CN114735359B - 一种长时释热型器皿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长时释热型器皿，包括器皿本体以及与器皿本体配合的器皿盖，器皿本体包括外壳、隔热层、产热装置和盛物内胆；产热装置包括蒙皮、导液通道、产热腔体和产热介质；导液通道包括流质进出通道、输运流道和毛细通道，输运流道与流质进出通道连通，用于将流质的粘性流动过渡为毛细流动；毛细通道连通输运流道和产热腔体，用以将流质缓慢地虹吸至产热腔体内。本发明通过肋片阵组对导液通道进行分级而逐步构造毛细通道和产热腔体，利用毛细虹吸效应控制流质流量，延缓流质和产热介质间的吸附释热过程，实现了较长时间稳恒物品温度的功用。

Description

一种长时释热型器皿
技术领域
本发明涉及储热设备技术，具体地，涉及一种长时释热型器皿。
背景技术
现有技术中，电加热型器皿已经得到了普遍的应用，其结构形式一般包括盛装容器和电气加热元件。工作时，电气加热元件控制加热体加热将产生的热量传递给盛装容器，由盛装容器再将热量传递给待加热物品，从而满足为物品长时加热保温的需求。例如，申请号201821974513.2的专利设计了一种可拆卸电加热体的电加热器皿；申请号200810120108.9的专利提供了一种液体加热器皿过热保护控制器组件预防器皿在电加热过程中的过度加热；申请号201821406571.5的专利采用石墨烯加热片与电池导线相连，实现加热；申请号201820257886.1的专利中加热过程所需的热量是由加热体将蓄电池提供的电能转化而成；申请号201820257886.1的专利通过在加热器皿内部设有金属片的非金属器皿底座与磁感组相匹配形成感应涡流，实现对器皿的感应加热。在现有的电加热型中，热量连续不断地输入器皿通常是通过使用电源接线方式或者内置电池方式为电气加热元件提供电能而实现电加热过程。但是，使用电源接线方式不仅增加了用户在使用时受电击的危害，也不能满足在断电或者野外无电情况下对物品长时加热保温的需求；使用内置电池方式通常面临电池容量受限问题，可满足短时加热但不能满足长时加热需要，一般来说电池重量也较大，不利于用户携带。因此，优化和改变现有加热器皿的能源提供方式，针对在断电、不方便用电或者野外无电情况下对物品（例如食品、药品等）长时加热保温的需求，已经成为取热设备亟需解决的难题。
吸附热储存是实现器皿长时释热的一种优选技术。吸附热储存是利用吸附剂与吸附质在解吸/吸附过程中伴随有大量的热能吸收/释放从而进行能量的储存与释放，储热密度高达800(kJ/kg)以上。申请号202110277121.0的专利通过空气的水分与混入吸湿盐的吸附基质的吸附/解吸作用实现了开式的储热；申请号202110962345.5的专利公开了一种钙镁基热化学吸附储热材料，储热密度达到1400(kJ/kg)；申请号201911164047.0的专利公开了一种多孔粘土复合碱土金属无机盐复合化学吸附材料；申请号201911164047.0的专利利用吸水性无机盐的热化学吸附储热装置以期实现对电能的合理利用。然而，由于现有的吸附储热装置没有控制吸附剂的反应量以达到对吸附反应中释热过程的控制，该吸附释热过程往往是短时、高热通量式的热量释放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种以实现较长时间范围内稳恒待加热物品温度的目的长时释热型器皿。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种长时释热型器皿，包括器皿本体以及与所述器皿本体相配合的器皿盖，其特征在于，所述器皿本体包括外壳、隔热层、产热装置和盛物内胆；所述产热装置布置在所述隔热层的内腔中；所述产热装置包括蒙皮、导液通道、产热腔体和填充在所述产热腔体内部的产热介质，在所述导液通道内注入用于与所述产热腔体内的产热介质形成吸附释热过程的流质；所述导液通道包括流质进出通道、输运流道和毛细通道，所述流质进出通道布置有两个，且两个所述流质进出通道分置于所述产热装置的两个侧端；所述输运流道与所述流质进出通道连通，用于将流质的粘性流动过渡为毛细流动；所述毛细通道连通所述流质输运流道和所述产热腔体，用于将流质缓慢地虹吸至所述产热腔体内以延缓流质和所述产热介质所形成的固-液吸附释热模块的吸附释热过程。
