быть использовано при оборудовании бани мобильного либо стационарного типа с целью получения мелкодисперсного, т.н. «сухого» перегретого пара и создания комфортной для дыхания банной атмосферы.Компактный пароперегреватель для банной печи содержит корпус с входным и выходным патрубками дымохода, расположенный внутри корпуса теплообменник, в нижней части корпуса пароперегревателя расположена полость коллектора для влажного пара, соединённая через паропровод с теплообменником, теплообменник выполнен в виде трубки с развитой внешней поверхностью теплообмена. Теплообменник может быть выполнен гофрированным.При этом процесс парообразования и пароперегревания разбивается на две последовательные ступени. Где первая ступень перегенерации находится внутри корпуса печи, а компактный пароперегреватель является отдельным конструктивным узлом, и исполняет роль второй ступени, являясь пароперегревателем. То есть дополнительным теплотехническим устройством, догревающим водяной пар до требуемых кондиций. Такое деление на отдельные конструктивные и функциональные модули позволяет обеспечить функцию компактности в целом при транспортировке банной печи. Так как габариты компактного пароперегревателя, благодаря его конструктивному устройству, могут быть подобраны так, что во время транспортировки он помещается в полость первой ступени парогенератора. Это приводит к оптимизации транспортных габаритов, при сохранении тепловой эффективности изделия «печь для бани». 2 ил.The device relates to the field of thermal engineering, namely to steam production devices, and can be used in equipping a mobile or stationary type bathhouse in order to obtain a finely divided, so-called “Dry” superheated steam and creating a comfortable atmosphere for breathing. The compact superheater for the sauna furnace contains a body with inlet and outlet pipes of the chimney, a heat exchanger located inside the body, a collector cavity for wet steam located in the lower part of the steam superheater, connected through the steam line to the heat exchanger, the heat exchanger is made in the form of a tube with a developed external heat exchange surface. The heat exchanger can be made corrugated. In this case, the process of vaporization and superheating is divided into two successive stages. Where the first stage of regeneration is located inside the furnace body, and the compact superheater is a separate structural unit, and plays the role of the second stage, being a superheater. That is, an additional thermotechnical device that heats water vapor to the required conditions. This division into separate structural and functional modules makes it possible to provide a compact function as a whole during transportation of the sauna furnace. Since the dimensions of the compact superheater, due to its structural device, can be selected so that during transportation it is placed in the cavity of the first stage of the steam generator. This leads to the optimization of transport dimensions, while maintaining the thermal efficiency of the product "furnace for the bath." 2 ill.

Description

Устройство относится к области тепловой техники, а именно к устройствам получения пара и может быть использовано при оборудовании бани мобильного либо стационарного типа с целью получения мелкодисперсного, т.н. «сухого» перегретого пара и создания комфортной для дыхания банной атмосферы.The device relates to the field of thermal engineering, namely to steam production devices, and can be used in the equipment of a mobile or stationary type bath in order to obtain a finely divided, so-called “Dry” superheated steam and creating a comfortable atmosphere for breathing.

Известен пароперегреватель для бани (патент РФ на полезную модель №161772, опубл. 2015 г.), содержащий внутреннюю цилиндрическую оболочку и установленную соосно с ней наружную цилиндрическую оболочку большего диаметра, с выполненным в нижней ее части отверстием для поступления пара, а также спирально изогнутую ленту, жестко установленную в зазоре между оболочками с примыканием одной своей боковой кромкой к внутренней поверхности наружной оболочки, а второй боковой кромкой - к наружной поверхности внутренней оболочки. При этом нижние торцы оболочек соединены между собой с образованием дна пароперегревателя.A well-known superheater for a bath (RF patent for utility model No. 161772, publ. 2015), containing an inner cylindrical shell and an outer cylindrical shell of a larger diameter installed coaxially with it, with an opening for receiving steam in its lower part, and also spirally curved a tape rigidly installed in the gap between the shells with one of its lateral edges adjacent to the inner surface of the outer shell, and the second side edge to the outer surface of the inner shell. In this case, the lower ends of the shells are interconnected with the formation of the bottom of the superheater.

Недостатком данного технического решения следует признать тот факт, что тепло передается паровоздушной смеси только от внутренней оболочки, которая в данном случае является стенкой дымохода. При этом наружная цилиндрическая оболочка является корпусом пароперегревателя и контактирует с заборным воздухом. Вследствие чего, напротив - охлаждает паровоздушную смесь. The disadvantage of this technical solution is the fact that heat is transferred to the vapor-air mixture only from the inner shell, which in this case is the wall of the chimney. In this case, the outer cylindrical shell is a superheater housing and is in contact with intake air. As a result, on the contrary, it cools the air-vapor mixture.

