ТЕРМОС Российский патент 2006 года по МПК A47J41/02 

Область техники, к которой относится изобретение.

Областями применения изобретения являются медицина, пищевая промышленность, производства по изготовлению посуды (сосудов), а именно термосов.

Уровень техники.

Заявителю известен аналог - термос, описанный в патенте РФ на изобретение №2022203, опубликованном 30.10.94г., содержащий корпус, состоящий из оболочки, внутри которой расположена теплоизолированная камера.

С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки аналога: термос содержит корпус, состоящий, по меньшей мере, из оболочки.

Недостаток аналога следующий.

Термос - аналог по всей поверхности своего корпуса обеспечивает одинаковый во всех направлениях по величине процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенку термоса.

Форма выполнения аналога не обеспечивает стойкость к разрушению при повышении внутреннего давления в закрытом термосе, например, при увеличении объема замерзающего (переходящей в кристаллическое состояние) жидкого вещества (воды). Термос - аналог, а именно, его оболочка круглая в поперечном сечении. Увеличение внутреннего объема такой оболочки возможно только за счет утонения (утонения) стенок оболочки корпуса термоса, что может привести к разрушению корпуса.

Наиболее близким к изобретению аналогом является термос, описанный в патенте DE №837462, опубликованном 28.04.1952 г. Термос содержит корпус, состоящий, по меньшей мере, из внутренней и внешней оболочек, и, по меньшей мере, в одном из поперечных сечений термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки и линию внутренней границы сечения внутренней оболочки, и линия внешней границы сечения внешней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга. Зазор между границами внутренней и внешней оболочек одинаков. Между внутренней и внешней оболочкой вакуумная полость. Оболочки соединены между собой у горловины. Кроме того, внешняя оболочка гофрированная.

С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки прототипа: термос, содержащий корпус, состоящий, по меньшей мере, из внутренней и внешней оболочек, и, по меньшей мере, в одном из поперечных сечений термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки и линию внутренней границы сечения внутренней оболочки, и линия внешней границы сечения внешней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга.

Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается изобретением, следующие.

Невозможность обеспечить различный по поверхности термоса процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса. Прототип по всей поверхности своего корпуса обеспечивает одинаковый во всех направлениях процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенку термоса. Кроме того, перемещение источника лучистой энергии вокруг термоса также не приведет к изменению процесса переноса теплоты. При этом нет возможности обеспечить различный по времени процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса.

Раскрытие изобретения.

Заявленный в изобретении термос является видом сосуда и предназначен для проведения лабораторных исследований, транспортировки и хранения различных веществ, в частности жидких и твердых тканей (или клеток тканей) человека, животного или растения.

Заявленное изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение эффективности использования термоса.

Изобретение обеспечивает получение следующего технического результата: возможность обеспечить различный по поверхности термоса процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса.

Указанные технические результаты достигаются тем, что термос содержит корпус, состоящий, по меньшей мере, из внутренней и внешней оболочек, и, по меньшей мере, в одном из поперечных сечений термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки и линию внутренней границы сечения внутренней оболочки, и линия внешней границы сечения внешней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом от 0.017рад до 3.123 рад к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки.

Признаки изобретения «и прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом от 0.017рад до 3.123 рад к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки» являются отличительными по сравнению с прототипом.

Ниже приводятся признаки, характеризующие изобретение лишь в частных случаях его исполнения. Эти признаки в совокупности с существенными признаками изобретения обеспечат получение всех технических результатов изобретения, а также частных технических результатов.

Внутренняя оболочка термоса может быть соединена с внешней оболочкой термоса, по меньшей мере, на горловине термоса через резьбовое соединение. Резьбовое соединение оболочек позволит поворачивать внутреннюю оболочку внутри внешней оболочки. При этом расстояния между оболочками в различных местах будут изменяться, а именно будут изменяться изоляционные свойства термоса.

Внешняя оболочка термоса может быть выполнена разборной. Обечайка и днище оболочки соединены посредством фланцев. Внутренняя оболочка соединяется с внешней оболочкой на горловине посредством резьбы (см. фиг.1).

Между внутренней оболочкой термоса и внешней оболочкой термоса может быть расположена полость. Полость может быть как вакуумирована, так и не вакуумирована, то есть в полости может находиться воздух под давлением ниже атмосферного давления. В полости может находиться теплоизолирующий материал.

