IT8147574A1 - Perfezionamento nei recipienti di riscaldamento con risparmio di energia. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE;.

a corredo di una domanda.di brevetto per invenzioneavente per.titolo:

"Perfezionamento nei recipienti di . riscaldamento . con risparmio di energia"

RIASSUNTO

Un recipiente di riscaldamento fluidi adatto per . riscaldare il relativo contenuto per contatto con : un elemento di riscaldamento superficiale come per esempio una "piastra calda" o piatto di riscaldameli to, viene qui illustrato. I recipienti descritti hanno, in maniera tipica, una velocit? di.riscalda, mento .da 2 a 5 volte pi? rapida di quella che com-. pe.te .ad.un recipente di vetro di tipo convenzionale, mentre consumano approssimativamente la met? della energia. .

Il recipiente,comprende delle .pareti laterali,in vetro o in -plastica.di conduttivit? termica bassa, e inoltre un fondo composto..II.fondo possiede una area di contatto superficiale elevata per il riscal lamento e comprende uno strato interno impervio e uno strato esterno di alta conduttibilit? termica, preferibilmente di un materiale grafitico. Il recipiente pu? essere fatto in una grande quantit? di forme adatte per l'impiego in laboratorio, nei servizi domestici, e nelle applicazioni industriali Campo dell1invenzione

La presente invenzione si riferisce a dei reci- . pienti da riscaldamento.con risparmio di energia, utili generalmente nelle applicazioni di laborato- . rio ,di riscaldamento fluidi in .casa, e nei servici industriali, sotto la forma di pentole da laboratorio, utensili da cucina, serbatoi,di riscalda- ; mento, ed apparecchiature di riscaldamento fluidi . in generale.

Descrizione riferita alla tecnica precedente

Vi sono molti milioni di recipienti di vetro e di vetroceramica impiegati oggigiorno negli Stati U. niti d'America. Questi recipienti comprendono fra loro i recipienti per il t?, il caff?, per l'acqua ecc. e inoltre recipienti da laboratorio compresa .una quantit? di boccioni e boccali.. Si valuta che -approssimativamente dal 15 al 20 per cento dei reci pienti sono riscaldati su vari tipi di superfici di riscaldamento per contatto, come per esempio quel- . le delle piastre calde elettriche, ovvero superfi- . ci di riscaldamento e simili,e che esistono approssimativamente 4,5 milioni di questi riscaldatori a contatto in uso. Questi riscaldatori, in maniera ti pica hanno una potenza di riscaldamento che va da 300 a 4000 Watt per i recipienti industriali e da .. laboratorio, e approssimativamente da 1200 a 3600 per uso domestico,e commerciale..Ad.un.valore,medio di riscaldamento.di .1500 Watt..e.con una media di circa 3 ore di uso al giorno,.l'.energia elettri-. ca totale consumata da.tali riscaldatori?ammonta a oltre 20 milioni kilowatt ora al giorno, ovvero 7,4 miliardi di kilowatt ora all'anno, un.quantitativo... di energia veramente significativo.

La potenza relativamente grande necessaria in questi riscaldatori ? dovuta principalmente a: (1) la natura del materiale riscaldato, che di solito ? costituito principalmente da acqua e a causa del suo elevato calore specifico esige pi? energia per aumentare la sua temperatura, per ogni grado, di quanto lo esiga qualsiasi altro materiale considera. to. 2)Il materiale..di cui ? fatto il recipiente, particolarmente- il fondo del recipiente che viene a contatto con la superficie del riscaldatore. Dato che i recipienti di.solito sono fatti di vetro, ve -tro ceramica o simili, con conduttivit? termiche basse, la trasmissione del calore attraverso il fondo del recipiente ? bassa. (3) La geometria del recipiente, particolarmente l'area superficiale del fondo del recipiente che sta a contatto con il riscaldatone, e lo spessore del fondo sono,importanti fattori nel flusso del calore, per.esempio, i .. recipienti di vetro, di necessit? hanno..di solito dei .fondi convessi spessi che .non fanno passare ef ficientemente il calore.

Ancora un'altra considerazione nella.conserva-_ zione dell.' energia si riferisce alla conduttivi t? termica delle,pareti laterali di un recipiente. Diversamente dal.caso della superficie di fondo, l'i solamento termico ? desiderabile nelle pareti late rali allo scopo di ridurre la perdita di calore verso l'aria circostante. Il polipropilene e altre sostanze,plastiche sono buone.isolanti-e..il vetro_ ? un ottimo isolante del calore.

I recipienti di materiali sintetici sono deside; rabili.perch? sono economici nella produzione di massa, generalmente sono infrangibili, sono resistenti .alla.corrosione e non sono contaminanti-permolte sostanze .secondo il polimero. Una grande quantit? di recipienti e contenitori-di plastica fatti..di.polietilene, di polipropilene..e di altri polimeri ,.sono largamente reperibili, e h?nno spostato in molte applicazioni il vetro e il metallo detronizzandoli .

