Парообразующее устройство

ОБЛАСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Данная полезная модель относится к парообразующему устройству согласно ограничительной части независимого пункта формулы полезной модели и, более конкретно, к парообразующему устройству для печи.
ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Известны стеллажные сушильные печи, в которых выпекаемые изделия помещаются на противни, расположенные на квадратных или прямоугольных поддонах или сковородах, установленных в квадратном стеллаже на колесах. Стеллаж предназначен для введения в камеру печи и нахождения там, пока происходит процесс выпекания. Камера печи имеет прямоугольное, квадратное или круглое горизонтальное поперечное сечение (т.е. поперечное сечение на виде сверху является прямоугольным, квадратным или круглым), и ее размеры обеспечивают размещение стеллажа и возможность его поворота. Для выпекания изделий в камеру печи через одно или два угловых отверстия может вводиться горячий воздух. Это приводит к температурному градиенту в камере, что может привести к неравномерному выпеканию изделий. Для уменьшения неравномерности выпекания изделий стеллаж поворачивается вокруг вертикальной оси во время процесса выпекания. Это может быть достигнуто путем помещения стеллажа на поворотный стол в процессе выпекания или путем подъема стеллажа при помощи поворотного крюка, который поворачивается в процессе выпекания. По окончании процесса выпекания стеллаж извлекается (после опускания и отсоединения от крюка, если он использовался) из открытой стеллажной печи. Пример такой стеллажной печи известен из патента США №3954053. Данная печь имеет по существу прямоугольную камеру с прямой задней стенкой, двумя параллельными, разнесенными боковыми стенками, расположенными перпендикулярно задней стенке, и криволинейной дверью, которая может закрывать передний торец камеры печи.
В нижеследующем описании особенности, которые хорошо известны в уровне технике, такие как источник горячего воздуха и вытяжные устройства, не описаны подробно, кроме тех случаев, где это необходимо, для облегчения понимания полезной модели.
Обычная стеллажная печь содержит внешний корпус, окружающий камеру печи, канал для горячего воздуха, предназначенный для прохождения горячего воздуха, и впуск для горячего воздуха, выполненный в виде вертикального ряда горизонтальных отверстий в стенке камеры печи, через которые горячий воздух вдувается в камеру, выпускное отверстие, через которое горячий воздух выводится из печи, и дверь. Как принято в печах для выпекания, по меньшей мере часть выпускаемого воздуха направляется вентилятором через соответствующий канал с прохождением нагревателя и снова вводится в камеру печи через впуск для горячего воздуха.
Пищевые продукты помещаются на сковороды, подносы, стропы или другие подходящие опоры в колесном стеллаже, который транспортируется в камеру печи, при этом форма отверстий во впуске для горячего воздуха предпочтительно такова, что горячий воздух проходит через камеру печи заданным образом. Предпочтительно поток горячего воздуха проходит таким образом, что нагревание выпекаемых изделий происходит равномерно, с равномерной передачей тепла от верхней части к нижней части стеллажа и от внешнего края к центру поддона для выпекания. Это может быть достигнуто путем наклона отверстия в верхнем направлении так, что потоки воздуха ударяют в противни для выпекания под направленным вверх углом для подвода тепла к нижней стороне выпекаемых изделий. Таким образом, изделия в печи нагреваются вследствие непосредственного соприкосновения с потоком горячего воздуха, а также опосредованно через противни, на которых они лежат. Колесный стеллаж предпочтительно поддерживается со стороны потолка камеры печи при помощи приводного механизма поворота стеллажа, который предназначен для поворота стеллажа и поворачивается вокруг по существу вертикальной оси.
Горячий воздух для приготовления пищи в печах для выпекания может быть получен путем сжигания топлива в горелке и передачи тепла в отработанных газах через трубчатый теплообменник с перекрестным потоком к воздуху для приготовления без загрязнения указанного воздуха отработанными газами.
Одной целью при проектировании печей для выпекания является повышение энергетической эффективности печи и одновременное сохранение основания печи по возможности минимальным без снижения выпечной способности печи.
Пар предпочтительно используется на ранней стадии процесса выпекания для оказания влияния на упругость поверхности хлеба и, кроме того, получения гладкой поверхности.
