Результат интеллектуальной деятельности: ЕМКОСТЬ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, ИМЕЮЩАЯ ОСНОВАНИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА, И БОКОВУЮ СТЕНКУ, И ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА

Настоящее изобретение относится к емкости для тепловой обработки пищевых продуктов, имеющей дно, выполненное из многослойного материала, и боковую стенку, а также к изделию, изготовленному из многослойного материала, причем более конкретно упомянутая емкость предназначается для тепловой обработки пищевых продуктов посредством индукционного нагрева.

Предшествующий уровень техники

Тепловая обработка пищевых продуктов посредством индукционного нагрева осуществляется при помощи индуктора, обычно размещаемого под стеклокерамической плитой, которая прозрачна для электромагнитных полей и на которую ставят емкости для тепловой обработки пищевых продуктов, содержимое которой желательно подвергнуть нагреванию. При прохождении высокочастотного тока через индуктор возникают вихревые тока, наводящие магнитное поле в этой емкости, которая в результате этого нагревается благодаря использованию эффекта Джоуля.

Существует также соответствующее бытовое электрическое оборудование для тепловой обработки пищевых продуктов, не имеющее стеклокерамических плит, для которых наличие материалов, составляющих предмет данного патента, должно обеспечить возможность производства необходимых для этого оборудования емкостей.

Для того чтобы добиться высокой эффективности использования электроэнергии, металлические основания, применяемые в конструкции этих емкостей, изготавливают из материала, обладающего высокой электропроводностью и обеспечивающего получение высокого значения коэффициента усиления магнитного поля при используемых рабочих частотах, которые находятся в пределах от 20 до 50 кГц. Поэтому обычно применяется сплав, который проявляет ферромагнитные свойства в диапазоне рабочих температур, характерных для данной емкости.

Такие емкости должны иметь высокую коррозионную стойкость со стороны той своей поверхности, которая приходит в соприкосновение с обрабатываемым в этой емкости пищевым продуктом, а также, хотя и в меньшей степени, со стороны своего основания, состояние которого не должно ухудшаться при многократном мытье емкости.

Кроме того, они должны также иметь высокую механическую стойкость с тем, чтобы такая емкость сохраняла свою геометрическую форму и, в частности, плоскостность основания, которым она соприкасается с верхом индуктора. Фактически при нагревании емкости наблюдается тенденция к расширению ее основания. Боковая стенка емкости, называемая также юбкой, нагревается при этом до более низкой температуры, чем основание, и поэтому расширяется в меньшей степени, что приводит к возникновению сжимающего усилия, воздействующего на это основание в радиальном направлении. При этом основание способно будет тогда расширяться только лишь с одновременным прогибанием, в результате чего снижается эффективность использования электроэнергии при применении данного устройства, которое к тому же начинает при этом издавать шум, раздражающий тех, кто этим устройством пользуется, и оно из-за этого становится менее приятным для пользования. Данное явление обратимо, но только лишь в первые несколько раз, когда приходится пользоваться данной емкостью, а впоследствии может произойти необратимое ухудшение состояния емкости вследствие структурных превращений, происходящих в самих материалах, из которых изготовлено основание, и проявляющихся по совершении достаточно большого числа тепловых циклов. Это явление становится особенно заметным в том случае, когда только лишь основание емкости изготавливается из материала, обладающего высокой проводимостью (например, из алюминия или из меди).

В случае применения многослойных материалов, различные слои которого могут, в общем, иметь самые разные значения коэффициентов теплового расширения, это различие в значениях указанных коэффициентов приводит к возникновению эффекта биметаллической полосы, в результате чего будет наблюдаться тенденция как к деформации основания емкости, так и к необратимому ухудшению сцепления слоев между собой вплоть до местного расслоения многослойного материала и, следовательно, к существенной потере эффективности применения такой емкости в случае ее индукционного нагрева, а также при нагревании ее любыми другими способами (инфракрасным излучением, галогенным и т.д.).

В производстве таких емкостей общепринято изготавливать ферромагнитную деталь из ферритных нержавеющих сталей, к примеру таких как сталь 17% Cr-Fe, или из симметричных трехслойных материалов, а именно такого как аустенитная нержавеющая сталь, ферритная нержавеющая сталь, аустенитная нержавеющая сталь. Эти материалы страдают тем недостатком, что имеют точку Кюри, превышающую 600°С, а это означает, что сами основания этих емкостей могут также достигать этой температуры, в результате чего обрабатываемый в них пищевой продукт может испортиться или пригореть, а состояние емкости ухудшиться, причем все это может происходить даже при гораздо более низкой температуре, чем 600°С.

