CN111772439A

CN111772439A - 一种水杯

Info

Publication number: CN111772439A
Application number: CN202010671367.1A
Authority: CN
Inventors: 胡再国
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2020-10-16

Abstract

一种水杯涉及日常用品领域，夏天需要一种能够快速散热，但是在适于饮用的温度段，又需要较好的保温效果。一种水杯，包括杯盖和杯体，杯体为密封的双层结构，双层结构的内层称为杯体内层、双层结构的外层称为杯体外层，其特征是：双层之间为水蒸气。建议：100摄氏度时，双层之间为水蒸气的气压为1个标准大气压。进一步改进：杯体内层的外侧为一层金属网格，网格内侧和杯体内层外侧之间存在0.1‑0.2mm的缝隙。有益效果是：清洁环保，高温段散热快、低温段散热慢；附加质量能够忽略；易于重复使用。

Description

一种水杯

技术领域

本发明涉及日常用品领域，特别是饮用水水杯。

背景技术

现在常用双层金属水杯，双层金属之间为高真空。有一种保温杯给出的参数为：室温20±2°C，开水温度95摄氏度；在1小时内测得温度在87摄氏度以上，6个小时，测定温度在71摄氏度以上，这说明现在的双层保温杯保温效果很好。

但是，适合于饮水的水温是与人体体温比较接近的温度，人体的体温在36摄氏度左右，能够畅快喝水的温度在30-50摄氏度。比较高的温度，则需要小口饮水（利用口腔内部的液体中和使水温在44摄氏度以下，44摄氏度以上有比较烫的感觉）。在夏天，由于室温温度高，在体温附近，人体容易出汗丢失水分，需要大量补水；开水有利于杀菌，减少细菌滋生，但是保温杯保温时间太长，不太能够充分提供适宜饮用水水温。现有的保温杯比较适合于冬季使用。不太适合于夏季使用。

现在有一种技术：采用石蜡填充在双层金属之间，利用石蜡融化吸热和石蜡冷却放热来实现较好的保温效果。主要存在的问题：（1）要实现较好的保温，那么石蜡层应该是被隔绝的，即应该是三层结构，内部两层之间容纳石蜡、外部两层之间为真空，使结构比较复杂；（2）石蜡不是纯净物，没有固定的熔点；（3）有一种报道，在70-80摄氏度，石蜡的溶解热为224KJ/Kg；水杯的水容量大致在400毫升（约等于400g），假定水温从95摄氏度降低到70摄氏度，即25摄氏度的降温，需要放出的热量为400*25*4.18/224=0.18Kg，即水杯需要额外增加180克，大致相当于水杯容量的一半的体积，导致水杯比较笨重；（4）在石蜡都熔化后，水温和石蜡的温度都大致在70-80摄氏度，那么这个温度还是比较高（不太适合于饮用），如果杯体为三层结构、那么水温将长时间保持在高温；如果杯体为双层结构，那么石蜡熔化前和熔化后，石蜡作为传热介质连接杯体内部的热水和外界的空气，将导致较快的散热，达不到保温的效果；（5）如果调节石蜡的结构（组成），即增大小分子量的含量以达到凝固点在室温附近，那么一方面要增加水杯的重量；另一方面在一杯水饮用后，由于石蜡还储存能量（液态），那么再次使用的快速降温效果将消失（保温效果反而增强），即重复性较差。

发明内容

夏天需要一种能够快速散热，但是在适于饮用的温度段，又需要较好的保温效果。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种水杯，包括杯盖和杯体，杯体为密封的双层结构，双层结构的内层称为杯体内层、双层结构的外层称为杯体外层，其特征是：双层之间为水蒸气。

建议：100摄氏度时，双层之间为水蒸气的气压为1个标准大气压。进一步改进：杯体内层的外侧为一层金属网格，网格内侧和杯体内层外侧之间存在0.1-0.2mm的缝隙。再进一步改进：杯体倒置，一个圆环形隔板布置在杯体内层外侧和杯体外层内侧之间、从而使杯体内层外侧和杯体外层内侧之间形成一个容器，隔板为容器的底部，容器中为液态水，液态水淹没杯体内层杯底外侧1-2cm，液态水在双层杯体之间的部分的深度为2-5cm；杯体内层外侧底部与杯体外层内侧底部之间的距离为3-4cm；隔板有一个孔洞密封连接管道，管道连通隔板的上方和下方。

本发明的有益效果是：

（1）水蒸气，是水（H2O）的气体形式，清洁环保，如果发生杯体损坏带来的泄露，不会带来健康风险；密封在双层之间的水蒸汽，受到杯体内部水温的加热，也不可能存在细菌和病毒；