Пар обычно подается через канал для горячего воздуха в камеру печи через отверстия.
Скорость испарения влияет на выпечку изделий в печи, поскольку глютен на поверхности кристаллизуется и образует поверхность, которая может расширяться без трещин. Причиной этого становится пар, обеспечивающий увлажнение поверхности с одновременной незамедлительной передачей энергии при конденсации пара в воду на поверхности теста. Если пар не добавляется, поверхность высыхает и образует сухую поверхность. Соответственно, скорость испарения является важным фактором.
Целью данной полезной модели является усовершенствование процедуры обработки паром в процессе выпекания или приготовления путем повышения скорости испарения и минимизации влияния потока горячего воздуха во время основного процесса выпекания.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Вышеуказанная цель достигается с помощью данной полезной модели согласно независимому пункту формулы полезной модели.
Предпочтительные варианты выполнения изложены в зависимых пунктах формулы полезной модели.
Указанная цель достигается с помощью данной полезной модели путем установки парообразующего модуля в канале для потока горячего воздуха в печи для выпекания изделий.
Парообразующий модуль выполнен с возможностью нахождения в двух состояниях: состоянии генерации пара и состоянии горячего воздуха. Указанные различные состояния достигаются путем поворота модуля приблизительно на 90° вокруг его продольной оси.
В устройстве согласно данной полезной модели используется так называемый эффект Лейденфроста, который вызывает перемещение воды в виде водяных пузырьков по поверхности элемента парообразующего модуля благодаря испарившейся подушке под пузырьком. При перемещении воды по поверхности образуется дополнительный пар.
В состоянии генерации пара кажется, что вода «плывет» по основной поверхности во время испарения, и идея, лежащая в основе одного аспекта данной полезной модели, заключается в обеспечении места для выхода испаряющейся воды для еще большего повышения скорости испарения. В то же время площадь поверхности для предварительного нагревания воды увеличивается до того, как она проходит далее к следующему ряду пластин. Путем создания специальных структур основной поверхности было достигнуто улучшенное испарение.
Согласно одному варианту выполнения это достигается путем создания различных уровней на основной поверхности парообразующего элемента, так что поверхность имеет по меньшей мере два уровня: верхний уровень, первый нижний уровень, второй нижний уровень и т.д. - один уровень, по которому плывет вода, и второй, или дополнительный, который расположен под первым уровнем и на котором может происходить выход газа. В процессе генерации пара основная поверхность ориентирована по существу горизонтально.
При подаче воды к основной поверхности незамедлительное испарение приводит к тому, что на верхнем уровне поверхности под водой образуется газовый пузырек. Это вызывает подъем воды от поверхности. Нижний уровень (нижние уровни) также нагревает (нагревают) воду, при этом давление газа, необходимое для подъема воды, увеличивается, и скорость испарения повышается.
Различные уровни поверхности образованы путем выполнения каналов или выемок на основной поверхности, по которым испаренный газ может выходить без его задержки. Это вызывает непрерывное испарение до тех пор, пока энергия не станет достаточной для удерживания воды над поверхностью. Вода испаряется до тех пор, пока поверхность не достигнет состояния равновесия с окружающей средой, что зависит от давления, температуры и влажности.
Размеры и разница высот различных уровней зависят от массы, площади поверхности и материала. Существует взаимосвязь между количеством пара, которое может быть образовано, площадью поверхности и требуемой скоростью пара.
В одном варианте выполнения основная поверхность образована из двух уровней, при этом верхний уровень поверхности имеет площадь А, а первый нижний уровень поверхности имеет площадь В.
Соотношение между А и В является одним способом определения возможностей основной поверхности. Путем изменения отношения А/В могут быть достигнуты различные скорости испарения.
В другом варианте выполнения в основной поверхности элементов парового модуля выполнены сквозные отверстия, например квадратные или прямоугольные отверстия, которые обеспечивают возможность падения избыточной воды на нижерасположенный элемент парового модуля, где происходит такой же процесс, т.е. испарение.
Элементы парового модуля предпочтительно могут иметь наклонные боковые поверхности, которые служат для возврата воды к основной поверхности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает упрощенную структурную схему печи, содержащей парообразующее устройство согласно данной полезной модели.