Известен пароперегреватель для бани (патент РФ № 188335, опубл. 2019 г.), содержащий внутреннюю цилиндрическую оболочку и наружную цилиндрическую оболочку большего диаметра, внутренняя цилиндрическая оболочка выполнена с возможностью установки на печь в качестве стартового элемента дымохода, при этом наружная цилиндрическая оболочка установлена соосно с внутренней цилиндрической оболочкой с образованием в нижней ее части полости закипания, выполненной с отсечными гильзами для исключения смешивания пара с водой и с патрубком для заполнения водой, а в верхней ее части – с выходным патрубком и расположенными под ним камерами перегрева, разделенными параллельными отсечными пластинами, установленными без зазора между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками, каждая из отсечных пластин выполнена с отверстием для прохода пара в камеру перегрева, расположенную выше, при этом отсечные пластины установлены так, что отверстия соседних пластин расположены диаметрально противоположно. Отсечные пластины выполнены кольцевыми. Полость закипания выполнена с объемом, составляющим 1/3 или 1/2 часть объема пароперегревателя.A known superheater for a bath (RF patent No. 188335, publ. 2019), containing an inner cylindrical shell and an outer cylindrical shell of a larger diameter, the inner cylindrical shell is configured to be installed on the furnace as a starting element of the chimney, while the outer cylindrical shell is installed coaxially with an inner cylindrical shell with the formation in its lower part of a boiling cavity made with shut-off sleeves to prevent mixing of steam with water and with a nozzle for filling I am water, and in its upper part - with an outlet pipe and overheating chambers located under it, separated by parallel shut-off plates installed without a gap between the inner and outer cylindrical shells, each of the shut-off plates is made with an opening for the steam to enter the overheating chamber located above while cut-off plates are installed so that the holes of adjacent plates are diametrically opposed. Shut-off plates are made circular. The boiling cavity is made with a volume of 1/3 or 1/2 of the volume of the superheater.

Данное техническое решение так же является теплообменником, где паровоздушная смесь движется в кольцевой полости между горячей стенкой дымохода и условно холодной внешней стенкой корпуса. Следовательно, паровоздушная смесь будет частично охлаждаться, путем оттока тепла через внешнюю стенку корпуса. При этом рассматриваемую конструкцию по патенту РФ № 188335 следует признать конструктивно сложной для серийного производства.This technical solution is also a heat exchanger, where the vapor-air mixture moves in the annular cavity between the hot wall of the chimney and the conditionally cold external wall of the casing. Consequently, the steam-air mixture will be partially cooled by the outflow of heat through the outer wall of the housing. At the same time, the considered design according to the patent of the Russian Federation No. 188335 should be recognized as structurally complex for mass production.

Наиболее близким из известных технических решений (прототипом) является устройство для получения перегретого пара в банных печах (см. патент РФ № 2691080, опубл.2019 г.), содержащее установленную на дымовом отверстии банной печи емкость и соединенный с ней пароперегреватель, пароперегреватель расположен внутри дымохода, образованного внутренними стенками емкости для воды, и выполнен в виде трубопровода, оконечная часть которого выведена в топочное пространство печи и содержит выходное сопло, выходящее в отверстие в верхней стенке корпуса печи. Между пароперегревателем и выходным соплом пароперегревателя установлена дополнительная секция, расположенная в топочном пространстве печи.The closest known technical solution (prototype) is a device for producing superheated steam in a bath furnace (see RF patent No. 2691080, publ. 2019), containing a tank installed on the smoke hole of the bath furnace and a superheater connected to it, the superheater is located inside the chimney formed by the inner walls of the water tank and is made in the form of a pipeline, the end of which is brought into the furnace furnace space and contains an outlet nozzle that extends into an opening in the upper wall of the furnace body and. An additional section is installed between the superheater and the outlet nozzle of the superheater located in the furnace chamber.