Для решения этой проблемы было предложено, согласно патенту FR 2453627, изготавливать основание емкости из трехслойного материала, содержащего сплав, точка Кюри которого находится в пределах между 60° и 200°С. Все время пока температура емкости будет оставаться более низкой, чем точка Кюри, сплав продолжает сохранять свои ферромагнитные свойства и проявлять свою способность вызывать соответствующие потери по индуцированным токам, в результате которых и происходит нагревание емкости. Как только температура емкости превысит точку Кюри, сплав теряет свои ферромагнитные свойства и нагревание прекращается, возобновляясь снова только тогда, когда температура емкости снова опустится до меньшего значения, чем точка Кюри. Именно за счет этого и обеспечивается тепловое регулирование емкости. Однако такой материал непригоден к применению в том случае, если в емкости нужно будет проводить тепловую обработку пищевых продуктов или жарить их, обеспечивая при этом температуру в пределах от 220° до 320°С. Кроме того, в указанном патенте ничего не было предложено для того, чтобы обеспечить сохранение геометрической формы емкости, а также получить высокую коррозионную стойкость обеих поверхностей емкости.

Тот же самый принцип был принят за основу также и в патенте FR 2689748, в котором предложено изготавливать такие емкости из трехслойного материала, содержащего сплав, к примеру, такой как сплав типа 64Fe-36Ni, точка Кюри которого имеет значение 250°С. Однако сплав такого типа имеет весьма посредственную коррозионную стойкость и крайне низкое значение коэффициента теплового расширения. Тем не менее, этот сплав спрессовывается со слоем металла, имеющего гораздо более высокое значение коэффициента теплового расширения, в результате чего при нагревании емкости происходит деформация ее основания, обусловленная наличием эффекта биметаллической полосы, причем эта деформация может иногда становиться необратимой. Кроме того, может также наблюдаться ухудшение связи слоев друг с другом, что обусловлено явлением ползучести, возникающим в результате циклического воздействия напряжения и температуры.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является, таким образом, создание емкости для тепловой обработки пищевых продуктов, имеющей многослойное основание, которое не деформируется ни с течением времени, ни в процессе эксплуатации, причем слои основания остаются связанными друг с другом, и с обеих сторон основания обеспечивается достаточно высокая коррозионная стойкость, и к тому же, упомянутая емкость позволяет проводить в ней тепловую обработку пищевых продуктов или жарить их при температуре, автоматически регулируемой самой емкостью, что позволяет полностью избежать всякой опасности случайного перегревания емкости.

В связи с этим первым предметом изобретения является емкость для тепловой обработки пищевых продуктов, имеющая основание, выполненное из многослойного материала, и боковую стенку, причем упомянутый многослойный материал содержит указываемые в последовательности их расположения в направлении от внешней стороны емкости к внутренней ее стороне:

- внешнюю часть, имеющую толщину e_E и представляющую собой слой ферромагнитного сплава, точка Кюри которого находится в пределах между 30° и 350°С, а коэффициент теплового расширения больше или равен 6,5·10^-6 К^-1 и который имеет следующий химический состав в массовых процентах:

32,5%≤Ni≤72,5%,

5≤Cr≤18%,

0,1≤Mn≤0,5%,

C≤1%,

включая также в свой состав, на выбор, дополнительно один или несколько из следующих элементов: Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов меньше или равно 10%, а остальное приходится на железо и примеси, образующиеся при плавлении, при этом в химическом составе дополнительно выдерживаются следующие соотношения:

Cr-1,1Ni+23,25≤0%,

45Cr+11Ni≤1360,

Ni+3Cr≥60%, если Ni≥37,5,

Cr≥7,5, если Ni≤37,5,

причем упомянутый слой ферромагнитного сплава может, на выбор, дополнительно располагаться между двумя слоями аустенитной нержавеющей стали, а также

- сердцевину, имеющую толщину е_с и содержащую, по меньшей мере, один слой материала, выбранного из следующих материалов: алюминий, алюминиевый сплав и медь, и

- на выбор, дополнительно внутреннюю часть, коэффициент теплового расширения которой больше или равен 6,5·10^-6 К^-1 и который может иметь не допускающее прилипания или антикоррозионное покрытие.