Фиг. 2-4 изображают различные виды парообразующего модуля согласно данной полезной модели.
Фиг. 5 и 6 соответственно схематически изображают парообразующий модуль в двух различных состояниях.
Фиг. 7 и 8 соответственно изображают поперечные сечения различных вариантов выполнения элементов парового модуля согласно данной полезной модели.
Фиг. 9 изображает различные виды парообразующего модуля согласно данной полезной модели.
Фиг. 10-12 изображают поперечные сечения парообразующего элемента согласно различным вариантам выполнения.
Фиг. 13 и 14 изображают виды сверху парообразующего элемента согласно различным вариантам выполнения полезной модели.
Фиг. 15 и 16 изображают виды сверху парообразующего элемента согласно дополнительным вариантам выполнения полезной модели.
Фиг. 17-19 изображают соответственно вид в аксонометрии, вид в разрезе и вид сверху парообразующего элемента согласно дополнительным вариантам выполнения полезной модели.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Ниже приведено подробное описание полезной модели со ссылками на прилагаемые чертежи. На всех чертежах одинаковые номера позиций использованы для обозначения одинаковых или аналогичных элементов.
Прежде всего, в соответствии с фиг. 1 данная полезная модель относится к парообразующему устройству в печи 2. Печь 2 содержит внешний корпус 4, окружающий камеру 6 печи, и канал 8 для горячего воздуха, предназначенный для прохождения горячего воздуха. Печь также имеет впуск для горячего воздуха, выполненный в виде ряда отверстий (не показаны) в стенке камеры 6, через которые горячий воздух вдувается в камеру 6, как показано пунктирной стрелкой, выпускное отверстие (не показано), через которое горячий воздух выводится из камеры 6, как показано пунктирной стрелкой, и дверь (не показана). Следует отметить, что направление горячего воздуха может, как вариант, быть противоположно направлению, показанному на фиг. 1.
Парообразующее устройство содержит блок 12 управления, предназначенный для управления процессом выпекания или приготовления путем генерации управляющих сигналов 14. Блок 12 может быть запрограммирован путем введения инструкций с помощью средств ввода (не показаны), которые могут представлять собой клавиатуру, сенсорный экран и т.д., где оператор может выбрать конкретный процесс выпекания или приготовления.
Парообразующее устройство также содержит удлиненный парообразующий модуль 16, расположенный в канале 8. Парообразующее устройство также содержит элемент 23 для подачи воды, расположенный в соединении с указанным парообразующим модулем и предназначенный для подачи воды к нему. Модуль 16 выполнен с возможностью поворота вокруг продольной оси 18 и содержит заданное количество элементов 20 (см. фиг. 2-9). Каждый элемент 20 парового модуля выполнен удлиненным и имеет одну основную поверхность 22, проходящую в целом плоским образом, при этом элементы 20 в одном модуле расположены параллельно один над другим на заданном расстоянии друг от друга. Количество элементов в одном модуле предпочтительно находится в диапазоне от 5 до 15.
Согласно одному варианту выполнения модуль 16 выполнен с возможностью нахождения в двух состояниях:
- состоянии генерации пара, при котором основные поверхности 22 элементов 20 находятся в по существу горизонтальном положении с обеспечением возможности испарения воды при ее подаче к модулю,
- состоянии горячего воздуха, при котором основные поверхности 22 элементов 20 находятся в по существу вертикальном положении с обеспечением возможности прохождения горячего воздуха через модуль 16.
Модуль 16 выполнен с возможностью поворота (наклона) на 90° относительно его продольной оси 18 в зависимости от управляющих сигналов 14, генерируемых блоком 12 управления, при переходе из состояния генерации пара в состояние горячего воздуха и при переходе из состояния горячего воздуха обратно в состояние генерации пара. Поворот выполняется с помощью специального поворотного блока (не показан), который расположен так, что модуль может быть повернут вокруг оси поворота, совпадающей с продольной осью модуля. Поворотный блок может, например, представлять собой шаговый двигатель.
Парообразующее устройство выполнено с возможностью нагревания модуля 16 перед переходом модуля в состояние генерации пара. Нагревание выполняется, например, путем подачи горячего воздуха к модулю. Модуль нагревается до такой температуры, что при подаче воды к модулю возникает так называемый эффект Лейденфроста. Горячий воздух нагревается традиционным способом, например, с помощью теплообменного модуля или нагревательных элементов.