Sf ortunatamente, i recipienti di materiali sintetici non possono essere riscaldati per contatto

con riscaldatori superficiali e simili. Ci? ? vero anche per i materiali plastici con delle temperatu re di fusione o di ammorbidimento relativamente elevate, coma per esempio i polimeri fluorurati, per esempio il teflon (una marca di fabbrica DuPont)-con temperature che stanno nella gamma da 400 a -500?P (da 204 a 260?C) bene al di sopra delle temperature d?impiego per la maggior parte delle applicazioni. La ragione di ci?, come precedentemente indicato, ? la bassissima conduttivit? termica .

di questi materiali, che sono isolanti del calore, e le pareti relativamente spesse dei recipienti realizzati con questi materiali. I vantaggi di un recipiente che pu? essere riscaldato su un riscaldatore superficiale e che renda massimi i risparmi di energia sia nella fabbricazione che nell'uso, so -no evidenti.. .

Riassunto dell?invenzione

Questa invenzione fornisce un recipiente a rispar mio di energia, costituito da un corpo a bassa conduttivit? termica come per esempio materiale plastico, con un fondo composto conduttore del calore.

I recipienti sono adatti per applicazioni di labora torio, industriali e di servizio, particolarmente per quelle applicazioni che esigono.il riscaldamento sui riscaldatori superficiali e simili. Il fondo..composto dei recipienti-di-questa invenzione comprende quanto .segue:

(i.) Uno strato..interno (a)-impervio per i liquidi costituito da materiale.,di-bassa conduttivit? termica

(ii) Uno strato esterno (b) di un materiale rigido ad.elevata conduttivit? termica che sta a con tatto termicamente conduttivo con io strato (a) e che ..possiede una area di contatto superficiale per riscaldamento molto elevata, e

(iii) Mezzi per trattenere lo strato (b) sul cor po del recipiente.

Nelle realizzazioni particolarmente preferite dei recipienti della presente invenzione, il corpo del .recipiente,e lo strato interno,impervio sono in materiale plastico., e lo strato esterno che vienea contatto con il mezzo di riscaldamento quando il recipiente ? in uso,? un materiale grafitico.

Breve descrizione del disegno

Questa invenzione viene ulteriormente illustrata con riferimento all'allegato disegno, in cui

La figura 1 ? una vista in elevazione, in sezione, di un recipiente secondo la presente invenzione . Questa ? . una realizzazione attualmente prefer?

La .figura 2 ?urna,vista in elevazione, in sezione trasversale, di un .recipiente in un'altra realizzazione delllinvenzione.

La figura.3 ?una .vista in elevazione, in sezione trasversale, di un recipiente in una terza realizzazione dell'invenzione.

La.figura 4 ? una.vista,in.elevazione, in sezione trasversale di un recipiente in una quarta rea lizzazione dell'.invenzione.

La figura. 5 ? una vista in e levazione , . in sezione trasversale , di . una boccia .da caff? .stampata . secondo un'altra forma dell'invenzione. .

La figura 6 ? una vista in elevazione, in sezio ne trasversale, di una boccia di caff? stampata se condo un'altra forma dell'invenzione.

e figure da 7 a 12 sono diagrammi di dati tempo temperatura ottenuti mentre si riscalda dell'acqua in recipienti secondo l'invenzione, confrontati con il riscaldamento dell'acqua in recipienti di vetro di tipo convenzionale.

Dettagli dell?invenzione

In una forma preferita, il corpo del recipiente ? stampato in plastica con un inserto di un elemen to di fondo in materiale composto grafitico o in grafite, comprendente mezzi di ritenuta o.di incoi laggio per l'inserto. In un'altra forma, il,recipiente a risparmio di energia ? fabbricato da un--elemento .tubolare.con un'estremit? a fondo,aperto, su cui.si fissa un.fondo,composto,assicurato mediante mezzi.,di fissaggio o.di incollaggio adatti. Sono anche contemplati 1?incollaggio.per riscaldamento, lo stampaggio oppure la saldatura ultrasoni ca.

Nella figura 1, che ? una sezione trasversale di un recipiente da riscaldamento cilindrico con pareti in plastica aventi un fondo composto, 1 ? . la parete,laterale del recipiente in plastica, 2 indica l'elemento di grafite del fondo composto con un sottile strato di plastica 4 sulla superficie interna dell?elemento di plastica, e indica un.nastro di plastica armato o un nastro in metallo, op pure un anello che fissa in maniera sicura il fondo alle,pareti,del recipiente di plastica.

Un recipiente assemblato similare ? indicato nella figura 2, che in questo caso ? una sezione trasversale di un recipiente di riscaldamento cilindrico con un fondo composto, dove 21 ? il fianco del recipiente, 22 indica un elemento di grafite del fondo composto,.26.indica.una.pellicola di materiale plastico,-sopra la superficie interna del l'elemento di grafite 24,e,25.sono.guarnizioni.in. terna ed esterna, rispettivamente, come per esempio grafite flessibile .("Grafoil"}, 23 indica un nastrome tall ico che assicura fermamente il fondo di grafite alle pareti del recipiente e inoltre al lo strato.26.

Nella figura 3, che ,? una . sezione trasversale di, un recipiente da riscaldamento, a corpo stampato, 31 rappresenta,le pareti laterali .che,.hanno,continui-, t?..con la superficie di fondo 33,.relativamente sot tile, sulla.superficie interna del'elemento 32 di., grafite inserito, con stampaggio alla base del recipiente. Il numero 35 corrisponde ad una guarnizio ne esterna, come per esempio grafite flessibile e _ 34 indica un nastro metallico che assicura l'ele- . mento di grafite alla parete laterale alla base del bicchiere .

