一种恒温导热锅垫的制作方法

本发明属于导热锅垫的最高温度控制并保持恒温的技术。

背景技术：

参见图1，为恒温原理图-金属熔点温度。金属都有其固定的熔点，加热到达金属熔点温度时，持续加热，金属吸热溶解，固液共存，温度在熔点温度恒温持续。加热待金属完全熔化，超过金属熔点时，关闭热源，金属固化放热，温度在熔点温度恒温持续。

锅垫恒温层-低熔点锡基合金。在锅垫的不锈钢复合层中，加入熔点为150°～230°的中间介质层，低熔点金属锡基合金，主要成分为锡、铅、锑、铜，由于金属锡基合金熔点温度为150°～230°，(可通过调节锡合金材料中锡、铅、锑、铜等比例来调节熔点高低)，中间介质层温度传递给锅具内层最高烹饪温度可控在150°～230°，可以确保烹饪食物于冒烟点之下的无油烟不粘锅不糊锅。

莱顿弗罗斯特点leidenfrostpoint-最佳烹饪温度193°。把水滴落在滚烫的铁板上，假如铁板的温度仅高于水的沸点(100℃)，水会发出嘶嘶声并迅速沸腾。但当铁板到达莱顿弗罗斯特点(leidenfrostpoint)时，水便会产生莱顿弗罗斯特现象。水珠会在铁板四处滚动，并缓慢地逐渐蒸发，反而令水珠可以存在更久。

在莱顿弗罗斯特现象下，水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，与此同时水珠尚保持液体的状态，由于水蒸气的传热比液体水慢得多，蒸汽层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大降低水滴沸腾的速度。

粗略量度下水在平底锅的莱顿弗罗斯特点为约193℃，也低于大部分食物油的冒烟点，烹饪食物无油烟、不粘锅、保存食物水分和养分，烹饪食物例如新鲜蔬菜、海鲜不脱水。

根据莱顿弗罗斯特点leidenfrostpoint最佳烹饪温度193°，考虑实际锅垫温度和锅底温度传热递过程的导热差，以及温度数值整数取值方便统计，把导热锅垫控制温度设定为200°。

普通烹饪锅具升温快，经常达到食物油冒烟点，加热火候无法精准控制，经常造成油烟大，粘锅，糊锅现象，并且高温导致食物脱水，油烟致癌，焦糊食物致癌，影响烹饪者呼吸道健康和食用者饮食健康。

市场上出现的可控制锅具温度的天然气煤气灶，通过电磁阀调节控制开关大小来调节火候，成本高，不精准，只是个温控范围，同时受限于特定安装、使用等条件，而无法简易全面推广、很难全民普及。

技术实现要素：

本发明提出了一种可控最高温度的导热锅垫，可以有效解决烹饪锅具和加热灶的温控问题。

本发明的恒温导热锅垫，包括依次层叠设置的导热金属复合层、绝热纳米层和最外层，以及温度显示器，其中，所述导热金属复合层包含依次层叠设置的底层、第四层、中间层、第二层和最上层，其中，所述最上层包含导热铝合金，所述第二层的材料为铜，所述中间层的材料为锡基合金，所述第四层的材料为导热铝合金，所述底层的材料为不锈钢，所述温度感应器探针位于导热锅垫上，温度探针链接温度显示器。

可选地，所述锡基合金的熔点为200°。

可选地，最外层为不锈钢密封框架，所述不锈钢密封框架内放置导热金属复合层，所述导热金属周围和不锈钢密封框架之间放置纳米绝热层。

可选地，所述不锈钢密封框架的顶部包边导热复合层，开口露出铝合金工作面。

可选地，所述导热金属复合层各层的厚度分配

总体厚度设计范围在3.0～9.6mm之间。可放置在任何家用天然气灶上，简单易行，不受任何加热源和灶具的限制，也可以使用电陶炉和电磁炉。通过控制加热锅垫的温度200°，来控制锅的烹饪温度200°，达到无油烟、不粘锅，保持食物养分和水分的优势。

附图说明

图1为恒温原理图-金属熔点温度。

图2为本发明一实施例的导热复合层的剖视图；

图3为本发明一实施例的导热复合层的俯视图。

附图标记：

1-顶层

2-第二层

3-中间层

4-第四层

5-底层

6-温度感应探针

7-温度显示器

101-密封不锈钢框

102-纳米绝热材料

103-恒温导热复合层

104-温度显示器

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

结合图2和图3，本恒温导热锅垫由导热金属复合层103、纳米材料绝热层102、温度显示器104和不锈钢密封框架101组成。不锈钢金属框架内放置导热复合层金属由图2的标识1-5组成，以及温度感应探针6和温度显示器7，导热金属周围和不锈钢框架之间放置纳米绝热材料，前面绝热纳米材料内放置温度显示器，金属框架密封三大组件，顶部包边导热复合层，开口露出铝合金工作面。

(一)※复合层导热金属选择原理：金属热传导系数(w/m·k)

1.1金属热传导系数(w/m·k)排名前八金属：

银429；

铜401；

金317；

铝237；

铁80；

锡67；

铅34.8；

不锈钢45(不锈钢根据含碳量和种类而不同)

1.2选用导热系数排名前6的金属

根据金属的导热系数和制造成本，我们的导热复合层选用的是自然界热传导排名前六的金属，铜(第二)，锡合金(第六)，铝(第四)，不锈钢18-0(导磁不锈钢，相当于不锈铁，第四)，并根据导热系数和厚度的函数公式，设计各金属层合理的厚度，确保总体的导热系数。

1.3复合层导热系数的计算公式

δ—材料层厚度(m)