Таким образом, верхняя поверхность каждого элемента парообразующего модуля, где должно происходить испарение, является перегретой.
В соответствии с эффектом Лейденфроста, который описан ниже, оптимальное испарение происходит при температуре на 30°C выше точки насыщения, т.е. точки кипения, при заданном давлении.
В существующих на данный момент парообразующих устройствах для хлебопекарных печей обычно используются температуры, которые значительно выше этого температурного порога, например на 100°-120°C. В этом случае под водой образуется газовый пузырек, который обладает эффектом температурной изоляции и предотвращает испарение. Следствие этого явления заключается в том, что водяные пузырьки могут легко перемещаться по поверхности, поскольку сцепление с ней очень мало. Вода может также «взбираться» вверх по поверхностям в зависимости от структуры и высоты поверхности.
Форма элемента парового модуля согласно данной полезной модели обеспечивает возможность использования преимущества описанного явления, связанного с эффектом Лейденфроста.
Поверхность элемента парового модуля предпочтительно имеет небольшие углубления или канавки, что еще больше усиливает эффект Лейденфроста.
Элементы парового модуля предпочтительно изготовлены из металла, при этом одним из подходящих материалов является алюминий. Преимущество алюминия заключается в том, что он может накопить больше энергии относительно веса по сравнению, например, со сталью, а также в том, что модуль имеет значительно меньший вес, чем в случае его изготовления, например, из стали. Другими возможными материалами являются любые ферритовые нержавеющие материалы, например хромистая сталь.
Предпочтительно элемент парового модуля изготавливается формованием, тогда как впоследствии может быть получена требуемая структура поверхности, например, имеющая канавки или углубления. Другое требование к материалу заключается в том, что он должен быть одобрен компетентными организациями в пищевой промышленности.
Размер модуля, например его длина и ширина, и элементов парового модуля приведен в соответствие с пространством, доступным в канале для горячего воздуха, имеющемся в печи. Согласно одному варианту реализации длина составляет приблизительно 300 мм, а ширина - приблизительно 140 мм. Толщина элемента парового модуля составляет от 4 до 8 мм, предпочтительно около 6 мм.
Поворот модуля может быть достигнут, как изложено выше, путем его поворота вокруг продольной оси, проходящей через центр модуля, как показано на чертежах. Как вариант, модуль может быть повернут или наклонен путем поворота вокруг продольной оси, проходящей вдоль одного из его углов, если смотреть с короткой стороны модуля.
В частности, ниже со ссылкой на поперечное сечение элемента парового модуля, показанное на фиг. 7, описан один вариант выполнения элемента 20 парового модуля. Элемент имеет одну основную поверхность 22 и две боковые поверхности 24, каждая из которых расположена вдоль длинной стороны основной поверхности и наклонена относительно основной поверхности так, что элемент 20 имеет форму широкой чаши. Каждая боковая поверхность 24 предпочтительно наклонена относительно поверхности 22 на первый заданный угол v1, который составляет от 5° до 15°, предпочтительно более 10°.
На фиг. 8, также показывающей поперечное сечение элемента парового модуля, изображен другой вариант выполнения. В этом варианте выполнения снаружи каждой первой боковой поверхности 24 вдоль нее расположена вторая боковая поверхность 26, которая наклонена относительно основной поверхности 22 на второй заданный угол v2, предпочтительно составляющий более 20°, и наиболее предпочтительно более 30°, причем второй угол v2 предпочтительно больше, чем первый заданный угол v1.
Согласно вариантам выполнения данной полезной модели элементы 20 имеют сквозные отверстия 28, предпочтительно эквидистантно распределенные вдоль основных поверхностей 22 элементов 20. Отверстия 28 показаны на фиг. 4 и на нижнем правом виде на фиг. 9.
Сквозные отверстия, выполненные в парообразующих элементах, обеспечивают возможность переливания избыточной воды на следующий уровень, т.е. нижележащий элемент, так что может происходить непрерывное испарение.
