система теплопередачи на основе электромагнитного излучения и фольга для использования в системе теплопередачи

Формула изобретения

1. Система теплопередачи на основе электромагнитного излучения, которая содержит полость печи и фольгу с, по меньшей мере, двумя слоями, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два слоя (2, 4, 5) фольги имеют спектр длины электромагнитных волн, который является комбинацией спектра длины электромагнитных волн для каждого из, по меньшей мере, двух слоев (2, 4, 5) фольги, обеспечивающей внутреннее отражение между двумя слоями (2, 4, 5), являющимися верхним слоем (2, 5) и нижним слоем (4).

2. Фольга для использования в системе теплопередачи, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, два слоя (2, 4, 5), имеющих спектр длины электромагнитных волн, который является комбинацией спектра длины электромагнитных волн для каждого из, по меньшей мере, двух слоев (2, 4, 5) фольги, обеспечивающей внутреннее отражение между двумя слоями (2, 4, 5), являющимися верхним слоем (2, 5) и нижним слоем (4).

3. Фольга по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена поглощающей излучение поверхностью, которая может быть выполнена в виде гибкой фольги и в виде негибкой фольги, которая может быть изготовлена из металла или из полимера, бумаги, картона или других материалов на основе древесины.

4. Фольга по п.3, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность имеет пластичность, по меньшей мере, равную 5%.

5. Фольга по п.3, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность может быть нанесена как в виде связанной пленки, нанесенной на поверхность, так и в виде частичной пленки.

6. Фольга по п.3, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность нанесена в виде покрытия, состоящего из термостойкой органической матрицы.

7. Фольга по п.6, отличающаяся тем, что покрытие нанесено в виде двойного покрытия, в котором верхний слой (2) имеет вид от белесого до бледно-серого опалового.

8. Фольга по п.7, отличающаяся тем, что верхний слой (2) является слоем TiO₂.

9. Фольга по п.6, отличающаяся тем, что она содержит передающую излучение поверхность (2), предпочтительно состоящую из белых или бесцветных минералов с высоким коэффициентом излучения, например, CaSO₄, MgCO₃, SiO ₂ или TiO₂.

10. Фольга по п.7, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность состоит из темных минералов.

11. Фольга по п.7, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность может быть нанесена посредством ротогравюры, флексографической печати или других подобных методов печати.

12. Фольга по п.8, отличающаяся тем, что поглощающая излучение поверхность может быть нанесена посредством ротогравюры, флексографической печати или других подобных методов печати.

13. Фольга по п.7, отличающаяся тем, что покрытие может быть нанесено как часть другого покрытия для создания декоративного покрытия.

14. Фольга по п.7, отличающаяся тем, что передающая излучение поверхность выбрана такой, что она снижает отраженное излучение от нижележащего поглощающего излучение слоя.

15. Фольга по п.8, отличающаяся тем, что передающая излучение поверхность выбрана такой, что она снижает отраженное излучение от нижележащего поглощающего излучение слоя.

16. Фольга по п.15, отличающаяся тем, что передающая излучение поверхность (2) содержит TiO₂ или алюминиевые чешуйки (5).

17. Фольга по п.2, отличающаяся тем, что поглощающий излучение слой имеет спектр длины волн электромагнитного излучения в диапазоне от 2500 до 10000 нм.

18. Фольга по п.2, отличающаяся тем, что поглощающий излучение слой имеет спектр длины волн электромагнитного излучения в диапазоне от 8000 до 10000 нм.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к системе теплопередачи на основе электромагнитного излучения, причем система теплопередачи содержит полость печи и фольгу, по меньшей мере, с двумя слоями.

Изобретение относится также к фольге для использования в системе теплопередачи.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из патентного документа GB 2425701 известна печь для аналитического устройства.

