复合炊具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及节能炊具的制造技术领域。更具体地，涉及有效地将热能从热源传递到烹饪表面的复合炊具及制造方法。
【背景技术】
[0002]炊具是用于盛装和加热食物的。炊具的典型配件是汤锅、炒锅和煎锅。虽然这些炊具各自有不同的形状，但是它们都包括了两个基本要素:一个用于从热源受热的表面，即受热表面，和一个用于加热食物的表面，即烹饪表面。
[0003]热能可以由许多不同的热源产生，例子包括电和煤气灶。热源可以产生热能比如，燃烧煤气、或者使加热线圈通电。在烹饪食物的时候，炊具配件从热源传递热能到受热表面。炊具里的食物随后从烹饪表面吸收热能，以烹饪食物。
[0004]通过燃烧传递的热能是低效的。例如，煤气灶被报告只有30%的效率。这意味着大量能量在烹饪时被浪费。低效增加了能量花费并且产生了不必要的、不受欢迎的二氧化碳到环境中去。
[0005]一些之前的努力直接致力于提高炊具的效率，比如专利US8037602B2，专利申请12/723605。有了新设计，煤气炉上的新炊具实现了低效的改良。然而，高效炊具的成本仍然高于传统炊具。为了更广阔的应用，仍然存在进一步降低节能炊具成本的需要。
【发明内容】
[0006]以下结合系统、工具和方法的实施例和细节的描述旨在做示例性说明，并不限定本发明范围。在各个实施例中，一个或更多的现有技术缺陷已经被减少或克服，同时其他示例也提供了针对改进。
[0007]在美国专利US8037602B2中，本发明人提出了一种新型炊具，在炊具底部设有一散热器，同时提供了所述炊具的制造方法。所述制造方法对于不锈钢炊具是可行的，但是仍然有困难在铝制炊具上实施。本发明的一个目的是提供添加热交换翅片到铝制炊具上的方法。本发明的另一目的是提供一种复合炊具，其外层覆盖了焊接材料，可以有效地将热交换翅片连接到外层上。本发明的再一目的是提供一种翅片结构，其容易制造和焊接到复合炊具上。
【附图说明】
[0008]结合附图阅读以下附图的细节描述将可以理解本发明的目的和优势。
[0009]图1复合铝制炊具。
[0010]图2带热交换翅片的复合铝制炊具。
【具体实施方式】
[0011]以下包含了许多细节的详细描述对本发明作进一步的解释说明，但是，任何普通的技术人员都将领会到本发明以下的典型细节而能够容易地做出很多的改变和调整。然而，精通相关技术的人员会认识到，即使没有下述示例说明或者结合其他部分的情况下，在此公开的发明点和技术能够实施。在实施例中，众所周知的安装和操作没有被展示或者详细描述，以避免本发明的发明点被模糊。
[0012]在烹饪食物的典型过程中，一件盛有媒介，比如水，的炊具被放置在带有燃烧器的煤气灶上。被点燃时，燃烧器生成上升的火焰以响应煤气灶供气管提供范围值之内的燃气气压。热空气的浮力使火焰接触炊具的底部。热能通过对流和热辐射，从火焰被传递到炊具底部。炊具底部的一面，即受热表面，吸收热能。在炊具底部，热传导传递这热能到炊具底部的烹饪表面。炊具的烹饪表面随后通过传导和对流以传递热能到媒介(比如水或者食物)。通常来自流体的热传递，比如空气对流，因为小的对流热传递系数所以对固体不是很有效。这种问题也影响了对流加热烤箱和冲击式炉内的热传递，前者箱内的热空气在炉内循环，后者炉内的热空气被喷向炊具。
[0013]为改良这个问题，热交换翅片被添加到炊具上以增加表面积，实现更有效的热传递。发明US8037602B2为了炊具应用设计了相配的热交换翅片规格，并且所公开的是通过制作厚底炊具然后在厚底上做热交换翅片的方法。该方法适用于不锈钢炊具，其能被铝底压焊。然而该方法难以在铝制炊具上实施的。