Как указано выше, отверстия предпочтительно расположены на элементах эквидистантно. Однако, разумеется, возможно другое, более неравномерное распределение отверстий. Отверстия в соседних парообразующих элементах могут быть смещены относительно друг друга.
Размеры отверстий важны для регулирования того, как быстро вода должна покидать один элемент и подаваться к элементу, расположенному ниже.
На размер отверстий влияет множество различных параметров, например количество подаваемой воды, температура элементов и длительность этапа обработки паром в процессе выпекания.
Испытания показали, что предпочтительный диаметр отверстия находится в диапазоне 2-15 мм.
Предпочтительно отверстия являются круглыми. Однако, разумеется, возможны и другие формы, например прямоугольные, эллиптические и даже вытянутые формы.
Когда парообразующий модуль находится в состоянии горячего воздуха, положение модуля 16 обеспечивает возможность прохождения через него вертикального потока 10 горячего воздуха, при этом указанный поток пропускается модулем частично вследствие прохождения сквозь модуль, т.е. между парообразующими элементами (см. фиг. 6).
Когда печь находится в состоянии генерации пара, к элементам парового модуля подается вода. Вода предпочтительно подается через форсунки (не показаны), расположенные в канале для горячего воздуха.
Обычно пар подается в печь на начальной стадии процесса выпекания. Затем парообразующий модуль приводится в состояние генерации пара, при котором модуль расположен так, что поверхности парообразующих элементов находятся в горизонтальном положении. В результате достигается большая площадь поверхности (площадь парообразующих элементов), что является важным для максимизации передачи тепла воде и обеспечения полного испарения всей подаваемой воды.
По завершении состояния генерации пара парообразующий модуль поворачивается на 90° вокруг своей продольной оси с уменьшением площади поверхности модуля для обеспечения возможности простого прохождения вертикального потока горячего воздуха через модуль. Указанный поток пропускается модулем частично вследствие прохождения сквозь модуль, т.е. между парообразующими элементами, и частично вследствие прохождения по обеим сторонам модуля.
Для оптимизации вертикального потока горячего воздуха наклонные боковые поверхности элементов не должны быть слишком наклонены относительно основной поверхности, чтобы не создавать лишнего препятствия на пути потока горячего воздуха.
Таким образом, по завершении состояния генерации пара модуль поворачивается, после чего запускается вентилятор горячего воздуха, и процесс выпекания продолжается.
На фиг. 2 изображен разрез парообразующего модуля 16, содержащего элементы 20, каждый из которых имеет основную поверхность 22.
На фиг. 3 изображен разрез модуля 16 вдоль продольной оси 18. Вид, приведенный на фиг. 2, взят по линии А-А.
На фиг. 4 изображен вид сверху парообразующего элемента, показывающий отверстия 28.
На фиг. 5 и 6 изображен модуль в двух различных состояниях. В состоянии горячего воздуха, изображенном на фиг. 6, поток горячего воздуха показан стрелками.
На фиг. 9 изображены различные виды парообразующего модуля. Слева показан разрез по линии В-В на верхнем правом виде модуля. Верхний правый вид представляет собой вид модуля сбоку, а нижний правый вид представляет собой вид модуля сверху.
Ниже приведено описание предпочтительных вариантов выполнения данной полезной модели со ссылками на фиг. 10-14. На указанных чертежах показаны различные структуры поверхности парообразующего элемента 20.
Данные варианты выполнения относятся, в частности, к элементам 20, расположенным параллельно один над другим на заданном расстоянии друг от друга, и, более конкретно, к основной поверхности элемента 20, которая образована по меньшей мере двумя уровнями: верхним уровнем 30 и первым нижним уровнем 32.
На фиг. 10-12 изображены поперечные сечения парообразующего элемента согласно различным вариантам выполнения.
Следует отметить, что различные варианты выполнения, относящиеся к структуре основной поверхности парообразующих элементов, могут комбинироваться с любыми вариантами выполнения, описанными выше.
Благодаря выполнению двух или более уровней основной поверхности может быть достигнуто повышенное испарение.
Таким образом, при подаче воды к основной поверхности незамедлительное испарение приводит к тому, что на верхнем уровне поверхности под водой образуется пузырек газа. Это вызывает подъем воды вверх от поверхности. Нижний уровень (уровни) поверхности также нагревает (нагревают) воду, при этом давление газа, необходимое для подъема воды, увеличивается, и скорость испарения повышается.