Il recipiente secondo la figura 4, ? una sezio-, ne trasversale di un recipiente di riscaldamento in materiale plastico stampato, dove 41 indica le pareti laterali in plastica che hanno continuit? con uno strato 43 di fondo in plastica relativamente sottile, il quale strato ? sostenutodall'elemento 42 insento,.di grafite. .La parete laterale in plastica ? stampata sull'elemento di grafite intorno alla sua.periferia ed ? assicurata,da un nastro 44 di me. tallo o...di.plastica armata, all'elemento di grafite. Nella,figura. 5 che ? una sezione trasversale del , recipiente sferico stampato,51-rappresenta la pare, te laterale continua con il fondo.53 del recipiente stampato relativamente sottile, sopra.la superii. cie di un elemento 52 a disco in grafite, con for- . ma convessa, inserito, su cui ?.stampato il recipien te in plastica. Delle piccole aperture, ovvero inca vi 54, fatte nella grafite .(la dimensione ? ingran dita nel disegno) riempite d?limateriale.della pa- . rete laterale durante il procedimento di stampaggio, danno un'ulteriore sicurezza di un attacco incollato della parete laterale al fondo di grafite.. In questa realizzazione non ? necessario un anelloo un nastro metallico separato.

La figura 6 ? una sezione trasversale di un reipiente circolare in materiale plastico stampato, dove 61 indica la parete laterale continua in plastica con il fondo 63 del recipiente, in plastica relativamente sottile. L'inserto 63 di fondo in grafite ? incollato alla plastica. Un nastro 64 di plastica armata o di metallo, pu? essere inoltre usato. in..aggiunta.,,nin funzione, della, dimensione del recipiente.

Ilrecipiente di materiale plastico preferitoper il risparmio dell'energia, pu?.essere fabbrica to da una grande.,quantit? di polimeri commerciali e resine, in funzione del tipo di applicazione. Si possono,usare delle.resine.o polimeri termoplastici o termoindurenti. Peraltro, le poliolefine, i polisolfoni, e i polirneri di fluorocarbonio sono i pi? adatti.per la. grande maggioranza-di..applicazioni,. e.sono preferiti. Di essi, i polimeri di fluo rocarbonio. sono i pi? inerti.con la pi? alte tempe rature di fusione o di ammorbidimento. Tra essi si possono menzionare il FET (propilenietilenfluorurati) PTFE (politetrafluoroetilene), ETFE (copolimeri di etilnn/tetrafluoroetilene), CTFE (policlorotrifluoroetilene), ePVDF (fluoruri di polivinilidene) Di questi polimeri, il FET viene facilmente fab bricato in una quantit? di forme e dimensioni di recipiente, possiede una temperatura di uso elevat di 205?C (401?F) ed ? trasparente. Si tratta di ma teriale quasi ideale per l'impiego in presenza di acidi forti, alcali, sostanze chimiche ossidanti e solventi aggressivi.

ler l'impiego generale, con una maggioranza di sostanze chimiche e virtualmente con tutti i generi . alimentari, le poliolefine sono soddisfacenti, perche non sono tossiche, sono dei materiali anticontaminanti, che possono essere usati a temperature fino a.175?.C..(347?F). Fra le poliolefine, si prefe_ riscono.il polipropilene,.e il.polimetilpentene, seb _ bene si possano anelie usare il polietilene lineare e i polietileni pi? nuovi .a peso..molecolare ultraedlevato. Il polipropilene ? un materiale plastico non contaminante eccellente, con una temperatura d'uso fino a 135?C (275DF) ? tenace ed.? transluci_ do. Il polimetilpentene. ? anch'esso una sostanza plastica non contaminante molto buona, con una tem peratura d'impiego fino a 175?C (347?F) con una . trasparenza ecce llente .

Un altro polimero preferito, il policarbonato, ? caratterizzato dalla sua eccezionale resistenza,. rigidit? e tenacit?, nonch? eccellente trasparen- -za. E' un materiale non tossico adatto per molti ma.-feriali chimici e generi alimentari. Esso possiede , una temperatura d'uso che va fino a 135?C (275?E). I polisolfoni sono un altro gruppo di polimeri preferiti per i nostri nuovi recipienti. Come i policarbonati, essi sono trasparenti, di elevata resisterza, e anticontaminanti per i peneri alimentari, le.sostanze.biologiche,.e-molte-sostanze chimiche. Si possono usare,.a temperature fino a circa 200?C (4050h)? I polimeri del solfuro.di polifenilene sono demi materiali,ad alte.prestazioni con eccellente resistenza alla corrosione e sono anticontaminanti, es_ senio particolarmente bene...adatti..per.l'applicazio_ ne di.trattamenti di sostanze chimiche.