Авторами настоящего изобретения было фактически установлено, что такая емкость обладает, в частности, высокой механической стойкостью, отлично сохраняет свою геометрическую форму и размеры с течением времени и в процессе эксплуатации, причем основание емкости остается плоским при нагревании, В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусматривается выполнение основания и боковой стенки емкости из одного и того же многослойного материала.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения многослойный материал не содержит какой-либо внутренней части, причем е_с/е_E=6, а более предпочтительно e_с/е_E=10.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения внутренняя часть представляет собой слой ферритной нержавеющей стали, коэффициент теплового расширения которой находится в пределах между 9·10^-6 К^-1 и 14·10^-6 К^-1 и который может, на выбор, дополнительно располагаться между двумя слоями аустенитной нержавеющей стали, причем предпочтительно, в частности, чтобы упомянутая ферритная нержавеющая сталь имела следующий химический состав в весовых процентах:

12%≤Cr≤25%,

С≤0,03%,

Si≤0,5%,

0,1%≤Mn≤0,5%,

Al≤0,5%,

Ti≤1%,

Mo≤2%,

V≤2%,

а остальное приходится на железо и примеси, образующиеся при плавлении.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения многослойный материал емкости содержит внутреннюю часть, представляющую собой слой ферромагнитного сплава, точка Кюри которого находится в пределах между 30° и 350°С и который может, на выбор, дополнительно располагаться между двумя слоями аустенитной нержавеющей стали, причем предпочтительно, в частности, чтобы упомянутая легированная ферромагнитная сталь имела следующий химический состав в массовых процентах:

32,5%≤Ni≤72,5%,

5%≤Cr≤18%,

0,1%≤Mn≤0,5%,

C≤1%,

включая также в свой состав, на выбор, дополнительно один или несколько из следующих элементов Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов меньше или равно 10%, а остальное приходится на железо и примеси, образующиеся при плавлении, при этом в химическом составе дополнительно выдерживаются следующие соотношения:

Cr-1,1Ni+23,25<0%,

45Cr+11Ni≤1360,

Ni+3Cr≥60%, если Ni≥37,5,

Cr≥7,5, если Ni≤37,5.

Вторым предметом изобретения является изделие, изготовленное из многослойного материала (и представляющее собой емкость для тепловой обработки пищевых продуктов), который был только что рассмотрен в приведенном здесь выше описании, с теми же самыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения.

Сущность настоящего изобретения рассматривается более подробно в следующем здесь ниже его описании, которое ведется на примере трех вариантов его осуществления, которые, однако, не накладывают на изобретение каких-либо ограничений.

Первый вариант осуществления изобретения относится к емкости, предназначенной для тепловой обработки или жаренья пищевых продуктов, к примеру таких как рис, рыба или мясо. Для пищевых продуктов этого типа оптимальная температура тепловой обработки находится в пределах между 220° и 290°С. Поэтому внешнюю часть многослойного материала, которая будет соприкасаться с индуктором, выбирают таким образом, чтобы она представляла собой слой ферромагнитного сплава типа Fe-Ni-Cr, содержащего от 47 до 55%, а предпочтительно 48-50%, никеля, и от 7 до 13%, а предпочтительно от 7 до 10%, хрома, а также, на выбор, дополнительно до 8% кобальта и/или меди. Точка Кюри для этого слоя находится в пределах между 220° и 290°С, а коэффициент теплового расширения имеет значение, близкое к 10·10^-6 К^-1.

Сердцевина многослойного материала представляет собой, по меньшей мере, один слой материала, выбранного из следующих материалов: алюминий, алюминиевый сплав и медь. Одна из основных функций этой сердцевины состоит в том, чтобы обеспечивать в емкости равномерную тепловую диффузию.

Например, эта сердцевина может состоять из трех слоев алюминия или алюминиевого сплава. Предпочтительно, чтобы центральный слой был более толстым и содержал меньше алюминия, чем два других слоя. Можно выбрать либо очень чистый алюминий, либо алюминиевый сплав типа АА 3003 или АА 3004. Коэффициент теплового расширения, в частности, такого трехслойного материала превышает 22·10^-6 К^-1.

В качестве другого примера можно указать на сердцевину, представляющую собой медный слой, располагаемый, на выбор, дополнительно между двумя слоями алюминия или алюминиевого сплава.

