Устройство с процессорным управлением температурой воды

Настоящая полезная модель относится к устройствам для приготовления пищи.
Из предшествующего уровня техники известно устройство содержащее в себе: резервуар для удерживания воды; интерфейс пользователя, имеющий один или несколько элементов для ввода данных пользователем и элемент отображения; нагревательный элемент для нагрева воды в резервуаре; элемент температурного датчика для выдачи сигнала о температуре, указывающего на температуру воды в резервуаре; процессорный модуль, который соединен с интерфейсом пользователя для получения входных данных от пользователя; при этом процессорный модуль соединен с элементом температурного датчика для приема сигнала о температуре, причем процессорный модуль обеспечивает управление нагревательным элементом для регулирования температуры воды в резервуаре; средства для принудительной конвекции воды в резервуаре.
Примеры патентов схожих устройств:
RU 2015107000 A
US 5445062 A, 29.08.1995
WO/2012/006674 (WO 2012006674 A1_19.01.2012)
US 5542344 A, 06.08.1996
Недостатками предшествующего технического решения являются: высокое энергопотребление, малая производительность, наличие движущихся частей, снижающих ресурс работы изделия при работе в условиях высокой загруженности, ручное наполнение резервуара водой и ручной отвод (слив) воды из резервуара и таким образом делающими устройство коммерчески невыгодным и неудобным в условиях производства пищи в больших объемах
В заявляемой полезной модели форма и конструкция резервуара и подключаемых элементов достигают цели увеличения коммерческой ценности устройства (уменьшение энергопотребления, увеличение производительности, увеличение надежности (ресурса работы) устройства, увеличение удобства пользователя).
Заявленная полезная модель позволяет достичь следующих технических результатов: (а) повышение надежности и продолжительности работы нагревателя до замены за счет облегчения его теплового режима вследствие лучшей теплопередачи от нагревателя к нагреваемой жидкости по сравнению с погружными нагревателями на основе ТЭН, (б) повышение точности поддержания температурного режима при приготовлении пищи за счет автоматического управления нагревателем, (в) повышение надежности работы всего устройства за счет отсутствия механических узлов для перемешивания нагреваемой жидкости по сравнению с применением погружных нагревателей, (г) расширение функциональных возможностей устройства за счет отсутствия механических узлов для перемешивания нагреваемой жидкости, препятствующих приготовлению густых или вязких блюд, (д) повышение удобства и эффективности работы оператора устройства за счет реализации защитных функций (перелива при избытке нагреваемой жидкости, защиты от перегрева при недостатке нагреваемой жидкости), автоматизации процесса наполнения резервуара, регулирования температуры и продолжительности нагрева, а также за счет возможности использования верхней поверхности крышки устройства в качестве рабочей поверхности, (е) повышение энергоэффективности устройства за счет теплоизоляции резервуара и (ж) улучшение безопасности труда оператора устройства за счет теплоизоляции стенок и крышки резервуара, к которым оператор может прикасаться в процессе производственной деятельности.
Резервуар (фигура 1, п. 1) сделан из металла. Хорошая теплопроводность металла обеспечивает возможность эффективной передачи тепла от нагревателя расположенного снаружи корпуса (фигура 3, п. 11) на дне или на боковых стенках резервуара. Размещение нагревателя снаружи устройства позволяет достичь увеличения надежности устройства (обычные ТЭНы) помещаемые в воду относительно быстро выходят из строя при использовании в режиме поддержания точной температуры - многократные частые включения и выключения нагревателя). В разработанной мной полезной модели используются наклеиваемые низкотемпературные плоские нагревательные элементы. Они имеют увеличенный срок службы за счет того, что нагреваются до невысоких температур. Дополнительную защиту от перегрева обеспечивает элемент датчика минимального уровня воды (фигура 1, п. 6), который при подключении к элементу процессорного модуля (фигура 6, п. 18) не позволит устройству включить нагревательные элементы если уровень воды ниже уровня нагревательных элементов и элемента датчика температуры воды (фигура 1, фигура 6, п. 4). Также есть возможность использовать с тем же результатом другие типы нагревательных элементов, обеспечивающих равномерный нагрев большой площади резервуара, например (но не ограничиваясь): инфракрасные кварцевые нагреватели, инфракрасные керамические нагреватели. Прямоугольная форма резервуара позволяет эффективно использовать пространство рабочего помещения пользователя, дополнительно можно делать устройство с габаритами схожими с габаритами стандартного для пользователя оборудования, таким образом может быть достигнут дополнительный эстетический эффект и оборудование будет составлять единую композицию с прочим оборудованием пользователя. Возможность прогрева большой площади резервуара важна для того, чтобы можно было равномерно прогреть весь объем воды в резервуаре, не допуская зон с чрезмерно высокой или низкой температурой и не используя при этом средства для принудительной конвекции воды (для того, чтобы пища помещенная в разные части резервуара готовилась с одинаковой скоростью). Фигура 3, п. 11 - показана большая площадь нагревательного элемента, Фигура 6, п. 11 - показан пример нагревательного элемента. Если мы будем использовать стандартный для данного типа устройств нагревательный элемент ТЭН, то нам также придется использовать средства принудительной конвекции воды. Такая конструкция уменьшает надежность и долговечность устройства сразу по двум направлениям: нагревательный элемент ТЭН сам по себе недолговечен при использовании в режиме поддержания постоянной температуры с частыми включениями и выключениями, кроме того механическое перемешивание воды (принудительная конвекция) также является слабым местом при работе 24 часа 7 дней в неделю (при непрерывной работе с большим шансом выходит из строя движитель, устанавливаемый в стандартных устройствах). Отсутствие в заявляемой полезной модели движущихся элементов позволяет увеличить ресурс работы устройства.
