Паровая пушка против парогенератора: за кем останется поле боя

В Военно — историческом музее артиллерии, инженерных войск и войск связи сохраняется любопытный экземпляр приспособления для стрельбы шаровидными элементами, посредством энергии перегретого пара. Такая себе, не то паровая пушка, не то паровой пулемет. Как и большинства экземпляров «чудо — оружия» судьба агрегата оказалась незавидной. Испытания с шипением и грохотом провалились, и он отправился в запасники Артиллерийского музея. Любители бани, как люди исключительно миролюбивые, предлагают использовать пар только в благих целях. Как сделать его генерацию более качественной и эффективной — читайте в сегодняшнем материале.

От чего зависит качество пара

Вы наверняка слышали от банщиков с большим практическим опытом, что пар бывает «тяжелым», «сырым», «легким», «кисейным», «вязким» и так далее. От его качества, соответственно воспринимается и комфортность пребывания в парной, ощущения от процедур. Установлена строгая закономерность: чем выше температура воздуха в парном помещении — тем ниже должна быть абсолютная влажность.

Например, суховоздушная баня, которую некоторые ошибочно называют финской сауной, нередко имеет температуру воздушной среды порядка 105 — 120 градусов Цельсия. Вполне естественно, что влажность воздуха при таких значениях температуры не должна превышать 15 % в абсолютном исчислении, иначе комфортного пребывания в таких условиях, даже для подготовленного и закаленного человека, — не достичь. С другой стороны, существуют сугубо паровые бани, ярким представителем которых выступает восточный хамам. Здесь ситуация обратная.

Абсолютная влажность воздуха составляет показатель 85 % и выше, вплоть до 100 %, однако и температура воздушной среды здесь довольно низкая, порядка 45 градусов Цельсия. Безусловно, вкусы почитателей бани весьма разнообразны и противоречивы, и существует общепринятое соотношение так называемого «золотого пара», точнее наиболее комфортный усредненный баланс показателей температуры и влажности. Но для его достижения необходимо четко и точно регулировать процесс парообразования.

Принципы генерации качественного пара

Банные старожилы в один голос скажут, что качественный пар должен быть:

• Легким и прозрачным. Среди банных эстетов для него даже подобралось соответствующее выражение — «кисейный пар»;
• Уверенно формировать под потолком парного помещения вполне осязаемый «паровой пирог», от которого по мере необходимости уверенными движениями банного веника можно отнимать порции и распределять по полкам или внутреннему объему парной в целом. В немецких банях для этой цели существует даже должность «банного дирижера»;
• Мелкодисперсным. Именно мелкая фракция водяного пара обуславливает его проницаемость и воздушность. Он не обжигает бронхи, находиться в таком паровом облаке легко и комфортно. Дисперсность пара зависит от многих факторов: температуры контактной поверхности, теплопроводности и теплоемкости материала, площади соприкосновения, однородности температурных зон в объеме печки каменки и прочего.

Важно! Многие наверняка слышали достаточно критические отзывы о качестве пара, генерируемого чисто металлическими печами или металлической засыпкой в виде чугунных шаров. Дескать, такой пар очень жесткий, плоский, не имеет объема и глубины, так почитаемого ценителями. Такой пар, даже имеет запах и привкус жженого металла, железной окалины, что никак не добавляет приятных ощущений.

Чем выше температура камня банной печи, чем больше площадь контакта, чем более развита теплоемкость каменной засыпки, тем, соответственно больше шансов получить пар приемлемого качества. Однако, что мы имеем в реальности:

1. Большинство каменных корзин имеют очень неоднородную структуру прогрева всего объема камня. Внизу камень более разогрет, нежели в верхней части, которая и контактирует с водой, во время парообразования. Недостаточная температура верхней части каменки провоцирует генерацию крупнодисперсного тяжелого пара.
2. Для прогрева всего объема каменной корзины до необходимой температуры нужно время и топливо. Особенно актуален этот пункт для печей с большим количеством материала в каменке.
3. Даже если вода и попала на хорошо разогретые нижние слои, поднимающийся кверху пар будет проходить сквозь толщу камня с недостаточной температурой и снова потеряет свою кондицию.