Конструктивно, по меньшей мере, один из участков линии внешней границы сечения внешней оболочки в прямоугольной системе координат на плоскости описывается уравнением

(Х/А)²-(У/В)²-1=0,

где Х и У координата;

А и В - рациональные числа, отличные от нуля.

Конструктивно, по меньшей мере, один из участков линии внутренней границы сечения внутренней оболочки в прямоугольной системе координат на плоскости описывается уравнением

(Х/С)²-(У/D)²-1=0, где Х и У координата; С и D - рациональные числа, отличные от нуля.

По меньшей мере, часть внешней оболочки корпуса может быть выполнена многослойной, например из двух слоев, трех, четырех и более. Слои будут решать задачи теплоизоляции, отражения тепловых потоков.

Аналогично, по меньшей мере, часть внутренней оболочки корпуса может быть выполнена многослойной, например, из двух слоев, трех, четырех и более.

Конструктивно, оболочки в термосе могут быть закреплены между собой так, что прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом от 0.017рад до 3.123 рад (а также и 3.14 рад) к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки.

Часть термоса, например внешняя оболочка или весь термос, может быть выполнен из пластмассы. В качестве пластмассы используют термопластичный полимер. А в качестве термопластичного полимера используют полистирол или полипропилен.

Термос также могут выполнять из металла. В качестве металла используют сталь или алюминий, как наиболее дешевые и хорошо поддающиеся механической обработке давлением. При этом внутренняя оболочка может выполняться из стекла. Конструктивно внутри корпуса расположена теплоизолированная рабочая камера. В рабочей камере хранят различные вещества, в частности жидкие и твердые ткани (или клетки тканей) человека, животного или растения.

Одной из отличительных особенностей заявленного термоса от аналогичных является конструктивная возможность изменения величины (интенсивности величины) переноса тепла. Величина переноса тепла характеризуется теплообменом.

Теплообменом называется необратимый процесс переноса теплоты в пространстве, обусловленный неоднородным полем температуры. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен. Источником лучистой энергии может быть солнечный свет, пламя горелки, луч света, сфокусированный в определенной точке или на определенной площади на поверхности термоса.

Величина теплообмена характеризуется величинами коэффициента теплообмена, площадью поверхности теплообмена (площадью облучения) и градиентом температуры. В данном случае площадь поверхности теплообмена - это площадь поверхности термоса, подвергающаяся облучению.

Поворот заявленного термоса вокруг продольной оси при неподвижном источнике лучистой энергии приведет к изменению процесса переноса теплоты (за счет изменения площади облучения), а следовательно, такой термос имеет направленность теплообменных свойств. Поворот внутренней оболочки относительно внешне также приведет к изменению процесса переноса теплоты за счет изменения расстояний между оболочками.

Перенос теплоты (при равноудаленности стенок оболочек термоса) в продольной плоскости нормальной к продольной плоскости термоса, проходящей через две точки внешней границы поперечного сечения внешней оболочки, наиболее удаленные друг от друга, будет больше, чем перенос теплоты в продольной плоскости термоса, проходящей через две точки внешней (наружной) границы поперечного сечения, наиболее удаленные друг от друга (за счет меньшей площади облучения).

В общем случае в поперечном сечении расстояние от внешней границы сечения внешней оболочки до внутренней границы сечения внутренней оболочки вдоль внешней границы сечения переменна. Тогда различный по поверхности термоса процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе, через корпус термоса будет обусловлен не только изменяющейся поверхностью облучения, но и изменяющейся по периметру поперечного сечения расстоянием между оболочками термоса.

Теплообмен между веществом, находящимся в термосе, и окружающей термос пространством через разделяющий их корпус термоса называется теплопередачей.

Повышенная стойкость к разрушению при повышении внутреннего давления в закрытом термосе обусловлена тем, что при повышении внутреннего давления внутренняя оболочка термоса изменяет форму своего поперечного сечения, например от продолговатой (сплюснутой овальной) формы стремится к круглой форме. При этом увеличивается внутренний объем, необходимый для заполнения расширяющимся веществом при замерзании, и во внутренней оболочке корпуса термоса не возникают разрушающие напряжения.

