ТЕРМОТАРЕЛКА
HEATING PLATE

ТЕРМОТАРЕЛКА
Область технического применения
[1] Изобретение относится к кейтерингу (виду профессиональной деятельности, а именно, организации питания на различных банкетах, празднествах, и иных торжественных мероприятиях, проходящих как в месте приготовления блюд и напитков (ресторан, гостиница), так и в указанном заказчиком месте (банкетный зал предприятия, места отдыха на открытом воздухе и т. п.)), в частности, предназначено для замены тарелок для подачи готовой продукции. Изобретение позволяет готовым блюдам оставаться горячими в течение более длительного времени. Предполагается любое расширение значения термина «тарелка» на все виды известных контейнеров, используемых для хранения и сохранения готовой продукции в горячем виде в течение длительного времени.
Предпосылки
[2] При заказе готовой продукции в пиццерии самым большим неудобством для заказчика является невозможность сохранить пиццу горячей до конца обеда, в результате она теряет большую часть своих вкусовых качеств. Приведенный пример относится и к другим видам кейтеринга, которые, как известно, сталкиваются с такими же проблемами.
[3] Данный недостаток имеет физическую природу, и его легко объяснить на основе принципов термодинамики.
[4] Например, температура готового блюда начинает уменьшаться уже во время его приготовления, а именно, в тот момент, когда горячее блюдо покидает область своего приготовления; дело в том, что готовое блюдо отдает часть своего тепла как окружению, так и тарелке, в которой оно подается, так как температура только что приготовленного блюда выше, чем температура окружающей среды.
[5] На скорость теплопередачи, а следовательно, и на время остывания блюда, влияет множество коэффициентов теплообмена, а также изменение самих этих коэффициентов в зависимости от массы и формы готового блюда.
[6] Тарелка, которая чаще всего является керамической, не будет поглощать много тепла, так как теплоемкость керамики низкая, но несомненно, она будет постоянно поглощать тепло во время приема пищи. В конце приема пищи тарелка будет чуть теплой (керамика является изолятором), а готовое блюдо станет гораздо холоднее, чем в момент подачи.
[7] Наиболее многообещающим методом для преодоления указанного неудобства является известный метод предварительного нагрева тарелки с целью сохранения подаваемого в нем блюда горячим в течение более длительного периода времени.
[8] Тем не менее, чтобы вышеупомянутый метод был эффективен, необходимо нагревать тарелку до очень высокой температуры, что делает невозможным работу официанта по подаче блюда.
[9] Другим методом, применявшимся для устранения указанного недостатка, был метод повышения теплоемкости тарелок.
[10]  Применение очень толстых массивных тарелок хорошо известно; благодаря своей увеличенной массе они обладают достаточно высокой тепловой инерцией.
[11]  По сравнению с более тонкими тарелками, которые обладают очень небольшой и почти нерелевантной теплоемкостью, очень толстые тарелки высоко ценятся, и несмотря на то, что обращаться с ними довольно неудобно и тяжело, они все же позволяют посетителям ресторана дольше наслаждаться горячей пищей.
[12]  Массивные тарелки необходимо предварительно поместить в теплую область для нагревания; а так как они обладают умеренной теплопроводностью, то их можно использовать лишь по прошествии довольно длительного периода времени.
[13]  Массивные тарелки состоят из однородного материала, поэтому они особенно сильно нагреваются по краям и в своей нижней части, следовательно, обращаться с ними во время сервировки блюда и подачи его клиенту бывает достаточно затруднительно.
[14]  Их нельзя подавать клиенту слишком горячими, потому что температура такой тарелки по краям может быть слишком высокой, и клиент может обжечь руки.
[15]  Известны попытки по созданию материалов с высокой теплоемкостью, но результаты указанных попыток оставляли желать лучшего, особенно в том, что касается высокой стоимости их производства.
[16]  Другим недостатком тарелок, изготовленных из специальных материалов, которые обладают высокой теплоемкостью, является достаточно длительный период времени, который требуется для нагревания их до нужной температуры.
[17]  И действительно, по причине однородного нагревания, но умеренной теплопроводности таких тарелок, перед сервировкой блюда их приходится помещать на некоторое время в очень горячее место.
