Сосуд для жидкости
VESSEL FOR LIQUID

Предлагаемое техническое решение относится к сосудам для хранения преимущественно пищевых продуктов - воды, соков и пр., например, к бутылкам или подобным сосудам с горлышками или с подобными отверстиями для выливания содержимого. Такие сосуды могут иметь в поперечном сечении криволинейный контур, например, круг, полукруг, многоугольник и т.п. Так известны сосуды с мерниками для жидкости, размещенными с натягом на их донную часть [1].
Известны выпускающиеся в промышленном масштабе различные сосуды для жидкостей, состоящие из образующих единое целое донной части, корпуса и наклонной по отношению к донной части верхней крышки с горлышком для выливания жидкости, причем корпус сосуда часто имеет достаточно сложный в поперечном сечении профиль для удобства захвата сосуда рукой. Чаще всего такой профиль представляет собой уплощенный полуовал с одной плоской стороной, расположенной с той стороны сосуда, куда направлен скос вниз его верхней поверхности. Как правило, горлышко сосуда выполнено с резьбой, на которую навинчивается простая крышечка-заглушка или крышечка с дозатором [2].
Зачастую в быту возникает необходимость быстро охладить жидкость, находящуюся в сосуде. Для этой цели нужно поместить сосуд с жидкостью в холодильник, а еще лучше, в морозильную камеру, поскольку скорость охлаждения тем выше, чем больше разница температур между охлаждаемым телом и окружающей средой. Однако, в последнем случае всегда существует опасность (например, в результате забывчивости), что жидкость в сосуде превратится в лед, и тогда сосуд может разорваться, или свойства жидкости после размораживания изменятся. Кроме того, часть бытовых холодильников, например, в гостиничных номерах, просто не имеет холодильной камеры.
Известно, что скорость теплопередачи растет с увеличением площади теплопередачи. Поэтому, с целью скорейшего охлаждения жидкостей сосуд следовало бы изготавливать с максимальной площадью поверхности, то есть делать его плоским с минимальной толщиной. Однако тогда его практически невозможно будет использовать из-за огромного неудобства и потому, что он будет занимать в холодильнике слишком большую полезную площадь на полке.
Другим вариантом изготовления такого сосуда может быть замена материала, из которого он произведен, на тот, который имеет большой коэффициент теплопроводности. Например, вместо широко распространенных пластиков для изготовления сосудов можно было бы использовать медь, но такой материал слишком дорог и не подходит для упаковки пищевых жидкостей.
Еще одним возможным ресурсом для ускорения теплопередачи за счет излучения является цвет корпуса, например, черный, но, как показали, исследования, таким путем удается увеличить скорость охлаждения жидкости в сосуде крайне незначительно, на 1-2%.
Технической задачей является разработка сосуда для жидкости, например, бутылки или емкости под воду, растворители, сок, пиво или вино, имеющего обычные габариты, который может быть изготовлен из обычно используемых для этой цели материалов, например, из полиэтилентерефталата, и который обладает свойством быстро охлаждать находящуюся в сосуде жидкость при помещении сосуда в бытовой холодильник без морозильной камеры. Техническим результатом такого решения является удобство сосуда в эксплуатации, простота, доступность, дешевизна и технологичность в изготовлении.
Задача решается заявленным сосудом для жидкости, включающим образующие единое целое донную часть, перпендикулярно расположенный по отношению к донной части симметричный относительно продольной вертикальной плоскости сечения корпус с профилем поперечного сечения корпуса, имеющим скругление, и наклонную по отношению к донной части верхнюю крышку с горлышком, оснащенным колпачком, в котором верхняя крышка имеет плоскую форму, плоскость верхней крышки пересекает плоскость продольного вертикального сечения корпуса под прямым углом, угол наклона α верхней крышки по отношению к горизонтали находится в пределах α=20-25°, поперечное сечение сосуда представляет собой плоскую фигуру в виде двух параллельных отрезков прямых с расстоянием между ними, равным величине «N», ограниченную с одной стороны отрезком прямой, перпендикулярным параллельным отрезкам и с длиной, равной величине «N», а с другой стороны - полуокружностью с диаметром, равным величине «N», причем расстояние от перпендикулярного отрезка плоской фигуры до ее полуокружности вдоль продольной вертикальной плоскости симметрии корпуса равна величине «М», считая оба измерения «М» и «N» от внешних сторон профиля поперечного сечения корпуса при соотношении М : N, равном 1,0:(0,60-0,75), и наибольшая высота сосуда без учета высоты горлышка, равная величине «Н» и измеренная по внешней стороне корпуса сосуда, удовлетворяет соотношению Н=М×К, где К варьируется в пределах от 2,2 до 3,0.