Недостатком этого устройства является объединение парогенератора и пароперегревателя в одном корпусе. Каждая из этих двух ступеней перегенерации требует интенсивного притока тепла. Если два потребителя тепла конструктивно размещены на одном локальном участке дымохода, то каждый из них по-отдельности не будет получать его в должном количестве. На этом участке стенка дымохода будет выхолаживаться, так как испарение, это эндотермический процесс, при котором поглощается теплота фазового перехода. То есть теплота испарения, затрачиваемая на преодоление сил молекулярного сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращении жидкости в пар. Следовательно, температура газопламенного потока так же будет терять часть тепловой энергии на этом участке дымохода, и трубка пароперегревателя, помещенная внутри него, не будет прогреваться до максимально возможных значений. Другим конструктивным недостатком следует признать решение поместить трубку пароперегревателя внутри стандартного сечения дымохода. Что объективно приводит не только к уменьшению физических размеров проходного сечения, но и создает повышение местного гидравлического сопротивления движению газопламенного потока. Что, в свою очередь, неизбежно приведет к турбулизации потока, снижению его линейной скорости, образованию локальных зон застоя и к отложению сажи на этом участке и, в итоге, к устойчивой потере дымовой тяги.The disadvantage of this device is the combination of a steam generator and a superheater in one housing. Each of these two stages of regeneration requires an intense influx of heat. If two heat consumers are structurally located on one local section of the chimney, then each of them individually will not receive it in the proper amount. In this section, the chimney wall will be cooled down, since evaporation is an endothermic process in which the heat of phase transition is absorbed. That is, the heat of evaporation spent on overcoming the forces of molecular cohesion in the liquid phase and on the work of expansion when the liquid is converted into steam. Consequently, the temperature of the gas-flame flow will also lose some of the thermal energy in this section of the chimney, and the superheater tube placed inside it will not warm up to the maximum possible values. Another design flaw should be recognized as the decision to place the superheater tube inside the standard section of the chimney. Which objectively leads not only to a decrease in the physical dimensions of the passage section, but also creates an increase in local hydraulic resistance to the movement of the gas-flame flow. Which, in turn, will inevitably lead to turbulization of the flow, a decrease in its linear velocity, the formation of local stagnation zones and to the deposition of soot in this area and, as a result, to a steady loss of smoke draft.

Предлагаемая конструкция компактного пароперегревателя для банной печи решает задачу создания устройства малого веса и транспортных габаритов, при этом обладающего свойствами высокой надежности, технологичности и тепловой эффективности. А генерируемый в итоге водяной пар должен быть мелкодисперсным, так называемым «сухим» (легким), комфортным для пользователя.The proposed design of a compact superheater for a bath furnace solves the problem of creating a device of low weight and transport dimensions, while having the properties of high reliability, processability and thermal efficiency. And the water vapor generated as a result should be finely dispersed, the so-called “dry” (light), comfortable for the user.

Техническим результатом является тепловая эффективность пароперегревателя для обеспечения пользователя мелкодисперным «сухим» паром. The technical result is the thermal efficiency of the superheater to provide the user with finely divided "dry" steam.

При этом процесс парообразования и пароперегревания разбивается на две последовательные ступени. Где первая ступень перегенерации находится внутри корпуса печи, а компактный пароперегреватель является отдельным конструктивным узлом, и исполняет роль второй ступени, являясь пароперегревателем. То есть дополнительным теплотехническим устройством, догревающим водяной пар до требуемых кондиций. Такое деление на отдельные конструктивные и функциональные модули позволяет обеспечить функцию компактности в целом при транспортировке банной печи. Так как габариты компактного пароперегревателя, благодаря его конструктивному устройству, могут быть подобраны так, что во время транспортировки он помещается в полость первой ступени парогенератора. Это приводит к оптимизации транспортных габаритов, при сохранении тепловой эффективности изделия «печь для бани».The process of vaporization and superheating is divided into two successive stages. Where the first stage of regeneration is located inside the furnace body, and the compact superheater is a separate structural unit, and plays the role of the second stage, being a superheater. That is, an additional thermotechnical device that heats water vapor to the required conditions. This division into separate structural and functional modules makes it possible to provide a compact function as a whole during transportation of the sauna furnace. Since the dimensions of the compact superheater, due to its structural device, can be selected so that during transportation it is placed in the cavity of the first stage of the steam generator. This leads to the optimization of transport dimensions, while maintaining the thermal efficiency of the product "furnace for the bath."

Технический результат достигается тем, что компактный пароперегреватель для банной печи содержит корпус с входным и выходным патрубками дымохода, расположенный внутри корпуса теплообменник, в нижней части корпуса пароперегревателя расположена полость коллектора для влажного пара, соединённая через паропровод с теплообменником, теплообменник выполнен в виде трубки с развитой внешней поверхностью теплообмена. Теплообменник может быть выполнен гофрированным.The technical result is achieved by the fact that the compact superheater for the bath furnace includes a housing with inlet and outlet pipes of the chimney, a heat exchanger located inside the housing, a collector cavity for wet steam located in the lower part of the housing of the superheater, connected through a steam pipe to the heat exchanger, the heat exchanger is designed as a tube with a developed external heat transfer surface. The heat exchanger can be made corrugated.

Сущность заявленного технического решения поясняется рисунками, где на фиг. 1-схематично показано в разрезе внутреннее устройство пароперегревателя, на фиг. 2–пример схемы подключения пароперегревателя к печи.The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic sectional view of the internal structure of a superheater; FIG. 2 - an example of a circuit for connecting a superheater to a furnace.