Печь содержит источник лучистой энергии и два отражателя, расположенных таким образом, чтобы отражать лучистую электромагнитную энергию к внутренней поверхности вставки. Вставка представляет собой корпус, изготовленный из материала высокой теплопроводности, такого как, например, алюминий или медь. Вставка имеет внутреннюю поверхность и наружную поверхность. В примере осуществления вставка изготовлена из алюминия, а ее внутренняя поверхность анодирована для образования темной, предпочтительно черной поверхности. Внутренняя поверхность предназначена для поглощения лучистой электромагнитной энергии, испускаемой источником излучения, и преобразования ее в тепло. Тепло передается через стенку между внутренней поверхностью и наружной поверхностью.

Задачей изобретения является создание системы теплопередачи на основе электромагнитного излучения и фольги или покрытия, например, для алюминиевой упаковки или алюминиевой фольги в основном для использования в пищевой промышленности с целью получения поверхностей, имеющих уникальные свойства в отношении быстрого нагрева посредством инфракрасного (далее ИК) излучения / лучистого тепла от горячих поверхностей в печах. Это означает, что поверхность на фольге выполнена из материалов, которые обладают максимально возможной способностью поглощать излучение от внутренней части поверхности.

Поэтому новая система теплопередачи выполнена таким образом, что длина волн поглощающей ИК-излучение поверхности адаптирована или соответствует ИК-излучению, которое исходит от теплового источника, например, от внутренней поверхности печи. В печи с покрытием из эмали, которая является одним из наиболее часто используемых материалов для покрытия полостей печей, такое покрытие дает ИК-излучение с наиболее высокой интенсивностью в спектре 8000-10000 нм. Таким образом, новая ИК-поверхность должна обладать способностью поглощения в основном излучения такой же длины волн, если требуется быстрый и эффективный нагрев посредством теплового излучения.

Поскольку лучистое тепло составляет значительную часть теплопередачи и уже при температуре стенки печи, равной 200°C, составляет более 60% и, следовательно, составляет большую долю, чем конвективное тепло, чрезвычайный интерес представляет адаптация алюминиевой поверхности на упаковке для поглощения ИК-излучения, испускаемого от стенки печи.

Если рассматривать необработанную алюминиевую поверхность, доля от лучистого тепла составляет только около 7%.

Наносимое покрытие может быть нанесено с помощью метода печати и состоит из минералов, которые не являются черными, а выглядят светлыми и визуально похожи на алюминий. Минералы выбираются, в частности, по их способности поглощать ИК-излучение в пределах заданной длины волн, которая характеризует излучение, исходящее от горячей стенки печи. При нанесении покрытия в виде комбинированного слоя, в котором первый слой выполнен таким, чтобы поглощать ИК-излучение, а второй слой выполнен для отражения излучения тепла, исходящего от завернутого в фольгу нагреваемого элемента, тепло от элемента отражается обратно к элементу.

Причиной этого является так называемое внутреннее отражение между нижним слоем и верхним слоем. При комбинации оптимально подходящих друг другу покрытий с верхним слоем, который улучшает внутреннее отражение, были замерены более высокие температуры на внутренней стороне фольги, чем те температуры, которые могут быть получены с помощью черных поверхностей (черного тела).

Существует все более возрастающая потребность в производстве готовых пищевых продуктов в алюминиевой упаковке для нагрева в печах излучения и конвекционных печах. В основе лежит желание тратить меньше времени на тепловую обработку продуктов и экономить энергию.

Упаковка пищевых продуктов в алюминиевую фольгу с последующей процедурой нагрева в обычной печи увеличивает время тепловой обработки из-за хороших свойств алюминиевого материала по отражению теплового ИК-излучения. Делались попытки выполнения как матовой, так и блестящей стороны, например, на алюминиевой фольге, однако они не привели к значительному улучшению свойств теплопередачи. Это неудивительно также и с теоретической точки зрения.