Различные уровни поверхности образованы путем выполнения каналов или выемок на основной поверхности, по которым испаренный газ может выходить без его задержки. Это вызывает непрерывное испарение до тех пор, пока энергия не станет достаточной для удерживания воды над поверхностью. Вода испаряется до тех пор, пока поверхность не достигнет состояния равновесия с окружающей средой, что зависит от давления, температуры и влажности.
Основная идея заключается в создании различных уровней поверхности для ускорения процесса испарения. Это может быть достигнуто множеством различных способов, и ниже приведены некоторые примеры, которые не должны считаться ограничивающими объем правовой охраны, определяемый прилагаемой формулой полезной модели.
В целом, первая нижняя поверхность образована каналами 34, входящими в сеть каналов, выполненную в основной поверхности, при этом первый нижний уровень 32 поверхности ограничен дном указанных каналов 34 (см. фиг. 10-12).
Преимущественно, каналы 34 по существу ортогональны по отношению друг к другу, как показано на фиг. 13 и 14.
В примере, изображенном на фиг. 10, верхний уровень 30 поверхности ограничен верхними поверхностями 36 кубиков, образованных сетью каналов. Этот вариант выполнения также показан в виде сверху на фиг. 13. Стороны квадрата верхних поверхностей находятся приблизительно в диапазоне 0,5-2,5 мм.
В примере, изображенном на фиг. 11, верхний уровень поверхности ограничен верхними поверхностями 38 усеченных пирамид, образованных сетью каналов.
В примере, изображенном на фиг. 12, верхний уровень поверхности ограничен верхними плоскими круглыми поверхностями 40, образованными сетью каналов. Этот вариант выполнения также показан в виде сверху на фиг. 14.
Указанная структура также может быть описана как структура, в которой нижний уровень 32 ограничен углублениями в основной поверхности.
Для всех различных структур, описанных в данном документе, верхний уровень 30 имеет площадь А, а первый нижний уровень 32 имеет площадь В. Отношение А/В может использоваться для задания свойств основной поверхности.
Различные испытания показали, что эффективные результаты достигаются, когда соотношение между А и В составляет менее 0,5.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 13, отношение А/В составляет приблизительно 0,25, что обеспечивает предпочтительный процесс испарения.
1
1
Расстояние d между верхним уровнем 30 и первым нижним уровнем 32 составляет приблизительно 0,3-0,7 толщины парообразующего элемента. Расстояние d показано на фиг. 10-12.
Расстояние между верхним уровнем (30) поверхности и первым нижним уровнем (32) поверхности находится в диапазоне 0,5-3,0 мм и зависит от общей толщины парообразующего элемента, которая (см. выше) составляет приблизительно 4-8 мм.
На фиг. 15 и 16 изображены виды сверху элемента парового модуля согласно дополнительным вариантам выполнения полезной модели.
На фиг. 15 изображен вид сверху элемента 20 парового модуля, который изготовлен, например, из хромистой стали и имеет квадратные сквозные отверстия 28 со стороной 16 мм. В верхней части данного чертежа также изображен разрез элемента 20.
На фиг. 16 изображен вид сверху элемента 20, изготовленного из хромистой стали и имеющего сквозные отверстия 28 со стороной 10 мм.
Круглая, эллиптическая или другие формы отверстий также возможны в рамках объема полезной модели, определяемого формулой полезной модели.
Сквозные отверстия распределены по элементу парового модуля в соответствии с заданной схемой, при этом отверстия предпочтительно распределены равномерно. Количество отверстий предпочтительно находится в диапазоне от 25 до 100.
В обоих изображенных вариантах выполнения отверстия 28 выровнены вдоль линий (на чертежах показана пунктиром одна линия) под углом приблизительно 30-60 градусов, например 45 градусов, относительно стороны элемента.
На фиг. 17-19 изображены соответственно вид в аксонометрии, вид в разрезе и вид сверху элемента парового модуля согласно еще одному варианту выполнения полезной модели.
В этом варианте выполнения элемент 20 имеет каналы (углубления) 34, выполненные в основной поверхности и проходящие вдоль продольной оси элемента.