In un recipiente di riscaldamento come pi? sopra descritto lo strato,di fondo interno relativamente sottile ? sostenuto meccanicamente dal contatto fisico.,oppure.dallo stampaggio.del medesimo sul materiale grafitico rigido.dell?elemento,di.fon do. Cos? il contatto termico fra la.grafite e il ma teriale plastico ? eccellente. La trasmissione del calore viene ulteriormente aiutata fornendo una superficie esterna di fondo che sia relativamente piatta o sagomata in altro modo per realizzare il massimo contatto termico con una superficie d? riscaldatore. La superficie interna del nuovo recipiente pu? essere di conseguenza costituita totalmente da materiale plastico. Riscaldare lo strato di materiale plastico relativamente sottile mentre esso si trova in tale ottimo contatto termico con lo strato conducente esterno del calore, ? cosa quasi equivalente al fatto di mettere il sottile ... strato .di materiale plastico direttamente sul riscalciaiore superficiale, perch? la temperatura superficiale superiore dello strato esterno ? essenzialmente all'.incirca la.medesima,come la.temperatura della superficie del riscaldatore..Lo strato. di materiale plastico pertanto risulta-.sostanzialmente esposto in maniera diretta,a-tale temperatura e si fonderebbe o si deformerebbe se.non fosse per la presenza di un liquido sulla sua superficie di servizio per asportare il calore e se non ci fos se l'appoggio fornito dallo strato esterno rigido.

Come menzionato pi? sopra, lo strato interno del fondo composto ? preferibilmente.costituito da ma-, feriale plastico. Altri materiali,impermeabili possono essere anch'essi usati. I materiali utili comprendono anche i vetri e le ceramiche. Questi rivestimenti come pure i rivestimenti di materiale piastico possono essere fatti molto sottili in modo tale da non impedire seriamente il flusso del calore perch? sono appoggiati e protetti dallo strato conducente del calore, rigido,esterno.

Un altro importante vantaggio della struttura dei recipienti descritti qui ? costituita dal fatto he lo strato impermeabile sta in buone condizioni-. di contatto con la superficie interna dello strato esterno .conduttore del calore,,poich? ? stampato, applicato per rivestiment o o incollato in altro mo -do in.contiguit? .alla...superficie di questi.materia li buoni conduttori .del calore. Ci? significa che virtualmente .l'intera,sua superficie.fa.un eccellente contatto con la fonte,di calore.attraverso lo strato pi? esterno. E' anche relativamente pi? fa-Cile .lavorare alla macchina.una .superficie di fondo piatta o sagomata sui materiali utili per lo strato,pi? esterno, lasciando che sia fatto un buon contatto con una superficie di.piastra calda. In que sto modo si pu? vedere perch? si ottiene un riscaldamento uniforme con i recipienti a risparmio di energia del presente documento, in contrasto con il. riscaldamento relativamente .non uniforme, a punti caldi,dei recipienti di vetro e di altri recipien- . ti di tipo convenzionale.

Nei recipienti di materiale plastico del tipo in dicato nella figura 1, dove si inserisce l'elemento 2,4 di fondo di tipo composto, che viene assicurato alla base del recipiente che termina in forma aperta, lo strato 4 impermeabile sottile pu? essere una pellicola di materiale plastico stampata sulla grafite 2, oppure un rivestimento applicato a spruz zo per immersione, per pitturazione o..in altro modo.

Il materiale plastico preferibilmente viene scel to fra le poliolefine, il polifluorocarbonio, i po licarbonati , i polisulfoni,i solfuri di polifenilene, oppure altri polimeri,.anticontaminanti o resine resistenti alla corrosione e in generale.alati te, comprese le strutture di.materiali plastici riempiti, .con avvolgimento a filamenti di grafite e armamento in fibra. Il materiale plastico di fon do deve essere il medesimo,materiale che viene.usa to per il corpo del recipiente, oppure un altro ti_ po, come per esempio un polimero caricato di vetro, per una maggiore resistenza all'abrasione. Lo strato 4 impermeabile ? preferibilmente sottile, vale , a dire all'incirca da 1 a 12 mils (da 0,001 a 0,01 pollice, cio? da 0,025 mm a 0,25 mm) di spes- . sore, sebbene uno strato pi? spesso possa essere u sato se risulta appropriato per certe applicazioni. Si pu? anche usare un elemento 2 di grafite infil- . trato di resina rivestito con la medesima resina 4. Un elemento di grafite 4 infiltrato con resina FET al fluorocarbonio e inoltre applicato come rivestimento sulla superficie superiore con approssimativa mente 3 mils (0,075 mm) della medesima resina 4 viene descritto nell'esempio 1. Un materiale a base di grafite pu? anch'esso essere usato come fondo composto. Per materiale a base di grafite,-noi intendiamo un materiale ohe contiene-pi? del-50 per cento,in volume di grafite come costituente maggiore-, con un resto di metalli..come per esempio il rame, l'alluminio, oppure vetro, ceramica,.con . o senza resine. Questi materiali generalmente sono realizzati,mediante tecniche metallurgiche delle polveri con materiali .e/o.fibre polverizzati. Quesii materiali sono applicati per rivestimento sul loro lato di servizio con pellicole o.resine in ma teriale plastico.

Nelle realizzazioni preferite, lo stato pi? e-. sterno del fondo composto ? un materiale grafitico, la scelta del materiale graf?tico, ? basata,non sol tanto, sulla sua buona conduttivit? term?ca, ma sul la sua eccellente resistenza alla corrosione, sulla sua natura anticontaminante e non tossica, e inoltre sulla sua buona fabbricabilit?, lavorabilit? alle ma.cchine utensili, leggerezza, eccellente resistenza ai colpi di calore, facile disponibilit? e costo relativamente basso. Il materiale ? anche virtualmente esente da contorsioni quando viene messo su superfici riscaldate.

