CN109953593B - 一种相变蓄热速凉温控杯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变蓄热速凉温控杯，该温控杯包括杯体，杯体设有杯盖(1)、内胆(3)和外胆(2)，内胆(3)与外胆(2)之间为真空腔(4)；还包括多组相变导热结构和控制开关；所述多组相变导热结构均匀设置在真空腔内，包括弧形导热壳(5)、相变材料(6)、导热片(14)和限位片(15)，控制开关设置在杯体底部，包括成对配置的内外磁体组和调节环(11)。散热状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相异相吸，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)接触散热；当杯内温度过高时，弧形导热壳(5)受热膨胀与外胆(2)接触，将热量传递至杯外；保温状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相同相斥，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)分离隔热。该杯既能快速降温又能长时间保持在适宜饮用的温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种温控杯，特别是一种快速降温及保温性可控的温控杯。
背景技术
目前市面上的保温杯一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层做成的盛水容器，顶部有盖，密封严实，其目的在于尽量减少热量散失，从而达到保温效果。想要减少热量散失就要从热量传递的三种基本方式去考虑，即热传导、热对流和热辐射。
(1)热传导：当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠物质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导(导热)，理论上讲热传导可以在固体、液体、气体中进行。
(2)热对流：热对流指由于流体的宏观运动，即流体中质点发生相对位移，冷热流体相互掺混而发生热量传递的方式。这种热量传递方式仅发生在液体和气体中。由于流体中的分子同时进行着不规则的热运动，因此热对流必然伴随着热传导。
(3)热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为热辐射。它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的，自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射，高温物体通过辐射换热将热量传给低温物体实际上是由于高温物体给低温物体的辐射能大于低温物体给高温物体的辐射能的综合结果。与热传导和热对流相比，热辐射具有如下特点：
①辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质；
②一切物体温度高于绝对零度的物体均能够持续地发射出辐射能，同时也能持续地吸收来自其他物体的辐射能；
③热辐射不仅具有能量的传递，而且具有能量形式的转换。辐射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。
因此保温杯的原理在于：(1)防止热传导，将保温杯夹层的空气抽走形成真空，阻止热传导，大多数不锈钢保温杯的原理就是采用抽真空的方式防止热传导；(2)防止热对流，将保温杯做成小口径瓶口并加上杯盖进行密封，阻止液面上的气体流动；(3)防止热辐射，可以在杯内胆镀银或铝，也可以将内胆壁抛光形成镜面效果，这样可以反射热量辐射，有效降低热辐射散失的热量。
在日常生活中，保温杯倒入热水后，由于保温杯的保温作用，并不能很快降至适宜饮用的温度，而待凉至适宜饮用时，又无法长时间保持在该温度。另外，市面上现有的速凉保温杯也只是第一杯热水的速凉效果较好，当立即倒入下一杯热水时就无法达到速凉的效果。
发明内容
