ЧАЙНИК, НАГРЕВАЕМЫЙ ГАЗОВЫМ ПЛАМЕНЕМ Российский патент 1999 года по МПК F24H1/06 A47J31/00 A47J36/26 F24C3/14 F24C5/20 

Изобретение относится к чайнику, нагреваемому газовым пламенем. В частности, данное изобретение предлагает портативный, экономичный, безопасный, автономный чайник и газовую горелку, работающую в любом месте, где имеется воздушная среда.

Обеспечение горячими напитками часто является весьма важным для людей, находящихся вдалеке от дома или рабочего места, на прогулке или пикнике или находящихся на открытом воздухе, где нет источника электроэнергии, вследствие профессиональной необходимости. Солдаты на отдыхе в полевых условиях также нуждаются в горячих напитках.

В течение продолжительного времени удобным способом хранения небольшого количества горячей воды или напитков было использование термоса с изолированной колбой. Правильно сконструированный резервуар термоса сохраняет содержимое относительно горячим в течение суток, но не обеспечивает сохранения тепла в течение более продолжительных периодов времени.

Путешествующие в автомобиле могут использовать нагреватель воды с питанием от батареи машины через разъем прикуривателя. Нагрев воды осуществляется довольно медленно, поскольку батареи машины не предназначены для такого рода работы.

Небольшие количества воды могут быть достаточно нагреты с помощью таблеток химического топлива при условии, что резервуар для воды оснащен соответствующими вспомогательными средствами.

Для желающих собирать природное топливо, такое как хворост, и разводить из него огонь существуют складные печи, которые в разложенном виде ограждают огонь и поддерживают, но не ограждают посуду для приготовления пищи, которая не входит в комплект печи. Такая печь в нерабочем состоянии хранится в компактной поясной сумке.

При необходимости получения горячей жидкости в больших количествах в течение сравнительно короткого времени портативная газовая плита без сомнения является наиболее удобным решением. Такое устройство содержит резервуар с бытовым газом, который является перезаряжаемым, емкость которого обычно составляет 0.5-5 кг и который служит в качестве основания для газовой горелки, регулировочного крана и подставки для чайника, присоединенных к резервуару сверху.

Аналогичные газовые плиты меньшего размера предназначены для использования с одноразовыми газовыми резервуарами, которые обычно вмещают 150-500 г сжатого бытового газа. Использование одноразовых резервуаров обеспечивает минимальные размеры. Управление подачей газа отсутствует, пользователь просто протыкает верхний колпачок резервуара и поджигает выходящий поток газа.

Как хорошо известно туристам, различные пламенные печи, описанные выше, требуют защиты от сильного ветра по двум причинам. Во-первых, зона пламени требует защиты для предотвращения его угасания. Во-вторых, резервуар для жидкости также требует защиты, так как большие потери тепла в результате усиленной конвекции у внешних стенок резервуара для жидкости увеличивают время нагрева жидкости до температуры кипения. Обеспечение такой защиты обычно является проблемой пользователя.

Портативные устройства для нагрева жидкости, которые сочетают защищенную горелку и защищенный резервуар для жидкости, не известны. Более того, работающие на топливе устройства, описанные выше, не оснащены собственными средствами зажигания.

Поэтому одной из целей предлагаемого изобретения является устранение недостатков известных портативных нагревателей жидкости и создание работающего на газе нагревателя жидкости для воды, кофе, чая, супов и т.п., который является быстродействующим, экономичным, автономным и способным работать в любом месте, где есть атмосфера.

Указанные цели предлагаемого изобретения достигнуты путем создания автономного чайника, нагреваемого газовым пламенем и содержащего корпус, размещенную в нем газовую горелку и резервуар для нагреваемой жидкости, расположенный в корпусе над горелкой. Из зоны над горелкой через резервуар и его поверхность наружу проходят вытяжные каналы. Отвод избыточного тепла и продуктов сгорания через каналы в резервуаре происходит с обеспечением теплообмена с жидкостью для ее дополнительного нагрева с одновременными защитой и изоляцией корпуса.