La grafite ? anche caratterizzata da una struttura porosa assai vantaggiosa.Ci? facilita l'incollaggio, l'applicazione per rivestimento,o per la minazione, dello strato impermeabile sulla sua-superficie. Questa struttura porosa facilita anche loincollaggio del fondo composto-sul-resto-del recipiente, per ..esempio, fu preparato,un recipientedi.materiale .plastico avente un.fondo di.grafite Un anello metallico fu fatto.contrarre mediante l'azione del calore intorno alla periferia del . fondo come precedentemente descritto. Si ? trovato che l'anello metallico poteva essere tolto mentre il fondo di grafite rimaneva .ferinamente trattenuto sul corpo del .recipiente. Non si.desidera essere legati da nessuna teoria, ma si crede die il materiale ammorbitito in vicinanza,.dell'aneIlo metallico dallo ? penetrat o nella grafite porosa e a.', l? utto del -raffreddamento ha formato, un legame, assai fermo con il fondo di grafite.poroso .

Poich? la grafite, all'atto.della fabbricazione ? di solito troppo,porosa per essere usaia sotto. pressione, salvo i tipi.specializzati come per eserapio la grafite pirolitica, oppure le strutture con avvolgimenti a filamenti, viene di solito impregnata con una resina, generalmente una resina fenolica, epossidica, furanica o al fluorocarbohio. Il tipo pi? comune della grafite impermeabile, "barbate" (marca di fabbrica dell'Union Carbide) corrisponde all?85 fino al 90 per cento in peso di grafite e il resto ? generalmente una resina fenolica. Per la maggior parte delle applicazioni,.che coinvolgono i recipienti della presente invenzione non si usa pressione al di sopra.,della pressione at mosferica, oppure se ne usa pochissima; di conceguenza si possono usare le grafiti e/o i materiali. grafite/carbonio con una certa porosit?,particolarmente se uno strato di materiale plastico ? incollato sulla superficie di servizio interna come ? stato descritto,pi? sopra. Il carbonio pu? essere aggiunto alla grafite per migliorare la sua durezza o la sua resistenza all'.abrasione;peraltro esso abbassa in maniera,significativa la buona con duttivit? termica della grafite...Ci sono vari.gra di di -grafite con variabilit? di resistenza, di durezza, di resistenza all?abrasione., di densit? in massa, di porosit?, di permeabilit?, di conduttivit? termica, di espansione termica ecc. L? dove un sottile strato di materiale plastico deve es -sere incollato alla superficie, ? desiderabile una qualit? di grafite con una struttura del grano da relativanente fine a media e una densit? in massapari approssimativamente a 1,5 g/cc o-superiore.

Lo spessore del fondo di grafite dipender? gran demente dalla geometria dei recipiente, particolar mente dal diametro, per esempio la grafite avente uno spessore-approssimativo da.l/8.a 3/8 pollici, pari a valori da 3 a.-9 mm ?.soddisfacente per reci pienti che hanno diametri fino approssimativamente a 4 o 5 pollici, pari a valori da 100 a 125 mm, co me area di contatto di fondo, mentre i recipienti con un diametro da.6 a 12 pollici, pari a valori. da 150 a 300 mm esigeranno uno spessore che va approssimativamente da 3/8 a.3/4 pollici,.pari a valori da 9 a.18 mm. Questi.,recipienti,possono esige_ re anche degli appoggi metallici attaccati al.nastro metallico.di fondo.

In aggiunta ai materiali preferiti di grafite, si possono anche,usare dei metalli nel fondo composto, in qualche caso. Gli.elementi metallici di fon di metallici composti per recipienti da riscaldamento aventi il corpo oppure le.pareti,in materiali plastici,possono essere considerevolmente pi?.sotti li degli elementi di grafite, con una gamma di spes_ sori che va approssimativamente da 1/16 a 1/4 pollici, pari a valori da 1,5 a 6 min per fondi di recipienti che vanno fino approssimativamente a 12 pollici di diametro, pari a 30 cm.-L'alluminio , gli acciai inossidabili,.il rame, il nickel, il ferro, il.titanio.e le relative leghe, .nonch? il tantali.o, possono .essere usati come elementi,del fondo dei recipienti. Come.i materiali grafitici, i.metalli possono essere-rivestiti Con un materiale-plastico, con del vetro o simili oppure avere uri sottile strato di..plastica stampato sulla loro superficie superiore, sebbene i metalli possono essere soggetti ad attacchi da parte del contenuto del recipiente se lo strato di pia etica si danneggia o si rompe..

In una configurazione alternativa, la superfieie di fondo del recipiente, quando viene a ..contatto con la .piastra di riscaldamento,.? alquanto,pi? piccola e rialzata rispetto all'area .dell'.estremit? di fondo del recipiente. In questo modo il fondo ? fatto a scala, cosicch? la periferia del.fondo ? sollevata dalla piastra di riscaldamento.

Questa configurazione permette,di operare a.tem perature anche pi? elevate senza danneggiamento al le pareti laterali del recipiente..

Per illustrare l'invenzione si presentano i seguenti esempi.

Esempio 1 - Recipiente in polipropilene con grafite rivestita di FEP

Un bicchiere da 250 mi di polipropilene fu montato su un.tornio e il fondo fu tornito,via, lasciar do un cilindro con estremit? aperte

L ' e stremit? di fond o fu munita di un disco di grafite , t ornito da una barra di grafite porosa avente una densit? di massa di 1,72 g/cc -approssima tivamente.

