ЭЛЕКТРОКИПЯТИЛЬНИК Российский патент 1995 года по МПК H05B3/78 

Изобретение относится к погружным бытовым электронагревательным приборам, используемым для нагрева и кипячения воды.

Известно множество электрокипятильников, содержащих нагревательный элемент, токоподвод, соединяющий их переходный элемент и средства фиксации на стенках сосуда (Квятковский С.Ф. и др. Бытовые нагревательные электроприборы (М.: Энергоатомиздат, 1987, с.72-74; патенты Великобритании N 1573980 и N 1598675, кл. Н 05 В 3/80).

Недостатком упомянутых электрокипятильников является снижение теплопередачи при закипании воды, что приводит к перегреве нагревательного элемента, вследствие чего может произойти перегорание резистора, используемого в качестве источника тепла.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является электрокипятильник (см. патент СССР N 4834590), имеющий нагревательный элемент с односторонним расположением выводов, токоподвод, соединяющий их переходный элемент. Переходный элемент совмещен с осью, которая вставлена в рамку с возможностью поворота нагревательного элемента на определенный угол.

Эта конструкция также неспособна при закипании воды защитить нагревательный элемент от перегрева, чем обусловлена низкая надежность работы прибора.

Цель изобретения состоит в повышении надежности работы электрокипятильника.

Цель достигается повышением интенсивности теплообмена между нагревательным элементом и водой при ее закипании путем колебания нагревательного элемента за счет движения восходящих потоков кипящей жидкости.

В известный электрокипятильник, содержащий нагревательный элемент, токоподвод, переходный элемент и рамку, вводятся фиксатор положения нагревательного элемента, центр тяжести опущенного в воду электрокипятильника с зафиксированным нагревательным элементом должен располагаться на вертикальной плоскости, проходящей через точки опоры на краю сосуда, форма нагревательного элемента выполнена такой, что восходящие потоки кипящей воды должны способствовать смещению нагревательного элемента, а вместе с ним и центра тяжести всего электрокипятильника в ту или другую сторону от указанной вертикальной плоскости.

Совокупность отличительных и ограничительных признаков предложенного технического решения позволяет использовать участвующие в процессе восходящие потоки кипящей жидкости, а также инерционность конструкции электрокипятильника для повышения интенсивности теплообмена между нагревательным элементом и водой, причем, чем выше интенсивность кипения, тем ощутимее будет повышение интенсивности теплообмена.

При передаче тепловой энергии от нагревательного элемента к окружающей его жидкости выделяют четыре характерные области (см. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. Учебник для вузов М.: Высшая школа, 1984, с. 86), из которых наиболее опасной с точки зрения перегрева нагревательного элемента является область нестабильного пленочного кипения, когда на поверхности нагревателя образуются паровые области, резко понижающие теплообмен. В предложенном техническом решении это понижение теплообмена компенсируется за счет колебаний нагревательного элемента в сосуде с жидкостью. В качестве энергии, поддерживающей колебания нагревательного элемента и всей конструкции электрокипятильника, используется энергия восходящего потока кипящей жидкости, которая тем больше, чем интенсивнее кипение. Поэтому, чем интенсивнее кипение, тем энергичнее поток восходящей жидкости и тем больше амплитуда колебаний электрокипятильника и нагревательного элемента, вследствие чего компенсируется снижение теплообмена, вызванное кипением.

Таким образом, ввиду повышения интенсивности теплообмена между нагревательным элементом и водой при закипании перегрев колеблющегося нагревательного элемента в предложенной конструкции ниже, чем перегрев неподвижного нагревательного элемента в известной конструкции электрокипятильника, принятого за прототип. За счет снижения перегрева нагревательного элемента достигается более высокая надежность работы нагревательного элемента и электрокипятильника в целом.

На фиг.1 и 2 показан электрокипятильник, общий вид; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 приведено рабочее положение прибора на краю сосуда с водой.

Электрокипятильник состоит из двух узлов: нагревателя и рамки. Нагреватель содержит плоский нагревательный элемент 1 с концом 2 заостренной, как это показано на фиг.1, или вогнутой формы и токоподвод 3. Место соединения нагревательного элемента 1 с токоподводом 3 загерметизировано при помощи переходного элемента 4, который служит осью, вставленной в пазы 5 рамки. Рамка образована стойкой 6 и двумя жестко соединенными с ней параллельными пружинящими пластинами 7. Угол поворота нагревательного элемента 1 отноcительно плаcтин 7 рамки определяетcя положением фикcирующих неcквозных отверcтий 8 в плаcтинах 7 и ответных им фиксирующих отверстий 9 в переходном элементе 4. Фиксация рабочего положения нагревательного элемента 1 относительно пластин рамки производится за счет пружинящих свойств пластин 7 рамки, отверстий 8 и 9, а также за счет помещенного в эти отверстия шарика 10. Соотношение положений фиксирующих отверстий 8 и 9 подбирается таким, что центр тяжести опущенного в воду и опирающегося на края сосуда 11 электрокипятильника совпадает с вертикальной плоскостью, проходящей через точки опоры прибора на краю сосуда 11.

Работает электрокипятильник следующим образом. Прибор располагается на краю сосуда 11 с водой, как показано на фиг.4, причем нагревательный элемент 1 фиксируется в таком положении, чтобы центр тяжести электрокипятильника совпадал с плоскостью, проходящей через две точки опоры на краю сосуда 11. После этого электрокипятильник подключается к промышленной сети переменного тока. При прохождении электрического тока через нагревательный элемент 1 выделяющаяся тепловая энергия передается окружающей жидкости, нагревая ее до температуры кипения. При нагреве воды в сосуде 11 ее закипание происходит на поверхности нагревательного элемента 1. Кипящие потоки воды устремляются вверх, омывая нагревательный элемент 1. Восходящие вертикально потоки воды, встречая на своем пути заостренный конец 2 нагревательного элемента 1, смещают нагревательный элемент 1, а вместе с ним и центр тяжести всей конструкции влево от вертикальной плоскости. Но, поскольку восходящие потоки кипящей жидкости неравномерны, а вес всей конструкции электрокипятильника стремится вернуть центр тяжести в прежнее положение, то центр тяжести возвращается в исходное положение на вертикальную плоскость. Ввиду инерциальности конструкции электрокипятильника центр тяжести проскакивает положение равновесия и оказывается уже справа от вертикальной плоскости. Восходящие потоки кипящей жидкости вновь стремятся вернуть центр тяжести в положение слева от вертикальной плоскости и т.д. Возникающие при этом маятниковые колебания конструкции электрокипятильника ускоряют омывание нагревательного элемента и способствуют повышению интенсивности теплообмена, препятствуя перегреву нагревательного элемента и ускоряя процесс нагрева воды до температуры кипения. Все это повышает надежность работы электрокипятильника, решая поставленную задачу и получая требуемый результат.

Сущность изобретения: электрокипятильник содержит плоский нагревательный элемент с односторонними токоподводами, узел токоподводов снабжен подвижной рамкой и фиксатором рабочего положения нагревательного элемента. Конструкция позволяет в процессе работы перемещаться нагревателю в нагреваемой среде, что увеличивает теплообмен. 4 ил.

ЭЛЕКТРОКИПЯТИЛЬНИК, содержащий плоский нагревательный элемент с односторонним расположением выводов, герметичный узел соединения его одним концом с токоподводом, отличающийся тем, что он снабжен подвижно соединенной с узлом рамкой и фиксатором рабочего положения нагревательного элемента.