Подключение к резервуару труб для подачи (залива) (фигура 1, п. 2) и отвода (слива) воды (фигура 1, п. 3) позволяет увеличить удобство пользования устройством. В стандартных устройствах этот момент часто бывает не предусмотрен ввиду маленького объема резервуара, и подача (залив) равно как и отвод (слив) воды осуществляется пользователем самостоятельно подручными средствами. Разработанная мной полезная модель изначально рассчитана на использование с резервуарами большой емкости (предпочтительно от 100 до 1000 литров, на фигуре 6 показаны примеры готовых устройств с объемом резервуара 100 литров), что дает возможность приготовления пищи в больших количествах (достигается цель увеличения производительности). Дополнительно устройство может быть снабжено трубой для отвода (слива) излишков воды в резервуаре (перелив) (фигура 1, п. 7). Дополнительно устройство может быть снабжено элементом датчика максимального уровня воды (фигура 1, фигура 6, п. 5), который при подключении к элементу процессорного модуля позволит автоматически прекратить подачу (залив) воды при достижении водой определенного уровня (например с использованием соленоидного клапана или другого подобного устройства).
Интерфейс пользователя (элемент ввода данных (фигура 2, п. 9) и элемент отображения данных (фигура 2, фигура 6 п. 8)) и элемент процессорного модуля (фигура 6, п. 18) позволяют пользователю регулировать и наблюдать температуру воды и время приготовления пищи. Элемент процессорного модуля, используя данные с подключенного к нему элемента датчика температуры (фигура 1, фигура 6, п. 4) и будучи соединенным с нагревательным элементом (фигура 3, фигура 6, п. 11), может автоматически нагревать воду до установленной пользователем температуры и поддерживать ее на требуемом уровне ограниченное или неограниченное количество времени. Данные элементы и принцип их работы являются стандартными для подобных устройств. Данные элементы могут быть размещены как на резервуаре в отдельном корпусе (Фигура 2, п. 10), так и в любой иной зоне помещения или здания, соединяясь с резервуаром при помощи проводов или беспроводного соединения.
Заявляемая полезная модель является энергоэффективной за счет возможности дополнительно установить теплоизоляцию резервуара, а именно: сделать двойные стенки у резервуара (фигура 1, п. 1) и/или использовать подходящий утеплитель (например, но не ограничиваясь - отражающая теплоизоляция из пенополиэтилена). На чертеже (фигура 1) и на фотографиях реальных устройств (фигура 6) изображен пример исполнения устройства из каркаса из труб прямоугольного сечения, с внутренней стороны которых закреплен резервуар, с внешней стороны дополнительная теплоизолирующая обшивка. Параметры отражающей теплоизоляции из пенополиэтилена подходят для установки на подобные устройства, при условии использования с датчиком минимального уровня воды, который не позволит резервуару нагреться выше 100 градусов по Цельсию (рабочая температура для данного типа теплоизоляции)). Уменьшение теплопотерь важно с коммерческой точки зрения при долговременном использовании и приготовлении больших объемов пищи. Также для уменьшения теплопотерь можно дополнительно установить крышку (фигура 4, п. 12), изготовленную аналогично резервуару - с двойными стенками и/или утеплителем. Для улучшения удобства крышка (фигура 5) может быть изготовлена со следующими конструктивными элементами: Двойные стенки (фигура 5, п. 13) с возможностью использования утеплителя обеспечивают маленькие теплопотери.
Ребра жесткости (фигура 5, п. 14) и хорошая теплоизоляция обеспечивают возможность использовать крышку как рабочую поверхность, что существенно для коммерческого использования на пищевом производстве, где как правило площадь помещения ограничена и добавление 1-2 квадратных метров рабочей поверхности является важным преимуществом. Крышка может быть разделена на две части, одну неподвижно закрепленную на резервуаре (фигура 5, п. 16) и вторую (фигура 5, п. 17), прикрепленную к первой при помощи шарнира (петель или аналогичного элемента) (фигура 5, п 15). Подобная конструкция необходима для того, чтобы при открывании крышки скопившийся на ней конденсат воды стекал внутрь резервуара, а не на поверхность на которой резервуар расположен.
Заявляемая полезная модель изготовлена и в данный момент проходит испытания (фигура 6). На фотографиях видны основные элементы, описанные в данной заявке. Также на изображении (фигура 6, п. 11) присутствует фотография используемого в опытных образцах нагревательного элемента.