Как оказалось, заявленная форма предложенного сосуда с указанными выше соотношениями размеров обладает неизвестной ранее способностью максимально интенсифицировать конвекционные потоки воздуха вокруг сосуда, помещенного в холодильник в вертикальном положении. Из анализа технической литературы не удалось обнаружить опубликованных данных о влиянии формы сосуда, на распределение конвекционных потоков вокруг него. Соответственно, не обнаружены опубликованные данные об оптимальных параметрах формы сосуда с точки зрения влияния на скорость конвекционных потоков вокруг него. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень».
Найденные в ходе создания заявленного технического решения оптимальные параметры формы сосуда не могли быть вычислены заранее и пока не получили физического объяснения. Полученные факты требуют дальнейших исследований и интерпретаций.
На Фигуре 1 представлен общий вид одного из вариантов исполнения заявленного сосуда для жидкости с формой, описанной выше. На горлышко, расположенном на крышке сосуда, надета крышечка на резьбе.
На Фигуре 2 представлен разрез заявленного сосуда по вертикальной продольной плоскости симметрии, показанной на Фигуре 3 как разрез «А-А». Тонкие стенки сосуда не показаны. Также не показана резьба на горлышке, расположенном на крышке сосуда. Угол наклона крышки сосуда составляет величину α к горизонтали (угол α не показан ввиду очевидности его метода измерения, понятного специалисту). Наибольшая высота сосуда Н определяется без учета горлышка, расположенного на крышке сосуда
На Фигуре 3 представлен поперечный разрез заявленного сосуда по параллельной основанию плоскости, показанной на Фигуре 2 как разрез «Б-Б».
Тонкие стенки сосуда на этой фигуре также не показаны.
Представленные ниже примеры показывают конкретные варианты изготовления сосуда с размерами в мм, но без ограничения возможностей заявленного технического решения, а также иллюстрируют эффективность применения заявленного сосуда при охлаждении жидкостей.
Пример 1.
Изготавливают из полиэтилентерефталата два сосуда, оба со скошенной верхней крышкой, но первый - по заявленному техническому решению, а второй - по образцу, описанного и указанного в [2]. Плоскость верхней крышки заявленного сосуда пересекает продольную вертикальную плоскость сечения корпуса сосуда под прямым углом. Толщина стенок корпуса и крышки в обоих сосудах составляет 0,30 мм, цвет пластика у обоих сосудов - черный. В оба сосуда помещается примерно по 1 литру жидкости.
Размеры сосуда по предлагаемому техническому решению составляют: М = 90 мм, N = 60 мм, Н = 210 мм, верхняя плоская крышка сосуда наклонена к горизонтали под углом α=22°. Плоская вертикальная сторона корпуса расположена со стороны наибольшей высоты сосуда, то есть скос крышки направлен к закругленной стороне корпуса. Второй - сравнительный - сосуд изготовлен с наклоном верхней выпуклой крышки к горизонтали 36 градусов, имеет более плоскую форму корпуса, и он более высокий, чем первый. Толщина его корпуса составляет 40 мм, ширина составляет 110 мм и высота - 265 мм. На обоих сосудах сверху имеются горлышки с резьбой под крышечки диаметром по 26 мм каждое.
Соотношение размеров М : N в сосуде, изготовленным по заявленному решению, составляет 1:0,67, а высота Н удовлетворяет соотношению Н=М×2,33.
В оба сосуда наливают по 1 литру воды с начальной температурой +23°С, погружают в жидкость выносные термометры (термопары), соединенные через горлышки выносными проводами с мониторами. Каждый сосуд помещают в бытовой холодильник на среднюю полку, выведя мониторы наружу. Температура на полке холодильника равна +4,1°С. Дверцу холодильника закрывают и отмечают время начала эксперимента, следя за показаниями мониторов.
В результате проведенных измерений через 40 минут после начала опыта температура воды в сосуде по заявленному техническому решению достигла температуры 6,5°С, а в контрольном сосуде - только 14,3°С.
Пример 2.