本发明针对在断电、不方便用电或者野外无可用电情况下对物品长时加热保温的需求，结合吸附热储存技术，通过对导液通道进行分级的方法逐步构造毛细通道和产热腔体，利用毛细虹吸效应控制流质流量，延长流质（即吸附剂）和产热介质（即吸附质）间的吸附释热过程，因而实现较长时间范围内稳恒待加热物品温度的目的。
所述隔热层为常温下导热系数等于或小于为0.2(W/(K×m))的隔热材料，包括但不限于泡沫塑料、超细玻璃棉以及高硅氧棉。
所述导液通道是由具有规则排列特征的肋片阵组与所述蒙皮配合形成具有3种层次尺寸宽度的流质通道，具体地，第1级流质通道为所述流质进出通道，第2级流质通道为所述输运流道，第3级流质通道为所述毛细通道；所述3种层次尺寸宽度的流质通道中的第i级尺寸宽度与第i+1级尺寸宽度之间满足Li/Li+1=2n的关系，其中，i为大于0且小于等于2的整数，n为范围在0与2之间的有理数。
所述肋片阵组的横截面图案为条纹分布式形貌，具体地，该肋片阵组的左右两端平行设置有所述流质进出通道，沿两端部的所述流质进出通道上间隔分布并连通所述输运流道，所述输运流道设有2m条流道，其中m为小于等于8的整数，从所述输运流道上排列出微细通道开口相互联结形成所述毛细通道。
所述肋片阵组的横截面图案为脉络分布式形貌，该肋片阵组的左右两端平行设置有所述流质进出通道，沿两端部的所述流质进出通道的中间位置再连通一条中部的所述流质进出通道，沿中部的所述流质进出通道上间隔分布并连通所述输运流道，所述输运流道设有3*2k条流道，其中k为小于等于7的整数，从所述输运流道上排列出微细通道开口相互联结形成所述毛细通道。
所述固-液吸附释热模块具体为流质为水的水吸附释热模块，所述水吸附释热模块包括但不限于无机盐-水吸附释热模块、复合吸附剂-水吸附释热模块。
所述无机盐-水吸附释热模块包括但不限于卤盐-水吸附释热模块、硫酸盐-水吸附释热模块以及硅铝酸盐-水吸附释热模块。
所述硅铝酸盐-水吸附释热模块具体为沸石-液态水吸附释热模块。
所述沸石为由均匀微孔分子筛的细微沸石颗粒堆积固结后制备而成具有微小孔隙的固体。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明充分利用了吸附剂与吸附质在解吸/吸附过程中伴随有大量的热能吸收/释放从而进行能量的储存与释放的特性，通过肋片阵组规则排列成一系列微肋结构形成具有三种尺寸宽度的流质通道，即流质进出通道、输运流道以及毛细通道，逐渐将流质的粘性流动过渡为毛细流动，以期达到利用毛细虹吸效应以延长器皿工作时间的目的；其次，肋片阵组的横截面图案可设置为条纹分布式形貌或脉络分布式形貌，通过优化流质流动通道以减少流动阻力，消除固-液吸附释热模块中不反应死角，进一步提高固-液吸附释热模块中的均温特性，保证系统在储能和释能过程高效进行；最后，借助毛细通道将流质缓慢地虹吸至产热腔体内以延缓流质和产热介质间吸附释热过程，使得加热器皿能够较长时间地保持在有效的工作温度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种长时释热型器皿关闭状态的示意图。
图2为本发明一种长时释热型器皿开启状态的示意图。
图3为本发明器皿本体各组成零件装配关系的示意图。
图4为本发明产热装置的结构示意图。
图5为本发明器皿肋片阵组的横截面图案实施结构一：条纹式分布式形貌。
图6为本发明器皿肋片阵组的横截面图案实施结构一中I处的局部放大图。
图7为本发明器皿肋片阵组的横截面图案实施结构二：脉络式分布式形貌。
图8为本发明器皿肋片阵组的横截面图案实施结构二中II处的局部放大图。