Хотя в большинстве случаев в резервуаре содержится вода, очевидно, что в предлагаемом чайнике можно нагревать и другие жидкости, такие как супы, чай, кофе и т.п.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения предложен автономный чайник, нагреваемый газовым пламенем, как описано выше, дополнительно содержащий полость в корпусе для размещения резервуара со сжатым газом и линию подачи газа, ведущую от резервуара со сжатым газом к газовой горелке.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения предложен автоматически отключаемый, автономный чайник, нагреваемый газовым пламенем, содержащий корпус, размещенную в нем газовую горелку и резервуар для нагреваемой жидкости, расположенный в корпусе над горелкой. Из зоны над горелкой через резервуар и его поверхность наружу проходят вытяжные каналы. Кроме того, имеется полость в корпусе для размещения резервуара со сжатым газом, линия подачи газа, ведущая из резервуара со сжатым газом к газовой горелке, и автоматический запорный клапан для перекрытия линии подачи газа. Этот клапан функционально связан с датчиками, перекрывающими его при отсутствии пламени в горелке, или при отсутствии жидкости в резервуаре, или при превышении заданной температуры жидкости.

Горелка, примененная в данном изобретении, предпочтительно относится к типу горелок, создающих концентрированное вращающееся пламя, как описано в патенте Израиля 66538 и соответствующем патенте США 4583941, основные положения которого включены в настоящий документ посредством ссылки.

Посуда для тепловой обработки пищи, имеющая внешнюю оболочку, окружающую внутреннюю камеру для тепловой обработки пищи, через которую проходит пар или тепло, известна более 100 лет, как можно видеть, например, из патентов США 472622, 1169006, 1746251, 1212661, 2483069, 4467783 и 5125393. Однако ни один из указанных патентов не предлагает описанный здесь автономный чайник, нагреваемый газовым пламенем, имеющий вытяжные каналы, проходящие из зоны над горелкой, образованной как составная часть указанного сосуда, через отверстия, выполненные в самом резервуаре, так что эти каналы окружены нагреваемой жидкостью, которая полностью поглощает тепловое излучение из них, предотвращая его расходование на нагрев наружной поверхности корпуса, которое имеет место во всех указанных выше патентах.

Ниже дано описание предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Следует отметить, что частные варианты выполнения, представленные на чертежах, показаны только в качестве примера для обеспечения наглядности при обсуждении предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения и даны в таком виде, который представляется наиболее подходящим для ясного понимания принципиальных особенностей данного изобретения. Поэтому конструкция предлагаемого устройства не представлена более подробно, чем это необходимо для понимания основных принципов изобретения; тем не менее, описание вкупе с чертежами позволяет специалисту в данной области уяснить, как различные варианты данного изобретения могут быть выполнены на практике.

На чертежах фиг. 1a изображает перспективный вид предлагаемого чайника в предпочтительном варианте выполнения, фиг. 1b изображает схематичный вид чайника в варианте выполнения, представленном на фиг. 1, фиг. 2 изображает схематичный вид чайника, снабженного собственным запасом газа, фиг. 3 изображает схематичный вид чайника, снабженного автоматическими запорными устройствами, фиг. 4a изображает схематичный вид чайника, снабженного собственными средствами зажигания, фиг. 4b изображает в разрезе вид сбоку запорного клапана, пригодного для использования в чайнике, фиг. 5 изображает схематичный вид чайника в еще одном варианте выполнения, оснащенного средствами повторного зажигания погасшего газового пламени.

На фиг. 1a и 1b показан автономный чайник 10, нагреваемый газовым пламенем, имеющий крышку 25 и ручку 27. Корпус 12 служит для размещения и ограждения от ветра газовой горелки 14 и резервуара 16 для нагреваемой жидкости 18. Корпус 12 может быть изготовлен из любого подходящего материала, имеющего хорошую теплостойкость, например из термопластического полимера, такого как армированный стеклом ацеталь, найлон или поликарбонат. При несколько больших затратах возможно использовать термореактивные полимеры и в результате получить корпус, стойкий к более высоким температурам.

Например, для производства корпуса, окрашенного в черный или коричневый цвет и устойчиво выдерживающего температуру 260^oC, может быть использован фенол, армированный стеклом.

Газовая горелка 14 расположена в нижней части корпуса 12 и снабжена отверстием 19 для подвода газа, выполненным с возможностью подсоединения к внешнему источнику бытового газа (не показан).

В нижней части корпуса 12 выполнены отверстия 20 для впуска воздуха. Одно из этих отверстий, 20a, выполнено достаточно большим, чтобы обеспечить доступ для ручного зажигания.