[0014]本发明提供的连接热交换翅片的方法之一是在炊具底部焊接翅片。典型的焊接或焊接过程是:准备热交换翅片，在炊具底部上使用填充焊料或者焊接材料，以在一种装置的帮助下在炊具底部上放置热交换翅片，并且最后，将组装物放入到高温炉或者水浴里以提高组装物的温度至高于填充材料或焊接材料的熔点，从而将热交换翅片连接到炊具上。在此过程中，钎焊助焊剂可被使用于减少材料在高温下的氧化。
[0015]填充焊料的均匀使用对于连接的质量是重要的。材料量的不足会导致连接脆弱，影响到从热交换翅片到炊具的热传递。为了保证连接的质量，建议使用复合材料制作炊具，比如焊接材料在炊具壁上形成。这种炊具结构消除了使用焊接材料或填充材料的凌乱过程，使得焊接过程更加稳健。例如，附图1展示了由复合材料制成的铝制炊具。炊具100设有壁部和底部，在炊具壁部可设有两个手柄。炊具的壁部和底部均分别由101和102两层材料组成，其中本实施例中101采用铝合金3003同时第二层采用铝合金4043。铝合金3003和3004应用于炊具因为他们的机械强度和对大气腐蚀的抵抗力。铝合金4043有更低的熔点，在本发明铝焊接过程中用作填充材料或焊接材料。复合材料能经由热乳或冷乳过程形成。复合材料通常能够被设计成90%的厚度是底部材料，比如铝合金3003，同时10%的厚度是铝合金4043，或者铝合金4045。填充材料更优选比10微米更厚。
[0016]复合材料组合的铝合金3003—侧能被进一步压焊到另一层的铝1000系列合金，其随后被连接到一层不锈钢，以用作炊具的烹饪表面。进一步连接到不锈钢的原因是发挥不锈钢应用为炊具的侧表面的有利条件。
[0017]填充铝制材料通常有更高的硅含量，并且于是它的硬度比纯铝或铝合金3003要高。例如，铝合金4043在布氏测量表上有39的硬度而铝合金3003是28。越硬的外表面将在普通炊具应用中提供额外的保护。本发明所述的复合铝制炊具能够提高机械硬度。
[0018]更重要地，铝合金4043有比铝合金3003更低的熔点，所以融化铝合金4043以连接基于铝合金3003的铝制热交换器结构和炊具的外表面是可行的。热交换器比如一排热交换翅片能充分地提高煤气灶上的热效率。
[0019]所述热交换器的示例展示在附图2中，其中炊具201是由复合铝制材料制成的。其成分是铝合金3003和铝合金4043的组合。热交换翅片202的排列结构设置于炊具201的底部。热交换翅片也是由铝合金3003制成的。通过将组合物置入到钎焊炉中以升温至锅底上的铝合金4043融化而形成和锅及翅片的连接，热交换翅片永久地被连接到炊具上。在加热过程中，钎剂需要被使用于清洁表面氧化物，其在材料上存在以保证高质量连接。同时需要该过程在缺氧环境中完成以降低铝在高温下的氧化。
[0020]在附图2中，热交换翅片的模式是一排直角翅片，排列成四组。这种模式是在炊具上使用的首选。热交换翅片有均匀的密度因此均匀地提高炊具底部的表面积，有效地提高了热传递。另一种可能的热交换翅片模式是本申请人之前提出的线性模式。线性模式对于专利US8037602B2中的制造过程是可行的，但是需要精致的工具作业以实现本发明中的焊接。这种线性模式实际上是平行线模式的一种，其包括不同的线型:正弦波，Z型，弧形等等。然而这些较难以清洁。另一种热交换翅片模式是同心圆环，其拥有均匀翅片密度。然而其在同心圆模式里被限制的火焰流动妨碍了热传递效率的提高，并且它更难清洁。再另一高密度的热交换翅片排列方法是螺旋模式，较难以清洁。因此直角弯曲翅片模式的四重组是首选的(翅片弯曲形成的角度是90°，如附图2所示)。可供替代的选择是三重组，其中翅片弯曲的角度是120°。其他的结构，带有更多组和更小的弯曲角度，也是可行的，其中弯曲角度是由360度除以组的数量。假设以附图2为例，组的数量是4，因此翅片的弯曲角度是90度。