Повышенная надежность удержания термоса механическими приспособлениями во время работы также обусловлена формой корпуса термоса, а именно его увеличенной поверхностью.

Удержание термоса в плоскости, нормальной к продольной плоскости термоса, проходящей через две точки внешней границы поперечного сечения внешней оболочки, наиболее удаленные друг от друга, будет более надежным, чем в продольной плоскости термоса, проходящей через две точки внешней границы поперечного сечения внешней оболочки, наиболее удаленные друг от друга.

Таким образом, задача изобретения решена.

Краткое описание чертежей.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами: на фиг.1-4 изображен термос, у которого внешняя оболочка соединена с внутренней оболочкой по резьбе; на фиг.5 и 6 изображены возможные относительные положения оболочек в термосе.

Осуществление изобретения.

Термос содержит корпус 1 (см. фиг.1-4).

Корпус состоит из внутренней 2 и внешней 3 оболочек. В поперечном сечении А-А термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки 4, линию внутренней границы сечения внешней оболочки 5, линию внутренней границы сечения внутренней оболочки 6, линию внешней границы сечения внутренней оболочки 7. Линия внешней границы сечения внешней оболочки 4 из всевозможных пар точек содержит две точки 8 и 9, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки 6 из всевозможных пар точек содержит две точки 10 и 11, наиболее удаленные друг от друга.

Внутренняя оболочка 2 термоса соединена с внешней оболочкой 3 термоса на горловине термоса через резьбовое соединение 12. Резьбовое соединение оболочек позволит поворачивать внутреннюю оболочку внутри внешней оболочки (см. фиг.5 и 6). Для этого на внутренней поверхности горловины выполнены прорези 13 и 14. В эти прорези вставляют пластину для поворота одной оболочки относительно другой.

Расстояния между оболочками (см. фиг.2.) в различных местах по периметру будут одинаковыми. А при повороте оболочек друг относительно друга (см. фиг.5 и 6) будут различными, и при этом будут изменяться изоляционные свойства термоса.

Внешняя оболочка термоса выполнена разборной и состоит из днища и обечайки. Обечайка и днище оболочки соединены посредством фланцев 15 и 16. Между внутренней оболочкой термоса и внешней оболочкой термоса расположена полость 17. Полость вакуумирована. В полости находится теплоизолирующий материал 18 (поролон).

Один участок линии внешней границы сечения внешней оболочки в прямоугольной системе координат на плоскости между точками 19 и 20 описывается уравнением

(Х/1.00)²-(У/0.50)²-1=0,

где Х и У координаты.

Один участок линии внутренней границы сечения внутренней оболочки в прямоугольной системе координат на плоскости между точками 21 и 22 описывается уравнением

(Х/0.50)²-(У/0.25)²-1=0,

где Х и У координаты.

Часть внешней оболочки корпуса (днище) выполнена многослойной - из двух слоев 27 и 28. Слои решают задачу повышение теплоизоляции.

Аналогично, часть внутренней оболочки корпуса ( на донной части) выполнена многослойной (на чертеже не показано).

В процессе использования термоса, оболочки в термосе могут быть закреплены между собой так, что прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом 23, равным 1.57рад (см. фиг.5), и под углом 24, равным 0.78 рад к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки.

Внешняя оболочка термоса выполнена из пластмассы, а именно из полистирола с плотностью (при 20°С) 1.047 г/см³, разрушающим напряжением 80 Мн/м². Такой термос прочен в эксплуатации, относительно легко утилизируется под прессом, а его осколки медленно осаждаются в воде, что позволяет сначала отделить тяжелые (первыми выпавшие в осадок) не пластмассовые элементы, а затем, после осаждения пластмассовых элементов, с поверхности воды убрать легкий плавающий мусор.

В общем случае оболочки термоса могут выполняться из пластмасс (например, полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата и др.) с плотностью (при 20°С) из диапазона значений от 0.92 г/см³ до 2.00 г/см³ и разрушающим напряжением при поперечном сжатии из диапазона значений от 0.015 Мн/м² до 1400 Мн/м². Данные диапазоны обеспечивают применение термосов при криогенном замораживании жидких и твердых тканей человека, животного и растения.

Изготовление описанных выше оболочек термоса осуществляют литьем, в частности литьем под давлением.

