CN209995848U - 蓄热式保温餐具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄热式保温餐具，本保温餐具包括餐具本体和固液相变蓄热材料，所述餐具本体内设有隔层，所述固液相变蓄热材料设于所述餐具本体的隔层内。本餐具克服传统餐具内存放食物快速冷却的缺陷，充分利用相变蓄热材料对食物实现保温，无需额外能源，实现食物在食用过程中的恒温，确保饮食健康。

Description

蓄热式保温餐具

技术领域

本实用新型涉及一种蓄热式保温餐具。

背景技术

餐具是指用于辅助食物分发及存放食物的器皿或用具，其一般包括餐碗、餐盘以及水杯等，餐具的材质有不锈钢、陶瓷、木质及玻璃等。在冬季或用餐时间较长，餐具内存放的食物冷却较快，尤其是不锈钢餐具；冷却的食物既影响食欲，造成食物浪费，又不利于健康，甚至会导致肠胃疾病，过快变冷的食物尤其对于老年人更为不利。为使餐具内食物持续保温，明火加热一般难以实现，因此电阻式加热餐盘得到一定的应用，但其需消耗外部能源。

另外，水杯目前应用较多的是保温杯，但其也存在一定的缺陷，如杯内90多摄氏度的热水降温至最佳饮用温度（45-55摄氏度）的过程往往需要很长时间，影响正常饮用；而不具保温功能的水杯中水又会过快降至室温，过烫、过冷的水均不适合人们饮用。

随着家用电器的发展，目前食堂或家庭中洗碗机、消毒柜、饭菜保温设备也得到一定的应用，该类设备中有大量热量被浪费，得不到二次利用，造成能源的浪费。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种蓄热式保温餐具，本餐具克服传统餐具内存放食物快速冷却的缺陷，充分利用相变蓄热材料对食物实现保温，无需额外能源，实现食物在食用过程中的恒温，确保饮食健康。

为解决上述技术问题，本实用新型蓄热式保温餐具包括餐具本体和固液相变蓄热材料，所述餐具本体内设有隔层，所述固液相变蓄热材料设于所述餐具本体的隔层内。

进一步，所述固液相变蓄热材料是石墨/石蜡复合相变材料、相变材料胶囊或水和真空。

进一步，所述石墨/石蜡复合相变材料中石墨含量为6wt%。

进一步，所述石墨/石蜡复合相变材料中的石墨为膨胀石墨。

进一步，所述餐具本体内隔层厚度为3～10mm。

由于本实用新型蓄热式保温餐具采用了上述技术方案，即本保温餐具包括餐具本体和固液相变蓄热材料，所述餐具本体内设有隔层，所述固液相变蓄热材料设于所述餐具本体的隔层内。本餐具克服传统餐具内存放食物快速冷却的缺陷，充分利用相变蓄热材料对食物实现保温，无需额外能源，实现食物在食用过程中的恒温，确保饮食健康。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型蓄热式保温餐具结构示意图；

图2为实验1两种餐盘保温曲线示意图；

图3为实验2两种餐盘降温曲线示意图；

图4为保温杯盖实验中两个杯盖内温度随时间变化示意图；

图5为保温碗实验中两个保温碗内温度随时间变化示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本实用新型蓄热式保温餐具包括餐具本体1和固液相变蓄热材料2，所述餐具本体1内设有隔层11，所述固液相变蓄热材料2设于所述餐具本体1的隔层11内。

优选的，所述固液相变蓄热材料2是石墨/石蜡复合相变材料、相变材料胶囊或水和真空。

优选的，所述石墨/石蜡复合相变材料中石墨含量为6wt%。

优选的，所述石墨/石蜡复合相变材料中的石墨为膨胀石墨。

优选的，所述餐具本体1内隔层11厚度为3～10mm。

本餐具可应用于保温餐盘、保温碗、保温盒、水杯等，采用隔层内相变蓄热材料吸收厨房各种余热，进而对餐具内的食物进行保温。其中固液相变蓄热材料可采用含石墨6wt%的膨胀石墨/石蜡复合相变材料，该材料中的石蜡在50℃左右时融化，吸收大量热量发生相变，同时膨胀石墨可以吸附石蜡，使石蜡在相变过程中不会外泄，增强导热性能。

利用膨胀石墨的大孔径结构及其优良的吸附特性,制备石蜡含量分别为50%、60%、70%和80%的膨胀石墨/石蜡复合相变储热材料，膨胀石墨吸附石蜡后依然保持原来的疏松多孔的蠕虫状形态, 石蜡被膨胀石墨均匀吸附; 膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的相变温度与纯石蜡相似, 其相变潜热与基于复合材料中对应石蜡含量的相变潜热计算值相当，由于膨胀石墨具有优异的导热性能, 使得复合相变蓄热材料的储(放)热时间比石蜡明显减少，膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料不仅改善了石蜡导热性能差的缺陷, 还克服了石蜡在储热应用时的液态流动问题, 可应用于太阳能的热利用和工艺废热、余热回收及家用储热电器等领域。加入膨胀石墨后,石蜡在相变过程中温度分布很均匀,起到的强化传热效果相当明显。在膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料热传递过程中, 膨胀石墨未损耗或储存任何热量,只充当具有高热导的强化介质。