Что касается общей теплопередачи, комплекс проблем, связанных с нагревом пищевых продуктов в жаропрочных упаковках, может быть рассчитан как сумма конвекции и теплового ИК-излучения. На фиг.1 приведена диаграмма, представляющая теплопередачу как функцию температуры печи. Диаграмма показывает, что при температуре печи Т_печи=200°C тепловое излучение на черном элементе будет доминировать в общей теплопередаче и составлять около 66%. По-другому обстоит дело с тепловым излучением на алюминиевой фольге. В этом случае тепловое излучение составляет только около 7% общей теплопередачи.

Из фиг.1 следует, что при температуре печи Т _печи=200°C тепловое излучение на черном элементе будет доминировать в общей теплопередаче и составлять около 66%. По-другому обстоит дело с тепловым излучением на алюминиевой фольге. Здесь только около 7% общей теплопередачи приходится на тепловое излучение.

Вот уже несколько лет известно, что графит, применяемый, среди прочих, с алюминиевой фольгой, является чрезвычайно эффективным поглотителем ИК-излучения, и за эти годы несколько попыток делалось в данной области, чтобы практически использовать эту идею. Их целью является использование известного для черного тела эффекта поглощения 100% ИК-излучения.

Так, в патентном документе US 4220134 описано использование «черного тефлона на алюминиевой поверхности для обеспечения поглощения ИК-излучения». В другом решении по патентному документу US 2006/153952 А1 (Ароматический пакет и ароматическая фольга из алюминия) также используется черная поверхность для оптимальной передачи лучистого тепла алюминиевой поверхности. Применительно к пищевым продуктам черные поверхности на алюминии не особенно привлекательны с эстетической точки зрения. Скорее всего, именно поэтому фольга этого вида не нашла применения для бытовых целей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение исходит из стартовой идеи создания поверхностей, которые не выглядят черными и не придают поверхности вида, который мог бы восприниматься как неэстетичный в пищевой промышленности. В то же время поверхность должна обладать свойствами, сравнимыми со свойствами графита или лучше, то есть очень высоким коэффициентом излучения (мера измерения излучения, называемая также «излучательной способностью»), который по возможности близок к коэффициенту излучения черного тела, составляющему 5,768 Вт/м²К ⁴. Коэффициент излучения эмалированных поверхностей, используемых в качестве стандартного покрытия в полостях печей, имеет величину около 5,3 Вт/м²К⁴, а для алюминия он составляет 0,22 Вт/м²К⁴. Это обстоятельство послужило причиной того, что за последние шестьдесят лет эмаль остается предпочтительным покрытием в полостях печей наряду со способностью этой поверхности защищать полость печи от коррозии.

Далее, покрытие на алюминиевой фольге не должно иметь токсичных или опасных свойств и должно обладать температурной устойчивостью при температуре до 300°C, должно быть тонким, толщиной до 14 мкм, и проявлять достаточные механические свойства при эксплуатации. Здесь имеется в виду обычный комплекс требований к алюминиевой фольге при обычных условиях использования.

Кроме того, покрытие выполнено таким образом, что длины волн излучения от поверхности излучения (стенки печи) и поглощающей излучение поверхности (фольги) соответствуют друг другу.

Это означает, что спектр длины волн электромагнитного излучения одной поверхности настроен на спектр другой поверхности, вследствие чего поверхность печи может эффективно передавать лучистое тепло фольге.

Получаемое при этом преимущество состоит в том, что при использовании материала со спектром длины электромагнитных волн, который, например, находится в пределах нижней половины интервала, совместно с другим материалом со спектром длины электромагнитных волн, который, например, находится в пределах верхней половины интервала, можно выгодным образом получать на фольге поверхность со спектром длины электромагнитных волн во всем этом интервале.

Кроме того, поверхность фольги может быть снабжена верхним покрытием, которое снижает отражение тепла ИК-излучения от алюминиевой поверхности и в то же время допускает проход ИК-излучения. Опыты показали, что использование такого двойного покрытия дает поразительные результаты в том, что измеренные величины лучше по сравнению с теми, которые дают хорошо известные упомянутые выше поверхности «сажи».

