ЧАЙНИК ИЛИ ТЕРМОПОТ СО СНИЖЕННЫМ УРОВНЕМ ШУМА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к бытовой технике, а именно к устройствам для нагрева воды - чайникам, электрическим чайникам и термопотам.
Известен чайник для нагрева воды, включающий емкость для воды и поверхность нагрева, которая расположена в нижней части емкости, через которую к воде подводится теплота от электрической или газовой плиты. Известен электрический чайник, который отличается от обычного тем, что теплота к поверхности нагрева подводится от трубчатого электрического нагревателя (ТЭН). Известен термопот, который отличается от электрического чайника тем, что сосуд обладает лучшей теплоизоляцией от окружающей среды. Эти устройства хорошо известны и не требуют подробной характеристики. Уровень шума современных электрических чайников составляет 62÷65 дБ.
Известен чайник или термопот с сеткой для снижения шума [1], отличающийся тем, что поверхность нагрева покрыта сеткой или решеткой или перфорированной пластиной со стороны нагреваемой воды.
Известен чайник, отличающийся тем, что поверхности нагрева со стороны нагреваемой среды придают шероховатость посредством обработки поверхности [2, 3, 4].
Недостаток данных устройств заключается в том, что эффект снижения шума только за счет придания шероховатости или использования сеток мал и составляет около 2 дБ.
В качестве прототипа для всех вариантов полезной модели выбран чайник или термопот для нагрева воды, включающий емкость для воды и поверхность нагрева, которая расположена в нижней части сосуда.
Технический результат полезной модели заключается в снижении шума, производимого чайником или термопотом в процессе кипения. В данной полезной модели предусмотрено три варианта устройств.
По первому варианту для того чтобы получить эффект снижения шума достаточно покрыть поверхность нагрева чайника или термопота слоем олова или висмута толщиной более 10 мкм со стороны нагреваемой воды. Эффект снижения шума проявляется только при толщине слоя более 10 мкм и возрастает с дальнейшим увеличением. толщины слоя. При толщине слоя 40÷400 мкм можно получить эффект снижения шума 6÷8 дБ.
По второму варианту для того чтобы получить эффект снижения шума достаточно покрыть поверхность нагрева чайника или термопота слоем олова или висмута со стороны нагреваемой воды и придать поверхности слоя шероховатость или сделать поверхность рифленой. В данном случае толщина слоя уже не имеет принципиального значения. Для усиления эффекта поверх слоя олова или висмута может быть положена сетка или решетка или перфорированная пластина.
По третьему варианту для того чтобы получить эффект снижения шума достаточно покрыть поверхность нагрева чайника или термопота слоем олова или висмута со стороны нагреваемой воды и покрыть сеткой или решеткой или перфорированной пластиной. В данном случае толщина слоя также не имеет принципиального значения.
Можно достичь лучших результатов, если частично вдавить или погрузить сетку или решетку или перфорированную пластину в слой олова или висмута. Наилучший эффект может быть достигнут при ширине ячейки сетки или решетки или ширине отверстия перфорированной пластины от 0,7 до 1,2 мм, для частично вдавленной или погруженной сетки - от 0,4 до 0,7 мм. Также возможно использование фильтровой сетки. Крепление сетки к поверхности нагрева лучше всего осуществлять посредством сварных соединений.
Полезная модель технологична и проста в изготовлении. Поверхность нагрева в чайнике или термопоте в настоящее время всегда представляет собой плоский диск из нержавеющей стали. В полезной модели раскрыто три варианта покрытий для снижения шума.
По первому варианту поверхность нагрева чайника или термопота покрыта слоем олова или висмута толщиной более 10 мкм со стороны нагреваемой воды.
Согласно общефизическим представлениям, на процесс кипения и, следовательно, на уровень шума чайника может оказывать влияние только поверхность слоя, а его толщина не может влиять на процесс. Однако, экспериментально установлено, что эффект достигается только при толщине слоя более 10 мкм и возрастает с увеличением толщины слоя. При толщине слоя от 40 до 100 мкм эффект снижения шума составляет 6÷8 дБ. Строгого теоретического объяснения этому нет, но данный факт можно объяснить с помощью теории кристаллической шероховатости [5].