На фиг. 18 изображен разрез по линии А-А на фиг. 19.
В целом, каналы 34 ограничены верхним уровнем 30 и первым нижним уровнем 32, который образован дном каналов 34. В этом варианте выполнения имеются сквозные отверстия 28, при этом на чертеже показаны четыре отверстия. Они имеют удлиненную форму, например прямоугольную, и расположены вдоль продольной линии симметрии парообразующего элемента.
Для еще лучшего понимания данной полезной модели ниже приведена дополнительная информация, относящаяся к эффекту Лейденфроста.
Эффект Лейденфроста представляет собой явление, при котором жидкость, находящаяся в близком контакте с массой, значительно более горячей, чем точка кипения указанной жидкости, создает изолирующий слой пара, который удерживает эту жидкость от быстрого закипания. Обычно это наблюдается во время приготовления пищи. Человек брызгает капли воды на сковороду, чтобы проверить ее температуру: если температура сковороды совпадает с температурой Лейденфроста или превышает ее, вода быстро скользит по металлу и испаряется дольше, чем испарялась бы в сковороде, нагретой выше температуры кипения, но ниже температуры Лейденфроста. Указанный эффект также отвечает за способность жидкого азота скользить по полу. Он также использовался в некоторых потенциально опасных демонстрационных опытах, таких как погружение мокрого пальца в расплавленный свинец или набирание в рот и выпускание жидкого азота, при этом оба опыта происходили без вреда для демонстратора. Последний опыт является потенциально смертельным, особенно если человек случайно проглотит жидкий азот.
Эффект можно наблюдать, когда капли воды брызгаются на сковороду в различные моменты времени при ее нагревании. Сначала, когда температура сковороды ниже 100°C, вода просто растекается и медленно испаряется. Когда температура сковороды становится выше 100°C, капли воды шипят, соприкасаясь со сковородой, и быстро испаряются. Позже, когда температура превышает точку Лейденфроста, вступает в действие эффект Лейденфроста. При контакте со сковородой капли воды сбиваются в маленькие шарики и скользят, сохраняясь намного дольше, чем в случае, когда температура сковороды была ниже. Этот эффект работает до тех пор, пока значительно более высокая температура не приведет к тому, что любые последующие капли воды будут испаряться слишком быстро для создания данного эффекта.
Это происходит потому, что при температурах выше точки Лейденфроста нижняя часть водяной капли мгновенно испаряется при контакте с горячей поверхностью. Образовавшийся газ поддерживает остальную часть водяной капли непосредственно над поверхностью, препятствуя любому дальнейшему прямому контакту между жидкой водой и горячей плоскостью. Поскольку пар имеет намного меньшую теплопроводность, дальнейшая передача тепла между сковородой и каплей резко замедляется. Это также приводит к тому, что капля может скользить по сковороде на слое газа, находящемся под каплей. Образованный газ удерживает пузырек вследствие давления газа, возникновение которого обусловлено свойствами поверхности. Рассмотренный случай относится к пузырьку жидкости, перемещающемуся вверх. Согласно полезной модели поверхность расположена таким образом, что при нагревании пузырька воды под ним образуется газ, и пузырек начинает перемещаться вверх по неровной поверхности, что вызывает дальнейшее испарение жидкости при перемещении. При охлаждении элементов парового модуля они, вместо того чтобы испарять жидкость, предварительно нагревают ее, прежде чем она пойдет через отверстия вниз к смежному нижележащему элементу.
Температуру, при которой начинает возникать эффект Лейденфроста, трудно предсказать. Даже если объем капли жидкости остается одинаковым, точка Лейденфроста может сильно отличаться, находясь в сложной зависимости от свойств поверхности, а также любых примесей в жидкости. Было проведено исследование теоретической модели системы, но оно довольно сложно. По очень приблизительной оценке точка Лейденфроста для капли воды на сковороде может составлять 193°C.
Данная полезная модель не ограничена вышеописанными вариантами выполнения. Возможно использование различных альтернатив, модификаций и эквивалентов. Соответственно, вышерассмотренные варианты выполнения не должны считаться ограничивающими объем полезной модели, который определяется прилагаемой формулой полезной модели.