За счет этого достигается значительно более эффективная теплопередача, которая в данном контексте обеспечивает более короткое время тепловой обработки продуктов и/или экономию энергии, поскольку температуры тепловой обработки могут быть снижены.

Задача изобретения может быть решена с помощью системы теплопередачи на основе электромагнитного излучения, причем система теплопередачи содержит полость печи и фольгу, по меньшей мере, с двумя слоями, в которой, по меньшей мере, два слоя фольги содержат поглощающий излучение слой, причем спектр длины волн электромагнитного излучения поглощающего излучение слоя и спектр длины волн электромагнитного излучения полости печи настроены на соответствие друг другу.

Это достигается за счет получения спектра длины электромагнитных волн, который является комбинацией спектра длины электромагнитных волн для каждого из, по меньшей мере, двух слоев фольги, обеспечивающей внутреннее отражение между двумя слоями, являющимися верхним слоем и нижним слоем.

Задача изобретения может быть решена также с помощью фольги для использования в системе теплопередачи, причем фольга содержит, по меньшей мере, два слоя, при этом спектр длины волн электромагнитного излучения фольги настроен на соответствие спектру теплового источника, например, спектру длины волн электромагнитного излучения печи.

Это достигается за счет получения спектра длины электромагнитных волн, который является комбинацией спектра длины электромагнитных волн для каждого из, по меньшей мере, двух слоев фольги, обеспечивающей внутреннее отражение между двумя слоями, являющимися верхним слоем и нижним слоем.

Согласно одному примеру осуществления фольга снабжена поглощающей излучение поверхностью, которая может быть выполнена в виде гибкой фольги и в виде негибкой фольги, изготовленной из металла или из полимера, бумаги, картона или других материалов на основе древесины.

Согласно следующему примеру осуществления фольга имеет поглощающую излучение поверхность с пластичностью (способностью к пластической деформации), по меньшей мере, равной 5%.

За счет этого достигается получение гибкой поверхности, которая обладает высокой теплостойкостью и температурной стабильностью, что обеспечивает возможность нагрева до 300°C в течение, по меньшей мере, трех часов без значительного ухудшения свойств материала.

Согласно следующему примеру осуществления фольга имеет поглощающую излучение поверхность, которая может быть нанесена как в виде связанной пленки, нанесенной на поверхность, так и в виде частичной пленки.

Согласно следующему примеру осуществления фольга имеет поглощающую излучение поверхность с нанесенным покрытием, состоящим из термостойкой органической матрицы.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги покрытие нанесено в виде двойного покрытия, в котором верхний слой имеет вид от белесого до бледно-серого опалового.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги верхний слой является слоем TiO₂.

Согласно еще одному примеру выполнения фольга содержит передающую излучение поверхность, предпочтительно состоящую из белых или бесцветных минералов с высоким коэффициентом излучения, например, CaSO₄, MgCO₃, SiO₂ или TiO ₂.

Согласно еще одному примеру выполнения поглощающая излучение поверхность фольги состоит из темных минералов.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги поглощающая излучение поверхность может быть нанесена посредством ротогравюры, флексографической печати или других подобных методов печати.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги покрытие может быть нанесено как часть другого покрытия для создания декоративного покрытия (аппликации).

Согласно еще одному примеру выполнения фольги передающая излучение поверхность может быть выбрана такой, чтобы она снижала отраженное излучение от нижележащего поглощающего излучение слоя.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги передающая излучение поверхность (2) содержит TiO₂ или алюминиевые чешуйки.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги поглощающий излучение слой имеет спектр длины волн электромагнитного излучения в диапазоне от 2500 до 10000 нм.

Согласно еще одному примеру выполнения фольги поглощающий излучение слой имеет спектр длины волн электромагнитного излучения в диапазоне от 8000 до 10000 нм.