Резервуар 16 для нагреваемой жидкости 18 может быть изготовлен из любого материала, применяемого для изготовления пищевой посуды, такого как сталь или алюминий. Резервуар 16 расположен в корпусе 12 над горелкой 14. Резервуар 16, вмещающий один литр жидкости, может быть доведен до температуры кипения за 3 минуты.

Вытяжные каналы 22 проходят от зоны 24 над горелкой 14 через резервуар 16 за пределы поверхности 26 корпуса 12. Отвод избыточного тепла и продуктов сгорания по каналам 22 происходит с обеспечением теплообмена с жидкостью 18 для ее дополнительного нагрева. Дополнительным преимуществом каналов 22 является обеспечение одновременной защиты и изоляции корпуса 12, в результате чего становится возможным использование термопластического полимера, как указано выше.

Чайник 10 в представленном варианте выполнения является легким и дешевым и может быть соединен с газовым резервуаром любого типа.

На фиг. 2 показан чайник 28, отличающийся от чайника 10 тем, что он снабжен собственным запасом газового топлива. В корпусе 32 предусмотрена полость 30 для размещения резервуара 34 со сжатым газом. Линия 36 подачи газа ведет от резервуара 34 к газовой горелке 14. Линию 36 полезно дополнительно снабдить газовым регулировочным клапаном 38, управляемым снаружи корпуса 32 с помощью ручки 39. В корпусе 32 выполнено отверстие 40, обеспечивающее доступ для ручного зажигания газа. Таким образом, чайник 28 является автономным агрегатом, снабженным резервуаром 16 для жидкости, газовой горелкой 14, резервуаром 34 для газа и защитным корпусом 32. Зажигание и гашение горелки производят вручную. Такой чайник недорог в производстве. Корпус выполнен из формованного пластика и имеет отверстие 1, образующее выполненную за одно целое с ним ручку 27.

Фиг. 3 изображает автономный чайник 42, нагреваемый газовым пламенем, с автоматическим выключением. В корпусе 44 вблизи основания размещена газовая горелка 46. Предпочтительно использование горелки, дающей концентрированное вращающееся пламя, как описано в патенте Израиля N 66538 и соответствующем патенте США N 4583941. КПД такой горелки на 20-30% выше, чем КПД аналогичных обычных горелок, благодаря уменьшению подачи избыточного воздуха и потерь на излучение, как подробно описано в этих патентах. Резервуар 16 и относящиеся к нему вытяжные каналы 22 соответствуют описанным выше со ссылками на фиг. 1a и 1b. Корпус 44 снабжен крышкой 48, имеющей носик 50, сообщающийся с резервуаром 16 для выливания жидкости 18 из него.

В корпусе 44 выполнена полость 30 для размещения резервуара 34 со сжатым газом. В предпочтительном варианте выполнения резервуар 34 является одноразовым, что ведет к снижению веса чайника 42. Линия 36 подвода газа проходит от резервуара 34 к горелке 46. Для перекрытия линии 36 подачи газа служит автоматический запорный клапан 54. Клапан 54 функционально связан с датчиками 56, 58, 60, вызывающими его закрытие при отсутствии пламени горелки 46, при отсутствии жидкости 18 в резервуаре 16 или при превышении заданной температуры жидкости 18. Для этого подходит паровой датчик 60, воспринимающий выделение пара из нагреваемой жидкости и закрывающий клапан 54. Работа этих датчиков более подробно описана ниже со ссылкой на фиг. 4a.

Фиг. 4a изображает чайник 62, который отличается от чайника 42 тем, что он снабжен устройством зажигания и дополнительными органами управления.

В корпусе 66 расположено механическое искровое устройство зажигания, содержащее электроды 64 и электрический генератор 65, предназначенное для создания искр над зоной газовой горелки 46. Как правило, управление устройством 64, 65 осуществляют посредством рукоятки 68 выключателя, кроме этого открывающего запорный клапан 70 в результате механического воздействия, вызванного приложенным пользователем усилием по перемещению рукоятки вниз, приводящему в действие механизм 71.

Фиг. 4b в подробностях изображает газовый запорный клапан 70. Чтобы устранить необходимость в уплотнительных кольцах вокруг штока 72 клапана, которые предотвращали бы утечку сжатого газа, клапан 70 снабжен мембраной 74, через которую передается механическое воздействие от рукоятки 68 выключателя на золотник 76 клапана, в результате чего обеспечивается герметизация клапана, так что отверстие 78 для впуска газа может быть соединено с источником газа, находящегося под высоким давлением, без какой-либо утечки.