Il disco fu tornito fino ad uno spessore di 0,25 m (0,6f5 era) e con un diametro tale da adattarsi al diametro interno del cilindro.d? plastica,in questo caso 2.85 pollici (7.24 era).

Il recipiente aveva pareti dello spessore di 0,06 pollici (0,lf cm).e diametro esterno.da 2,970 pollici (7,54 cm). La grafite era infiltrata con u-.. na resina al fluorocarbonio,in questo esempio una sospensione FKP. Il disco era.inf?ltrato perch? era stato disposto in un imbuto con un'uscita laterale collegata ad una pompa da.vuoto meccanica, ed era stato svuotato dal lato inferiore del disco.

La sospensione di FEP (un preparato DuPont) fu versata dall'alto finch? i pori furono riempiti e la aspirazione cess?. La resina in eccesso sui lati fu eliminata, e il disco fu fatto essiccare e trat_ tato termicamente a 550?F in un forno elettrico (pari a 288?C).Un rivestimento della resina FEP fu poi spruzzaio.sul lato .superiore .del.disco in-. filtrato, fu fatta l'essiccazione ,e il trattamento termico a 750?F per.un'ora, pari.a 399-?C. Il di sco.impregnato con un rivestimento di-2 mils -pari a 0,5-mm fu.poi pressato,sul lato-di fondo del cilindro di plastica, con la superficie rivestita ri volta dentro al recipiente, sostanzialmente-come s? vede nella figura.1, formando un accoppiamento stretto ma non forzato. II.disco di grafite fu poi fermamente assicurato e accoppiato a tenuta per mez zo di un nastro in acciaio inossidabile applicato mediante la tecnica della contrazione.Il nastro o anello fu lavorato alla macchina da acciaio inossilabile tipo 420, fino.ad un diametfo interno di 2,965 pollici.(7,53 cm) che.era di-0,005 -pollici (0,001 cm)..inferiore al -diametro iirtem o del-cilin dro di.plastica (2,970 pollici) (7,54 cm). Ci? rap present? l?espansione del nastro fino alla temperatura di 350?F, pari a 176?C,.molto superiore alla --temperatura alla quale il nastro e il materiale plastico sarebbero stati sottoposti all?uso, anche a temperature del riscaldatore pari a 475-500?F cor rispondenti a 247-260?C.

Il nastro metallico era di larghezza approssimativamente 3/8 pollici (1 cm) ed era fatto con una piccola spalla (5, figura 1) allo scopo di protegge re il materiale plastico, e -la maggior parte della.. periferia .di.grafite, come si vede nella.figura 1. Nell 'applicare l'anello al cilindro di plastica cor il disco di grafite.impregnato, l'aneIlo vene riscaldato al di sopra di 350?F, pari a 176?C cos? da consentire una rapida e facile applicazione .sul cilindro. Dopo che l'anello venne applicato, venne .immediatamente raffreddato in acqua.

L'anello venne cos? fermamente fissato, che non poteva essere spinto via dal cilindro,di plastica con la forza delle mani.

Il bicchiere descritto pi? sopra fu riempito con 200 mi di.,acqua...a 73?F?, pari a 23?C e coperto. Anche un bicchiere convenzionale stile.Griffin al borosilicato .fu .riempito con .200 ml di acqua.(73?F, . pari a.22,8?C) e coperto. I due bicchieri furono messi alla temperatura ambiente di circa 70?F pari a 21?C su un riscaldatore a superficie piana, rettangolare da 750 watt, ovvero piastra di riscaldamento, che stava ad una temperatura di 400?F pari a 204 ?C come indicato da un termometro superficiale.

Entrambi 1 bicchieri erano approssimativamente del medesimo diametro.

Le letture di temperature nell'acqua nei bicchie ri furono fatte a intervalli di minuti. I bicchie ri furono riscaldati fino alla temperatura di ebol -lizione, oppure fino al momento in cui fu stabilito un equilibrio temperatura tempo. Questa procedura fu ripetuta t re volte con tre gruppi di bicchieri preparati in maniera simile. La media dei dati ottenuti fu applicata in diagramma, allo scopo di ottenere le curve temperatura-tempo 1 e 3 indicate nella,figura.7 mentre.la curva.l rappresenta i da_ ti.per il bicchiere di etilenpropilenfluorurata del _ l'invenzi one, e la curva 3 .rappre.senta i dati otte _ nuti per il bicchiere di vetro di tipo convenziona. le. Queste curve mostrano la significativa differen_ za nelle velocit? di riscaldamento dei recipientidi grafite e plastica rispetto a quelli di vetro.

II bicchiere l arriv? al punto di ebollizione in 6,5 minuti invece dei 24 minuti per il bicchiere 3, una velocit? di riscaldamento 3,7 volte super riore.-.per il bicchiere.1 rispetto al bicchiere 3. Ci?.significa anche .che il.bicchiere di vetro ebbe bisogno di energia termica 3,7 volte superiore rispetto al bicchiere di plastica e grafite.

