CN105982481A - 一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到恒温容器技术领域，具体涉及到一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器。该恒温容器，所述恒温容器由内胆、蓄热层、隔热层、外壳和底盖构成。本发明涉及的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，在保持与传统容器相仿重量和外形的情况下，能够对容器内部的液体兼顾快速冷却和长时间保温这两个功能，同时还具有节能环保，使用方便等显著功能。
Description
技术领域
本发明涉及到恒温容器技术领域，具体涉及到一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器。
背景技术
液体容器是一种应用广泛的日用器皿，如水杯、茶杯、茶壶、奶瓶、保温杯、保温瓶、脸盆、脚盆、浴盆等。除了用于盛装液体外，容器的主要功能是用来把高温液体冷却到适饮或适用温度，和/或用来对所盛液体进行长时保温以备以后取用。不幸的是，目前市面上的绝大多数液体容器都不能同时兼顾快速冷却和长时保温这两个功能。比如，普通水杯可以在较短的时间内把热水冷却到适饮温度，但却不能长时保温。而真空保温杯虽然可以长时保温，但要把热水冷却到适饮温度却需要非常长的时间。不仅如此，现有容器中的高温液体在被冷却到适饮或适用温度的过程中，其中含有的热量会被释放到周围环境中，造成能量的浪费。同时，容器壁本身也会被高温液体加热，增加造成使用者烫伤的风险。因此，目前市场上急需一种能够进行温度自动调控的恒温容器，其能够将所盛高温液体快速降温到适饮或适用温度，能够将冷却到适饮或适用温度的液体长时间保持在这一温度附近，能够将所盛高温液体在冷却过程中释放的热量蓄存起来并在所盛液体变凉时再用来将其重新加热到适饮或适用温度。除此之外，该容器不应该消耗任何能源，也不应该在重量、外观和使用方法上与现有容器有过大的差别。
将相变材料应用于液体容器可以实现上述一系列新颖功能。相变材料 (Phase Change Material，PCM)是一种利用相变潜热来蓄存热能的新型储能材料，通常分为无机相变材料和有机相变材料两类。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属。结晶水合盐的缺点是过冷度大且容易产生相分离，熔融盐的相变温度太高，而金属的比重太大，因此均不适用于本发明。有机相变材料包括石蜡类和脂肪酸类，具有相变焓大、过冷度小、比重小、无腐蚀性、无毒性等优点，非常适用于本发明。
与实用新型专利201320414844.1和201420059274.8公开的一种快速降温保温杯相比，本发明的优点是具有接近传统液体容器的较轻的重量，方便用户使用；而上述两个现有的实用新型或者使用金属相变材料来储存热量，或者使用泡沫金属来作为相变材料的导热助剂，均大幅增加其产品的重量，造成使用者的不便。
与发明专利201410380281.8发表的一种基于吸热溶液的快速降温保温杯相比，本发明的优点是使用相变蓄能材料将高温液体冷却过程中所释放的热量储存起来并在所盛液体变冷时利用先前储存的热量将其重新加热到适饮或适用温度，既回收利用了热量又增强了保温效果；而上述现有的发明专利使用的是没有相变蓄能作用的简单吸热溶液，其产品虽然能够对所盛高温液体进行快速冷却，但却无法将其释放的热量以潜热的方式储存起来，因此不能被有效地回收利用，至使产品的保温效果不佳。
与实用新型专利201420321768.4发表的一种基于相变微胶囊的快速降温保温杯相比，本发明的优点是降温速度更快和保温时间更长。这是因为该实用新型使用的相变微胶囊乳液中占比高达50％以上的微胶囊壁材和微胶囊分散剂并没有相变蓄能功效，在同样蓄热层空间内，本发明的有效相变蓄能材料含量要远高于上述实用新型所述产品中的含量。
与传统液体容器相比，本发明具有如下优点：1)能够将所盛高温液体快速冷却到适饮或适用温度，其冷却速度甚至比普通的陶瓷杯还快；2)能够将所盛液体长时间保持在适饮或适用温度，其保温时间甚至超过普通的真空保温杯；3)能够将高温液体冷却过程中所释放的热量储存起来并在所盛液体变冷时利用先前储存的热量将其重新加热到适饮或适用温度，实现热量的回收再利用，符合节能减排的理念。
与现有的电加热温度自动调控恒温容器相比，本发明的优点是无须消耗电能，使用更方便、更经济，更环保。
发明内容
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，所述恒温容器由内胆、蓄热层、隔热层、外壳和底盖构成，所述蓄热层紧贴内胆的外壁，所述内胆与外壳在容器口处固定连接在一起。
优选地所述内胆和外壳由不锈钢材料制成，所述外壳和底盖与蓄热层之间设有隔热层。
优选地所述内胆和外壳由不锈钢材料制成，所述外壳为双层结构，外壳内部形成真空隔热腔，所述外壳紧贴蓄热层，所述底盖与蓄热层之间设有隔热层。
所述内胆的内壁表面涂有或未涂有食品级保护涂层，所述内胆的胆壁可以被加工成波浪形状或连接有换热翅片，所述蓄热层由高相变焓和导热率的复合相变材料构成，所述复合相变材料是添加有1-15％(按重量)的准石墨烯导热助剂或膨胀石墨导热助剂的石蜡类或脂肪酸类有机相变蓄热材料，所述隔热层可以由绝热材料、低导热材料或真空层构成。
总之，本发明涉及一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，在保持与传统容器相仿重量和外形的情况下，能够同时实现对所盛液体快速冷却和长时间保温两个功能，同时还具有节能环保，使用方便等显著功能。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1是本发明一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器实施例一的结构示意图；
图2是同样体积和同样初始温度的开水被分别倒入普通陶瓷杯、真空保温杯和本发明恒温容器实施例一内水的温度随时间变化曲线图；
