СПОСОБ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
LIQUID HEATING METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам нагрева жидкости, как в промышленных, так и в бытовых условиях, например, для нагрева воды, молока или других жидкостей.
Известен способ [1, стр.31] нагрева или кипячения жидкости, заключающийся в том, что в емкость с расширенным дном заливается жидкость, а емкость, в свою очередь, устанавливается над источником тепла, например над пламенем газовой горелки или над источником тепла от электрического тока (электроплитки). Емкость имеет форму усеченного конуса, у которого диаметр днища больше, чем диаметр горловины, через который в емкость заливается жидкость. Положительной стороной такого способа является то, что тепло к нагреваемой жидкости подводится через большую площадь, что несколько увеличивает производительность процесса нагрева, например, по сравнению с первым способом. Такой способ не решает кардинально вопрос повышения производительности процесса нагрева жидкости, как с точки зрения уменьшения продолжительности нагрева, так и экономии энергии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ [1, стр.3] нагрева жидкости, когда жидкость заливается в емкость постоянного диаметра с плоским дном, а емкость, в свою очередь, устанавливается над источником тепла, например над пламенем газовой горелки или над источником тепла от электрического тока (электроплитки). Недостатком такого способа также является продолжительная длительность нагрева или кипячения жидкости, так как тепло подводится к жидкости только с одной стороны (как правило - снизу) и на ограниченном участке. Как результат такого явления, на нагрев или кипячение единицы объема жидкости тратится много времени и энергии источника тепла.
Таким образом, недостатком существующих способов нагрева жидкости в емкости, установленной над источником тепла, является длительность процесса и большая затрата энергии на нагрев единицы объема жидкости. Причиной этого является подвода тепла с одной стороны, снизу, со стороны плоского днища и через ограниченный участок. Участок ограничивается, как правило, площадью плоского днища емкости.
Целью изобретения является, уменьшение продолжительности нагрева или кипячения единицы объема жидкости, и как следствие, экономия времени и энергии, подводимой для нагрева или кипячения жидкости. Источником энергии может быть бытовой газ, электричество или другой любой источник.
Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность внутреннего дна емкости предварительно устанавливается плоская пластина с сменными центральным и периферийными цилиндрическими стержнями. Затем, в емкость заливается жидкость, которую необходимо нагреть. Емкость, в свою очередь, устанавливается над источником тепла. Верхние концы, цилиндрических стержней, имеющие форму перевернутого усеченного конуса, при этом должны находиться ниже верхнего уровня жидкости, то есть покрыты жидкостью. Пластина и цилиндрические стержни имеют теплопроводность большую, чем теплопроводность материала днища емкости, это, во-первых, во-вторых, они должны быть изготовлены из дезинфицирующего материала, например из серебра, если жидкость в процессе нагрева не доводится до кипения. Если жидкость в процессе нагрева доводится до кипения, то пластина и стержни можно изготовить из материала, только с высокой теплопроводностью, чем теплопроводность материала емкости. При нагреве молока и молочных и других продуктов, применяемых в пищевых целях, пластина и стержни должны быть обязательно изготовлены из дезинфицирующего материала. Тепло от источника сначала передается на днище емкости, затем на пластину. От пластины тепло передается к стержням и от стержней к жидкости. То есть происходит объемный нагрев жидкости, а не поверхностный. То есть в известных способах нагрева тепло распространяется последовательно от нижней поверхности днища емкости в вверх, в внутрь объема жидкости. При применении предложенного способа, тепло одновременно распространяется от нижней поверхности днища емкости в внутрь и, в дополнение к этому, сразу же подводится в внутрь и верхним слоям объема жидкости.
Таким образом, в предложенном способе, тепло от источника подводится к нагреваемой жидкости не только через ограниченный, по площади днище емкости, но и по стержням во внутрь и к верхним слоям объема жидкости, что ускоряет процесс нагрева жидкости по сравнению с известными способами. Форма пластины зависит от формы днища емкости, например, если днище емкости имеет прямоугольную форму, то и пластина должна иметь прямоугольную форму, если круглой формы, то и пластина должна имеет круглую форму, если другую - произвольную форму, то и пластина должна иметь другую - произвольную форму. По-другому, форма пластины должна копировать форму днища емкости. Это связано с тем, что необходимо охватывать как можно большую площадь и объем емкости с помощью стержней. Минимальное количество стержней может быть равно единице, а максимальное количество пропорционально площади днища емкости. Стержни на пластину устанавливаются с возможностью их в последующем удаления, например на резьбе, то есть чтобы при необходимости можно было регулировать количество стержней на пластине. Стержни устанавливаются на пластине в сквозных резьбовых отверстиях таким образом, что после их заворачивания их торцы находились заподлицо с нижней плоскостью пластины. Это позволяет стержням непосредственно контактироваться с днищем емкости, а через него с источником тепла. Что еще повышает эффективность стержней с точки зрения передачи тепла во внутренний объем жидкости. Изготовление верхних концов стержней в форме перевернутого усеченного конуса позволяет увеличить площадь контакта верхних слоев жидкости с поверхностью стержня и тем самым ускорить процесс нагревания. Шероховатость поверхностей пластины и стержней имеет меньшее значение, чем шероховатость внутренней поверхности емкости, что повышает скорость теплопередачи от поверхности пластины и стержней жидкости.