La procedura di cui sopra fu poi ripetuta, ma con i medesimi bicchieri scoperti. I risultati ottenuti sono indicati.anch'essa niella fifura 7, dove le curve.2.e A sono curve,tempo-temperatura .per bicchieri di-plastica e grafite e per 1 bicchieri di .vetro,rispettivamente .Si pu? vedere che la acqua nel bicchiere 2 di-plastica e grafite,ha raggiunto il punto di ebollizione,in 7 minuti mentre l'acqua,nel bicchiere.di vetro ha.raggiunto il punto .di.ebollizione.nemmeno..dopo .40 minuti..In realt?, l'acqua ne.l.b.icchiere di.vetro arriv? ad una temperatura massima .di soli 204?F,..pari..a 95,6. ?C .dopo..un'ora e mezza,.Se noi...scegliamo,un.confron to di tempo per arrivare .ad una temperatura di 200 ?F, pari a 93,3?C per...entrambi i..recipienti, si pu? vedere che fu necessaria un'energia 6,2 volte pi? grande per riscaldare l'acqua nel bicchiere di vetro fino a 200?F, pari..a 93,3?C.rispetto al caso del bicchiere di plastica e grafite .dell'invenzione. Esempio.2.- Recipiente di polirne!ilpentene/grafite.

Un recipiente di polimetilpenten/grafite fu rea. lizzato in una maniera similare come il recipiente dell'esempio 1, salvo il fatto che fu usato un disco di grafite semplice non infiltrato laminato sulla sua parte di servizio ovvero, sul lato superiore,con una pellicola dello spessore di 0,002 pollici di PCTFE, corrispondente a 0,05 mm, e fu usato un nastro di alluminio. I risultati di prova di questo bicchiere confrontati con un bicchiere normale di vetro,sono,presentati-nelle.,curve 1 e 2. rispettivamente, della figura 8.

Esempio 3 - Recipiente in grafite impermeabile.ori-., vestito.-di polipropilene

Un recipiente di grafite Karbate/polipropilene,. fu realizzato generalmente,.nella,medesima..maniera.;_ come gli esempi 1 e 2,.Tre di questi.bicchieri di grafite e polipropilene e tre bicchieri di tipo con venzionale, furono sottoposti a valutazione in con formit? con la procedura usata negli esempi 1 e 2, salvo il fatto che una pellicola di.polipropilene dello spessore di 0,005 in, pari a 0,100 unm fu applicata per laminazione sul disco di fondo in gra-. fite impermeabile, e fu usato un nastro di allumi-., ???. I risultati sono.indicati nella figura 9, in cui la curva 1 ? per il mezzo in grafite e polipro. pilene, mentre .la curva 2 ? per il vetro. I bicchie. ri contenevano 200 mi di acqua ed erano .coperti.La temperatura della piastra di riscaldamento era di 240-260?F ,pari a valori da 115 a 126?G.

L'acqua nei bicchieri secondo l'invenzione raggiunse il punto di ebollizione in 20 minuti mentre l'acqua nei bicchieri di vetro raggiunse una temperatura di soli 180?F pari a 82?C in due ore e non arriv? mai all?ebollizione, nemmeno dopo-336 ore, (2 settimane). La temperatura del riscaldatore, relativamente bassa,di 250?F, corrispondente a 121?C usata per far bollire l'acqua nel bicchiere di grafite rivestito di plastica rappresenta una differeri za di soli 38?P .(21?C) fra la piastra di riscaldamento e l'acqua di ebollizi one. Gli apparecchi di riscaldamento che funzionano a questa.temperatura darebbero elevatissimi risparmi energetici per mol_ te applicazioni.-Esempi o 4 - Recipiente di grafite rivestita con PP e vetro al borosilicato .

Tre bicchieri con fondo di grafite rivestito in PP e con pareti in vetro al borosilicato e tre bicchieri .tutti di vetro furono riempiti con 150.ml.di acqua, furono coperti.e sottoposti a .valutazione come negli esempi precedenti. In questo esempio, la temperatura della piastra di riscaldamento era da 290 a 310?F, pari a 143,3-154,4?C. Le curve della figura 10 mostrano che i bicchieri di grafite rivestiti di PP e vetro, curva 1, raggiunsero il pun to di ebollizione in 5 minuti, mentre i bicchieri di vetro, curva 2, che raggiunsero una temperatura massima di 190?F, corrispondenti a 87,8?C dopo circa 40 minuti e non eumenicrono pi?. Cos? occorre una. energia molte volte.superiore per riscaldare l'ac--. qua nei .bicchieri tutti di vetro fino a 190?F corrispondente a.87,8?C, in confronto di quante.,occorra per i.bicchieri di.grafite rivestiti,di PP e ve.-tro.

Esempio 5

Un bicchiere....di polipropilene, munito,di un di-_ sco di grafite impermeabile ( "Karbate".) fu prepa- _ rato e sottoposto ad agitazione in conformiti.con . gli esempi precedenti. I risultati sono indicati nella figura 11. Per i bicchieri coperti riscaldati alla temperatura di 340?F (171?C) su una piastra calda, (curva 1) si pu? vedere che bicchiere di vetro (curva 2) richiede 4,4 volte l'energia del bicchiere di grafite e plastica secondo l?.invenzione per risdaldare l'acqua fino al punto di eboll?zione.

Esempio 6

Un bicchiere di polimetilpentene ("peritene") fu.. munito di un disco di grafite su cui fu applicata . per stampaggio una pellicola di PCTFE dello spessore di 2 mils pari a 0,05 mm con valutazione in con fornita con i precedenti esempi.