Изготавливают из полиэтилена высокого давления два сосуда, оба со скошенной верхней крышкой, но первый - по заявленному техническому решению, а второй - по образцу, описанного в [2]. Плоскость верхней крышки заявленного сосуда пересекает продольную вертикальную плоскость сечения корпуса сосуда под прямым углом Толщина стенок корпуса и крышки в обоих сосудах составляет 0,35 мм, цвет пластика у обоих сосудов - бесцветный. В оба сосуда помещается примерно по 2,0 литра жидкости.
Размеры сосуда по предлагаемому техническому решению составляют: М = 105 мм, N = 63 мм, Н = 315 мм, верхняя плоская крышка сосуда наклонена к горизонтали под углом α=25°. Плоская сторона корпуса расположена со стороны наибольшей высоты сосуда, то есть скос крышки направлен к закругленной стороне корпуса. Второй - сравнительный - сосуд изготовлен с наклоном верхней крышки к горизонтали 38 градусов, имеет более плоскую форму корпуса и он более высокий, чем первый. Толщина его корпуса составляет 40 мм, ширина составляет 110 мм и высота - 360 мм. На обоих сосудах сверху имеются горлышки с резьбой под крышечки диаметром по 26 мм каждое.
Соотношение размеров М : N в сосуде, изготовленным по заявленному решению, составляет 1:0,60, а высота Н удовлетворяет соотношению Н=М×3,0.
В оба сосуда наливают по 2 литра яблочного сока с начальной температурой +24°С, погружают в жидкость выносные термометры (термопары), соединенные через горлышки выносными проводами с мониторами. Каждый сосуд помещают в бытовой холодильник на среднюю полку, выведя мониторы наружу. Температура на полке холодильника равна +4,7°С. Дверцу холодильника закрывают и отмечают время начала эксперимента, следя за показаниями мониторов.
В результате проведенных измерений через 40 минут после начала опыта температура воды в сосуде по заявленному техническому решению достигла температуры 11,5°С, а в контрольном сосуде - только 17,3°С.
Пример 3.
Изготавливают из полиэтилентерефталата по примеру 1 два сосуда, но сосуд по предложенному техническому решению имеет наклон плоской крышки α=20° к горизонтали, соотношение размеров М : N составляет 1:0,75, а высота Н удовлетворяет соотношению Н=М×2,2.
В оба сосуда наливают по 1 кваса с начальной температурой +25°С, погружают в жидкость выносные термометры (термопары), соединенные через горлышки выносными проводами с мониторами. Каждый сосуд помещают в бытовой холодильник на среднюю полку, выведя мониторы наружу. Температура на полке холодильника равна +5,1°С. Дверцу холодильника закрывают и отмечают время начала эксперимента, следя за показаниями мониторов.
В результате проведенных измерений через 40 минут после начала опыта температура воды в сосуде по заявленному техническому решению достигла температуры 12,7°С, а в контрольном сосуде - только 17,9°С.
Пример 4.
В сосуды из примера 1 наливают по 1 литру жидкости для стеклоомывателя с начальной температурой +27°С, погружают в жидкость выносные термометры (термопары), соединенные через горлышки выносными проводами с мониторами. Каждый сосуд помещают в бытовой холодильник на среднюю полку, выведя мониторы наружу. Температура на полке холодильника равна +4,4°С. Дверцу холодильника закрывают и отмечают время начала эксперимента, следя за показаниями мониторов.
В результате проведенных измерений через 40 минут после начала опыта температура воды в сосуде по заявленному техническому решению достигла температуры 7,5°С, а в контрольном сосуде - только 14,9°С.
Пример 5.
В сосуды из примера 1 наливают по 1 литру изопропилового спирта с начальной температурой +25°С, погружают в жидкость выносные термометры (термопары), соединенные через горлышки выносными проводами с мониторами. Каждый сосуд помещают в бытовой холодильник на среднюю полку, выведя мониторы наружу. Температура на полке холодильника равна +4,2°С. Дверцу холодильника закрывают и отмечают время начала эксперимента, следя за показаниями мониторов.
В результате проведенных измерений через 40 минут после начала опыта температура воды в сосуде по заявленному техническому решению достигла температуры 5,7°С, а в контрольном сосуде - только 11,4°С.
Как следует из примеров 1-5, сосуд, изготовленный по предложенному техническому решению, за счет своей формы обладает уникальной способностью при прочих равных условиях более интенсивно отводить тепло, что ускоряет охлаждение находящейся в нем жидкости. Это, безусловно, способствует возможности производить такие сосуды в промышленном масштабе при равной с существующими образцами себестоимости их производства.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент РФ на полезную модель 74895;
2. Интернет-ресурс по ссылке https://taramax.ru/