Внимание! Не стоит забывать, что популярные в последнее время миксы для формирования каменной засыпки состоят из минералов нескольких видов, которые могут значительно отличаться друг от друга по ряду термодинамических характеристик. Соответственно и процессы парообразования на их поверхности будут различаться.

Паровая пушка, как средство повышения качества парогенерации

Что собой представляет конструкция, получившая в обиходе наименование паровой пушки. В принципе, она подтверждает старое правило, что все гениальное просто. Как мы уяснили из предыдущих разделов для получения хорошего пара необходимо подать определенное количество воды на камни, имеющие достаточно высокую температуру и залегающие в глубине корзины. Для этого, в практику вошла конструкция состоящая из:

• Приемной горловины в виде воронки достаточного объема, снабженной обратным клапаном. Очень часто роль клапана играет подпружиненная пластинка, которая открывается под весом жидкости и закрывается после опорожнения сосуда, препятствуя выбросу раскаленных капель в обратном направлении;
• Гибкой трубки из жаропрочной коррозионностойкой стали, которая выполняет роль проводящей магистрали для жидкости. Ее длина и диаметр напрямую зависят от характеристик каменки, ее размера, фракции камня и прочего;
• Оконечника, который помимо функции распределения воды в массиве каменки, должен быть наделен достаточной механической прочностью и жаростойкостью при постоянном контакте с раскаленным камнем.

Эта конструкция, призвана доставить и направить порцию воды к нижним, самым разогретым слоям каменной засыпки. Однако, она не решает основной вопрос остывания пара, проходящего сквозь верхние слои камня, имеющих недостаточную, с точки зрения качественного парообразования, температуру. Для преодоления этой проблемы конструкцию необходимо дополнить несколькими элементами:

• Расширительным бачком, имеющим форму плоской коробки из нержавеющей стали, в котором, непосредственно, и будет происходить генерация пара. При расчете его объема полезно вспомнить правило, что 18 грамм воды при тепловом воздействии преобразуются в 22 литра пара. Герметичная коробка имеет два патрубка: один для подсоединения уже известного нам водовода, другой — выполняет роль исходящего паропровода;
• Ввиду того, что конструкция в таком виде является менее мобильной, а генерация пара происходит в разогретом расширительном бачке, то водовод и паропровод рациональнее изготавливать из жесткой жаропрочной трубы, а не гофрированной, как в первом варианте;

Словечко от Бывалого! Второй вариант подразумевает периодическое техническое обслуживание конструкции, на предмет целостности ее отдельных элементов и удаления накипи из полости бачка. Особенно это актуально при использовании жесткой воды из открытых источников. Мягко удалить накипь можно кипячением емкости в 9 % растворе уксусной кислоты в течении 2 — 3 часов. Естественно, из за резкого запаха уксуса, такую процедуру необходимо проводить на открытом воздухе.

Как мы видим ключевым фактором применения паровой пушки является цикличность ее действия: подали порцию воды — получили облако пара. В то же время есть методы постоянного получения пара, по примеру того же кипящего чайника,- и их реализует парогенератор.

Парогенератор: от простого — к сложному

Вообще то, постоянная, а не цикличная генерация пара — прерогатива бань восточного типа, прежде всего хамам. За счет низкой температуры и чрезвычайно высокой влажности получить необходимый объем пара цикличным методом невозможно. Не следует забывать, что пар остывая, конденсируется обратно в жидкость и этот процесс идет постоянно.

Самый простой метод пришел к нам со времен древнеримских терм. Большие котлы с водой кипели, и получаемый пар по специальным каналам подавался в парильное помещение. В современной интерпретации этот метод реализуется следующим образом. Металлическая банная печь оснащается открытой водяной рубашкой, широкая контактная поверхность которой способствует постоянному испарению воды по мере выхода отопительного прибора на номинальный режим работы. Открытая схема предопределяет несколько важных моментов:

1. Визуально легко контролировать уровень воды в рубашке и восстанавливать его, по мере необходимости.
2. В холодное время года отсутствует опасность замерзания и разрыва контура.
3. Испарение происходит равномерно со всей поверхности гидравлической обвязки.
4. Открытую систему легко обслуживать и ремонтировать. Она в меньшей степени подвержена процессам образования накипи.