На фиг.2 показан ИК-спектр для кварца/эмали (SiO₂) по сравнению со спектром идеального черного тела. Из диаграммы видно, что соответствие невелико. Для получения соответствующих поверхностей необходимо наличие соответствия между спектрами длины волн электромагнитного излучения как для поверхности полости печи, так и для снабженной покрытием поверхности алюминиевой фольги.

Для однослойных покрытий было испытано большое число материалов. На фиг.2 выбранные однослойные покрытия сравниваются с «сажей» в эксперименте, в котором стенка печи нагревалась до 400°C. Измеренная в равновесном состоянии температура для покрытий толщиной 6 мкм составляла 216°C на «саже» и 154°C на TiO₂ . Для сравнения - измеренная на алюминиевой фольге температура составляла около 100°C. Эффект от нанесения чешуек алюминия на алюминиевую фольгу получен за счет внутреннего отражения фотонов между алюминиевой фольгой и нижней стороной иммобилизированных алюминиевых чешуек. Следует также отметить, что покрытие поверхности смесью «сажи» и SiO₂ более эффективно, чем покрытие «сажей». Это показывает, что в данном случае длины волн в большей степени соответствуют друг другу по сравнению с использованием только сажи.

На фиг.3 показан пример наблюдавшихся максимальных температур и соответствующих промежутков времени в опытах, проведенных на образцах с однослойным покрытием толщиной 6 мкм. В таблице приведена разница в повышении температуры между фольгой с покрытием и без покрытия. Заметна повышенная температура для алюминиевых чешуек за счет внутреннего отражения фотонов между алюминиевой фольгой и нижней стороной иммобилизированных алюминиевых чешуек.

Неожиданным образом двойные системы показали более эффективные свойства теплопередачи. Причиной этого является так называемое внутреннее отражение между нижним слоем и верхним слоем. При комбинации оптимально подходящих друг другу покрытий с верхним слоем, который улучшает внутреннее отражение, были замерены более высокие температуры на внутренней стороне фольги, чем для одного слоя «сажи» на алюминиевой фольге.

Таким образом, за счет использования двойной системы с «сажей» в качестве нижнего слоя и TiO ₂ в качестве верхнего слоя можно скомбинировать хорошую поглощающую способность сажи с внешним видом TiO₂. Более того, улучшается поглощающая способность в отношении ИК-излучения, поскольку общее внутреннее отражение внутри образца между нижним слоем и верхним слоем улучшается за счет высокого показателя преломления TiO₂.

На фиг.4 указаны наблюдавшиеся максимальные температуры и соответствующие промежутки времени в опытах, проведенных на образцах с двумя слоями. Сдвиг в температуре и времени между алюминиевой фольгой и образцом и соотношение их температур также видны из таблицы. Из таблицы видно, что «сажа» с SiO₂ и без него в нижнем слое с комбинацией с TiO₂ в верхнем слое показывает наиболее высокие температуры, измеренная величина которых составила 232°C, что на 124°C выше, чем температура поверхности необработанной фольги.

Таким образом, проведенные эксперименты показывают (см. фиг.4), что температура Т_сажа -_{TiO2, max} более чем на 16°C выше, чем температура T_{carbon black, max}. Таким образом, можно комбинировать свойства поглощения ИК «сажи» с высоким показателем преломления TiO₂.

На фиг.5 показан темп роста температуры и достигнутая максимальная температура для выбранных двухслойных покрытий с верхним покрытием из сажи, сажи/SiO₂ и сажи/SiO₂ в комбинации с TiO ₂. Нижний пучок из трех кривых показывает рост температуры для алюминиевой фольги без покрытия.

Во всех приведенных примерах поверхность нанесена на алюминиевую фольгу посредством метода печати, такой как ротогравюра. Ротогравюра обеспечивает возможность эффективного и экономичного осаждения очень тонкого покрытия, а нанесение двойного слоя является стандартной методикой. Поэтому метод печати представляет большой интерес в качестве способа изготовления, который создает возможность очень высокой производительности производства и нанесения очень тонких покрытий толщиной порядка 6 мкм.

