PL179696B1 - Naczynie ogrzewane elektrycznie - Google Patents

Abstract

1. Naczynie ogrzewane elektrycznie, zawierające pojemnik, znamienne tym, że przestrzeń (1c) zawartamiędzy szklanym zbiornikiem wewnętrznym (la) i szklanym zbiornikiem zewnętrznym (1b) pojemnika (1) jest zamknięta i zawiera prawie całkowitą próżnię, przy czym w dolnej części pojemnika (1)jest osadzony co najmniejjeden element grzejny (2) małej mocy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest naczynie ogrzewane elektrycznie, przeznaczone zwłaszcza dla utrzymywania gorącej wody, w pożądanej wysokiej temperaturze przy niewielkim poborze energii elektrycznej.

Znane są elektryczne naczynia służące wyłącznie do zachowania ciepła, bądź też do zagotowywania wody i zachowywania ciepła. Na przykład w japońskiej patentowej publikacji wyłożeniowej nr 109517/1987 opisano ogrzewane elektrycznie naczynie zawierające pojemnik składający się ze zbiornika wewnętrznego i zbiornika zewnętrznego z przestrzenią próżniową między nimi, w którym zainstalowana jest część stanowiąca pokrywę z mieszkową pompką powietrzną na wierzchu podwójnego pojemnika próżniowego, a w jego części dennej zainstalowany jest grzejnik.

Próżniowy pojemnik o podwójnych ściankach, który wykonany jest z metalu, na przykład ze stali nierdzewnej, umożliwia z jednej strony umożliwia nagrzewanie wody w krótkim czasie dzięki dużej przewodności cieplnej właściwej metalom, lecz z drugiej strony powoduje, że gorąca woda również może szybko schładzać się w wyniku dużej przewodności termicznej. W celu usunięcia tej wady, w znanych elektrycznie ogrzewanych naczyniach izolacyjnych stosuje się grzejniki o mocy około 1000 W, dla utrzymywania pożądanej temperatury gorącej wody w pojemniku. Grzejnik o tak dużej mocy wytwarza dużo ciepła i z łatwością zagotowuje niewielką ilość gorącej wody znajdującą się w pojemniku, powodując także nagrzewanie naczynia pustego.

Kiedy pożądane jest zasilanie bateryjne, grzejnik o dużej mocy zużywa dużą moc i stanowi zbyt duże obciążenie baterii. W wyniku tego stosowanie baterii jako źródła zasilania ogrzewanego elektrycznie naczynia było prawie niemożliwe. Dlatego użytkowanie ogrzewanego elektrycznie naczynia wyposażonego w grzejnik o dużej mocy jest ograniczony do domu, gdzie energia elektryczna może być dostarczana do naczynia z zewnątrz.

Istotą naczynia ogrzewanego elektrycznie, zawierającego pojemnik, jest to, że przestrzeń zawarta między szklanym zbiornikiem wewnętrznym i szklanym zbiornikiem zewnętrznym pojemnikajest zamknięta i zawiera prawie całkowitąpróżnię, przy czym w dolnej części pojemnika jest osadzony co najmniej jeden element grzejny małej mocy.

Korzystnie element grzejny ma moc od 1 do 20 W.

179 696

Korzystnie element grzejny stanowi element grzejny emitujący światło.

Korzystnie elementem grzejnym emitującym światło jest lampa.

Korzystnie element grzejny jest zasilany energią elektryczną z baterii.

Korzystnie bateria jest litową baterią akumulatorową.