[18]  Известен еще один эксперимент, который также не дал желаемого результата, это эксперимент с использованием двойных тарелок из композитных материалов. Нижняя часть, основа, изготавливалась из материала, обладающего высокой теплоемкостью.
[19]  Очевидно, что держать такие тарелки было трудно. На самом деле, основа нагревается значительно сильнее, чем сама тарелка, и аккумулированное тепло имеет тенденцию распространяться во всех направлениях, и в гораздо меньшей степени - в направлении готового блюда на тарелке, помещенной на нагретую основу.
[20]  От таких двойных тарелок быстро отказались по причине большой вероятности ожогов.
[21]  Другие эксперименты с тарелками из композитных материалов также оказались неудачными, так как фиксация основы тарелки, изготовленной из материала с высокой теплоемкостью, к верхней ее части, изготовленной из керамики или фарфора, оказалось невозможна по причине немедленного раскола керамической и фарфоровой частей при первом же нагревании.
Описание изобретения
Техническая задача
[22]  Задачей настоящего изобретения является создание тарелки, которая способна сохранять тепло в течение длительного времени, или, по меньшей мере и в качестве приемлемого варианта, в течение всего периода приема пищи, которая подается на данной тарелке.
[23]  Другой задачей настоящего изобретения является создание тарелки, которую можно быстро нагреть.
[24]  Еще одной задачей изобретения является создание тарелки, края которой даже при нагревании остаются достаточно прохладными, чтобы избежать опасности обжечься при ее использовании.
[25]  Целью изобретения также является создание тарелки, которой удобно пользоваться обслуживающему персоналу ресторана, следовательно, при нагревании, температура нижней поверхности тарелки также должна оставаться на допустимом уровне.
[26]  Помимо этого, цель изобретения состоит в том, чтобы термотарелка внешне выглядела как обычная тарелка.
[27]  Дополнительной задачей изобретения является создание тарелки, абсолютно надежной как с точки зрения многочисленных циклов нагревания, так и в отношении температурного шока, возможного в результате использования промышленных посудомоечных машин.
[28]  Далее, целью изобретения является также эффективная и рациональная передача тепла на дно тарелки.
[29]  И наконец, еще одна цель изобретения - разработка такой формы и структуры дна тарелки, которые при нагревании тарелки могут помочь в достижении одной или нескольких из вышеуказанных целей.
Решение задачи
Техническое решение
[30]  Все вышеперечисленные цели были достигнуты при разработке усовершенствованной термотарелки, что и указано при перечислении основных характеристик термотарелки в формуле изобретения.
Преимущества изобретения
Преимущественные результаты
[31]  Все вышеперечисленные недостатки устранены в усовершенствованной термотарелке, создание которой является целью настоящего изобретения.
[32]  Все вышеперечисленные цели, а также другие цели, речь о которых пойдет далее в тексте описания, достигнуты при разработке усовершенствованной термотарелки, создание которой является целью настоящего изобретения.
[33]  Настоящее изобретение состоит в создании термотарелки с листом металлической фольги внутри, который находится в термическом контакте с дном тарелки и заключен в отдельную полость.
[34]  В частности, термотарелка представляет собой обычную керамическую или фарфоровую тарелку, верхняя емкость тарелки предназначена для сервировки в ней готового блюда, которое надлежит сохранить в горячем виде.
[35]  Часть тарелки, которая располагается под верхней емкостью, содержит металлическую фольгу, причем фольга располагается в центре этой части, то есть за исключением краев.
[36]  Необходимое преимущество - надежная фиксация листа металлической фольги к нижней поверхности дна верхней емкости посредством высокотемпературного силиконового клея.
[37]  Фактически, только надежная фиксация вышеуказанного листа металлической фольги позволяет теплопередачу в любых условиях использования, так как металлическая фольга, в частности, в условиях высоких температур, стремится к деформации, принимая форму, существенно отличающуюся от ее формы при комнатной температуре, при которой ее слой является ровным и сплошным.