结合附图在其上标记以下附图标记：1、器皿本体；11、外壳；111、边沿；112、手持环；12；隔热层；13、产热装置；131蒙皮；132、导液通道；1321、流质进出通道；1322、输运流道；1323、毛细通道；133、肋片阵组；134；产热腔体；135、产热介质；1351、颗粒；1352、微小孔隙；14、盛物内胆；2、器皿盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参阅图1至图8，在本发明的一种较佳实施方式中，一种长时释热型器皿，包括器皿本体1以及与器皿本体1铰接配合的器皿盖2，器皿本体1和器皿盖2可组合形成放入和取出物品的两种状态，分别如图1和图2所示，器皿盖2内嵌有柔性塑料的弹性件可使器皿牢牢闭合；器皿本体1包括外壳11、隔热层12、产热装置13和盛物内胆14，具体结构关系如图3所示，外壳11顶部沿周向设置有凸出边沿111，该凸出边沿111对紧贴于外壳11内壁的隔热层12起限制位移作用，为了进一步限定隔热层12也可以使用定位螺钉方式进行固定；外壳11正面还设有方便用户使用的手持环112；隔热层12的内腔中布置有可拆卸的产热装置13，隔热层12的使用用以阻隔所述产热装置13产生的热量沿外壳11向外散发，避免释热器皿的无用热耗散，有利于提高释热器皿加热性能；产热装置13包括蒙皮131、导液通道132、产热腔体134和填充在产热腔体134内部的产热介质135，该产热装置13的功用是将流质缓慢地虹吸至产热腔体134内以达到延缓流质和产热介质135的吸附释热过程；导液通道132包括流质进出通道1321、输运流道1322和毛细通道1323，流质进出通道1321布置有两个，且两个流质进出通道1321分置于产热装置13的两个侧端，用于在两端加入流质以避免单边加入流质时造成释热过程中的热量分布不均；输运流道1322与流质进出通道1321连通，用于将流质的粘性流动过渡为毛细流动；毛细通道1323连通输运流道1322和产热腔体134，利用流体的毛细效应将流质缓慢地虹吸至产热腔体134内，从而控制流质流量，起到延长流质和产热介质135间的吸附释热过程，实现了较长时间稳恒物品温度的功用；产热腔体134的顶部还设有开口内腔，该开口内腔可紧密贴合于盛物内胆14，该盛物内胆14可容纳一定需求的物品，为了便于清理盛物内胆14，该盛物内胆14相对产热装置13为可分离件。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了有效的减少该器皿热量的无用散发，隔热层12选用常温下导热系数等于或小于为0.2(W/(K×m))的隔热材料，包括但不限于泡沫塑料、超细玻璃棉以及高硅氧棉，可以有效延长该器皿进行长时间加热或者保温。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了逐渐将流质的粘性流动过渡为毛细流动，以期利用毛细虹吸效应来延长器皿工作时间的目的，如图4所示，导液通道是由具有规则排列特征的肋片阵组与蒙皮配合形成具有3种层次尺寸宽度的流质通道，具体地，第1级流质通道为流质进出通道，第2级流质通道为输运流道，第3级流质通道为毛细通道；上述3种层次尺寸宽度的流质通道中的第i级尺寸宽度与第i+1级尺寸宽度之间满足Li/Li+1=2n的关系，其中，i为大于0且小于等于2的整数，n为范围在0与2之间的有理数；进一步优选n为1，L 1=8(mm)，则L 2=4(mm)，L 3=2(mm)。
在一些实施方案中，具体如图5所示，该肋片阵组133的横截面图案为条纹分布式形貌，肋片阵组133的左右两端平行设置有流质进出通道1321；为了将流质的粘性流动过渡为毛细流动，沿两端部的流质进出通道1321上间隔分布并连通至少2m条流道的输运流道1322，有利于消除流质壅塞，所述输运流道1322可将流质引流至毛细通道1323；为了利用流体的毛细效应将流质缓慢地虹吸至产热腔体134内，从输运流道1322上排列出微细通道开口相互联结形成毛细通道1323，该毛细通道1323阵列分布在产热通道内，可以均匀虹吸流质，有利于使固-液吸附释热模块均匀释热，增强了器皿的释热性能。