CN113525914A - 一种相变储能恒温杯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变储能恒温杯，包括杯体（106），其特征在于：所述杯体（106）内设有用于充装相变储能材料的第一腔及用于提供恒温环境的第二腔；所述相变储能材料，用于在一定时间内通过利用相变焓以抵消所述杯体（106）外部环境向所述第二腔传递热量的方式完成所述时间内所述恒温环境的温度保持；所述相变储能材料是熔程<2℃的正构烷烃之一或几种的混合；解决现有的恒温杯很难提供丰富的温度等级以满足不同药品或物品的不同温度恒温需求的问题。

Description

一种相变储能恒温杯

技术领域

本公开涉及一种恒温容器，具体的是一种利于携带生物药剂的具有恒温精度高、恒温时间长特性的恒温容器。

背景技术

生物药剂如常用的疫苗、人血清白蛋白和胰岛素等通常需要-10℃～36℃范围内恒温保存，即使是运输也不能离开恒温环境。以糖尿病的治疗药物胰岛素为例，一般未开封的胰岛素保存温度在2～8℃，开封后的胰岛素最适宜的温度应该是18℃，温度过高或者过低都会导致胰岛素作用下降甚至失效。

带有控温系统的恒温箱可满足保存要求，然而旅行、物流运输等过程中恒温箱体积较大，不便于携带；此外，恒温箱的温度控制需要供电来完成制冷或加热才能保证持久恒温，因此不可避免地受供电条件的影响。

不锈钢保温杯由内外双层不锈钢制造而成，利用焊接技术把内胆和外壳结合在一起，再用真空技术把内胆与外壳的夹层中的空气抽出来，内胆无缝、密封性能良好，真空绝热层能有效阻隔热传导、对流；内胆镀铜可以在保温杯的内胆有效果的形成一层隔热网，这样镀铜可以通过反射热辐射，有效降低通过辐射丢失的热量，以达到保温的目的。但一般不锈钢真空保温杯的保温时间在4～8h，而且很难做到温度恒定。

专利CN 106361101 A公开了一种固、液复合相变速降温微波加热恒温杯，利用低熔点相变合金相变潜热大，导热能力强，融化迅速的特点为热饮品快速降温，并利用其凝固过程中的放热达到长时间保温的效果；但相变金属比重大、成本高，所以该恒温杯需要在恒温杯体外部夹层腔里采用无机水合盐复合相变液进行辅助降温储热。

专利CN104816883A公开了一种精确控温药品保温箱，保温方法及十四烷的新用途，该保温箱利用蓄热剂十四烷中和低温冷源的过冷冷量，实现对冷藏药品的2～8℃精确冷藏控温，从而保护冷藏药品品质。但如果需要精确控温保藏的药品或其他物品的温度范围非是2～8℃，显然使用十四烷就不能达到需要效果了。

所以，对于运输需要精确控温保藏的药品或其他物品，目前并没有合适的技术方案，即可以做到恒定温度时间长、恒温过程中温度变化小，又能满足不同药品或物品的不同温度恒温需要。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种智能相变储能恒温杯，解决目前在旅行或物流运输等过程中为保存重要药品或其他物品，需要不额外利用控温系统等的精确控温恒温容器，而所述恒温容器很难提供丰富的温度等级以满足不同药品或物品的不同温度恒温需求。另外，所述恒温容器可以同时做到恒定温度时间长、恒温过程中温度变化小的要求。