Теплообмен (теплопередача) зависит от значения коэффициента теплопередачи, который, в свою очередь, зависит от расстояния между оболочками корпуса, ориентированного в сторону источника лучистой энергии. Чем больше расстояние, тем меньше коэффициент теплопередачи.

Теплопередача максимальна, если источник энергии по отношению к термосу (локально в виде луча) действует в направлении 26, где оболочки почти соприкасаются между собой (для поперечного сечения, изображенного на фиг.5), или действует в направлении 25 (для поперечного сечения, изображенного на фиг.6).

Если источник энергии является не локальным, а действует фронтом (облучает всю, повернутую на источник излучения поверхность термоса), то в этом случае на величину теплообмена окажет влияние площадь поверхности теплообмена (площадь облучения). В данном случае площадь поверхности теплообмена - это площадь поверхности термоса, подвергающаяся облучению.

Заявленный термос имеет уникальное свойство, которое отличает его от аналогов, это возможность управлять скоростью нагрева вещества, находящегося в термосе путем поворота термоса в целом и оболочек термоса вокруг продольной оси. В настоящее время управляют нагревом путем изменения интенсивности излучения и удалением (приближением) источника излучения от (к) термоса, что не всегда выполнимо, особенно при габаритных ограничениях.

Повышенная стойкость к разрушению при повышении внутреннего давления в закрытом термосе (например, см.фиг.1-4) обусловлена тем, что при повышении внутреннего давления внутренняя оболочка термоса изменяет форму своего поперечного сечения, например от продолговатой овальной формы будет стремиться к круглой форме, что увеличивает внутренний объем рабочей камеры (полости) в термосе и в термосе не возникают разрушающие напряжения.

Повышенная надежность удержания термоса механическими приспособлениями обусловлена тем, что во время работы удобнее всего термос удерживать, прижимая его в направлении 26. В этом случае площадь соприкосновения термоса и удерживающего средства максимальна.

Таким образом изобретение обеспечивает получение заявленных в разделе «раскрытие изобретения» технических результатов, а именно:

возможность обеспечить различный по поверхности термоса процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса;

возможность обеспечить различный по времени процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса;

повышенная стойкость к разрушению при повышении внутреннего давления в закрытом термосе, например, при увеличении объема замерзающего (переходящей в кристаллическое состояние) жидкого вещества;

повышенная надежность удержания термоса механическими приспособлениями во время работы или перемещении в пространстве.

Областями применения изобретения являются медицина, пищевая промышленность, производства по изготовлению посуды (сосудов), а именно термосов. Заявленное изобретение направлено на повышение эффективности использования термоса. Изобретение обеспечивает получение следующего технического результата: возможность обеспечить различный по поверхности термоса процесс переноса теплоты от источника лучистой энергии, находящегося с внешней стороны термоса, к веществу, находящемуся в термосе через стенки термоса. Указанные технические результаты достигаются тем, что термос содержит корпус, состоящий, по меньшей мере, из внутренней и внешней оболочек, и, по меньшей мере, в одном из поперечных сечений термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки и линию внутренней границы сечения внутренней оболочки, и линия внешней границы сечения внешней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом от 0,017 рад до 3,123 рад к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Термос, содержащий корпус, состоящий, по меньшей мере, из внутренней и внешней оболочек, и, по меньшей мере, в одном из поперечных сечений термос содержит линию внешней границы сечения внешней оболочки и линию внутренней границы сечения внутренней оболочки, и линия внешней границы сечения внешней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, и линия внутренней границы сечения внутренней оболочки из всевозможных пар точек содержит две точки, наиболее удаленные друг от друга, отличающийся тем, что прямая линия, проведенная на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внешней границы сечения внешней оболочки, расположена под углом от 0,017 до 3,123 рад к прямой линии, проведенной на плоскости сечения через точки, наиболее удаленные друг от друга и расположенные на линии внутренней границы сечения внутренней оболочки.2. Термос по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из участков линии внешней границы сечения внешней оболочки в прямоугольной системе координат на плоскости описывается уравнением

(Х/А)²-(У/В)²-1=0,

где Х и У координата;

А и В - рациональные числа, отличные от нуля.

где X и У координата;

С и D - рациональные числа, отличные от нуля.