Для обеспечения применимости процесса должна быть изготовлена модифицированная печатная краска, содержащая пигменты, которые обладают свойствами соответствия в отношении длины волн от испускающей излучение поверхности (стенка печи) и поглощающей излучение поверхности (фольга). Кроме того, должно быть выбрано органическое связующее вещество, стойкое к достигаемым температурам. В этом отношении явными возможностями обладают акрилстироловый полимер и нитроцеллюлоза.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 изображает диаграмму, показывающую теплопередачу как функцию температуры печи. Диаграмма показывает теплопередачу посредством теплового излучения, разделенную в соответствии с долями от свободной конвекции, тепловой конвекции на черном элементе и теплового излучения на алюминиевой фольге;

фиг.2 представляет спектр ИК для кварца/эмали (SiO ₂) в сравнении со спектром идеального черного тела;

фиг.3 представляет таблицу наблюдавшихся максимальных температур и соответствующих промежутков времени в опытах, проведенных на образцах с однослойным покрытием;

фиг.4 изображает таблицу наблюдавшихся максимальных температур и соответствующих промежутков времени в опытах, проведенных на образцах с двумя слоями,

фиг.5 изображает темп роста температуры и достигнутую максимальную температуру для выбранных двухслойных покрытий;

фиг.6 представляет полученное с электронного микроскопа изображение двухслойного покрытия с ближайшей к алюминиевой фольге пленкой «сажи» и следующего за ней покрытия из TiO₂ в качестве верхнего слоя; и

фиг.7 представляет полученное с электронного микроскопа изображение двухслойного покрытия с ближайшим к алюминиевой фольге покрытием из TiO₂, за которым следуют в качестве верхнего слоя алюминиевые чешуйки.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В системе теплопередачи по изобретению поверхность поглощения ИК может быть структурирована таким образом, что ее длина волн адаптирована или соответствует ИК-излучению, исходящему от теплового источника, например, внутренней поверхности печи. Таким образом, она применима к печи с покрытием из эмали, которая является одним из наиболее часто используемых материалов для покрытия полостей печей; таким покрытием является покрытие, которое дает ИК-излучение с наиболее высокой интенсивностью в спектре от 8000 до 10000 нм. В случае системы теплопередачи по изобретению поверхность поглощения ИК соответственно приспособлена для поглощения в основном излучения такой же длины волн, если требуется быстрый и эффективный нагрев посредством лучистого тепла. Однако возможно также изготовление фольги, которая поглощает лучистое тепло от другой области волн, чем та, в которой печь имеет наиболее высокую интенсивность излучения и все же обеспечивает более эффективный нагрев по сравнению с использованием обычной блестящей алюминиевой фольги.

В отношении фольги по изобретению в одном примере осуществления наносимое покрытие может быть нанесено с помощью метода печати и может состоять из минералов, которые не являются черными, а выглядят светлыми и визуально похожи на алюминий. Минералы выбираются, в частности, по их способности поглощать ИК-излучение в пределах заданной длины волн, которая соответствует излучению, исходящему от горячей стенки печи. Покрытие может быть нанесено также в виде комбинированного слоя, в котором первый слой выполнен таким, чтобы поглощать ИК-излучение, а второй слой выполнен для отражения лучистого тепла, исходящего от завернутого в фольгу нагреваемого элемента, так что тепло от элемента отражается обратно к элементу.

Материалы выбираются таким образом, чтобы они взаимодействовали для обеспечения возможности теплопоглощения в более широком спектре, чем если бы был только один слой.

Так, например, один материал может иметь хорошую способность поглощения в спектре a-b, другой материал - в спектре b-c и в качестве опции третий материал - в спектре c-d. За счет этого создается материал, который обладает хорошей способностью теплопоглощения в спектре a-d.