[0021]炊具的内部能够被进一步覆盖上不粘涂层材料例如聚四氟乙烯或瓷质不粘涂层，或者炊具能被二级和三级的阳极电镀作阳极化处理。
[0022]炊具也能够是不锈钢炊具。复合材料系统能包含一层不锈钢和一层铝。铝的优点是提供了在炊具底部均匀加热。本发明中用于复合材料的铝的成分是铝合金3003和铝合金4043的复合材料或者是铝合金3004和铝合金4045的复合材料。该铝层的功能是提供了在底部上均匀加热，并且同时提供了连接铝制翅片的连接材料，其中通常是铝合金3003和3004和炊具相连。
[0023]除连接铝制翅片和不锈炊具之外，外层能够是填充材料，其连接不锈钢翅片和不锈钢炊具。该炊具能够是一薄层的银铜铟镍，银铜镉锌，银铜锌，或银铜镉锌镍的复合材料。这种化合物能够用于在不锈钢炊具的底部上焊接不锈钢翅片。进一步，相似的银基复合材料在外层上还能够是用作铜焊翅片和铜、铝、不锈钢炊具的底部的填充材料。
[0024]对于煮沸水方面的应用，热交换翅片也能够添加到炊具内部以提高对水热传递。假若这样复合炊具也是首选，其中内表面是焊接材料比如用于铝制复合炊具的铝合金4043。
[0025]因此概括，用于炊具的复合材料能够以不锈钢、铜、铝和外表面的填充材料层形成组合和排列，其中外表层可以连接热交换翅片，由不锈钢，铜和铝到等材料制成。
[0026]必须认为，前述实施例的技术是示例而不是限制。其目的是，基于本发明已经披露的原理、附图所作出的其他所有的排列、增强、等效和改进包括在本发明精神和范围之内。因此，后续包括所有修改、排列和等效的附加权利是属于本发明原理和已经披露的范围。
【主权项】
1.在炊具上安装热交换结构的方法，包括: 提供由复合材料制成的带有焊接材料层的复合炊具； 准备热交换翅片； 在炊具上的焊接材料表面按照模式组装热交换翅片； 应用助焊剂； 在受控空气环境下加热组合物至高温。2.根据权利要求1所述的方法，其中复合材料包含铝层。3.根据权利要求1所述的方法，其中复合材料包含不锈层。4.根据权利要求1所述的方法，其中复合材料包含铜层。5.根据权利要求1所述的方法，其中翅片模式是螺旋模式。6.根据权利要求1所述的方法，其中翅片模式是平行线模式。7.根据权利要求1所述的方法，其中翅片模式是同心圆模式，包含数量为N的翅片的小组，平行翅片弯曲大小为360度除以N的角度。8.由复合材料制成的炊具，包含金属层和合金金属层，所述合金金属层可用作焊接材料以进一步在炊具上连接热交换结构。9.根据权利要求8所述的炊具，其中复合材料包含铝合金300X的基层和铝合金304X的焊接层。10.根据要求8所述的炊具，其中复合材料包含不锈钢层。11.根据要求8所述的炊具，其中复合材料包含铜层。
【专利摘要】一种由复合材料制成的新型炊具提供以下新功能，其不仅改善了日常使用，而且提供了一种将热交换翅片结合到复合材料的表面的实用方法。
【IPC分类】A47J27/00, A47J37/00
【公开号】CN105451609
【申请号】CN201480000774
【发明人】黄力生
【申请人】黄力生
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年4月29日
【公告号】WO2015167443A1