本发明目的是提供一种既能快速降温又能长时间保持在适宜饮用的温度，且能实现各杯热水速凉的保温杯。
本发明所采用的技术方案如下：
一种相变蓄热速凉温控杯，该温控杯包括杯体，所述杯体包括杯盖(1)、内胆(3)和外胆(2)，内胆(3)与外胆(2)之间为真空腔(4)；还包括多组相变导热结构和控制开关；
所述多组相变导热结构均匀设置在真空腔内，包括弧形导热壳(5)、相变材料(6)、导热片(14)和限位片(15)，相变材料(6)封装于弧形导热壳(5)内，弧形导热壳(5)焊接于内胆(3)壁上，弧形导热壳(5)的外弧与外胆(2)间留有间隙，当杯内温度过高时，弧形导热壳(5)受热膨胀与外胆(2)接触，将热量传递至杯外，弧形导热壳(5)的外侧与导热片(14)一侧铰接，导热片(14)另一侧为自由端，限位片(15)固定于内胆(3)壁外对导热片(14)进行限位支撑；
所述控制开关设置在杯体底部，包括成对配置的内外磁体组和调节环(11)，内外磁体组与导热片(14)组数相当并对应设置；调节环(11)套装在杯体外，内外磁体组中的内磁体(16)设于真空腔内并固定在导热片(14)的内侧，外磁体(8)对应设于真空腔外镶嵌于调节环(11)内；
散热状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相异相吸，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)接触散热；
保温状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相同相斥，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)分离隔热；
优选地，所述控制开关还设有定位结构，包括上固定环(7)、下固定环(12)和子弹头卡扣(9)，上、下固定环组合安装在杯体外胆(2)上，所述调节环(11)安装在上、下固定环之间，子弹头卡扣(9)通过压缩弹簧(10)安装在调节环(11)上，并分别与上固定环(7)上的保温位置孔(17)和散热位置孔(18)定位连接。
优选地，所述的弧形导热壳(5)为三边围成的中空壳体，外弧形状与外胆(2)相适配，两侧弧切面与内胆连接，截面呈鱼鳍状连接在内胆外，相变材料(6)封装在中空的弧形导热壳(5)内。保温时弧形导热壳(5)与外胆(2)处于分离状态，散热时弧形导热壳(5)受热发生膨胀向外伸展可与外胆(2)接触散热。
优选地，所述的弧形导热壳(5)和导热片(14)高度相当，均略小于内胆高度。
优选地，所述的导热片(14)呈弧形与外胆(2)形状相适配，采用导热性较好的弹性材料，导热片(14)与外胆(2)处于接触状态时，导热片(14)贴在外胆(2)的内壁上。
优选地，所述的导热片(14)可通过内磁体(16)和外磁体(8)的作用使导热片(14)与外胆(2)处于分离或接触状态。
优选地，所述的限位片(15)固定于内胆(3)上，其位置对应于导热片(14)的中端或末端附近。
优选地，所述成对配置的内外磁体组，当内磁体(16)数量为奇数时，每个内磁体(16)配置两个外磁体(8)，所有内磁体(16)磁极相同，配置的两个外磁体(8)中一个与内磁体(16)磁极相同，另一个与内磁体(16)磁极相异；使用时，调节外磁体(8)的位置，形成与内磁体(16)磁极相同或相异的配合方式，带动导热片(14)与外胆(2)分离或接触；
当内磁体(16)数量为偶数时，每个内磁体(16)配置一个外磁体(8)，所有正对外胆(2)的相邻的内磁体(16)的磁极相异，所有相邻的外磁体(8)的磁极相异；使用时，调节外磁体(8)的位置，形成与内磁体(16)磁极相同或相异的配合方式，带动导热片(14)与外胆(2)分离或接触。
优选地，所述弧形导热壳(5)为热膨胀系数较大的材料。
优选地，所述相变材料(6)的相变温度约为五十摄氏度。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
(1)在温控杯内设置有相变降温部件和导热结构，可实现热水快速降温，以便饮用。
(2)温控杯内的相变材料和真空结构能将水温长时间保持在适合饮用的温度。