为实现上述发明目的，所述的一种一种相变储能恒温杯，包括杯体，其特征在于：

所述杯体内设有用于充装相变储能材料的第一腔及用于提供恒温环境的第二腔；

所述相变储能材料，用于在一定时间内通过利用相变焓以抵消所述杯体外部环境向所述第二腔传递热量的方式完成所述时间内所述恒温环境的温度保持；

所述相变储能材料是熔程<2℃的正构烷烃之一或几种的混合。

进一步地，所述正构烷烃是正构十二烷烃至正构二十烷烃之间的偶数碳烷烃；

以及/或，

所述正构烷烃的相变焓值>200J/g。

进一步地，所述恒温环境为14±1℃时使用正十四烷与正十六烷的混合物。

进一步地，所述杯体内部设置杯胆；

所述杯胆，用于提供所述第一腔及所述第二腔。

进一步地，所述杯胆具有夹层结构及空腔结构；

所述夹层结构，用于提供所述第一腔；

所述空腔结构，用于提供所述第二腔；

或，

所述杯胆包括第一杯胆及第二杯胆；

所述第一杯胆安装于所述第二杯胆内；

所述第一杯胆，用于提供所述第二腔；

所述第二杯胆，用于提供所述第一腔。

进一步地，所述杯胆外侧具有真空层；

所述真空层，用于阻隔所述杯体的外部环境对所述第二腔的对流传热及传导传热。

进一步地，所述真空层的压力小于10P_a；

以及/或，

所述杯体的侧壁设有中空层；

所述中空层是所述真空层。

进一步地，所述中空层和/或所述第二杯胆和/或所述第一杯胆内表面和/或外表面设有镀铜层；或所述中空层和/或所述夹层结构和/或所述空腔结构的内表面和/或外表面设有镀铜层；

所述镀铜层，用于阻隔所述外部环境对所述第二腔的辐射传热；

以及/或，

所述第二杯胆或所述夹层结构的底部与所述杯体之间设置底部保温材料；

所述底部保温材料，用于阻隔所述第二腔下部与所述杯体的外部环境之间的传热；

以及/或，

所述杯体具有杯盖；

所述杯盖的下表面设有顶部保温材料；

所述顶部保温材料，用于阻隔所述第二腔上部与所述杯体的外部环境之间的传热。

进一步地，所述第二杯胆或所述夹层结构的上端口与所述杯体之间的夹层内设置端口保温材料；

所述端口保温材料与所述顶部保温材料共同阻隔所述杯体的外部环境对所述第二腔上部的传热；

以及/或，

所述第一杯胆的端口具有上沿；

所述上沿坐在所述第二杯胆的端口上；

所述第二杯胆的端口连接端盖；

所述端盖，用于将所述第一杯胆锁定在所述第二杯胆内；

以及/或，

所述杯体内设置温度监控模块；

所述温度监控模块，用于监测所述恒温环境的温度。

进一步地，所述杯盖的侧面设置密封圈；

所述密封圈，用于密封所述杯盖与所述杯体的接触间隙；

以及/或，

所述温度监控模块包括温度传感器及蓝牙模块；

所述温度传感器将所述第二腔的环境温度信号通过所述蓝牙模块发送到终端设备上以显示所述第二腔的环境温度；

所述温度监控模块安装在所述底部保温材料内；

以及/或，

所述端盖具有开口；

所述开口，用于投放或取出待恒温物品。

本公开具有如下有益效果：

本公开的相变储能恒温杯，使用的相变储能材料为熔程<2℃的正构烷烃之一或几种的混合，可以做到因碳数不同而得到一系列不同相变温度。另外考虑到偶数碳正构烷烃的相变焓值高于奇数碳正构烷烃，并且不存在转晶的复杂过程，本公开采用偶数碳正构烷烃如正十二烷（熔点-10℃）、正十四烷（熔点6℃）、正十六烷（熔点18℃）、正十八烷（熔点28℃）或正二十烷（熔点36℃），这样为生产不同温度恒温杯提供了基础；使用熔程<2℃的正十六烷为例，其相变焓值高达241J/g，其恒温过程可以一直保持在18±1℃的相变温度范围内。

在更细分的温度等级上还可以通过调整不同正构烷烃的比例达到，以使用熔程<2℃的正十四烷（8wt%）和熔程<2℃的十六烷（92wt%）混合组分为例，其相变焓值为216J/g，具体恒温过程可以一直保持在14℃±1℃的相变温度范围内。通过这样的技术方案，使本公开的恒温杯可在-10℃～36℃范围内使用，并且温度控制更精确，温度等级更丰富，而非只针对一个单一温度下使用。

另外，同传统相变石蜡一样，本公开的正构烷烃的热传导率比较低，在常温常压下，正十六烷和水的导热系数分别为0.15和0.59W/m×K，由此可见正十六热传导率只有常见水溶液的25%；在已有技术中，通常需要热传导率比较高的相变储能材料来提高相变效率，但在本公开中，则是充分利用正构烷烃的低热传导率，同时结合带有真空层的杯身来进一步提高恒温杯的绝热效果，及杯身的镀铜层共同作用，成为延长恒温杯恒温时间的有效方法。

附图说明

通过以下参考附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本公开实施例的相变储能恒温杯的结构示意图；

