ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР ДЛЯ ТЕРМОСА

Полезная модель относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека, а точнее к бытовым приборам, и предназначена для улучшения потребительских свойств термосов.
Общеизвестна изотермическая посуда для хранения пищевых продуктов под названием «термос», выполненная по аналогии с сосудом Дьюара в виде колбы или емкости с корпусом, имеющим двойные стенки, пространство между которыми вакуумировано (см., например, каталог компании «Thermos», www.camping.ru, или описание продукции Ашинского металлургического завода http//tnp.amet,ru/). Данная конструкция термосов предназначена для максимально длительного сохранения температуры продукта, в них помещенного, и главным показателем качества этих изделий является длительность сохранения температуры выше какого-либо значения, принятого за допустимое. Для обеспечения максимально возможного времени сохранения температуры продукт помещают в термос максимально нагретым (либо максимально охлажденным). Однако в таком случае, если продукт пробыл в термосе непродолжительное время, для его употребления при комфортной температуре необходима выдержка времени для того, чтобы продукт изменил свою температуру до приемлемой. Например, кипяток после одного часа хранения в хорошем термосе остается слишком горячим и для употребления требует охлаждение.
Известно также такое явление, как стабилизация температуры вещества при его фазовом переходе, (см., например, статью «Термостат», Политехнический словарь, М.: «Советская энциклопедия», 1980).
Возможность стабилизации температуры с использованием веществ, находящихся при температуре фазового перехода (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, переход из одной кристаллической модификации в другую) обеспечивается за счет того, что при фазовом переходе выделяется или поглощается так называемая теплота перехода (см. статью «Фазовые переходы». Химический энциклопедический словарь, М.: «Советская энциклопедия», 1983).
Явление стабилизации температуры вещества при его фазовом переходе можно использовать для повышения стабильности температуры внутри термоса, путем размещения такого вещества, помещенного в герметичную оболочку внутрь колбы термоса.
Для хранения продуктов в термосе в теплом или горячем виде, веществами, стабилизирующими температуру, могут быть легкоплавкие металлы и сплавы, органические вещества, плавящиеся или кипящие в интервале температур, например, 50-70°С.
пл
пл
кип
пл
пл
Примеры веществ и их смесей, изменяющих свое фазовое состояние в указанном интервале температур: калий - t=63,55°C, пальмитиновая кислота - t=64°C, этиловый эфир муравьиной кислоты - t=54,5°С (Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: «Химия», 1977), парафин (чистый) - t=50-54°С (Химический энциклопедический словарь, М.: «Советская энциклопедия», 1983), сплав Вуда, в зависимости от соотношения компонентов t=64-68°С (Справочник по пайке. - изд 2-е, перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1984).
кип
кип
пл
крист
Для хранения продуктов в термосе в холодном виде, веществами, заполняющими пространство между стенками, могут быть органические вещества, плавящиеся или кипящие при температуре, например, ниже 15°С, либо вода и водные растворы органических и неорганических веществ. Примеры веществ и их смесей, изменяющих свое фазовое состояние в указанных условиях: бутан - t=-0,5°С, неопентан - t=9,503°C, олеиновая кислота - t=13-16°С, вода - t=0°С, раствор глицерина в воде - в зависимости от концентрации температура кристаллизации находится в интервале от 0 до -39°С (см. http://forum.ixbt.com/), раствор этилового спирта в воде - в зависимости от концентрации температура кристаллизации находится в интервале от 0 до -114,15°С, раствор хлористого кальция в воде - в зависимости от концентрации температура кристаллизации находится в интервале от 0 до -55°С, раствор хлористого натрия в воде - в зависимости от концентрации температура кристаллизации находится в интервале от 0 до -21,2°С (Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: «Химия», 1977).
Примечание:
крист
t - температура кристаллизации;
кип
t - температура кипения;
пл
t - температура плавления.
Предлагается термостабилизатор для термоса, отличающийся тем, что изготовлен из вещества либо смеси веществ, изменяющего фазовое состояние при температуре равной или близкой к той, при которой предполагается хранение или употребление содержимого термоса, причем это вещество либо смесь веществ помещено в герметичную оболочку, имеющую форму и размеры, позволяющие разместить ее внутри колбы термоса.