(3)当立即倒入下一杯热水时，弧形导热壳内相变材料的热量未能及时散出时，弧形导热壳温度过高发生热膨胀与外胆相接触，将热量传递至杯外，达到自动快速降温的效果；或者手动将导热结构与外胆相接触，将杯内热量传递至杯外，实现后续手动快速降温。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例中温控杯轴剖图；
图2为本发明实施例中轴剖图左侧局部放大图；
图3为本发明实施例中轴剖图右侧局部放大图；
图4为本发明实施例中温控杯保温状态示意图；
图5为本发明实施例中温控杯自动散热状态示意图；
图6为本发明实施例中温控杯手动散热状态示意图；
图7为本发明实施例中控制开关拆分示意图；
图8为本发明实施例中奇数内磁体分布示意图；
图中：1.杯盖，2.外胆，3.内胆，4.真空腔，5.弧形导热壳，6.相变材料，7.上固定环，8.外磁体，9.子弹头卡扣，10.压缩弹簧，11.调节环，12.下固定环，13.铰链，14.导热片，15.限位片，16.内磁体，17.保温位置孔，18.散热位置孔，19.弹簧孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例一：
在图1和图4中，本发明的相变蓄热速凉温控杯包括杯体、多组相变导热结构和控制开关。杯体包括杯盖(1)、内胆(3)和外胆(2)，内胆(3)与外胆(2)之间为真空腔(4)。
本例中多组相变导热结构包括四组，均匀设置在真空腔内，每组包括弧形导热壳(5)、相变材料(6)、导热片(14)和限位片(15)，相变材料(6)封装于弧形导热壳(5)内，弧形导热壳(5)焊接于内胆(3)壁上，弧形导热壳(5)的外弧与外胆(2)间留有间隙。
弧形导热壳(5)为三边围成的中空壳体，外弧形状与外胆(2)相适配，两侧弧切面与内胆连接，截面呈鱼鳍状连接在内胆外，相变材料(6)封装在中空的弧形导热壳(5)内。保温时弧形导热壳(5)与外胆(2)处于分离状态，散热时弧形导热壳(5)受热发生膨胀向外伸展可与外胆(2)接触散热。弧形导热壳(5)和导热片(14)高度相当，均略小于内胆高度，便于导热片与外胆的接触散热。截面呈鱼鳍状的弧形导热壳(5)一则方便填充相变材料(6)，另则方便膨胀与收缩，便于与外胆保持间隙并有较大的传热面积。
弧形导热壳(5)的外侧与导热片(14)一侧铰接，本例采用弧形导热壳的外弧末端侧或侧弧外侧与导热片一侧铰，导热片(14)另一侧为自由端，弧形导热壳(5)与导热片(14)之间的连接类似折页门的连接方式，既要便于导热片的转动调整，也使二者充分接触传导热量。限位片(15)固定于内胆(3)壁外对导热片(14)支撑限位。铰接端用于传导弧形导热壳(5)的热量，自由端为方便磁体拉动导热片(14)贴向外胆(2)实现传热；或与外胆(2)分离实现保温。
如图1、图2、图6所示，控制开关设置在杯体底部，包括成对配置的内外磁体组和调节环(11)，调节环(11)套装在杯体外，内外磁体组中内磁体设于真空腔内并固定在导热片(14)的内侧，外磁体(8)对应设于真空腔外镶嵌于调节环(11)内；内外磁体组与导热片(14)组数相当并对应设置，每组内外磁体组调控一个导热片(14)。
散热状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相异相吸，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)接触散热；
保温状态时，转动调节环(11)，使内、外磁体磁极相同相斥，内磁体(16)带动导热片(14)与外胆(2)分离隔热。
实施例二：
本实例可选地，控制开关还设有定位结构，如图3和图7所示，包括上固定环(7)、下固定环(12)和子弹头卡扣(9)，上、下固定环组合安装在杯体外胆(2)上，所述调节环(11)安装在上、下固定环之间，子弹头卡扣(9)通过压缩弹簧(10)安装在调节环(11)上，并分别与上固定环(7)上的保温位置孔(17)和散热位置孔(18)定位连接。如图7所示，通过保温位置孔(17)和散热位置孔(18)实现外磁体(8)只能在这两个位置切换。两个位置分别用于散热和保温两种情况下调节环的定位。
实施例三：