图2是本公开对比例1的测试效果图；

图3是本公开对比例2的测试效果图；

图4是本公开实施例1的测试效果图；

图5是本公开实施例2的测试效果图；

图6是本公开实施例3的测试效果图；

图7是本公开实施例4的测试效果图。

具体实施方式

以下基于实施例对本公开进行描述，但是值得说明的是，本公开并不限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本公开。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本公开的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本公开实施例的相变储能恒温杯的结构示意图；在图1中，本公开的相变储能恒温杯包括杯体106， 在杯体106内充装有相变储能材料，然后利用相变储能材料在一定时间内，通过利用相变焓抵消外部环境传递的热量的方式，使得杯体106的内部在一定时间内保持温度不变或温度变化很小；而该相变储能材料是熔程<2℃的正构烷烃之一或几种的混合。

本公开的杯体106的材质可以采用不锈钢材质或树脂材质，当然也可以采用其他材质，优选采用不锈钢材质。

优选地，本公开的正构烷烃可以是正构十二烷烃至正构二十烷烃之间的偶数碳烷烃，这些正构烷烃的熔程<2℃、相变焓值>200J/g。

以正十六烷为例，其相变焓值高达241J/g，相变温度为18℃；正十二烷可以提供-10℃的相变温度，正十四烷可以提供6℃的相变温度，正十八烷可以提供28℃的相变温度，正二十烷可以提供36℃的相变温度。

以正十四烷（8wt%）和正十六烷（92wt%）混合为例，其相变焓值为216J/g， 相变温度为14℃。同理，可以通过正构十二烷烃至正构二十烷烃之间其他的混合方式，获得其他的相变温度和相变焓值，为提供温度等级更加丰富的保温环境创造有利条件。

本公开的正构烷烃可以从传统相变石蜡中通过分离技术得到。

在图1中，杯体106内部杯胆，该杯胆包括第一杯胆108及第二杯胆107，第一杯胆108安装于第二杯胆107内；这样杯体内具有相互独立的两个腔体，其中，第一杯胆108用作盛装待恒温药品或其他物品的容器，第二杯胆107用于充装上述的正构烷烃之一或几种的混合物。

当然，该杯胆也可以由空腔结构及夹层结构构成，其中的空腔结构用于盛装待恒温药品或其他物品的容器，夹层结构用于充装上述的正构烷烃之一或几种的混合物。

本公开的杯胆材质可以采用不锈钢材质或树脂材质，当然也可以采用其他材质，优选采用树脂材质。

杯体106的侧壁设有中空层，该中空层是真空层。该真空层的设置目的是用于降低杯体106外部环境对第一杯胆108的对流传热及传导传热，从而延长第一杯胆108内部温度的恒定时间。

优选地，本公开的真空层的压力小于10P_a，当然真空压力越小，阻隔效果越好。

进一步地，本公开在中空层的内表面设有镀铜层，该镀铜层用于阻隔外部环境对第一杯胆108的辐射传热；当然，第二杯胆107和/或第一杯胆108的内表面和/或外表面也可以设置镀铜层，该镀铜层的设置提高了外部环境对第一杯胆108的辐射传热阻隔效果，从而延长第一杯胆108内部温度的恒定时间。

在图1中，第二杯胆107的底部与杯体106之间设置底部保温材料110，该底部保温材料110的作用是阻隔第一杯胆108下部与杯体106的外部环境之间的传热，为延长第一杯胆108内部温度的恒定时间提供保证措施。

在图1中，杯体106具有杯盖101，在杯盖101的下表面设有顶部保温材料102，该顶部保温材料102的作用是阻隔第一杯胆108上部与杯体106的外部环境之间的传热，同样是为延长第一杯胆108内部温度的恒定时间提供保障措施。

在图1中，杯盖101的侧面设置密封圈103，进一步通过该密封圈103密封杯盖101与杯体106的接触间隙的方式提高阻隔传热的效果，为延长第一杯胆108内部温度的恒定时间提供保障措施。

在图1中，在第二杯胆107的上端口与杯体106之间的夹层内设置端口保温材料105，该端口保温材料105与顶部保温材料102共同阻隔杯体106的外部环境对第一杯胆108上部的传热，也同样可以为延长第一杯胆108内部温度的恒定时间提供保障。另外，通过该端口保温材料105可以将第二杯胆107及其内部的第一杯胆108固定在杯体106内，使第二杯胆107及第一杯胆108与杯体106成为统一整体。

本公开的顶部保温材料102、端口保温材料105及底部保温材料110可以采用非金属的软质或硬质保温材料，如不干胶泡沫、橡胶泡沫或PVC塑料等材料，当然本公开并不限制具体的材料品种。