I risultati sono indicati nella figura 12, per (240-260?C ).Si pu? vedere che l'acqua nel bicchiere di vetro (curva 2) richiede,pi? di quattrovolte l'energia corrispondente all'acqua nel bicchiere di grafite rivestita di plastica (curva 1} per raggiungere, il.punto di ebollizione.

Esempio 7

Un bicchiere di polipropilene -munito -di un di- 1 sco di -lega -di- alluminio ( 6061 ) - delio-spessore di -g 0,125 pollici, corrispondenti a -3-mm su cui era appjlicata.-per-stampaggio upa pellicola -di PGTFE dello spessore di 0,003 pollici, corrispondente-a - .

0,0375 mm,fu sottoposta a.collaudo.come descritto, precedentemente ,.con risultati similari?agli altri, bicchieri in plastica con fondo conduttivo.

Esempio 8

Un bicchiere di polipropilene da 250 mi fu pre-.: parato come negli esempi precedenti con un fondo di grafite rivestito di polifluorotrifluoroetilene e.?, un nastro metallico fu applicato per mezzo di appli cazione a contrazione. Un.bicchiere similare fu preparato salvo il fatto che un gradino fu tornito del bordo esterno del lato non rivestito del fondo.

Il gradino era profondo 0,03 pollici pari a 0,75 mm, ed era largo 0,1875 pollici, pari a 0,047 millimetri, producendo una superficie di contatto al mezzo riscaldatore che aveva un diametro di-2,62 pollici, pari a 66 mm,m confronto alla superficie del lato di servizio che aveva un diametro di 3 pollici pari a 76 mm.

Entrambi i bicchieri furono riempiti con 200 ml di acqua e disposti su una piastra calda a.920?F, parila .493?C. Il polipropilene..fra.il-nastro metallico e.-il -fondo di grafite cominci? .a fondere-dopo : due.minuti nel bicchiere che non aveva il fondo spa linato..Il polipropilene non era stato negativamente influenzato dopo trenta minuti nel bicchiere che aveva il fondo scalinato. Le termocoppie attaccate ai nastri metallici, mostrarono che il nastro metal lico per il bicchiere con fondo non scalinato aveva raggiunto una temperatura di 330?F corrisponden ti a 165?C mentre il nastro per il bicchiere con il fondo scalinato raggiunse.una temperatura di so . li 2&0?F, pari a 137,8?0. La velocit? di riscalda-.. mento dell'acqua nei due bicchieri sembr? essere approssimativamente la medesima.

Esempio 9

Un bicchiere di polipropilene da 250 mi con un fondo ad estremit? aperta fu munito di un fondo di acciaio smaltato in porcellana per preparare un re

Claims (6)

RIVENDICAZIONI

1. ... Un recipiente di riscaldamento di grande ef ficienza energetica, comprendente una parte di base adatta per il contatto con una superficie riscaldante per la trasmissione del calore dalla suddetta superficie riscaldante al suddetto recipiente, una parte di parete laterale, e mezzi per assicurare la suddetta base e.parti di parete laterale l'una rispetto all'altra, dove la suddetta.parte di base comprende ,.una superficie.interna.impermeabile al li quido di.materiali non metallici e uno.strato ester no ,di.materiale con conduttivit? termica elevata, in cui la .suddetta parte di parete .laterale ? di un materiale avente bassa conduttivit? . termica

2. Recipiente da riscaldamento ad elevata efficienza energetica, come definito nella rivendica z?one 1, in cui il suddetto materiale delle pareti laterali a bassa conduttivit? termica ? materiale, plastico.

3.. Recipiente, da riscaldamento ad alta efficienza energetica, come definito nella rivendicazione 2, in cui.il suddetto materiale plastico ? un materiale scelto nel gruppo costituito dalle po liolefine, dal poliiluorocarbonio, dai policarbona ti, dai polisulfoni, dal solfuro di polifenilene, dal polipropilene, dal pol?metilpentene e dal poli fluoroetilenpropilene .

4. Recipiente da riscaldamento ad alta efficien za energetica come definito nella rivendicazione 1 in cui la suddetta superficie interna della parte di base ? costituita da un materiale sintetico e il suddetto strato esterno della parte di base ? costituito da un materiale a base di grafite.

5. Recipiente per riscaldamento ad alta efficienza energetica comprendente una parte di base e una parte di pareti laterali.incollata,alla suddet -ta parte di base, dove la suddetta parte di base comprende una superficie interna impermeabile ai ; liquidi che forma con la suddetta.parte di parete laterale una superficie interna continua del suddetto .recipiente, e.uno strato esterno di materiale ad elevata conduttivit? termica, il quale stra-.... to.e sterno configurato e adattato per il contatto con una..piastra di riscaldamento per la trasmissione del calore..dalla suddetta sorgente,attraverso la suddetta parte di base e inoltre al contenuto del -suddetto recipiente, mentre,.la .suddetta parte della parete laterale ? costituita da un materiale, di bassa conduttivit? termica

6. - Recipiente per riscaldamento come definito nella rivendicazione 5, in cui il suddetto strato esterno della suddetta parte di base ? con-, figurato in modo tale che la relativa superficie centrale ? adatta per venire a contatto con una pia stra di riscaldamento e la relativa superficie periferica ? allontanata dalla suddetta area centrale, cosicch? la suddetta area periferica e la giun zione relativa con la suddetta parete laterale sono distanziate evitando il diretto contatto con la suddetta piastra di riscaldamento.