λ—材料导热系数[w/(m·k)]

r—热阻值r＝δ/λ

热阻值(r值)与材料的厚度和热导率有关。需要注意的是，在热导率恒定的前提下，材料厚度越高，热阻值也越高。

多层结构热阻：

r＝r1+r2+----rn＝δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn

式中:r1、r2、---rn—各层材料热阻(m.k/w)

δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m)

λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[w/(m.k)]

导热垫总导热系数计算公式

总导热系数＝总厚度/总热阻

λ总导热垫＝δ总/r总＝(δ不锈钢+δ铝+δ锡基合金+δ铜+δ铝)/(δ不朽钢/λ不锈钢+δ铝/λ铝+δ锡基合金/λ锡基合金+δ铜/λ铜+δ铝/λ铝)

由如上公式推导：

a)导热垫总厚度越小，总热阻越小，越利于导热。

b)导热系数大的金属相对厚些，利于导热。

1.4导热锅垫各层厚度和总厚度范围设计

根据金属的热传导原理，厚度越厚，热传导热量经过的垂直路径越长，因此热传导效率速度也就越慢，但是同时保温性能就越好，温度也会长时间稳定，不宜散热。

同时根据金属导热性能的厚度效率常识，铝在5mm左右厚度的时候，传热速度效能最佳。市面上国际品牌的复底锅(锅底为钢铝钢)工艺也验证这一理论，通常铝块厚度为5毫米。铝为不粘锅材料时，市场上铝锅厚度通常为3～5毫米，这也是依据导热原理和常识计算得出。当为锅身复合材料时(锅身为钢铝钢等)，通常铝款厚度为2～2.5毫米，复合材料总厚度为3毫米。

因为发明人有着十多年国际高端厨具出口行业资深经验，根据国际流行的锅具复合材料厚度为参考，复合材料中接触火焰不锈钢的厚度基本为0.4mm～0.6mm,设计导热垫的厚度分配

所述的导热金属复合层总体厚度为3.0～9.6mm之间

(二)※最高温控200°导热金属复合层结构原理：

根据材料特定的物理属性和导热性能设定，金属各层顺序从上往下最优的情况下不可置换，如图2。

2.1顶层1最上层导热铝合金(如图2的标识1对应的层)

直接接触锅具底部，铝是热传导率排名第四的金属，能够将下四层的热量稳定而快速的传递给锅具。

铜物理性能分子结构不稳定，直接接触空气比铝更容易氧化，长时间暴漏空气中会变色发黑，所以金属铜不能作为顶层金属。

锡基合金，是导热工作层，处于熔化状态安全的考虑必须有物理理强度更高熔点更高的金属例如铝包围加固，所以也不能作为顶层金属。

不锈钢18-0(又称不锈铁)，物理性能稳定，但是导热系数相对小，如果放在顶层，不利传热效率，所以也不能作为顶层金属。

2.2第二层2铜(如图2的标识2对应的层)

排名第二的导热金属能够将锡基合金的温度和热量快速的传递给上层铝合金。

铜作为自然界导热第二的金属，能够将下层锡基合金的热量及时的传递到顶层，避免锡基合金达到熔点过早熔化，第二层只能布局最强导热金属铜。

2.3中间层3锡基合金(如图2的标识3对应的层)

锡基合金既有很强的导热性能，排名第六,超过不锈钢，锡基合金熔点200°，可有效保持恒温200°。

锡基合金最为工作层，因其200度熔化的物理特点，考虑其安全，必须而且只能作为中间夹层存在，四周被物理性能更稳定，结构更强，熔点更高的金属所包围加固。

2.4第四层4导热铝合金(如图2的标识4对应的层)

能够将将底层不锈钢(5)的热量全面而稳定及时有效的传递给锡基合金。

如果让锡基合金直接接触火焰或者接触不锈钢，因为热源分布不均匀，很容易引起锡基合金局部过热早先局部熔化。

2.5底层5导磁不锈钢18-0(如图2的标识5对应的层)

导磁钢也可以用于电磁炉，直接接触热源火焰。不锈钢18-0热传导系数导热比普通不锈钢大，相当于不锈铁80，性能稳定比铝合金基材更防腐蚀防水，所以加不锈钢18-0保护层。

铝和铜的化学性能不稳定，直接暴露在外比较容易氧化生锈，直接接触火焰长时间会氧化，变色发黑，还有就是铝、铜、锡基合金均不导磁，不能用于电磁炉。所以底层必须用物理化学性能稳定又能导磁的18-0不锈钢。

(三)※绝热防护层-纳米绝热板介绍(如图3的标识102对应的层)：

3.1纳米绝热板材质

采用导热系数极低的轻质、无机纳米sio2和陶瓷纤维作为原材料，以反射率较高的铝箔为底层材料，采用单层复合结构经过连续涂布符合压制烘烤工艺形成，其导热系数比静止的空气还要小，保温性能比传统保温材料要好4～6倍左右，是迄今为止性能最好的保温隔热材料。

3.2特性及功能

■耐高温性-长期使用温度400～1000度左右

■导热系数-低于常规绝热材料2～10倍，800度时仅为0.052w/m.k

■耐用程度-可做绝热体永久层，使用寿命5～10年以上

■安全环保-纯无极材料组合，良好的热稳定性，无任何有害物质释

总结

加热源加热导热锅垫，例如天然气灶、电陶炉、电磁炉等，导热垫传热给烹饪锅具，锅具升温，等温度显示升到到200°时，达到中间层锡基合金的熔点200°，锡基合金吸热融化，此时调节火力关小火，继续加热一段时间后，关火或者等温度显示超过200°时表明锡合金已经完全融化，关火，锡合金此时凝固放热，继续维持200°温度。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。