На фиг.1 (вид спереди) показана емкость для нагрева жидкости в виде прямоугольной формы, то есть днище емкости имеет прямоугольную форму. На фиг.2 показана та же емкость прямоугольной формы, вид сверху.
На фиг.3 (вид спереди) показана емкость для нагрева жидкости цилиндрической формы, то есть днище емкости имеет круглую форму. На фиг.4 показана та же емкость цилиндрической формы, вид сверху.
На фиг.5 (вид спереди) показана емкость другой (произвольной) формы. На фиг.6 показана та же емкость произвольной формы, вид сверху.
1
На фиг.7 показана емкость цилиндрической формы, которая имеет постоянный диаметр - D по высоте. Цифрой 1 обозначена емкость, цифрой 2 - источник тепла, расположенный под днищем емкости 1. Знаком α - угол охвата теплом днища емкости.
3
2
2
На фиг.8 показана емкость с увеличенным диаметром днища, у которой диаметр днища D>D. D - диаметр заливной горловины емкости 1. Остальные обозначения те же, что и на фиг.7. Буквой x обозначено расстояние от эпицентра источника тепла до днища емкости.
1
2
3
1
3
2
2
2
Необходимо иметь в виду, что угол охвата α зависит от расстояния - x эпицентра источника 2 тепла от днища емкости 1. При условии, что D=D и одинаковом значении x угол охвата α у емкости с днищем увеличенного диаметра D будет больше, чем у емкости постоянного диаметра D, так как D>D, то есть α>α.
На фиг.9 (вид спереди) показана пластина со стержнями, которая устанавливается на внутреннюю поверхность днища емкости прямоугольной формы. На фиг.10 показана та же пластина (вид сверху).
На фиг.11 (вид спереди) показана пластина со стержнями, которая устанавливается в емкость цилиндрической формы постоянного диаметра. На фиг.12 показана та же пластина (вид сверху).
На фиг.13 (вид спереди) показана пластина со стержнями, которая устанавливается в емкость произвольной формы. На фиг.14 показана та же пластина, которая (вид сверху).
4
1
На фигурах 9, 10, 11, 12, 13, 14 приняты следующие обозначения: 2 - пластина; 3 - центральный стержень; 4 - периферийные стержни; А и В - ширина и длина прямоугольной пластины 2; D - диаметр пластины круглой формы; d - диаметр большого основания конической части стержней 3 и 4; d - диаметр стержней; l - высота конической части стержней; S - толщина пластины 2.
1
На фиг 15 (вид спереди) показана схема реализации способа, где приняты следующие обозначения: H - высота уровня жидкости; h - высота перекрытия верхнего уровня жидкости торцов стержней; h - расстояние от верхнего торца емкости до верхнего уровня жидкости.
1
Нагрев жидкости с помощью предложенного устройства осуществляется в следующей последовательности. Предварительно пластина 2 соответствующей формы (форма зависит от формы днища емкости и может быть любая, начиная от прямоугольной, цилиндрической и любой произвольной) устанавливается в емкость 1, как показано на фиг.15. В емкость заливается жидкость до уровня высотой Н. Уровень жидкости должен быть выше верхнего торца свободного конца стержней 3 и 4 на величину h. Емкость устанавливается над источником тепла 2 (фиг.7 и 8) и процесс нагревания начинается. Нагрев можно осуществить до определенной температуры или довести жидкость до кипения, затем источник тепла выключается.
Технический эффект достигается за счет передачи тепла в внутрь емкости нагреваемой жидкости через пластину и установленные на ней стержни. Сокращается время нагрева жидкости, то есть, повышается производительность процесса нагрева и экономится энергия на нагрев единицы объема жидкости.
Источники информации
1. Фэй Суит. Кухни. Практические советы по дизайну и оформление вашего дома. Перевод с английского С. Кормашовой. / Издательский Дом «Кристина», 1997 г., 64 с.