С целью дальнейшего улучшения механической стойкости емкости и ее способности сохранять свою геометрическую форму, применяют дополнительно внутреннюю часть, выполняемую, например, из легированной ферритной нержавеющей стали типа Fe-Cr-Ti, содержащей 16-21% хрома и 0,4-0,6% титана; кроме того, возможно также использование с этой целью легированной ферритной нержавеющей стали типа Fe-Cr-Мо, содержащей 16-21% хрома, 0,6-1,5% молибдена и 0,3-0,7% ниобия. Точка Кюри для применяемой в данном случае легированной стали имеет большее значение, чем для сплава типа Fe-Ni-Cr, из которого изготавливается внешняя часть, причем значение этой точки превышает 400°С. Коэффициент теплового расширения этой стали в данном случае находится в пределах между 10·10^-6 К^-1 и 14·10^-6 К^-1.

Применение такого слоя с высоким значением точки Кюри в качестве внутренней части емкости позволяет обеспечить получение меньшего количества тепла в том случае, когда температура превысит значение точки Кюри для наружного слоя и, следовательно, не будет при этом допущено никакого нарушения в отношении терморегуляции емкости.

Второй вариант осуществления изобретения относится к емкости, предназначенной для тепловой обработки таких пищевых продуктов, как овощи или фрукты. Для пищевых продуктов этого типа оптимальная температура тепловой обработки находится в пределах между 110° и 160°С. Поэтому внешнюю часть многослойного материала, которая будет соприкасаться с индуктором, выбирают таким образом, чтобы она представляла собой слой ферромагнитного сплава типа Fe-Ni-Cr, содержащего от 44 до 47% никеля и от 12% до 15% хрома, точка Кюри для которого находится в пределах между 140° и 160°С. Коэффициент теплового расширения этого материала имеет значение, близкое к 9,5·10^-6 К^-1.

Сердцевина многослойного материала представляет собой, по меньшей мере, один слой материала, выбранного из следующих материалов: алюминий, алюминиевый сплав и медь.

Кроме того, такая емкость может содержать также внутреннюю часть, выполняемую из легированной ферритной нержавеющей стали типа Fe-Cr-Ti, содержащей 19-21% хрома и 0,4-0,6% титана, для которой точка Кюри имеет большее значение, чем для сплава типа Fe-Ni-Cr, а коэффициент теплового расширения имеет значение, близкое к 11,5·10^-6 К^-1.

Третий вариант осуществления изобретения относится к емкости, предназначенной для тепловой обработки или выдерживания в ней в теплом состоянии различных пищевых продуктов, к примеру таких как мясо или рыба. Для пищевых продуктов этого типа оптимальная температура тепловой обработки находится в пределах между 100° и 260°С. Поэтому внешнюю часть многослойного материала, которая будет соприкасаться с индуктором, выбирают таким образом, чтобы она представляла собой слой ферромагнитного сплава типа Fe-Ni-Cr, содержащего от 47,5 до 60%, а предпочтительно от 48 до 50% никеля и от 9 до 15% хрома, а также, на выбор, дополнительно, до 8% кобальта и/или меди. Точка Кюри для материала этого слоя находится в пределах между 100° и 260°С. Его коэффициент теплового расширения находится в пределах между 9·10^-6 К^-1 и 11·10^-6 K^-1. Толщина е_Е внешней части находится в пределах между 0,15 и 1,5 мм.

Данная емкость не содержит какой-либо внутренней части, но сердцевина многослойного материала представляет собой, по меньшей мере, один слой материала, выбранного из следующих материалов: алюминий, алюминиевый сплав и медь, и толщина которого находится в пределах между 1 и 9 мм.

С целью дальнейшего улучшения механической стойкости емкости и ее способности сохранять свою геометрическую форму, толщину алюминиевой сердцевины можно увеличить.

Емкости, описываемые при рассмотрении приведенных здесь выше трех вариантов осуществления изобретения, обладают очень высокой механической стойкостью и способностью сохранять свою геометрическую форму с течением времени и в процессе эксплуатации, а также имеют основание, которое остается плоским во время нагревания, благодаря чему обеспечивается возможность оптимизировать потребление электроэнергии и проводить равномерную тепловую обработку пищевых продуктов. Они обладают высокой коррозионной стойкостью с обеих своих сторон. И, наконец, эти три варианта осуществления изобретения обладают таким важным свойством, которое заключается в обеспечении автоматического регулирования температуры нагрева емкостей, выдерживаемой примерно на уровне того ее значения, которое задается применительно к каждому из этих вариантов.