[38]  Такого рода деформации включают отделение и дистанцирование фольги от дна верхней емкости тарелки, затрудняя тем самым передачу тепла посредством теплопроводности от листа фольги на дно верхней емкости. Следовательно, характеристики, указанные в целях изобретения, значительно ухудшаются, и возникают другие серьезные недостатки.
[39]  Иногда такие деформации могут привести к расколу самой тарелки.
[40]  По этой причине важным условием является размещение металлической фольги точно под дном верхней емкости тарелки, а также надежная фиксация фольги посредством клея, который является, помимо фиксатора, еще и хорошим проводником тепла.
[41]  В равной степени важно, чтобы используемый клей не затвердевал в жесткую форму, а позволял бы, благодаря своему модулю упругости, тепловое движение между тарелкой и приклеенной фольгой после температурного расширения, особенно теплового расширения металлической фольги при высокой температуре.
[42]  Хорошо известно, что линейный коэффициент теплового расширения металлической фольги составляет примерно 12 мм/м/°C, а фарфора - приблизительно 4 мм/м/°C.
[43]  Фактически, следует учитывать что фольга, во время фазы нагревания, нагревается до очень высокой температуры, вплоть до 250°C, и происходит этот процесс очень быстро, всего за несколько минут, тогда как фарфоровая тарелка нагревается в течение гораздо более продолжительного периода посредством того тепла, которое передается фарфору от фольги.
[44]  Различие в расширении двух материалов, металлической фольги и фарфора, может, следовательно, составлять величину порядка от нескольких десятых миллиметра до 1 мм для обычной тарелки 15-20 см в диаметре.
[45]  Очевидно, что для тарелок большего размера, таких как те, что используются для подачи пиццы и достигают размеров 34-40 см, это различие в расширении сильно возрастает и достигает 2-3 мм.
[46]  Если использование клея не учитывает такие различия в линейном расширении, это приводит к неизбежному расколу фарфора.
[47]  Следовательно, клей должен обладать степенью упругости, обеспечивающей растяжение по меньшей мере на 150%.
[48]  Следует добавить, что лист фольги, состоящий из одного сплошного элемента и неправильно конфигурированный, обладающий недостаточно точными размерами или немного меньшими размерами, чем дно верхней емкости тарелки, даже при условии надежного крепления ко дну посредством высокотемпературного силиконового клея, не даст желаемого результата.
[49]  Фактически, деформации металлической фольги толщиной от нескольких десятых миллиметра до нескольких миллиметров, которая представляет собой один плоский элемент в форме круглого диска и подвергается высокотемпературной обработке приблизительно 250°C, бывают разными. Это связано с тем, что тепловое расширение поверхности зависит от диаметра диска и изменяется с изменением размера окружности.
[50]  Очевидно, что высокотемпературный силиконовый клей, даже того типа, который описан выше, с модулем упругости, обеспечивающим растяжение выше 150%, не сможет приспособиться к таким деформациям.
[51]  Следовательно, необходимо, чтобы конфигурация металлической фольги могла свести к минимуму вышеуказанные деформации, особенно те, что возникают вследствие теплового расширения поверхности; и главное, чтобы металлическая фольга оставалась надежно зафиксированной ко дну верхней емкости тарелки даже в процессе таких деформаций, удерживаемая обозначенным силиконовым клеем.
[52]  По этой причине, листу фольги придается форма круга с вырезанными бороздками, или разрезами, которые идут от внешнего края к центру и/или от центрального отверстия в направлении внешнего края, и покрывают почти всю поверхность круга из фольги. Общее количество прорезанных бороздок или разрезов может варьироваться от 8 до 48. Предпочтительное количество прорезанных бороздок или разрезов составляет от 16 до 32. Наилучшим вариантом является вариант с общим количеством прорезанных бороздок или разрезов, равным 24.
[53]  Лучше всего расположить вышеуказанные разрезы следующим альтернативным образом: в направлении от края к центру и от центрального отверстия к внешнему краю.
[54]  Таким образом, металлическая фольга, которой придается вышеописанная форма, может свободно расширяться, сводя к минимуму тепловое расширение, и подвергаться линейному тепловому расширению только на половине диаметра круга, зафиксированного силиконовым клеем, который нанесен точечно, или на двух или более окружностях, предпочтительное число таких окружностей - от 2 до 5.