Компактный пароперегреватель для банной печи представляет собой корпус 1, внизу которого имеется кольцевой канал 2 для подключения к печи 10. При этом патрубок дымохода 11 печи 10 стыкуется через разъемное соединение с патрубком дымохода 7 пароперегревателя, а кольцевой канал 2 пароперегревателя при этом стыкуется с кольцевым каналом паропровода 12 печи 10. Кольцевой канал 2 в своей верхней части уширяется и конструктивно объединен с коллектором 3. В свою очередь коллектор 3 имеет отверстие в одной из своих сторон, через которое он подключается к трубке-паропроводу 4. Паропровод 4 в своей средней части имеет развитую внешнюю поверхность (например, гофрирование) и является теплообменником 5. Далее теплообменник 5 сообщается с внешней атмосферой посредством сопла 6. The compact superheater for the bath furnace is a housing 1, at the bottom of which there is an annular channel 2 for connecting to the furnace 10. In this case, the chimney pipe 11 of the furnace 10 is connected through a detachable connection to the chimney pipe 7 of the superheater, and the annular channel 2 of the superheater is connected to the ring channel steam duct 12 of the furnace 10. The annular channel 2 in its upper part is broadened and structurally combined with the collector 3. In turn, the collector 3 has an opening in one of its sides, through which it is connected to the steam pipe 4. The steam pipe 4 in its middle part has a developed external surface (for example, corrugation) and is a heat exchanger 5. Next, the heat exchanger 5 communicates with the external atmosphere through a nozzle 6.

Предлагаемое устройство работает, например, следующим образом.The proposed device works, for example, as follows.

В топке 13 печи 10 в процессе сгорания топлива, образуются пламя и дымовые газы, которые нагревают воду внутри бака-парогенератора 14. Вода закипает, и влажный сырой пар, под некоторым избыточным давлением выдавливается в кольцевой канал 12. Избыточное давление в баке создается благодаря тому, что крышка заливной горловины 15 закрыта и зафиксирована. Кольцевой канал 12 печи 10 плотно сопрягается с кольцевым каналом 2 пароперегревателя. Поэтому влажный пар устремляется сначала в коллектор 3, а затем, через отверстие в его боковой стенке попадает трубку паропровода 4. Далее влажный пар поступает в полость теплообменника 5, который представляет собой трубку с развитой внешней поверхностью. Это может быть гофрирование, либо оребрение, либо любой другой вариант увеличения внешней поверхности этого участка для повышения интенсивности теплообмена. При этом снаружи теплообменник 5 внутри полости 8 со всех сторон омывается горячим газопламенным потоком, который поступает из патрубка 11 печи 10 в патрубок 7 пароперегревателя. После этого газопламенный поток, отдав часть своей тепловой энергии на перегрев пара внутри теплообменника 5, устремляется в дымоход через патрубок 9 пароперегревателя. Влажный пар, благодаря вышеописанному процессу активно досушивается внутри теплообменника 5 и выходит наружу в помещение парилки через сопло 6.In the furnace 13 of the furnace 10, in the process of fuel combustion, flames and flue gases are formed, which heat the water inside the steam generator tank 14. The water boils and moist moist steam is squeezed out under annular pressure 12. The excess pressure in the tank is created due to that the filler cap 15 is closed and locked. The annular channel 12 of the furnace 10 is tightly mated with the annular channel 2 of the superheater. Therefore, the wet steam rushes first to the collector 3, and then, through the hole in its side wall, the steam pipe 4 enters. Next, the wet steam enters the cavity of the heat exchanger 5, which is a tube with a developed external surface. This can be corrugation, or ribbing, or any other option to increase the external surface of this section to increase the heat transfer intensity. At the same time, the heat exchanger 5 inside the cavity 8 is washed from all sides by a hot gas-flame flow, which comes from the pipe 11 of the furnace 10 to the pipe 7 of the superheater. After that, the gas-flame flow, having given part of its thermal energy to steam overheating inside the heat exchanger 5, rushes into the chimney through the pipe 9 of the superheater. Due to the process described above, wet steam is actively dried inside the heat exchanger 5 and goes outside into the steam room through the nozzle 6.

Claims

1. A compact superheater for a bath furnace, comprising a housing with inlet and outlet pipes of the chimney, a heat exchanger located inside the housing, characterized in that a collector cavity for wet steam is located in the lower part of the housing of the superheater, connected through a steam pipe to the heat exchanger, the heat exchanger is made in the form of a tube with developed external heat transfer surface.

2. A compact superheater for a bath furnace according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is corrugated.