Korzystnie do elementu grzejnego jest doprowadzony przewód zasilający.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest bardzo duża sprawność izolacyjna, charakterystyczna dla szklanych pojemników próżniowych o podwójnych ściankach. Naczynie według wynalazku wykazuje znacznie mniejszy spadek temperatury, nawet bezpośrednio po napełnieniu pojemnika gorącą wodą, i ten spadek jest łagodny w porównaniu ze spadkiem charakterystycznym dla metalowych pojemników próżniowych o podwójnych ściankach. Tak niewielki spadek temperatury umożliwi utrzymywanie gorącej wody w pożądanej temperaturze przy niewielkiej mocy grzejnika. Jako grzejnik małej mocy najbardziej przydatny jest element grzejny emitujący światło, na przykład lampa, która przy tym umożliwia obserwację wnętrza pojemnika z dodatkowym efektem w postaci wyraźnej sygnalizacji jej obecności świeceniem, nawet w pełnej ciemności. Niewielka potrzebna moc grzejnika umożliwia zasilanie energetyczne z baterii, zwłaszcza akumulatorowych, w wyniku czego w przypadku zainstalowania w nim baterii istnieje możliwość użytkowania naczynia poza domem.

Przedmiot wynalazku już dokładnie objaśniony na podstawie opisu przykładu wykonania i rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój naczynia ogrzewanego elektrycznie według wynalazku, fig. 2 i 3 przedstawiają przekroje odmian wykonania ogrzewanego elektrycznie naczynia według wynalazku, fig. 4 przedstawia wykres obniżania się temperatury w funkcji czasu dla gorącej wody przechowywanej w ogrzewanym elektrycznie naczyniu według wynalazku i znanym metalowym ogrzewanym elektrycznie naczyniu, a fig. 5 przedstawia wykres zmian temperatury w funkcji dla czasu gorącej wody przechowywanej w ogrzewanym elektrycznie naczyniu przy dostarczaniu do tego ogrzewanego elektrycznie naczynia stałej energii elektrycznej.

Na figurze 1 przedstawiono pojemnik 1 w postaci szklanego pojemnika próżniowego o podwójnych ściankach i element grzejny 2 małej mocy umieszczony w osłonie 3, przy czym otwór górny 3a osłony 3 zamknięty jest pokrywą4. Jako pokrywę 4 wykorzystuje się znanąpokrywę dla naczynia z pompką powietrzną, zaopatrzoną w przycisk 5 do uruchamiania pompki powietrznej 6, zatyczkę 8 z wlotem zasysającym 7 powietrza, z zaworem zwrotnym 7a, oraz rurkę odprowadzającą 9.

Pojemnik Ijest ukształtowany ze szkła borokrzemianowego, tak że szklany zbiornik wewnętrzny 1a i szklany zbiornik zewnętrzny 1b połączone są odpowiednimi końcami przy wylotach, z utworzeniem pojemnika podwójnego, którego powierzchnia jest metalizowana. Przykładowymi materiałami odpowiednimi do metalizacji są złoto, srebro, glin i tytan. Przestrzeń 1 c między zbiornikiem wewnętrznym 1 a, a zbiornikiem zewnętrznym 1b jest zamknięta i zawiera próżnię o wartości około 10‘³ do 10-4 Hg.

W naczyniu, w dolnej części pojemnika 1, ukształtowany jest otwór denny 1e do połączenia zbiornika zewnętrznego 1b pojemnika 1 z jego otoczeniem. Krawędzie otworu zbiornika wewnętrznego 1a i zbiornika zewnętrznego 1b połączone są wokół otworu dennego 1e. W otwór denny le wstawiona jest osłona zabezpieczająca 15, osłaniająca element grzejny 2, przy czym pokrywa zabezpieczająca 15 jest hermetycznie uszczelniona w otworze dennym 1e względem zbiornika 1 za pomocą szczeliwa 17. Emisja światła przez element grzejny 2 wstawiony do wnętrza osłony zabezpieczającej 15 wykonanej z materiału przezroczystego, na przykład szkła, umożliwia obserwację zbiornika zewnętrznego 1bwpojemniku 1 przez pokrywę zabezpieczającą 15. Materiałem osłony zabezpieczającej może być nie tylko szkło, może nim być również materiał metaliczny, na przykład stal nierdzewna lub aluminium. Zakres możliwych do stosowania materiałów na szczeliwo 17 obejmuje, na przykład, kauczuk silikonowy, kauczuk fluorowy, kauczuk etylenowo - propylenowy. Zamiast szczeliwa 17 można stosować uszczelnienie przestrzeni 1c przez bezpośrednie sklejenie lub zespawanie metalu ze szkłem zbiornika wewnętrznego 1 a, zbiornika zewnętrznego 1b i osłony zabezpieczającej 15.