Согласно теории кристаллической шероховатости шероховатость покрытия прямо пропорциональна его толщине [5]. В таком случае увеличение толщины слоя приводит к увеличению шероховатости и может влиять на процесс кипения. Отсутствие эффекта при малой толщине слоя можно объяснить тем, что шероховатость слоя может быть меньше, чем шероховатость исходной поверхности, что тоже в некоторых случаях имеет место [5].
По второму варианту поверхность нагрева чайника покрыта слоем олова или висмута со стороны нагреваемой воды, причем слой олова или висмута имеет шероховатую или рифленую поверхность. В этом случае толщина слоя не имеет принципиального значения; значимый эффект может быть получен при любой толщине слоя. Принципиальное значение имеет форма поверхности, независимо от того, каким образом она была получена. Требуемая форма поверхности может быть получена самыми различными способами, например: шлифование, пескоструйная обработка, рифление, тиснение, шабрение. Также возможно достичь требуемой формы поверхности посредством гальванопластики, добавления твердых частиц в слой олова или за счет создания особых условий при электроосаждении. В частности, на шероховатость поверхности при осаждении влияют следующие факторы: плотность тока, состав раствора, материал и шероховатость подложки, температура электролита, использование ультразвука в процессе [5]. Использование данного варианта дает эффект снижения шума 13÷46 дБ. Также поверх слоя может быть дополнительно положена сетка или решетка или перфорированная пластина, которая позволяет усилить эффект.
По третьему варианту поверхность нагрева чайника покрыта слоем олова или висмута и покрыта сеткой или решеткой или перфорированной пластиной со стороны нагреваемой среды.
Слой олова или висмута менее 10 мкм не приводит к снижению шума, но все равно изменяет процесс кипения, в частности приводит к видимому уменьшению размера пузырьков и увеличению их количества. Сетка также изменяет процесс кипения и совместно со слоем олова или висмута позволяет получить эффект около 10 дБ. Даже при толщине слоя меньше 10 мкм вместе с сеткой может быть получен значимый эффект, поэтому в данном случае толщина слоя не имеет принципиального значения. Наилучший результат можно получить при использовании сетки или решетки или перфорированной пластины с шириной ячеек от 0,7 до 1,2 мм. Крепление сетки лучше всего осуществлять посредством сварных соединений.
Усилить эффект можно, если частично вдавить или погрузить сетку в слой олова или висмута, что позволит получить эффект около 13÷16 дБ.
Частично погрузить сетку в слой олова или висмута можно либо предварительно расплавив слой олова или висмута либо если производить электроосаждение олова или висмута после того, как сетка будет закреплена на поверхности нагрева. В обоих случаях сетка будет в итоге частично погружена в слой олова. В этом случае лучше использовать сетку или решетку или перфорированную пластину с шириной ячеек от 0,4 до 0,7 мм. Также усилить эффект можно если использовать не обычные тканые сетки с квадратной ячейкой, а сетки фильтрового типа [6].
Список литературы:
1. Патент RU 126583 U1, МПК A47J 27/21. Чайник или термопот с сеткой для снижения шума [Текст] / Крюков Евгений Александрович. Дата публикации - 10.04.2013.
2. Патент GB 2386532 A, IPC 1-7: A47J 27/21; H05B 3/80. Electric water heater with reduced noise level [Текст] / Johnston Simon Richard, заявитель STRIX Ltd. Дата публикации - 17.09.2003.
3. Патент GB 2411332 A, IPC 1-7: A47J 27/21; A47J 36/02; H05B 3/78. Noise reduction in water heating vessels [Текст] / Johnston Simon Richard, Scott Michael James, заявитель STRIX Ltd. Дата публикации - 24.08.2006.
4. Патент GB 2445070 A, ECLA: A47J 27/21 B2; H05B 3/82. Noise reduction in electric water-heating vessels [Текст] / Wright Peter H; Mottram Andrew; Gaeta Antonio Martin; Ashmore Andrew Karl, OTTER CONTROLS Ltd. Дата публикации - 25.06.2008.
5. Гнусин Н.П., Коварский Н.Я. Шероховатость электроосажденных поверхностей [Текст]. - Новосибирск: Наука, 1979. - 236 с.
6. ГОСТ 3187-76. Сетки проволочные тканые фильтровые. Технические условия [Текст]. - Введ. 1977-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1994.