Запорный клапан 70 дополнительно снабжен соленоидом 80, электрические параметры которого позволяют ему удерживать клапан в открытом положении благодаря электрическому току, вырабатываемому термопарой 84, выполненной с выступанием в зону нагрева горелки 46. Клапан 82 для выпуска газа соединен с линией 36 подвода газа.

Электрическая энергия, получаемая от термопары 84, достаточно велика для того, чтобы соленоид 80 удерживал клапан в открытом положении после отпускания пользователем рукоятки 68.

Электрические характеристики могут быть следующими:
Электрическое напряжение, создаваемое термопарой - 3 - 40 мВ
Сопротивление катушки соленоида - 13 - 18 мОм
Ток в соленоиде - 150 - 250 мА
Следует отметить, что термопара 84 не требуется для получения энергии, необходимой для перемещения корпуса золотника клапана из открытого положения; такое перемещение осуществляется пользователем, воздействующим на рукоятку 68.

Датчики 56, 58 и 60 последовательно установлены в электрической цепи вместе с термопарой 84 и соленоидом 80. При активации любого датчика энергия отключается от соленоида 80 и клапан 70 закрывается, чтобы предотвратить дальнейший расход газа. Закрывающая сила может быть получена от деформированной мембраны 74, когда она принимает свою первоначальную дискообразную форму.

Датчик 56 реагирует на отсутствие пламени горелки 46 и отключает электрический ток, подаваемый термопарой 84, которая была предварительно нагрета, и продолжает подачу энергии на соленоид 80 до тех пор, пока остается горячей.

Аналогично датчик 58 реагирует на отсутствие жидкости 18 в резервуаре 16, когда горелка 46 работает, путем восприятия ненормально высокой температуры у стенок резервуара 16 для жидкости. При срабатывании этот датчик тоже отключает электрический ток, подаваемый термопарой 84.

Для закрытия клапана 70 при отсутствии подачи энергии на соленоид 80 и перекрытия тем самым подачи газа в горелку 46 в предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрена пружина 86. Воздействие на рукоятку 68 вызывает перемещение золотника 76 против действия небольшой силы, создаваемой пружиной 86, и открытие клапана 70.

Благодаря наличию описанных выше датчиков достигается высокая степень безопасности.

На фиг. 5 показан чайник 88, отличающийся от чайника 62, описанного выше со ссылкой на фиг. 4a и 4b тем, что он оснащен средствами повторного зажигания.

В корпусе 66 установлена батарея 90, присоединенная для питания устройства искрового зажигания, содержащего усилитель 92 напряжения и электроды 64. Устройство зажигания срабатывает, когда выключатель 94, нормальным положением которого является положение "выключено", находится в положении "включено".

Ионный датчик 96 выполнен с выступанием в газовое пламя 98. После угасания пламени 98 датчик 96 реагирует на резкое уменьшение наличия ионов вблизи головки датчика и переводит выключатель 94 в положение "включено", в результате чего устройство 92, 64 пытается повторно зажечь погасшее газовое пламя. Как это случается с другими устройствами для приготовления пищи, работающими на газе, пламя 98 может быть погашено вследствие переливания жидкости через край на горелку 46, или из-за необычно сильного ветра. Автоматическое повторное зажигание предотвращает нежелательную потерю газа и обеспечивает дополнительную степень защиты и удобство для потребителя.

Следует отметить, что в этом случае термопара не требуется, так как батарея 90 обеспечивает также и энергию, необходимую для удержания клапана 70 открытым во время работы чайника.

Очевидно, что данное изобретение не ограничивается представленными выше вариантами выполнения и может быть реализовано в других формах в пределах объема его существенных признаков. Поэтому предлагаемые варианты выполнения следует считать иллюстрацией, а не ограничением, а объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения, а не представленным выше описанием.

Автономный чайник, нагреваемый газовым пламенем, содержит газовую горелку, размещенную в корпусе, резервуар для нагреваемой жидкости, расположенный над горелкой, и вытяжные каналы, проходящие от зоны над горелкой через резервуар за поверхность корпуса, и автоматический запорный клапан для перекрытия линии подачи газа, функционально связанный с датчиками, закрывающими указанный клапан при отсутствии пламени горелки или при отсутствии жидкости в резервуаре для жидкости или при превышении заданной температуры жидкости. Согласно второму варианту он также может содержать электрическую батарею, ионный датчик, выступающий в зону газового пламени, приспособление для искрового зажигания, соединенное с электрической батареей и ионным датчиком для повторного зажигания погасшего газового пламени, и автоматический запорный клапан для перекрытия линии подачи газа, функционально связанный с датчиками. Изобретение позволяет обеспечить безопасность эксплуатации. 2 с. и 11 з.п. ф-лы. 7 ил.

