Устройство для нагрева жидких сред
DEVICE FOR HEATING LIQUID MEDIUM

Предлагаемое устройство относится к области бытовых средств и устройств для нагрева жидкой среды или жидкой пищи.
Известно устройство для нагрева жидких сред (теплообменник), (патент РФ №2202742, МПК F24H 1/00, 20.04.2003 г., опубл. 20.04.2003 г.), содержащее корпус с профилированным днищем, при этом нагреваемая поверхность днища содержит шипы, выполненные с полусферическими торцами, а в центре нагреваемой поверхности расположена звездообразная ребристая розетка.
Недостатком прототипа является недостаточно высокая эффективность нагрева и сложность изготовления и длительная продолжительность процесса формования изделия.
Задачей автора изобретения является разработка устройства для нагрева жидкой среды (пищевые жидкости, чай, суп и т.д.), обеспечивающее высоэффективный и быстрый нагрев на открытом огне жидкой среды и простоту изготовления изделия.
Новый технический результат, обеспечиваемый предлагаемым устройством, заключается в достижении высокоэффективного обогрева жидкой среды в 2 раза относительно емкости с плоским дном, в 1,5-2,0 относительно прототипа, упрощении процесса изготовления (при использовании обычного прессового оборудования однократным пробиванием типовой пресс-формы).
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном устройстве для нагрева жидких сред, содержащем металлический корпус с профилированным днищем, согласно изобретению днище корпуса выполнено гофрированным из 8-16 гофр, расходящихся от центра к периферии в радиальном направлении, оси всех гофр наклонены под углом 70-80° относительно вертикальной оси, в при этом каждая гофра днища выполнена равномерно расширяющейся к периферии от центральной зоны, выполненной в виде плоского круга, а ребра гофров нижней части днища лежат в одной плоскости, при этом отношение проекции площади днища к суммарной площади всех гофр составляет величину 1:1,5-1:2.
Предлагаемое устройство поясняется следующим образом.
На чертежах (фиг. 1-4) представлено предлагаемое устройство для нагрева жидких сред, где 1 - корпус, 2 - днище, 3 - полый элемент гофра.
В процессе изготовления предлагаемой конструкции была применена форма с заданным профилем днища устройства, выполненного с выступающими над его поверхностью полыми элементами произвольного профиля, обращенными навстречу обогреваемой жидкой среде. При этом полые элементы произвольного профиля в днище корпуса имеют вид системы из 8-ми расходящихся к периферии в радиальном направлении гофров. Гофры выполнены расходящимися от центральной круглой площадки к периферии днища с опорными ребрами в основании, оси всех гофр наклонены под углом 70-80° относительно вертикальной оси, а опорные ребра их выполнены в одной плоскости в зоне соприкосновения с поверхностью нагревательного элемента (плоскостью конфорки газовой печки), при этом отношение площади днища к суммарной площади проекции всех лепестков составляет величину 1:2. При экспериментальных испытаниях предлагаемое устройство заполнялось водой (объемом 1 литр) и подвергалось нагреву на открытом огне. Параллельно произведен нагрев воды в емкости с плоским дном. Время нагрева в предлагаемом устройстве и в емкости с плоским дном составило соответственно 1 мин и 2 мин. Соответственно снижается и энергопотребление.
Угол наклона осей гофр выбран из соображений как ускорения теплового потока, обтекающего в процессе нагрева данного устройства, так и для удобства изготовления формующего элемента, применяемого для получения заданного профиля днища.
В эксперименте было опробовано предлагаемое устройство и показано, что для высокой эффективности и интенсивности обогрева жидких сред, содержащихся в нем, достаточно выполнить 8-16 гофр, при этом развивается оптимальная площадь теплообмена, позволяющая существенно сократить время нагрева жидкой среды (воды).
Выполнение гофр расходящимися от границы круглой площадки в центре днища корпуса устройства к его периферии и угол их наклона способствует формированию быстро текущего конвективного потока, без образования холодных застойных зон, характерных для нагревательных устройств с плоским днищем или с ошипованным днищем (в последнем случае газодинамическое сопротивление потока еще более высоко).
Нагрев такого же количества воды в емкости с плоским дном такого же диаметра занял вдвое больше времени (2 мин).
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства обеспечиваются высокоэффективный обогрев жидкой среды в 2 раза относительно традиционно используемой емкости с плоским дном, в 1,5-2,0 относительно прототипа, упрощение процесса изготовления (при использовании обычного прессового оборудования однократным пробиванием в типовой пресс-формы), а также повышение интенсивности обогрева жидкой среды.
Возможность промышленной реализации предлагаемого устройства подтверждается следующим примером конкретного выполнения.
Пример 1. В лабораторных условиях опробован опытный образец предлагаемого устройства для нагрева жидких сред, общий вид которого изображен на фиг. 1-4. Корпус 1 устройства для нагрева жидких сред выполнен из жаропрочного металла, например стали. В профилированном днище 2 выполнены 8 гофр расходящимися от центра к периферии в радиальном направлении. Оси всех указанных 8 гофр наклонены под углом 80° к плоскости основания, в при этом каждая гофра днища выполнена равномерно расширяющейся от центральной зоны к периферии, выполненной в виде плоского круга. Ребра гофров нижней части днища лежат в одной плоскости, при этом отношение площади проекции днища к суммарной площади всех гофр составляет величину 1:2. При контрольных испытаниях изготовленное устройство заполнялось водой (объемом 1 литр) и подвергалось нагреву. Время нагрева до кипения воды в предлагаемом устройстве составило 1 мин.
Пример 2. Предлагаемое устройство реализовано в условиях примера 1, отличается тем, что корпус 1 (фиг. 5-8) выполнен из меди, число гофров - 16 с наклоном осей гофров - 70° относительно вертикальной оси корпуса. Отношение площади проекции площади днища к суммарной площади всех гофр составляет величину 1:2. Результаты испытаний предлагаемого устройства по примеру 1 аналогичны результатам по примеру 1.
Как это показали примеры реализации предлагаемого устройства, при его использовании обеспечены высокоэффективный и интенсивный обогрев жидкой среды в 2 раза относительно емкости с плоским дном, в 1,5-2,0 относительно прототипа, упрощении процесса изготовления (при использовании обычного прессового оборудования однократным пробиванием типовой пресс-формы).