本实例可选地，如图4和图6所示，导热片(14)呈弧形与外胆(2)形状相适配，为长条状的金属片，采用导热性较好的弹性材料，导热片(14)与外胆(2)处于接触状态时，导热片(14)会紧贴外胆(2)的弧形。
导热片(14)可通过内磁体(16)和外磁体(8)的作用使导热片(14)与外胆(2)处于分离或接触状态。
限位片(15)固定于内胆(3)上，其位置对应抵在导热片(14)的中端或末端附近。
实施例四：
本实例可选地，成对配置的内外磁体组中内磁体(16)数量可以为奇数，也可以为偶数，本例为奇数，如图8所示。
当内磁体(16)数量为奇数时，每个内磁体(16)配置两个外磁体(8)，所有正对外胆(2)的内磁体(16)磁极相同，配置的两个外磁体(8)中一个与内磁体(16)磁极相同，另一个与内磁体(16)磁极相异；使用时，调整两个外磁体(8)中与内磁体(16)磁极相同或相异的配合。
实施例五：
本实例可选地，成对配置的内外磁体组中内磁体(16)数量可以为奇数，也可以为偶数，本例为偶数，如图4所示。
当内磁体(16)数量为偶数时，每个内磁体(16)配置一个外磁体(8)，所有正对外胆(2)的相邻的内磁体(16)的磁极相异，所有相邻的外磁体(8)的磁极相异；使用时，调整外磁体(8)中与内磁体(16)磁极相同或相异的配合。
实施例六：
本实例可选地，弧形导热壳(5)为热膨胀系数较大的材料；相变材料(6)的相变温度约为五十摄氏度；相变材料(6)填充在弧形导热壳(5)中有余量，保证充分的膨胀空间。
实施例七：
本实例可选地，本例中相变导热结构设置三组，采用三组奇数个内磁体，在图8中，所有正对外胆(2)的内磁体(16)磁极相同，外磁体(8)与内磁体(16)的位置相对应且磁极相同或相异，外磁体(8)的数量为内磁体(16)的两倍，不同磁极等距离间隔分布；旋转调节环(11)使外磁体(8)旋转六十度便可实现磁极切换，从而控制导热片(14)与外胆(2)分离与接触。
本发明几种工作状态的工作原理如下：
速凉与保温：当热水倒入温控杯，热水中的热量通过内胆(3)传递给相变材料(6)，相变材料(6)发生相变吸热储能，达到热水快速降温的效果，随着杯内热量的散失，相变材料(6)凝固放热，如此杯内的水温能长时间保持在相变温度附近，实现第一杯热水速凉并保持长时间保温的功能，如图4所示。
自动散热：当饮用完第一杯水后立即倒入下一杯热水，由于相变材料(6)的热量未能及时散出去，此时相变材料(6)不能完全吸收下一杯热水的热量，杯内热水的温度会高于相变温度，封装有相变材料(6)的弧形导热壳(5)的温度升高，由于弧形导热壳(5)是热膨胀系数较大的材料，因此弧形导热壳(5)受热膨胀与外胆(2)相接触，如图5所示，杯内热量以热传导的形式传递至杯外，实现快速降温的功能；当水温和弧形导热壳(5)的温度下降至相变温度时，弧形导热壳(5)与外胆(2)分离，因内胆(3)与外胆(2)之间为真空，热量无法以热传导的形式向外传递，此时水温能长时间保持在相变温度附近，实现保温的功能。
手动散热：在第一杯水将要饮尽前，手动旋转外胆(2)上的调节环(11)(调节环工作详细说明见下一段)，使内磁体(16)和外磁体(8)相向的磁极相异，如图6所示，内磁体(16)和外磁体(8)相互吸引，带动导热片(14)偏移，使导热片(14)与外胆(2)相接触，相变材料内的热量通过弧形导热壳(5)、导热片(14)和外胆(2)传递至杯外，为下一杯速凉做好准备，也可在速凉和自动散热时手动旋转调节环(11)加快散热，即可实现下一杯及后续各杯热水速凉的效果。
调节环工作详细说明：在图3和图7中，上固定环(7)和下固定环(12)固定在外胆(2)上并托住调节环(11)，子弹头卡扣(9)和压缩弹簧(10)位于调节环(11)的弹簧孔(19)中，同时子弹头卡扣(9)卡于上固定环(7)的保温位置孔(17)或散热位置孔(18)中，实现定位，在保温位置孔(17)和散热位置孔(18)之间为与限位孔等宽的弧形沟槽，沟槽深度约为限位孔深度的三分之一，使调节环(11)与子弹头卡扣(9)的位置只能在保温位置孔(17)和散热位置孔(18)之间切换(如图7)。当温控杯处于保温状态时，调节环(11)及外磁体(8)的位置状态为图4和图7所示，子弹头卡扣(9)卡于保温位置孔(17)，此时内磁体(16)与外磁体(8)处于磁极同性相斥状态，导热片(14)与外胆(2)分离；将调节环(11)旋转九十度，温控杯处于手动散热状态，如图6和7所示，子弹头卡扣(9)卡于散热位置孔(18)，此时内磁体(16)与外磁体(8)处于磁极异性相吸状态，导热片(14)与外胆(2)相接触，热量能够通过导热片(14)和外胆(2)传至杯外。