[55]  Одно или более вышеназванных свойств композитной тарелки описываются в последующем перечне преимущественных аспектов, которые характеризуют металлическую фольгу.
[56]  Лучше всего располагать металлическую фольгу в верхней части полости и не допускать ее контакта с нижней поверхностью полости, то есть располагать ее на некотором расстоянии от нее.
[57]  Предпочтительный способ создания такой полости - это прикрепить основу тарелки ко дну верхней емкости тарелки по окружности.
[58]  Еще одним преимуществом данной термотарелки является тот факт, что фольга, которая помещается внутрь термотарелки, располагается по центру и не нагревает ее края.
[59]  Другим свойством данной тарелки является ее нагрев посредством индукции.
[60]  Еще одно преимущество данной фольги состоит в том, что она плотно крепится снизу ко дну верхней емкости тарелки лишь в некоторых местах, не стягивая всю поверхность и, следовательно, незакрепленные ее части могут расширяться под воздействием тепла не так, как в местах крепления.
[61]  Удобнее всего придавать фольге форму диска.
[62]  Данный диск обладает добавочным преимуществом, так как имеет форму охватывающего кольца.
[63]  И еще одним преимуществом данной фольги является тот факт, что ее поперечное сечение, соответствующее поперечному сечению дна верхней емкости тарелки, имеет прорезанные бороздки, или разрезы, которые позволяют происходить тепловому расширению.
[64]  Добавочным примуществом вышеописанных бороздок является существование альтернативного варианта их конфигурации, а именно, они могут начинаться в центре, а могут начинаться на краях, оставляя еще больше свободы движения для теплового расширения.
Краткое описание рисунков
Описание рисунков
[65]  Технические характеристики изобретения, в соответствии с вышеупомянутыми целями, ясно изложены в содержании формулы изобретения ниже, а преимущества изобретения наглядно представлены в детальном описании, которое следует ниже и имеет ссылки на приложенные схемы, в которых представлен лишь один вариант возможного исполнения, где:
[66]  на фиг. 1 показана верхняя емкость усовершенствованной термотарелки - диаметральный поперечный срез;
[67]  на фиг. 2 показана основа усовершенствованной термотарелки - диаметральный поперечный срез;
[68]  на фиг. 3 показана верхняя емкость тарелки, изображенной на фиг. 1, с металлической фольгой, прикрепленной к дну верхней емкости;
[69]  на фиг. 4 показана основа тарелки фиг. 2 с паяльной пастой по окружности верхнего края;
[70]  на фиг. 5 показан поперечный срез усовершенствованной термотарелки, демонстрирующий пространство между основой тарелки и металлической фольгой;
[71]  на фиг. 6,7 и 8 показаны примеры конфигурации металлической фольги в форме охватывающего кольца с разрезами или прорезанными бороздками с альтернативным расположением от центра и от внешнего края.
Лучший вариант осуществления изобретения
Лучший вариант
[72]  Термотарелка 1, цель изобретения, состоит, главным образом, из трех частей:
[73]  верхней емкости 2, которая присоединяется к основе 3 и создает внутри полость 4, в которую помещается лист металлической фольги 5.
[74]  Верхняя емкость тарелки 1 и основа 3 могут быть изготовлены из керамики или фарфора, которые, будучи материалами с низкой теплопроводностью, в течение длительного времени способны сохранять тепло, аккумулированное металлической фольгой 5, и постепенно высвобождают это тепло таким образом, что пища на тарелке подогревается достаточно долго, чтобы сохраняться в горячем виде до конца приема пищи.
[75]  Очень важно, что нижняя поверхность дна верхней емкости 2 находится в тесном термическом контакте с металлической фольгой 5, и в то же время на таком расстоянии от основы 3, чтобы практически все тепло передавалось верхней емкости 2, оставляя, таким образом, основу 3 практически холодной.
[76]  Это позволяет достичь намеченных целей, и обслуживающий персонал ресторана может легко сервировать и подавать термотарелку 1, так как ее основа 3 всегда будет оставаться достаточно холодной и не будет обжигать руки.