在图1中，第一杯胆108的端口具有上沿，上沿坐在第二杯胆107的端口上，第二杯胆107的端口还连接端盖104，本公开通过端盖104将第一杯胆108锁定在第二杯胆107内。当然，第一杯胆108与第二杯胆107之间也可以采用其他锁定方式，本公开并不限制具体的锁定方式。

在图1中，本公开的端盖104具有开口，通过该开口方便投放或取出待恒温物品。

在图1中，杯体106内设置温度监控模块109，该温度监控模块109用于监测恒温环境的温度，以供恒温杯使用者随时掌握恒温杯温度。

优选地，本公开的温度监控模块109可以包括温度传感器、蓝牙模块及纽扣电池；具体的是，温度传感器将第一杯胆108的环境温度信号通过蓝牙模块发送到终端设备上，通过终端设备显示第一杯胆108内的环境温度；而终端设备可以是手机或电脑等，本公开并不对终端设备进行限制。本公开可以采用已有技术中的可以购买得到的纽扣电池、温度传感器及蓝牙模块，如蓝牙模块可以是具有蓝牙功能的PCBA板。

在图1中，本公开的温度监控模块109安装在底部保温材料110内；当然也可以安装在其他位置，本公开并不对此进行限制。

具体地，结合对比例和实施例对本公开的恒温杯的使用效果进行描述，以帮助理解本公开的有益效果：

对比例1

采用一般的不锈钢保温杯，该恒温杯采用不锈钢杯身和树脂杯胆，杯胆体积为215mL，该不锈钢杯身内壁设置镀铜层，杯胆内投放要保存的药品（剂），杯身具有上盖，上盖下端设有软质保温材料及密封圈，杯身内安装温度监控模块，温度监控模块通过蓝牙无线传输数据实时跟踪杯胆内温度变化情况。

实验开始前，杯身及杯胆在22℃条件下充分恒温，实验模拟了冬季低温（恒温-25℃）环境对杯内温度的影响，测试结果如图2所示，通过图2可以看出，无真空的条件下不锈钢杯不能实现保温效果。

对比例2

本对比例采用的也是不锈钢保温杯，该保温杯与对比例1的保温杯不同之处在于，不锈钢杯身内具有真空夹层，真空夹层内的真空压力为10Pa。仍采用与对比例1相同的测试条件，测试结果如图3所示。从图3可以看出，虽然该不锈钢保温杯经过真空镀铜处理，但并不能实现恒温控制。

实施例1

本实施例1采用了本公开的恒温杯，采用不锈钢杯体和树脂杯胆，不锈钢杯体内具有真空夹层，真空夹层内的真空压力为10Pa，不锈钢杯体内壁设置镀铜层。要保存的药剂装入第一杯胆108内，第一杯胆108体积为215mL，第二杯胆107中充装320g正十六烷。

实验开始前，已经在22℃条件下充分恒温（其中正十六烷完全液化）；实验模拟了冬季低温（恒温-25℃）环境对杯内温度的影响，测试结果如图4所示。通过图4可以看出，本公开恒温杯，可在18℃左右实现约30h恒温控制。

实施例2

采用本公开恒温杯，其中真空层的真空压力为10Pa，第一杯胆108体积为215mL，第二杯胆107中充装25.6g正十四烷和294.4g正十六烷混合组分。

实验开始前，已经在22℃条件下充分恒温（其中正十六烷完全液化）；实验模拟了冬季低温（恒温-25℃）环境对杯内温度的影响，测试结果如图5所示。通过图5可以看出，本公开恒温杯，可在14℃左右实现约30h恒温控制。

实施例3

采用本公开恒温杯，其中真空层的真空压力为10Pa，第一杯胆108体积为215mL，第二杯胆107中充装320g正十六烷。

实验开始前，已经在5℃条件下充分恒温（其中正十六烷完全固化）；实验模拟了夏季高温（恒温35℃）环境对杯内温度的影响，测试结果如图6所示。通过图6可以看出，本公开恒温杯，可在18℃左右实现约60h恒温控制。

实施例4

本实施例模拟了我国东北地区冬季室外和车库车载综合环境对杯内温度的影响，其他条件均与实施例1相同，测试结果如图7所示。通过图7可以看出，本公开恒温杯，可在18℃左右实现约90h恒温控制。