179 696

Element grzejny 2 zawiera grzejnik emitujący światło oraz urządzenie termometryczne, przy czym część osłony zabezpieczającej 15 wchodzi do przestrzeni wewnętrznej 1 d w pojemniku 1. Energia elektrycznajest dostarczana do elementu grzejnego 2 z zewnątrz za pośrednictwem regulacyjnego układu scalonego 11, przechodzącego poprzez uszczelkę 12 przewodu zasilającego 13 oraz wtyczki 14. Jako element grzejny 2 emitujący światło można stosować żarówkę, na przykład wykorzystywaną] ako małą lampkę kontrolną w aparaturze elektrycznej, lampę halogenową lub lampę z gazem szlachetnym, na przykład argonowy kryptonową lub ksenonową. Można także stosować inne żarówki, na przykład wolframowe oraz różne inne lampy, które wytwarzają światło elektryczne, na przykład lampy łukowe, jarzeniowe, wysokoprężne lampy rtęciowe lub świetlówki. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1jako element grzejny 2 emitujący światło stosuje się żarówkę wolframową, połączonąbezpośrednio z przewodem zasilającym 13.

Element grzejny 2 w rozwiązaniu według wynalazku powinien, pobierać małą moc, zwykle 1,0 do 20 W, korzystnie 1,2 do 10 W, a najkorzystniej 1,5 do 5 W. Urządzeniem termometrycznym w elemencie grzejnym 2 może być na przykład termistor, scalony czujnik termiczny lub termopara.

Zatyczka 8 zamykająca górny otwór pojemnika 1 zapewnia jego szczelność dzięki połączeniu z krawędzią wewnętrznego obwodu otworu pojemnika 1. W osłonie 3 umieszczony jest detektor 10 poziomu wody w pojemniku 1 przeznaczony do sprawdzania poziomu wody w pojemniku 1. Gorąca woda dochodzi do detektora 10 poziomu wody przez wlot 10a ukształtowany z pokrywą zabezpieczającą 15, tak aby umożliwiał sprawdzanie poziomu gorącej wody w pojemniku. Detektor 10 poziomu wody może być zbudowany z wykorzystaniem elektrod działających na zasadzie zmian pojemności elektrostatycznej lub rezystancji elektrycznej między umieszczonymi naprzeciwko siebie elektrodami, odpowiadających zmianie ilości cieczy, bądź też wykorzystując metodę ciśnieniową, określenie na podstawie zmian ciśnienia zmiany ilości cieczy.

W przedstawionym na fig. 1 naczyniu ogrzewanym elektrycznie, energia zasilająca do elementu grzejnego 2 jest dostarczana z zewnątrz za pośrednictwem przewodu elektrycznego 13. Zamiast przewodu elektrycznego 13, wewnątrz osłony 3, może znajdować się bateria, co rozwiązuje problem trudności zasilania elektrycznego z zewnątrz, na przykład przy użytkowaniu urządzenia na zewnątrz pomieszczenia. Ogrzewane elektrycznie naczynie zawierające baterię nie ma ograniczeń co do miejsca jego użytkowania, i może być ustawiane w miejscu najdogodniejszym. Korzystny rodzaj zasilania bateryjnego zapewnia akumulator. Można stosować na przykład akumulatory niklowo - kadmowe, niklowo - wodorowe lub litowe. Akumulatory litowe mają duże pojemności przy niewielkich wymiarach, i szczególnie nadają się do przenośnego ogrzewanego elektrycznie naczynia. Akumulator litowy korzystnie, zawiera litowy związek aktywny oraz węgiel jako elektrodę dodatnią, oraz stop litu jako materiał aktywny elektrody ujemnej. Wartości temperatury zmierzone przez urządzenie termometryczne oraz dane o poziomie wody stwierdzonym przez detektor 10 poziomu wody, wprowadzane są do regulacyjnego układu scalonego 11. Regulacyjny układ scalony 11 na podstawie danych wejściowych steruje mocą elementu grzejnego 2 oraz wyprowadza informacje odnoszące się do włączenia i wyłączenia zasilania, temperatury i poziomu wody na ciekłokrystaliczny wyświetlacz 16. Regulacyjny układ scalony 11 może zapobiegać również podgrzewaniu pustego naczynia i sterować dopływem energii elektrycznej, w celu zapobieżenia przeciążeniu.

