CN108923686A - 一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法,该方法的具体步骤如下：1)、将开水倒入杯体；2)、杯体的热量传导给导热金属片，使得导热金属片的温度升高，进而在导热金属片与冷源接触片之间形成温差；3)、N型半导体、P型半导体由于两端的温差不同，根据塞贝克效应形成电流，并通过导线将电流传递给蓄电池进行存储；4)、降温层对杯体进行降温，使得杯体温度逐渐与降温层温度接近，两者之间的温度差也逐渐缩小直至为零；5)、当降温层与杯体之间的温差等于零时，N型半导体、P型半导体两端的温差也归零，此时两端不再产生电动势，向蓄电池的充电过程停止。

Description

一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法

技术领域

本发明主要涉及保温杯技术领域，特别是涉及一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法。

背景技术

快速降温杯，又称55度杯，是近年来很流行的一种新型保温杯，这种新型保温杯是在内胆中设置一个降温层，利用盐水或者无水醋酸钠能快速吸热的原理，对杯体内的开水进行快速降温，使得开水在几分钟内就可以降低至55℃左右，故称其为55度杯。

由于55度杯在对开水降温的过程中，开水与降温层之间会形成一个很大的温差，如果能对该温差进行利用，将热能转换成电能进行储存，可以将55度杯转化成一个环保的小型充电宝，将具有很大的经济前景和环保意义。

本发明的申请人在同日申请的另一篇发明专利中记载了一种利用温差发电的可调设式保温杯，在该发明中，可调设式保温杯是通过开水与外部空气之间的温差进行发电，但是，申请人在实践过程中发现，虽然该种方式能实现温差发电，但是其局限性较大，在温度较高的环境中无法使用，另外，一旦在外界环境很低的情况下采用该种方式的温差发电，开水会迅速降温至30℃以下，对于使用者而言，已经属于冷水，会牺牲保温杯原有的保温效果，此外，它需要额外设置开关电路来控制温差发电，不会自动停止。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种能保证保温杯保温效果且能自动停止温差发电过程的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法,该保温杯包括了圆筒形的外壳，在所述外壳顶部盖设有杯盖，在所述外壳内部形成有安装腔，在所述安装腔中固定有用于盛水的杯体，在所述杯体与所述外壳之间设置有降温层，在所述杯体与所述降温层之间形成有真空空隙，在所述真空空隙中设置有温差发电装置，所述温差发电装置包括了两个冷源接触片、N型半导体、P型半导体和导热金属片，所述导热金属片贴靠在杯体上，所述冷源接触片则贴靠在降温层上，所述N型半导体和P型半导体均为柱状，分部连接在一个冷源接触片和导热金属片之间，该方法的具体步骤如下：

1)、将开水倒入杯体；

2)、杯体的热量传导给导热金属片，使得导热金属片的温度升高，进而在导热金属片与冷源接触片之间形成温差；

3)、N型半导体、P型半导体由于两端的温差不同，根据塞贝克效应形成电流，并通过导线将电流传递给蓄电池进行存储；

4)、降温层对杯体进行降温，使得杯体温度逐渐与降温层温度接近，两者之间的温度差也逐渐缩小直至为零；

5)、当降温层与杯体之间的温差等于零时，N型半导体、P型半导体两端的温差也归零，此时两端不再产生电动势，向蓄电池的充电过程停止。

作为本发明的改进，所述降温层中填充着固体无水醋酸钠。

作为本发明的另一种改进，在所述降温层中充满了盐水。

作为本发明的优选，所述外壳采用PP塑料制成。

作为本发明的具体技术方案，在所述外壳上开设有电源接口，所述蓄电池位于所述真空空隙中，所述蓄电池通过导线与所述电源接口相连。

作为本发明的改进，在步骤5)中，可以在两个冷源接触片之间设置金属连接片，当将热水从杯体中倒出后，杯体快速降温成为冷源，而降温层则转化成了热源，从而利用降温层与杯体之间的温差进行二次发电。

与现有技术相比，本发明的优点在于：既能保证保温杯的保温效果，并且在杯体与降温层温度相同时还能自动停止温差发电过程，不需要再专门为温差发电装置设计一个开关电路，更加的自动化。

附图说明

图1为本发明实施例中快速降温杯的结构示意图；

图2为温差发电装置的原理图；

图3为温差发电装置的安装结构示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明中利用能快速降温的保温杯进行发电的方法的实施例做进一步说明。

如附图所示，本实施例为一种能进行发电的快速降温杯(55度杯)，该保温杯包括了圆筒形的外壳1，在外壳顶部盖设有杯盖2，在外壳内部形成有安装腔，在安装腔中固定有用于盛水的杯体3，在杯体与外壳内壁之间形成有间隙，在该间隙中设置有内胆即降温层4，降温层沿周向包裹在杯体上，降温层的内部填充着能够快速吸热储热的材料，从而通过热传导的关系降低杯体内部开水的温度，具体的，这种吸热材料可以为无水醋酸钠或者盐水，在降温层朝向杯体的那一面上形成了一个内凹的真空槽5(真空空隙)，在该真空槽中设置有一个温差发电装置，该温差发电装置包括了两个冷源接触片6、N型半导体7、P型半导体8和导热金属片9，导热金属片是贴靠在杯体上的，当杯体中倒入开水时，可以迅速将开水的热量传递给导热金属片，使得导热金属片的温度升高至略低于100℃，冷源接触片则贴靠在真空槽的槽底并与降温层的表面贴紧，当杯体中未倒入开水时，导热金属片和冷源接触片的温度都处于常温状态，当杯体中倒入开水的瞬间，导热金属片的温度迅速升高，而与降温层紧贴的冷源接触片温度虽然也跟随着降温层有所升高，但升高的幅度要远远小于导热金属片，由此在导热金属片与冷源接触片之间形成了一个较大的温度差。