Claims (7)
1.一种相变蓄热速凉温控杯，该温控杯包括杯体，所述杯体设有杯盖（1）、内胆（3）和外胆（2），内胆（3）与外胆（2）之间为真空腔（4）；其特征在于：还包括多组相变导热结构和控制开关；所述多组相变导热结构均匀设置在真空腔内，包括弧形导热壳（5）、相变材料（6）、导热片（14）和限位片（15）；所述相变材料（6）封装于弧形导热壳（5）内，弧形导热壳（5）连接于内胆（3）壁上，弧形导热壳（5）的外弧与外胆（2）间留有间隙，当杯内温度过高时，弧形导热壳（5）受热膨胀与外胆（2）接触，将热量传递至杯外；弧形导热壳（5）的外侧与导热片（14）一侧铰接，导热片（14）另一侧为自由端，限位片（15）固定于内胆（3）壁外对导热片（14）进行限位支撑；所述控制开关设置在杯体底部，包括成对配置的内外磁体组和调节环（11），内外磁体组数与所述导热片（14）组数相同并对应设置；调节环（11）套装在杯体外，内外磁体组中的内磁体（16）设于真空腔内并固定在导热片（14）的内侧，外磁体（8）对应设于真空腔外镶嵌于调节环（11）内；散热状态时，转动调节环（11），使内、外磁体磁极相异相吸，内磁体（16）带动导热片（14）与外胆（2）接触散热；保温状态时，转动调节环（11），使内、外磁体磁极相同相斥，内磁体（16）带动导热片（14）与外胆（2）分离隔热。
2.根据权利要求1所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述控制开关还设有定位结构，包括上固定环（7）、下固定环（12）和子弹头卡扣（9），上、下固定环组合安装在杯体外胆（2）上，所述调节环（11）安装在上、下固定环之间，子弹头卡扣（9）通过压缩弹簧（10）安装在调节环（11）上，并分别与上固定环（7）上的保温位置孔（17）和散热位置孔（18）定位连接。
3.根据权利要求2所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述的弧形导热壳（5）为三边围成的中空壳体，外弧形状与外胆（2）相适配，两侧弧切面与内胆连接，截面呈鱼鳍状连接在内胆外，相变材料（6）封装在中空的弧形导热壳（5）内。
4.根据权利要求3所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述的弧形导热壳（5）和导热片（14）高度相同，均略小于内胆高度。
5.根据权利要求4所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述的导热片（14）呈弧形与外胆（2）形状相适配，采用具有导热性能的弹性材料，导热片（14）与外胆（2）处于接触状态时，导热片（14）紧贴在外胆（2）内壁上。
6.根据权利要求1所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述限位片（15）固定于内胆（3）上，其位置对应于导热片（14）的中端或末端附近。
7.根据权利要求1-6任一所述的相变蓄热速凉温控杯，其特征在于：所述成对配置的内外磁体组，当内磁体（16）数量为奇数时，每个内磁体（16）配置两个外磁体（8），所有内磁体（16）磁极相同，配置的两个外磁体（8）中一个与内磁体（16）磁极相同，另一个与内磁体（16）磁极相异；使用时，调节外磁体（8）的位置，形成与内磁体（16）磁极相同或相异的配合方式，带动导热片（14）与外胆（2）分离或接触；
或者，当内磁体（16）数量为偶数时，每个内磁体（16）配置一个外磁体（8），所有相邻的内磁体（16）的磁极相异，所有相邻的外磁体（8）的磁极相异；使用时，调节外磁体（8）的位置，形成与内磁体（16）磁极相同或相异的配合方式，带动导热片（14）与外胆（2）分离或接触。
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