Оболочка термостабилизатора может быть выполнена как единое целое с внутренней стенкой колбы термоса. Термостабилизатор может быть съемным. Термостабилизатор может быть выполнен из нескольких частей. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена из металла. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена из неметалла. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена в виде цилиндра. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена в виде цилиндра и иметь гофрированную поверхность. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена в виде тороида. Оболочка термостабилизатора может быть выполнена в виде тороида и иметь гофрированную поверхность.
Технический результат применения предлагаемого термостабилизатора состоит в том, что продукт, имеющий неприемлемо высокую для употребления температуру, будучи помещен в термос с размещенным в нем термостабилизатором, достаточно быстро изменяет свою температуру до той, на которую рассчитан термостабилизатор (при которой происходит фазовый переход вещества, из которого состоит термостабилизатор), а далее хранится при этой или близкой к этой температуре.
Схематическое изображение в разрезе варианта термостабилизатора, размещенного внутри термоса, представлено на Фиг.1, где:
1 - колба термоса;
2 - оболочка термостабилизатора (вариант в виде тороида);
3 - термостабилизатор;
4 - элемент крепления термостабилизатора (при необходимости).
Работа предлагаемого термостабилизатора происходит следующим образом.
Вариант первый - хранение горячих продуктов. Термостабилизатор, предназначенный для этих целей, т.е. состоящий из вещества, имеющего температуру фазового перехода, например в интервале 50-70°С, размещается внутри колбы термоса. В колбу термоса помещается продукт для хранения. Если температура продукта выше температуры термостабилизатора и выше температуры фазового перехода (плавления) вещества, из которого состоит термостабилизатор, то она начинает быстро снижаться вследствие поглощения теплоты продукта веществом термостабилизатора вначале за счет его теплоемкости, а далее за счет теплоты его фазового перехода и стабилизируется на уровне температуры фазового перехода. Далее происходит хранение продукта при этой температуре, а потери тепла в окружающую среду компенсируются теплом, отдаваемым веществом термостабилизатора при обратном фазовом переходе. После полной кристаллизации вещества термостабилизатора начинается дальнейшее снижение температуры продукта, обусловленное теплопотерями через стенки колбы термоса.
При необходимости максимального увеличения времени сохранения продукта горячим, термостабилизатор может быть предварительно «заряжен», для чего, например, термос с термостабилизатором предварительно заливается кипятком, который далее сливается и в термос помещается продукт, подлежащий хранению. В этом случае, в начале процесса хранения температура внутри термоса снижается примерно так же, как и без использования термостабилизатора, снижение происходит до значения температуры фазового перехода вещества термостабилизатора и резко замедляется. После полной кристаллизации вещества термостабилизатора дальнейшее снижение температуры продолжается так же, как и без использования термостабилизатора.
При применения термостабилизатора появляется еще один положительный эффект в виде общего увеличения длительности хранения продукта при температуре выше минимально допустимого значения. Это достигается за счет того, что время, которое продукт находился при максимальной температуре (когда потери тепла в окружающую среду бывают максимальными) было сокращено и, соответственно, сокращены потери тепла. Это тепло, отданное термостабилизатору, далее в окружающую среду передается с меньшей интенсивностью вследствие уменьшения разницы температур содержимого термоса и окружающей среды.
Вариант второй - хранение продуктов при пониженной температуре. Термостабилизатор, предназначенный для этих целей и предварительно охлажденный (замороженный), размещается внутри колбы термоса. В колбу термоса помещается продукт для хранения. Если температура продукта выше температуры термостабилизатора и выше температуры фазового перехода (плавления) вещества, из которого состоит термостабилизатор, то она начинает быстро снижаться и стабилизируется на уровне температуры фазового перехода вещества. Далее происходит хранение продукта при этой температуре, а приток тепла из окружающей среды поглощается веществом термостабилизатора при его фазовом переходе (плавлении). После полного перехода вещества термостабилизатора в жидкую фазу начинается повышение температуры продукта, обусловленное притоком тепла через стенки колбы термоса.
Полезные свойства предлагаемого термостабилизатора заключаются в том, что при его применении удлиняется время хранения продуктов в термосе в требуемом интервале температур.