W różnych odmianach wykonania, przedstawionych na figurach 2 i 3, na oznaczenie podobnych części stosuje się te same oznaczenia cyfrowe, co na fig. 1.

Na fig. 2, pojemnik 1 w postaci szklanego naczynia próżniowego z podwójnymi ściankami oraz ceramiczny element grzejny 2 zamknięte sąw osłonie 3, a otwór 3a osłony 3 zamknięty jest pokrywą4. Element grzejny 2 zawiera grzejnik właściwy 2a oraz urządzenie termometryczne 2b. Element grzejny 2 i detektor 10 poziomu wody zainstalowane są przy zasysającym końcu 9a rurki przelotowej 9, wstawionej w zbiornik 1. Takie ogrzewane elektrycznie naczynia z grzejnikami typu zanurzonego może być łatwo wytwarzane z wykorzystaniem jednoujściowej butli szklanej.

Na fig. 3, element grzejny 2 i detektor 10 poziomu wody znajdujący się na końcu przewodów przedstawionych linią przerywaną, wprowadzane są do pojemnika od góry, przy czym element grzejny 2 znajduje się przy zasysającym końcu rurki odprowadzającej 9. Ta część grzejna zaopatrzonajest w grzejnik w postaci lampki. Otwór 3a obudowy 3 zamknięty jest pokrywą4.

179 696

Na figurze 4 krzywa A przedstawia zmiany w czasie temperatury gorącej wody w naczyniu, po nalaniu 2 l gorącej wody do ogrzewanego elektrycznie naczynia o pojemności 2,2 l z fig. 1. Naczynie pozostawiono w temperaturze pokojowej (25°C), bez uruchamiania grzejnika. Krzywa B przedstawia zmiany w czasie temperatury gorącej wody w naczyniu, po nalaniu 1,5 l gorącej wody (92°C) do ogrzewanego elektrycznie naczynia o pojemności 1,91 z fig. 1. Naczynie to także pozostawiono w temperaturze pokojowej (25°C), bez uruchamiania grzejnika. Krzywa C przedstawia zmiany w czasie temperatury gorącej wody w naczyniu, jak w przypadku krzywej A z tym wyjątkiem, że zastosowano ogrzewane elektrycznie naczynie typu warnikowego ze stali nierdzewnej.

Jak widać z fig. 4, naczynie ogrzewane elektrycznie typu warnikowego ze stali nierdzewnej (krzywa C) wykazywało znaczy spadek temperatury gorącej wody w porównaniu z ogrzewanymi elektrycznie naczyniami według wynalazku (krzywa A i krzywa B) w ciągu 2,5 godziny po rozpoczęciu badania. Mimo, iż spadek temperatury przedstawiony krzywą C staje się następnie nieco łagodniejszy, to temperatura zawsze spada z większą szybkością, niż w przypadku naczyń według wynalazku. Natomiast spadek temperatury gorącej wody przechowywanej w naczyniach według wynalazku był łagodny.

Moc elektryczna W dla grzejnika według wynalazku niezbędną do utrzymania temperatury początkowej (92°C) gorącej wody przy włączonym grzejniku elementu grzejnego 2 można wyznaczyć z następującego wzoru (1):

_w(w)=^_xKcn.^JxAT(“C)) t(min) (1) gdzie t oznacza upływ czasu (w minutach), μ oznacza objętość (cm³) nalanej gorącej wody, a ΔΤ jest spadkiem temperatury (°C) względem temperatury początkowej.