Другими словами, может быть получено преимущество от того, что можно использовать материал со спектром длины электромагнитных волн, который, например, находится в пределах нижней половины интервала, совместно с другим материалом со спектром длины электромагнитных волн, который, например, находится в пределах верхней половины интервала, и за счет этого выгодным образом получать на фольге поверхность со спектром длины электромагнитных волн во всем этом интервале.

За счет создания фольги со слоем алюминиевых чешуек получают так называемое отражение между нижним слоем и верхним слоем. При комбинации оптимально подходящих друг к другу покрытий с верхним слоем, который улучшает внутреннее отражение, были замерены более высокие температуры на внутренней стороне фольги, чем те температуры, которые могут быть получены с помощью черных поверхностей (черного тела).

Это означает, что в том случае, когда используют фольгу, например, для приготовления печеного картофеля, лучистое тепло будет проходить через слой поглощения ИК и нагревать картофель. При нагреве он излучает тепло, которое затем отражается от фольги и возвращается к картофелю. При этом эффект нагрева выше по сравнению с обычной фольгой.

Фиг.1 показывает, что при температуре печи Т _печи=200°C лучистое тепло на черном элементе будет доминировать в общей теплопередаче и составлять около 66%. По-другому обстоит дело с тепловым излучением на алюминиевой фольге. Здесь только около 7% общей теплопередачи приходится на лучистое тепло.

Кроме того, поверхность фольги может быть снабжена верхним покрытием, которое снижает отражение тепла ИК-излучения от алюминиевой поверхности и в то же время допускает проход ИК-излучения. Опыты показали, что использование такого двойного покрытия дает поразительные результаты в том, что измеренные величины лучше по сравнению с теми, которые дают хорошо известные упомянутые выше поверхности «сажи».

За счет этого достигается значительно более эффективная теплопередача, которая в данном контексте обеспечивает более короткое время тепловой обработки продуктов и/или экономию энергии, поскольку температуры тепловой обработки могут быть снижены.

На фиг.2 показан ИК-спектр для кварца/эмали (SiO₂) по сравнению со спектром идеального черного тела. Из диаграммы видно, что соответствие невелико. Для получения соответствующих поверхностей необходимо наличие соответствия между спектрами длины волн электромагнитного излучения как для поверхности полости печи, так и для снабженной покрытием поверхности алюминиевой фольги.

Для однослойных покрытий было испытано большое число материалов. На фиг.2 выбранные однослойные покрытия сравниваются с «сажей» в эксперименте, в котором стенка печи нагревалась до 400°C. Измеренная в равновесном состоянии для покрытий толщиной 6 мкм температура составляла 216°C на «саже» и 154°C на TiO₂. Для сравнения - измеренная на алюминиевой фольге температура составляла около 100°C. Эффект от нанесения чешуек алюминия на алюминиевую фольгу получен за счет внутреннего отражения фотонов между алюминиевой фольгой и нижней стороной иммобилизированных алюминиевых чешуек. Следует также отметить, что покрытие поверхности смесью «сажи» и SiO₂ более эффективно, чем покрытие «сажей». Однако это наблюдение является еще одним подтверждением того, что в данном случае длины волн более соответствуют друг другу по сравнению с использованием только сажи.

На фиг.3 показана таблица наблюдавшихся максимальных температур и соответствующих промежутков времени в опытах, проведенных на образцах с однослойным покрытием толщиной 6 мкм. В таблице приведена разница в повышении температуры при опытах с фольгой с покрытием и без покрытия. Следует отметить повышенную температуру для алюминиевых чешуек за счет внутреннего отражения фотонов между алюминиевой фольгой и нижней стороной иммобилизированных алюминиевых чешуек.

Неожиданным образом было обнаружено, что двойные системы обладают более эффективными свойствами теплопередачи. Причиной этого является так называемое внутреннее отражение между нижним слоем и верхним слоем. При комбинации оптимально подходящих друг другу покрытий с верхним слоем, который улучшает внутреннее отражение, были замерены более высокие температуры на внутренней стороне фольги, чем для одного слоя «сажи» на алюминиевой фольге.