通过上述实施例可以看出，本公开的恒温杯，采用了真空层内壁镀铜不锈钢杯与充装相变储能杯胆相结合技术，无需其他方式的能源输入，在模拟夏季高温和冬季低温环境条件下都取得良好的恒温效果。

此外，通过更换相变储能材料满足不同药剂的保存需求，而且该相变储能材料绿色环保，不易渗漏。

另外，本公开的恒温杯还利用手机等通讯工具通过蓝牙无线通信方式实时监控杯胆内的温度变化，以确保药剂保存安全。

再有，本公开的恒温杯结构简单、容易操作、方便携带，具有广泛的实用性。

以上所述实施例仅为表达本公开的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种相变储能恒温杯，包括杯体（106），其特征在于：

所述杯体（106）内设有用于充装相变储能材料的第一腔及用于提供恒温环境的第二腔；

所述相变储能材料，用于在一定时间内通过利用相变焓以抵消所述杯体（106）外部环境向所述第二腔传递热量的方式完成所述时间内所述恒温环境的温度保持；

所述相变储能材料是熔程<2℃的正构烷烃之一或几种的混合。

2.根据权利要求1所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述正构烷烃是正构十二烷烃至正构二十烷烃之间的偶数碳烷烃；

以及/或，

所述正构烷烃的相变焓值>200J/g。

3.根据权利要求2所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述恒温环境为14±1℃时使用正十四烷与正十六烷的混合物。

4.根据权利要求1-3任一项所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述杯体（106）内部设置杯胆；

所述杯胆，用于提供所述第一腔及所述第二腔。

5.根据权利要求4所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述杯胆具有夹层结构及空腔结构；

所述夹层结构，用于提供所述第一腔；

所述空腔结构，用于提供所述第二腔；

或，

所述杯胆包括第一杯胆（108）及第二杯胆（107）；

所述第一杯胆（108）安装于所述第二杯胆（107）内；

所述第一杯胆（108），用于提供所述第二腔；

所述第二杯胆（107），用于提供所述第一腔。

6.根据权利要求5所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述杯胆外侧具有真空层；

所述真空层，用于阻隔所述杯体（106）的外部环境对所述第二腔的对流传热及传导传热。

7.根据权利要求6所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述真空层的压力小于10P_a；

以及/或，

所述杯体（106）的侧壁设有中空层；

所述中空层是所述真空层。

8.根据权利要求7所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述中空层和/或所述第二杯胆（107）和/或所述第一杯胆（108）内表面和/或外表面设有镀铜层；或所述中空层和/或所述夹层结构和/或所述空腔结构的内表面和/或外表面设有镀铜层；

所述镀铜层，用于阻隔所述外部环境对所述第二腔的辐射传热；

以及/或，

所述第二杯胆（107）或所述夹层结构的底部与所述杯体（106）之间设置底部保温材料（110）；

所述底部保温材料（110），用于阻隔所述第二腔下部与所述杯体（106）的外部环境之间的传热；

以及/或，

所述杯体（106）具有杯盖（101）；

所述杯盖（101）的下表面设有顶部保温材料（102）；

所述顶部保温材料（102），用于阻隔所述第二腔上部与所述杯体（106）的外部环境之间的传热。

9.根据权利要求8所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述第二杯胆（107）或所述夹层结构的上端口与所述杯体（106）之间的夹层内设置端口保温材料（105）；

所述端口保温材料（105）与所述顶部保温材料（102）共同阻隔所述杯体（106）的外部环境对所述第二腔上部的传热；

以及/或，

所述第一杯胆（108）的端口具有上沿；

所述上沿坐在所述第二杯胆（107）的端口上；

所述第二杯胆（107）的端口连接端盖（104）；

所述端盖（104），用于将所述第一杯胆（108）锁定在所述第二杯胆（107）内；

以及/或，

所述杯体（106）内设置温度监控模块（109）；

所述温度监控模块（109），用于监测所述恒温环境的温度。

10.根据权利要求9所述的相变储能恒温杯，其特征在于：

所述杯盖（101）的侧面设置密封圈（103）；

所述密封圈（103），用于密封所述杯盖（101）与所述杯体（106）的接触间隙；

以及/或，

所述温度监控模块（109）包括温度传感器及蓝牙模块；

所述温度传感器将所述第二腔的环境温度信号通过所述蓝牙模块发送到终端设备上以显示所述第二腔的环境温度；

所述温度监控模块（109）安装在所述底部保温材料（110）内；

以及/或，

所述端盖（104）具有开口；

所述开口，用于投放或取出待恒温物品。

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