实际应用中，本保温餐具可放入消毒柜/洗碗机内，在其烘干餐盘时柜内温度可达120℃，隔层中的膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料发生相变，吸收大量的热量储存，用餐时该隔层中膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料放热，以达到食物保温的效果。

对于水杯，可在普通保温杯的杯盖设计隔层结构，隔层内填充膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料，当需饮水时将水倒至杯盖中，杯盖中的热水与隔层内膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料热交换，使水温迅速降至最佳饮用温度，从而方便饮用。

本保温餐具中的相变材料可采用膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料、水或相变胶囊。

其中，石蜡因具有储热密度大、几乎不过冷、蒸气压低、热化学稳定性好且能自成核等优点，是中、低温储热技术中广泛应用的相变蓄热材料，但是其导热系数低，若要使用则需强化换热(添加高导热材料)；而膨胀石墨是由天然鳞片石墨经石墨插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，经过高温膨化后，石墨原先的平面层明显裂开而产生不均匀变形，且平面层呈卷曲状态，表面为网状孔型结构；膨胀石墨既保留了天然鳞片石墨的导热性好、无毒害等优良性质，又具有天然鳞片石墨所没有的吸附性、生态环境协调性以及生物相容性等特征；结合二者特点，利用多孔膨胀石墨具有很好的吸附性能和导热性能的特点，将液态石蜡吸附在膨胀石墨的微孔结构内，制备出导热良好的石蜡-膨胀石墨复合相变蓄热材料；经理论分析，含石墨量6wt%的膨胀石蜡/石墨复合相变蓄热材料保温效果最好，该材料中的石蜡在50℃左右时融化，吸收大量热量发生相变，同时膨胀石墨可以吸附石蜡，使石蜡在相变过程中不会外泄，增强导热性能。

相变胶囊具有一系列优点，如：可提供的相变温度范围大，材料的储能密度高，储能过程中温度维持稳定，不间断持续放热，且持续时间长，100%可循环再利用，相变循环稳定性好等。

相变蓄热是依靠物质相变过程（固－液态转化）中必须吸收或放出大量相变潜热的物理现象进行能量的存储和释放，由于单位体积的相变蓄热材料能够蓄存的能量远远大于单位体积的显热蓄能材料能够承受的范围，因此相变蓄热材料具有极大的应用范围。

所需相变材料计算，对餐具而言，相变材料比热容c为2.8kJ/(kg.K),相变潜热L为160kJ/kg,散热损失为50%，蓄热餐具在15℃室温下为饭菜保温30 分钟所需热量W约为27KJ。

对于常规36cm*27cm的餐盘来说，温度从59.3℃降至50℃，仅需4mm 左右厚度的相变材料即可，其中，W为吸收（或放出）的热量，m是相变材料的质量，ΔT是吸热（或放热）后温度的变化量；则，求得所需相变材料质量m=0.290kg=290g，所需相变材料体积：=290/0.8=363cm³，其中，为相变材料密度；

结合上述理论计算部分的数据可知，对半径为8cm左右的保温碗而言，夹层厚度为10mm；对杯盖体积的保温杯而言，以水为隔层所需的相变隔层厚度为4mm；以膨胀石墨/石蜡复合相变材料为隔层的隔层厚度为6.3mm；以相变胶囊作为隔层的隔层厚度为3.3mm。以上各部分所需相变材料质量及体积与餐盘的计算方法一致。

由此可见，本保温餐具所需的相变材料质量小、厚度薄，能够有效达到餐具及水杯的保温目的。

实验分析

1、餐盘实验

相变材料制作：将放有200g石蜡的烧杯放置在73.7℃的恒温水箱内水浴加热。在石蜡完全融化后，取出烧杯并快速加入13.1g的膨胀石墨，搅拌均匀，取出均匀涂抹在托盘底盘上并压实，厚度在5mm左右，再将两托盘紧密连接，缝隙用硅胶密封。

实验1过程：在24℃的封闭实验室内实施实验，取已蓄热的蓄热餐盘和普通餐盘，在餐盘的四个凹槽内各固定一个热电偶，并与扫描仪和电脑连接记录餐盘内温度数据，将烧开的热水倒入两个餐盘的凹槽内并开始记录数据。

实验1数据处理与分析：两个餐盘内温度随时间的变化如图2所示，由图2可知，普通餐盘内热水的温度在实验开始22min后温度已经低于40℃，而蓄热餐盘内热水的温度在实验开始后34min后温度才达到40℃，要比普通餐盘多保温12min，这已经足够我们吃完全部饭菜。另外从温度变化曲线的趋势可以看出，在实验开始8min后，蓄热餐盘的温度要比普通餐盘降低的缓慢，在50min时，蓄热餐盘温度要比普通餐盘高5℃左右。综合来看，加入蓄热相变材料可以明显增加餐盘的保温时间。