1. Автономный чайник с автоматическим отключением, нагреваемый газовым пламенем, содержащий корпус, размещенную в нем газовую горелку, резервуар для нагреваемой жидкости, расположенный в корпусе над горелкой, полость в корпусе для размещения резервуара со сжатым газом, линию подвода газа, ведущую от резервуара со сжатым газом к газовой горелке, вытяжные каналы, ведущие из зоны над горелкой через резервуар и наружу за поверхность корпуса, так что избыточное тепло и продукты сгорания отводятся через каналы в резервуаре с обеспечением контактного теплообмена с жидкостью в резервуаре для ее дополнительного нагрева с одновременными защитой и изоляцией корпуса, и автоматический запорный клапан для перекрытия линии подачи газа, функционально связанный с датчиками, закрывающими указанный клапан при отсутствии пламени горелки или при отсутствии жидкости в резервуаре для жидкости или при превышении заданной температуры жидкости. 2. Автономный чайник по п.1, в котором корпус снабжен крышкой, имеющей носик, сообщающийся с резервуаром для жидкости для выливания жидкости из него, и паровой датчик, воспринимающий выделение пара из нагреваемой жидкости и предназначенный для закрытия указанного клапана. 3. Автономный чайник по п.1, в котором горелка относится к типу горелок, создающих концентрированное вращающееся пламя. 4. Автономный чайник по п.1, в котором резервуар для сжатого газа выполнен одноразовым. 5. Автономный чайник по п.1, дополнительно содержащий приспособление для искрового зажигания. 6. Автономный чайник по п.5, дополнительно содержащий рукоятку выключателя, управляющего приспособлением для искрового зажигания и открывающего запорный клапан путем механического воздействия. 7. Автономный чайник по п.6, в котором запорный клапан снабжен мембраной, через которую передается указанное механическое воздействие, так что впускное отверстие указанного клапана может быть присоединено к источнику газа под высоким давлением с предотвращением его утечки. 8. Автономный чайник по п.7, в котором запорный клапан снабжен соленоидом и который снабжен термопарой, выполненной с выступанием в зону нагрева газовой горелки, при этом электрическая энергия, получаемая от термопары и заряжающая соленоид, достаточно велика для удержания указанного клапана в открытом положении после отпускания рукоятки выключателя. 9. Автономный чайник по п.8, содержащий контур для отключения энергии, подаваемой на соленоид по сигналу любого из датчиков, и пружину, предназначенную для закрытия клапана после отключения энергии. 10. Автономный чайник с автоматическим отключением, нагреваемый газовым пламенем и снабженный средствами повторного зажигания, содержащий корпус, размещенную в нем газовую горелку, резервуар для нагреваемой жидкости, расположенный в корпусе над горелкой, полость в корпусе для размещения резервуара со сжатым газом, линию подвода газа, ведущую от резервуара со сжатым газом к газовой горелке, вытяжные каналы, ведущие из зоны над горелкой через резервуар и наружу за поверхность корпуса, так что избыточное тепло и продукты сгорания отводятся через каналы в резервуаре с обеспечением контактного теплообмена с жидкостью в резервуаре для ее дополнительного нагрева с одновременными защитой и изоляцией корпуса, электрическую батарею, ионный датчик, выступающий в зону газового пламени, приспособление для искрового зажигания, соединенное с электрической батареей и ионным датчиком для повторного зажигания погасшего газового пламени, и автоматический запорный клапан для перекрытия линии подачи газа, функционально связанный с датчиками, закрывающими указанный клапан при отсутствии пламени горелки или при отсутствии жидкости в резервуаре для жидкости или при превышении заданной температуры жидкости. 11. Автономный чайник по п.1, в котором корпус выполнен из полимерного материала. 12. Автономный чайник по п.11, в котором корпус выполнен из термореактивного полимерного материала. 13. Автономный чайник по п.1, в котором корпус выполнен с отверстием, образующим ручку для захвата чайника.