N型半导体和P型半导体均为柱状，分部连接在一个冷源接触片和导热金属片之间。N型半导体，是指以电子为多数载流子的半导材料，N为英语中negative(负)之意。N型半导体是通过引入施主型杂质而形成的。在纯半导体材料中掺入杂质，使禁带中出现杂质能级，若杂质原子能给出电子的，其能级为施主能级，该半导体为n型半导体。如将V族元素砷杂质加入到IV族半导体硅中。它能改变半导体的导电率和导电类型。对n型半导体，电子激发进入导带成为主要载流子。P型半导体，也称为空穴型半导体，“p”表示正电的意思。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。是在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。掺入的杂质越多，多子(空穴)的浓度就越高，导电性能就越强。

将上述两种半导体的一端结合在一起并使之处于高温状态(热端)，而另一端开路且处于低温状态(冷端)，则在冷端(T1)存在开路电压ΔV。这个效应称“塞贝克(Seebeck)效应”，又称作“第一热电效应”(指在两种不同导电材料构成的闭合回路中，当两个接点温度不同时，回路中产生的电势使热能转变为电能的一种现象)。在本实施例中，热端为导热金属片，冷端为冷源接触片，塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差。该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这2个基本因素。在其他条件都相同的条件下，半导体材料产生的ΔV比一般导体材料产生的ΔV更大，因此，半导体材料常被作为温差发电器的理想材料。温差发电电动势ΔV的大小除去材料自身物性的影响因素外，起决定性的影响因素主要是ΔT的大小。换言之，当高温端、低温端的ΔT越大，发电电压也就越大。塞贝克效应电势差的计算公式为：ΔV＝asΔT＝asΔ(T2－T1)，式中：as为材料的赛贝克系数，单位是V/K或μV/K；T2为高温端温度；T1为低温端温度。要想获得较大的温差电动势，就需加大高、低温端的温差或者提高赛贝克系数，由于后者跟材料物性有关，因此只能加大温差，以达到目的。

该方法的具体步骤如下：

1)、将开水倒入杯体；

2)、杯体的热量传导给导热金属片，使得导热金属片的温度升高，进而在导热金属片与冷源接触片之间形成温差；

3)、N型半导体、P型半导体由于两端的温差不同，根据塞贝克效应形成电流，并通过导线将电流传递给蓄电池进行存储；

4)、降温层对杯体进行降温，使得杯体温度逐渐与降温层温度接近，两者之间的温度差也逐渐缩小直至为零；

5)、当降温层与杯体之间的温差等于零时，N型半导体、P型半导体两端的温差也归零，此时两端不再产生电动势，向蓄电池的充电过程停止。

在所述外壳上开设有电源接口，所述蓄电池位于所述真空空隙中，所述蓄电池通过导线与所述电源接口相连。

另外，在步骤5)中，可以在两个冷源接触片之间设置金属连接片，当将热水从杯体中倒出后，杯体快速降温成为冷源，而降温层则转化成了热源，从而利用降温层与杯体之间的温差进行二次发电。

以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用能快速降温的保温杯进行发电的方法,该保温杯包括了圆筒形的外壳，在所述外壳顶部盖设有杯盖，在所述外壳内部形成有安装腔，在所述安装腔中固定有用于盛水的杯体，在所述杯体与所述外壳之间设置有降温层，在所述杯体与所述降温层之间形成有真空空隙，在所述真空空隙中设置有温差发电装置，所述温差发电装置包括了两个冷源接触片、N型半导体、P型半导体和导热金属片，所述导热金属片贴靠在杯体上，所述冷源接触片则贴靠在降温层上，所述N型半导体和P型半导体均为柱状，分部连接在一个冷源接触片和导热金属片之间，该方法的具体步骤如下：

1)、将开水倒入杯体；

2)、杯体的热量传导给导热金属片，使得导热金属片的温度升高，进而在导热金属片与冷源接触片之间形成温差；

3)、N型半导体、P型半导体由于两端的温差不同，根据塞贝克效应形成电流，并通过导线将电流传递给蓄电池进行存储；

4)、降温层对杯体进行降温，使得杯体温度逐渐与降温层温度接近，两者之间的温度差也逐渐缩小直至为零；

5)、当降温层与杯体之间的温差等于零时，N型半导体、P型半导体两端的温差也归零，此时两端不再产生电动势，向蓄电池的充电过程停止。

2.根据权利要求1所述的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法，其特征在于：所述降温层中填充着固体无水醋酸钠。

3.根据权利要求1所述的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法，其特征在于：在所述降温层中充满了盐水。

4.根据权利要求1所述的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法，其特征在于：所述外壳采用PP塑料制成。

5.根据权利要求1所述的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法，其特征在于：在所述外壳上开设有电源接口，所述蓄电池位于所述真空空隙中，所述蓄电池通过导线与所述电源接口相连。

6.根据权利要求1所述的利用能快速降温的保温杯进行发电的方法，其特征在于：在步骤5)中，可以在两个冷源接触片之间设置金属连接片，当将热水从杯体中倒出后，杯体快速降温成为冷源，而降温层则转化成了热源，从而利用降温层与杯体之间的温差进行二次发电。