[77]  В итоге, для того, чтобы далее уменьшить толщину термотарелки 1, уместно использовать теплоизоляционную прокладку 6, расположив ее между металлической фольгой и основой 3.
[78]  Тем не менее, уже на расстоянии нескольких миллиметров, от 2 до 4-5 мм, между металлической фольгой 5 и основой 3, при нагревании металлической фольги даже до температуры приблизительно 250°C, основа 3 остается достаточно холодной, чтобы персонал ресторана мог легко с ней работать.
[79]  Очевидно, что конфигурация фольги 5, которая обеспечивает большую степень однородности нагрева на круглой тарелке, - это круг, а еще лучше - охватывающее кольцо 8.
[80]  На данном кольце есть ряд прорезанных бороздок или радиальных разрезов, 9, 10.
[81]  Таким образом можно избежать воздействия теплового шока на тарелку в результате различия в тепловых коэффициентах расширения разных материалов.
[82]  Мы имели возможность удостовериться в том, что деформации растяжения можно свести к минимуму, при этом лучшим расположением разрезов на кольце 8 является расположение, при котором радиальные разрезы выполнены в чередующейся манере: от центра к краю 9 и от внешнего края к центру 10.
[83]  Вопреки первоначальным ожиданиям, лучшие результаты получились при креплении охватывающего кольца снизу к дну верхней емкости тарелки лишь в некоторых местах, а не по всей поверхности кольца. В частности, крепление осуществлялось только в ограниченной центральной зоне кольца между двумя последовательными радиальными разрезами.
[84]  Изогнутая форма радиальных разрезов в совокупности с чередующейся манерой расположения альтернативных вариантов - от центра 12 и от края 11 - сводят к минимуму температурное напряжение на тарелке, получаемое от металлической фольги 13.
[85]  Если расположить радиальные разрезы чаще, увеличить кривизну их профиля, и при этом сохранить чередование альтернативных вариантов их направленности - от центра 14 и от края 15, то положительный эффект, описанный выше и оказываемый на верхнюю емкость 2 термотарелки 1 со стороны листа металлической фольги 16, увеличивается.
[86]  Как указано в представлении изобретения, лист металлической фольги в форме диска, толщиной от нескольких десятых миллиметра до 2-3 мм, но без упомянутых выше разрезов при нагревании до температур приблизительно 250°C стремится деформироваться в соответствии с коэффициентом расширения поверхности. Данная деформация проходит не только в одной плоскости, причиной чему служит большой диаметр диска, который лишь немногим меньше диаметра основы тарелки; в результате данной деформации металлическая фольга «горбится» и создает непредсказуемые волны упругой деформации.
[87]  Вышеуказанными деформациями невозможно упралять, они оказывают двойной негативный эффект: во-первых, происходит отделение фольги от дна верхней емкости тарелки, в результате теряется плотный контакт, и во-вторых, возникают осевые силы, которые могут расколоть тарелку.
[88]  Отделение листа фольги от дна верхней емкости тарелки препятствует теплопередаче от нагретой металлической фольги к керамической тарелке.
[89]  Даже если приклеить фольгу к дну верхней емкости тарелки по всей поверхности листа фольги, это не будет решением указанной выше проблемы, учитывая те состояния напряжения, которые могут возникнуть по причине воздействия теплового коэффициента расширения, и следовательно, тарелка неминуемо расколется.
[90]  Фактически, даже если силиконовый клей является достаточно упругим, и его модуль упругости позволяет растяжение больше чем на 150%, и в этом случае не представляется возможным рассчитать возможные деформации или адаптироваться к указанным деформациям, и часть остаточного напряжения все же будет передаваться неупругой керамической части термотарелки, что опять-таки неизбежно приведет к ее расколу.
[91]  Следует указать на тот факт, что температура металлической фольги, особенно при нагревании посредством индукции, достигает заданного значения за очень короткое время - от 1 до 5 минут, даже если заданная температура составляет 250°C, а что касается керамической части тарелки, то она остается практически холодной и нагревается позднее посредством теплопередачи от уже нагретого листа фольги.
[92]  Следовательно, максимальный разброс в расширении получается между уже нагретой фольгой и все еще холодной тарелкой.