实验2过程：在环境温度为24℃的封闭实验室内实施实验，取未蓄热的蓄热餐盘和普通餐盘，在餐盘的四个凹槽内各固定一个热电偶，并与扫描仪和电脑连接记录餐盘内温度数据，将烧开的热水倒入两个餐盘的凹槽内并开始记录数据。

两个餐盘内温度随时间的变化如图3所示，由图3可知，普通餐盘内热水的温度在实验开始后6min后温度才降到60℃，而蓄热餐盘内热水的温度在实验开始后2min后温度已经低于60℃，要比普通餐盘提前4min，这对享用食物来说足够快了。另外从温度变化曲线的趋势可以看出，在实验开始6min后，蓄热餐盘的温度要比普通餐盘降低的缓慢，表明蓄热餐盘已经快速蓄热进入保温放热状态；在前9min内，蓄热餐盘温度要比普通餐盘低10℃左右。综合来看，加入蓄热相变材料可以快速降低餐盘内温度，从而减少等待用餐时间。

2、保温杯盖实验

相变材料制作：将水蓄热相变胶囊置于73.7℃的恒温水箱内水浴加热，搅拌均匀，取出均匀涂抹在保温杯盖上并压实，厚度在2mm左右，再将两模板紧密连接，缝隙用硅胶密封。

实验过程：在24℃的封闭实验室内实施实验，取已加入相变材料的杯盖和普通杯盖，在杯盖内各固定一个热电偶，并与扫描仪和电脑连接记录杯盖内温度数据；将烧开的热水倒入两个杯盖内并开始记录数据。

实验数据处理与分析：两个杯盖内温度随时间的变化如图4所示，由图4可知，加入相变材料的杯盖内热水的温度在实验开始4min温度已经达到55℃，而普通杯盖内热水的温度在实验开始后25min后温度才达到60℃，要比加相变材料的杯盖多21min，这并不能满足“即饮”的要求；另外从温度变化曲线的趋势可以看出，在实验开始后125s，加入相变材料杯盖内温度要比普通杯盖降低的迅速，两者温差达到了30℃左右。综合来看，加入相变材料可以明显减少杯盖冷却时间。

3、保温碗实验

实验过程：在24℃的封闭实验室内实施实验，取已加入相变材料的保温碗和普通保温碗，在保温碗内各固定一个热电偶，并与扫描仪和电脑连接记录保温碗内温度数据，将烧开的热水倒入两个保温碗内并开始记录数据；

实验数据处理与分析：两个保温碗内温度随时间的变化如图5所示，由图5可知，加入相变材料的保温碗内热水的温度在实验开始1min温度已经达到65℃，由于保温碗内相变胶囊与水接触的面积大，而普通保温碗内热水的温度在实验开始后10 min后温度才达到65℃，要比加相变材料的保温碗多9min，这并不能满足“即食”的要求；另外从温度变化曲线的趋势可以看出，对于加入相变材料的保温碗，在迅速降低到65℃之后温度的变化很缓慢，将碗中水的热量用于食物的保温以至于碗内温度变化小；普通保温碗温度降低的缓慢，不能达到马上食用食物的需求。综合来看，加入相变材料可以明显减少保温碗冷却时间。

本保温餐具利用厨房余热加热餐具内的相变材料，保证食物在40分钟内不低于37℃；余热供蓄热式餐具储能以及杯盖中水迅速冷却可饮，实现食物在食用过程中的恒温，从而有效解决饭菜过早冷却导致的用餐人员（尤其是老年人）用餐体验下降、食物浪费、肠胃疾病等问题；同时利用相变材料可使杯内饮用水维持最佳饮用温度，实现了保温、即饮功能，从而有效解决水温过高或过低不适于饮用的问题，实现能源与资源的双向节约。本保温餐具制造成本低廉，具有明显的低成本优势，如每个蓄热餐盘制备成本不超过20元。

Claims (4)

1.一种蓄热式保温餐具，包括餐具本体，其特征在于：还包括固液相变蓄热材料，所述餐具本体内设有隔层，所述固液相变蓄热材料设于所述餐具本体的隔层内，所述固液相变蓄热材料是石墨/石蜡复合相变材料、相变材料胶囊或水和真空。

2.根据权利要求1所述的蓄热式保温餐具，其特征在于：所述石墨/石蜡复合相变材料中石墨含量为6wt%。

3.根据权利要求1或2所述的蓄热式保温餐具，其特征在于：所述石墨/石蜡复合相变材料中的石墨为膨胀石墨。

4.根据权利要求3所述的蓄热式保温餐具，其特征在于：所述餐具本体内隔层厚度为3～10mm。

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