В то же время, она имеет и ряд недостатков:

• Продолжительное время выходит на рабочий режим;
• Тяжело управляется;
• Не предоставляет возможности получения «ударных» порций пара, а в той же русской бане это одна из ее изюминок.

Этот вариант представляет плеяду, так сказать пассивных парогенераторов, но есть еще и генераторы активные.

Типы парогенераторов

Если мы хотим получить более быстрый выход на режим образования пара, более гибкие методы управления процессами, то нам стоит обратить внимание на источники пара несколько иного характера. Практически все они в качестве источника тепловой энергии используют электрический ток.

На основе ТЭНов

ТЭН — трубчатый электрический нагреватель — широко известен в быту. Электрические чайники, стиральные машины, бойлеры несут его в качестве источника термических процессов. Основной недостаток таких приборов это склонность к образованию известковых отложений на металлической контактной поверхности, что в свою очередь снижает эффективность его теплоотдачи. Некоторое снижение остроты проблемы сулит применение нагревателей, имеющих керамическое тело,- но они существенно дороже металлических.

Второе на что следует обращать внимание — это постоянный контроль за недопущением снижения воды в камере генерации ниже минимального уровня. Стоит оголить нагревательный элемент такого типа, как тут же происходит его перегрев и выход из строя, за счет физического разрушения токопроводящей цепи. В остальном, парогенераторы с использованием ТЭНов очень популярны и находят самое широкое применение: от компактных саун до кустарных цехов по получению контрафактного спирта — острым паром очень удобно разваривать и осахаривать крахмалосодержащее сырье.

Электродные системы

В этом случае, нагревание воды происходит за счет активного движения элементарных частиц между катодом и анодом. Опасности перегрева и выхода из строя токопроводящей цепи здесь не существует в принципе. Проводником тока выступает сама вода. Есть она в камере — цепь замкнулась, процесс начался. Испарилась — автоматически завершился и процесс генерации пара, прекратилось потребление энергии. Производители такого оборудования обещают более высокий коэффициент полезного действия у таких агрегатов и повышенную безопасность эксплуатации.

Индукционные нагреватели

Один из самых высокотехнологичных образцов продуцирования перегретого пара. В быту аналогию можно провести с микроволновой печкой. Чебурек или пицца разогреваются в кухонном агрегате без визуальных процессов, — быстро и эффективно. В промышленности эффект еще более весомый.

С помощью индукционных установок проводят термообработку металлических деталей, за короткий промежуток времени, разогревая изделие весом в несколько десятков килограмм до красного каления. В основу работы индукционных систем положено способность к разогреву вещества в поле, образуемом токами высокой частоты. Проще говоря, принцип работы такого устройства заключается в передаче теплоносителю энергии магнитного поля.

Кстати! Элементы конструкции индукционного нагревателя вихревого типа монтируются снаружи, что в какой то, степени исключает возникновение протечек и упрощает монтаж и обслуживание системы.

Паровая пушка для бани своими руками, схемы которых мы привели, проще всего реализуется посредством применения ТЭНов, поскольку и индукционный и электродный принцип нагрева требуют ответственного подхода к реализации, подкрепленного фундаментальными знаниями в области электротехники.

Примеры реализации простых сборок генераторов пара для бани можно увидеть в приложенных к этой статье видеоматериалах.

Заключение

Подводя итоги, хочется отметить следующее. Стабильная генерация качественного пара достаточно нетривиальная задача и зависит от реализации целого комплекса мероприятий, начиная от эффективности печи и заканчивая качеством материала каменной засыпки. Общепринятая практика подразумевает для насыщения парного помещения перегретым паром расход тепловой энергии порядка 10 кВт на квадратный метр площади, при высоте потолков 2300 мм. И что бы не обещали производители и продавцы разнообразнейших чудо — конструкций,- законы физики непоколебимы. Чудес не бывает.