[93]  Более того, следует учитывать тот факт, что при большом количестве циклов нагревания и охлаждения, которым подвергается термотарелка при нормальном ее использовании, указанная негативная ситуация может лишь усугубляться, что достаточно скоро приведет к разрушению тарелки.
[94]  В таком случае, надлежит сделать так, чтобы лист металлической фольги мог расширяться и возвращаться к своей исходной форме в каждом цикле нагревания и охлаждения, не создавая состояния механического напряжения и избегая необходимости сохранять форму фольги лишь посредством высокотемпературного силиконового клея.
[95]  Фактически, вышеназванные деформации можно предотвратить лишь посредством придания листу металлической фольги формы кольца в совокупности с использованием множества разрезов, начинающихся от центрального отверстия и/или от края фольги и покрывающих почти всю площадь кольца.
[96]  Предпочтительным вариантом расположения разрезов на кольце является чередование их направлений от центра и от внешнего края, и покрытие ими почти всего радиуса кольца.
[97]  Лист металлической фольги, которому придается форма кольца, уже уменьшает размер поверхностного расширения практически наполовину.
[98]  Лист металлической фольги, которому придается форма широкого кольца со множеством последовательных разрезов, с чередованием направлений этих разрезов и промежутками между ними от нескольких десятых миллиметра до нескольких миллиметров, начинающихся поочередно от центрального отврестия или от внешнего края фольги и покрывающих почти все вышеуказанное кольцо, позволяет лишь очень небольшие деформации, возникающие в результате коэффициента расширения поверхности, причем указанные деформации, возникающие по причине коэффициента линейного теплового расширения, могут быть только линейными в каждом секторе кольца.
[99]  По существу, общее количество разрезов может варьироваться от 8 до 48, предпочтительное их количество составляет от 16 до 32, а наилучшим вариантом является 24 разреза.
[100] Очевидно, что эти значительные, но управляемые расширения должны поглощаться подходящим клеем, действие которого включает и способность к удержанию без передачи опасных механических напряжений тарелке.
[101] Данный клей наносится только на отдельные точки (от 2 до 8 точек размером от 1,5 до 0,5 см) на каждый круговой сектор между двумя чередующимися по направлению разрезами.
[102] Или, более простой и быстрый способ нанесения силиконового клея - по нескольким концентрическим кругам, предпочтительное число которых составляет от 2 до 5 с соответствующей частотой их расположения.
[103] Указанный силиконовый клей относится к высокотемпературным разновидностям клея, является нетоксичным и подходящим для использования в отношении продуктовой тары. Преимущество его заключается в том, что его можно наносить холодным, в итоге он может быть двухкомпонентным, чтобы облегчить стадию сборки, кроме того, его можно держать под прессом прижатым к дну верхней емкости до тех пор, пока степень прочности удержания не станет достаточной для достижения намеченной цели.
[104] Силиконовый клей также сгладит все неровности поверхности фарфоровой тарелки, которые почти всегда есть, и в то же время сохранит контакт для передачи тепла посредством теплопроводности.
[105] Фактически, этот силиконовый клей, например, такой как Локтайт (Loctite), обладает хорошей теплопроводностью, отличным сопротивлением в отношении многочисленных циклов нагревания вплоть до 250°C, и в то же время сохраняет свою упругость.
[106] В действительности, когда указанный клей теряет свои свойства, термотарелка становится негодной к использованию и может даже расколоться.
[107] Уплотнение, предпочтительнее всего воздухонепроницаемое, между основой и верхней емкостью тарелки, необходимое прежде всего для того, чтобы предотвратить попадание внутрь воды или другой жидкости во время многочисленных циклов мытья тарелки, реализуется посредством уплотняющего сплошного валика вдоль края в месте соединения основы и верхней емкости термотарелки.
[108] Альтернативными вариантами для чередующихся по направлению прямых разрезов кольца металлической фольги, которые показаны на фиг. 6, являются следующие варианты: изогнутые разрезы, представленные на фиг. 7, или спиралевидные, представленные на фиг. 8. Все указанные формы разрезов входят в понятие вышеупомянутых прямых разрезов, которые ограничивают и минимизируют деформации поверхности, а главное, не позволяют им доходить до состояния опасных.