Таким образом, за счет использования двойной системы с «сажей» в качестве нижнего слоя и TiO₂ в качестве верхнего слоя можно скомбинировать хорошую поглощающую способность сажи с внешним видом TiO₂. Более того, улучшается поглощающая способность в отношении ИК-излучения, поскольку общее внутреннее отражение внутри образца между нижним слоем и верхним слоем улучшается за счет высокого показателя преломления TiO₂.

На фиг.4 показана таблица наблюдавшихся максимальных температур и соответствующих промежутков времени в опытах, проведенных на образцах с двумя слоями. Сдвиг в температуре и времени между алюминиевой фольгой и образцом и соотношение их температур также видно из таблицы. Из таблицы видно, что «сажа» с SiO₂ и без него в нижнем слое с комбинацией с TiO₂ в верхнем слое показывает наиболее высокие температуры, измеренная величина которых составила 232°C, что на 124°C выше, чем температура поверхности необработанной фольги.

Таким образом, проведенные эксперименты показывают (см. фиг.4), что температура Т_{сажа-TiO2, max} более чем на 16°C выше, чем температура Т_{сажа, max}. Таким образом, можно комбинировать свойства поглощения ИК «сажи» с высоким показателем преломления TiO₂.

На фиг.5 показан темп роста температуры и достигнутая максимальная температура для выбранных двухслойных покрытий с верхним покрытием из сажи, сажи/SiO₂ и сажи/SiO₂ в комбинации с TiO₂. Нижний пучок из трех кривых показывает рост температуры для алюминиевой фольги без покрытия.

На фиг.6 показано изображение, полученное с электронного микроскопа. Изображение представляет пример выполнения двухслойного покрытия, описанного применительно к фиг.4. Покрытие состоит из ближайшей к алюминиевой фольге 4 пленки 3 сажи, за которой следует покрытие 2 из TiO₂ в качестве верхнего слоя. Сверху на изображении показано формовочное соединение 1. Покрытие было нанесено посредством метода печати. Покрытие выглядит белым и в устойчивом состоянии показывает температуру в 232°C. Фольга этого типа может наполовину сокращать время приготовления печеного картофеля среднего размера.

На фиг.7 показано изображение, полученное с электронного микроскопа. Изображение представляет другой пример выполнения двухслойного покрытия, описанного применительно к фиг.4. Здесь покрытие состоит из ближайшего к алюминиевой фольге 4 покрытия 2 из TiO₂, за которым следуют в качестве верхнего слоя упомянутые алюминиевые чешуйки 5 (алюминиевые чешуйки показаны в эллипсах, обозначенных штриховыми линиями). Сверху на изображении показано формовочное соединение 1. Покрытие нанесено посредством метода печати. В ходе испытаний покрытие достигало температуры 199°C, в то время как покрытие из чистого TiO₂ не достигало температуры выше 154°C. Для сравнения необработанная фольга не достигает температуры 100°C при тех же условиях.

Во всех приведенных примерах поверхность нанесена на алюминиевую фольгу посредством метода печати, такой как ротогравюра. Ротогравюра обеспечивает возможность эффективного и экономичного осаждения очень тонкого покрытия, а нанесение двойного слоя является стандартной методикой. Поэтому метод печати представляет большой интерес в качестве способа изготовления, который создает возможность очень высокой производительности производства и нанесения очень тонких покрытий толщиной порядка 6 мкм.

Для обеспечения применимости процесса должна быть изготовлена модифицированная печатная краска, содержащая пигменты, которые обладают свойствами соответствия в отношении длины волн от испускающей излучение поверхности (стенка печи) и поглощающей излучение поверхности (фольга). Кроме того, должно быть выбрано органическое связующее вещество, стойкое к достигаемым температурам. В этом отношении явными возможностями обладают акрилстироловый полимер и нитроцеллюлоза.

Согласно следующему примеру осуществления поглощающая излучение поверхность может быть от белесой до бледно-серой опаловой по внешнему виду.