（2）在100摄氏度，水蒸气的饱和气压为10⁵Pa（接近于一个标准大气压）；在90摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.7*10⁵Pa；在80摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.5*10⁵Pa；在70摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.32*10⁵Pa；在60摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.20*10⁵Pa；在50摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.12*10⁵Pa；在40摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.075*10⁵Pa；在30摄氏度，水蒸气的饱和气压为0.043*10⁵Pa；从这些参数可以看出，随着杯体内层内部水温温度降低，双层之间的气压也在急剧下降（以部分水蒸气凝聚成水的方式实现），而气体分子的运动速度也在降低（气体分子运动速度与温度相关），气体分子的运动是实现散热的方式之一（对流），因此，随着水温的降低、双层之间的水蒸气的气压下降、保温效果逐渐增强（对流散热方式逐渐减弱）；

（3）相对于石蜡保温方式，本发明的水蒸气含量少，附加质量能够忽略；

（4）增加水量，水杯倒置，由于热水上浮、冷水下沉的原理，在杯底设置水容器能够加快散热（水杯内部装满水效果更佳），在水温比较合适后，再正放、由于水温降低、双层之间的气压也在急剧下降、有利于保温；

（5）易于重复使用。

附图说明

图1是杯体示意图（没有画出杯盖）；图2是纵剖示意图；

其中，1、杯体内层；2、杯体外层；3、隔板；4、水位线；5、管道；6、金属网格。

具体实施方式

一种水杯，包括杯盖（图1没有画出杯盖，杯盖作为现有技术的常用部件，在本发明中的作用是相同的，本发明主要涉及杯体的改进）和杯体，杯体为密封的双层结构，双层结构的内层称为杯体内层1、双层结构的外层称为杯体外层2，其特征是：双层之间为水蒸气。

建议：100摄氏度时，双层之间为水蒸气的气压为1个标准大气压（为延长春季和秋季的保温时间，气压的大小可以减小为其它压强，比如0.5个大气压）。

进一步改进：杯体内层1的外侧紧贴一层金属网格6（摇动促使水分喷洒在杯体内层1的外侧，由于网格内侧和杯体内层1外侧之间存在0.1-0.2mm的缝隙、以及液体的表面张力效应，液体能够依附在内层杯体外侧与网格之间的缝隙中（不滴落），促使水分充分接触杯体内层1外侧、使外侧水分受热容易挥发成气体（气态水，从而带走热量），气体（水）运动到杯体外层2的内侧，通过接触散热到杯体外层2外侧的空气。

进一步改进：杯体倒置，杯体内层1外侧和杯体外层2内侧之间形成一个容器，即一个圆环形的隔板3内侧（内圈）和外侧（外圈）分别焊接在杯体内层1外侧和杯体外层2的内侧，容器中为液态水，液态水淹没杯体内层1杯底外侧1-2cm，液态水在双层杯体之间的部分的深度为2-5cm（即图2的隔板3下方与杯体内层1底部外侧面之间的距离为2-5cm）；杯体内层1外侧底部与杯体外层2内侧底部之间的距离为3-4cm；隔板3有一个孔洞密封连接管道5，管道5连通隔板的上方和下方，冷凝水能够从管道5流到隔板3的下方。建议水位为2.5cm，即水位线4距离杯体外层2内侧底部处于水平时的距离为2.5cm。水杯平放，容器中的部分水能够通过管道5流到图2的隔板3的上方。隔板3上方有网格6，隔板3下方无网格6。

或者简化为，杯体倒置，杯体内层1外侧、杯体外层2内侧之间为液态水，水位高度可以达到杯体内层1外侧底部（此时建议杯体外层2内侧圆的直径与杯体内层1外侧圆的直径只差在1-2mm，水杯正放时，液位低于杯体内层1外侧底部）。

Claims

1.一种水杯，包括杯盖和杯体，杯体为密封的双层结构，双层结构的内层称为杯体内层（1）、双层结构的外层称为杯体外层（2），其特征是：双层之间为水蒸气。

2.根据权利要求1所述的一种水杯，其特征是：100摄氏度时，双层之间为水蒸气的气压为1个标准大气压。

3.根据权利要求1所述的一种水杯，其特征是：杯体内层（1）的外侧为一层金属网格（6），网格（6）内侧和杯体内层（1）外侧之间存在0.1-0.2mm的缝隙。

4.根据权利要求1所述的一种水杯，其特征是：杯体倒置，一个隔板（3）布置在杯体内层（1）外侧和杯体外层（2）内侧之间，从而使杯体内层（1）外侧、杯体外层（2）内侧和隔板（3）之间形成一个容器，容器中为液态水，液态水淹没杯体内层（1）杯底外侧1-2cm，液态水在双层杯体之间的部分的深度为2-5cm；杯体内层（1）外侧底部与杯体外层（2）内侧底部之间的距离为3-4cm；隔板（3）有一个孔洞密封连接管道（5），管道（5）连通隔板（3）的上方和下方。

5.根据权利要求1-3所述的一种水杯，其特征是：杯体倒置，杯体内层（1）外侧、杯体外层（2）内侧之间为液态水。