Według wynalazku korzystne jest, jeżeli moc elektryczna (W) niezbędna dla określonego grzejnika i zadanej objętości μ/οητ⁴') spełniają poniższe równanie (2) i korzystne jest, jeżeli objętość wynosi od 300 cm3 do 3.500 cm’.

1,98 x 10’3 μ <W<6,67 x 10*³ (2)

W naczyniu ogrzewanym elektrycznie (μ = 2.000 cm3) według wynalazku niezbędna moc elementu grzejnego 2 wynosiła 2,6 W dla krzywej A, która wykazuje po 18 godzinach (t = 1.080 min) od rozpoczęcia badania, spadek temperatury ΔΤ wynoszący 20°C w stosunku do temperatury na początku badania. W ogrzewanym elektrycznie naczyniu (μ= 1.500 cm3) niezbędna moc elementu grzejnego 2 wynosiła 3,1 W dla krzywej B, która wykazuje po 18 godzinach (t = 1.080 min) od rozpoczęcia badania, spadek temperatury ΔΤ wynoszący 31,5°C w stosunku do temperatury na początku badania. Natomiast w przypadku ogrzewanego elektrycznie naczynia warnikowego ze stali nierdzewnej (μ= 2.000 cm3) wymagała znacznie większej mocy, wynoszącej 31 W, do skompensowania znacznego spadku temperatury ΔΤ = 9°C we wstępnym etapie (t = 40 min) badania, zgodnie z krzywą C.

Z fig. 4 widać, że znane ogrzewane elektrycznie naczynie warnikowe ze stali nierdzewnej wymagało do utrzymania stałej wysokiej temperatury większej mocy, ponieważ gorąca woda bardzo szybko stygła we wstępnym etapie przechowywania, podczas gdy ogrzewane elektrycznie naczynie według wynalazku do utrzymania stałej temperatury wymagało mocy wynoszącej zaledwie około 3 W.

Figura 5 przedstawia zmiany w czasie temperatury gorącej wody w naczyniu, przy dostarczaniu do ogrzewanego elektrycznie naczynia według wynalazku stałej mocy. W ogrzewanym elektrycznie naczyniu o pojemności 2,2 l z fig. 1, przechowywano 2 l gorącej wody i ciepło było utrzymywane z zastosowaniem lampki o mocy 3,5 W. W rezultacie, temperatura nieco wzrosła bezpośrednio po rozpoczęciu badania, a następnie utrzymywała stałą temperaturę (92°C), jak to przedstawiono na fig. 5. Jakkolwiek wynalazek opisano szczegółowo w odniesieniu do izolowania cieplnego gorącej wody, to może mieć on zastosowanie do utrzymywania na przykład stałej temperatury posiłku.

179 696

Ifl

Β

O

IŁ

179 696

179 696

FIG. 3

179 696

FSO. 2

179 696

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Naczynie ogrzewane elektrycznie, zawierające pojemnik, znamienne tym, że przestrzeń (1c) zawarta między szklanym zbiornikiem wewnętrznym (1a) i szklanym zbiornikiem zewnętrznym (1b) pojemnika (1) jest zamknięta i zawiera prawie całkowitą próżnię, przy czym w dolnej części pojemnika (1) jest osadzony co najmniej jeden element grzejny (2) małej mocy.
2. 2. Naczynie według zastrz. 1, znamienne tym, że element grzejny (2) ma moc od 1 do 20 W.
3. 3. Naczynie według zastrz. 1, znamienne tym, że element grzejny (2) stanowi element grzejny emitujący światło.
4. 4. Naczynie według zastrz. 3, znamienne tym, że elementem grzejnym emitującym światło jest lampa.
5. 5. Naczynie według zastrz. 1, znamienne tym, że element grzejny (2) jest zasilany energią elektryczną z baterii.
6. 6. Naczynie według zastrz. 5, znamienne tym, że bateriajest litowąbaterią akumulatorowa.
7. 7. Naczynie według zastrz. 1, znamienne tym, że do elementu grzejnego (2) jest doprowadzony przewód zasilający (13).