图3是本发明一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器实施例二的结构示意图；
图4是开水被倒入本发明恒温容器实施例二内水的温度随时间变化曲线图；
其中：1、内胆；2、蓄热层；3、隔热层；4、外壳；5、底盖；6、真空隔热腔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
具体实施例一：请参阅图1，一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述恒温容器由内胆1、蓄热层2、隔热层3、外壳4和底盖5构成，所述蓄热层2紧贴内胆1的外壁，所述内胆1与外壳4在容器口处固定连接在一起，所述内胆1和外壳4由不锈钢材料制成，所述外壳4和底盖5 与蓄热层2之间设有隔热层3，所述内胆1的内壁表面涂有食品级保护涂层，所述内胆1的胆壁可以被加工成波浪形状，所述蓄热层2由高相变焓和导热率的复合相变材料构成，所述复合相变材料是添加有1-15％(按重量)的准石墨烯导热助剂的石蜡类有机相变蓄热材料，所述隔热层3可以由低导热材料构成。
本发明恒温容器的工作原理是：将热水倒入内胆1中，其热量会通过内胆将蓄热层2中的复合相变材料迅速加热到其相变温度范围(62-68℃)，令石蜡发生固-液相变；相变过程中，复合相变材料的温度会保持上述相变温度区间内，而热水会持续降温到上述相变温度范围内，其间热水冷却过程中释放的热量被以相变潜热的形式储存起来；当内胆1中的水被环境冷却到相变温度以下时，复合相变材料中的液态石蜡将发生液-固相变，储存的相变潜热将被释放出来，对内胆1加热，从而减缓其内盛水的降温速度。隔热层3会阻隔蓄热层中的热量通过外壳4向环境中的散失，保证其内大部分蓄积的热量可用于对水的再加热，这进一步延长了保温时间。
从图2中可以看到，如果把68℃到38℃定义为适饮温度，把保持在该温度区间的时间定义为适饮时间，把将沸水冷却到68℃的时间定义为适饮冷却时间。那么三者的适饮冷却时间分别为：本发明恒温容器实施例一为3分钟，如曲线100所示；普通陶瓷杯为10分钟，如曲线101所示；真空保温杯为65分钟，如曲线102所示；三者的适饮时间分别为：本发明恒温容器实施例一为3小时，如曲线100所示；普通陶瓷杯为0.9小时，如曲线101所示；真空保温杯为4.9小时，如曲线102所示。因此，与普通陶瓷杯和真空保温杯相比，本发明恒温容器实施例一的适饮冷却时间最短，可以实现立等可喝。同时，其适饮时间长达3小时，尽管稍短于真空保温杯，但明显长于普通陶瓷杯。这为使用者带来很大的便利和舒适。
具体实施例二：请参阅图3，一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，所述恒温容器由内胆1、蓄热层2、隔热层3、外壳4和底盖5构成，所述蓄热层2紧贴内胆1的外壁，所述内胆1与外壳4在容器口处固定连接在一起，所述内胆1和外壳4由不锈钢材料制成，所述外壳为双层结构，外壳内部形成真空隔热腔6，所述外壳4紧贴蓄热层2，所述底盖5与蓄热层2之间设有隔热层3，所述内胆1的内壁表面未涂有食品级保护涂层，所述内胆1的胆壁可以被加工成连接有换热翅片，所述蓄热层2由高相变焓和导热率的复合相变材料构成，所述复合相变材料是添加有1-15％(按重量)的膨胀石墨导热助剂的脂肪酸类有机相变蓄热材料，所述隔热层3可以由真空层构成。
如图4所示的开水被倒入本发明恒温容器实施例二内水的温度随时间变化曲线图。与在实施例一中描述的恒温容器相似，本发明恒温容器实施例二把沸水冷却到适饮温度仅需2分钟，同时，受益于其真空隔热腔6更好的隔热效果，恒温容器实施例二的适饮时间增加到8小时，比真空保温杯还延长了3小时。
总之，本发明涉及的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，在保持与传统容器相仿重量和外形的情况下，能够对容器内部的液体兼顾快速冷却和长时间保温这两个功能，同时还具有节能环保，使用方便等显著功能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述恒温容器由内胆(1)、蓄热层(2)、隔热层(3)、外壳(4)和底盖(5)构成，所述蓄热层(2)紧贴内胆(1)的外壁，所述内胆(1)与外壳(4)在容器口处固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述内胆(1)和外壳(4)由不锈钢材料制成，所述外壳(4)和底盖(5)与蓄热层(2)之间设有隔热层(3)。
3.根据权利要求1所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述内胆(1)和外壳(4)由不锈钢材料制成，所述外壳为双层结构，外壳内部形成真空隔热腔(6)，所述外壳(4)紧贴蓄热层(2)，所述底盖(5)与蓄热层(2)之间设有隔热层(3)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述内胆(1)的内壁表面涂有或未涂有食品级保护涂层。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于：所述内胆(1)的胆壁可以被加工成波浪形状或连接有换热翅片。
6.根据权利要求1所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于，所述蓄热层(2)由高相变焓和导热率的复合相变材料构成。
7.根据权利要求6所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于，所述复合相变材料是添加有1-15％(按重量)的准石墨烯导热助剂或膨胀石墨导热助剂的石蜡类或脂肪酸类有机相变蓄热材料。
8.根据权利要求1所述的一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器，其特征在于，所述隔热层(3)可以由绝热材料、低导热材料或真空层构成。
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