在本案例中，m为3，输运流道共有8条流道。进一步地，图6给出了图5中I处的局部放大图，优选固-液吸附释热模块是流质为水的水吸附释热模块，该水吸附释热模块包括但不限于无机盐-水吸附释热模块、复合吸附剂-水吸附释热模块，进一步优选无机盐-水吸附释热模块，该无机盐-水吸附释热模块包括但不限于卤盐-水吸附释热模块、硫酸盐-水吸附释热模块以及硅铝酸盐-水吸附释热模块，再进一步优选硅铝酸盐-水吸附释热模块为沸石-液态水吸附释热模块，该沸石制备为粒径在0.4-1(mm)的具有均匀微孔分子筛的细微颗粒1351堆积固结后所形成具有微小孔隙在0.1-0.2(mm)的多孔隙固体，该微小孔隙1352随机充满在整个沸石介质（也就是产热介质135）中，可用于将毛细通道虹吸过来的流质进一步毛细分流并充满整个沸石介质内部，有利于固-液吸附释热模块充分反应释热；同时，该颗粒内部的均匀微孔分子筛在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴也可在更小尺度上进一步吸附流质，能够为器皿提供稳定的热量输出，从而保证器皿的工作效果。
在一些实施方案中，具体如图7所示，肋片阵组133的横截面图案为脉络分布式形貌，该肋片阵组133的左右两端平行设置有流质进出通道1321；受自然中树木的叶片结构启发，沿两端部的流质进出通道1321的中间位置再连通一条中部的流质进出通道1321；为了将流质的粘性流动过渡为毛细流动，沿中部的流质进出通道1321上间隔分布并连通3*2k条流道的输运流道1322，有利于消除流质壅塞，所述输运流道1322可将流质引流至毛细通道1323；为了利用流体的毛细效应将流质缓慢地虹吸至产热腔体134内，从输运流道1322上排列出微细通道开口相互联结形成毛细通道1323，该毛细通道1323阵列分布在产热通道内，可以均匀虹吸流质，有利于使固-液吸附释热模块均匀释热，增强了器皿的释热性能。在本案例中，k为3，输运流道共有24条流道。进一步地，图8给出了图7中II处的局部放大图，优选固-液吸附释热模块为流质为水的水吸附释热模块，该水吸附释热模块包括但不限于无机盐-水吸附释热模块、复合吸附剂-水吸附释热模块，进一步优选无机盐-水吸附释热模块，该无机盐-水吸附释热模块包括但不限于卤盐-水吸附释热模块、硫酸盐-水吸附释热模块以及硅铝酸盐-水吸附释热模块，再进一步优选硅铝酸盐-水吸附释热模块为沸石-液态水吸附释热模块，该沸石制备为粒径在0.4-1(mm)的具有均匀微孔分子筛的细微颗粒1351堆积固结后所形成具有微小孔隙在0.1-0.2(mm)的多孔隙固体，该微小孔隙1352随机充满在整个沸石介质（也就是产热介质135）中，可用于将毛细通道虹吸过来的流质进一步毛细分流并充满整个沸石介质内部，有利于固-液吸附释热模块充分反应释热；同时，该颗粒内部的均匀微孔分子筛在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴也可在更小尺度上进一步吸附流质，能够为器皿提供稳定的热量输出，从而保证器皿的工作效果。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了去除产热介质135孔隙中的流质达到对产热介质135进行物理再生，使得器皿能够循环使用，该产热装置13相对隔热层12和器皿盖2为可分离件，该产热装置13单独分离出器皿后，可放入加热装置进行加热，让流质汽化脱离产热介质135后经导液通道132挥发，其中该加热装置包括但不限于微波炉、电烤箱等。
该器皿具体使用过程如下：
所述器皿用于加热保温时，打开器皿盖2，将待加热保温物品放入盛物内胆14，然后使用移液器、针管或者漏斗等引流设备将流质引流至流质进出通道1321内，优选一分钟内将流质加至产热装置13高度的三分之二处，随后流质依次经流质进出通道1321-输运通道1322-毛细通道1323-颗粒间的孔隙-颗粒内部的孔道后毛细流动至产热介质135内部与产热介质135反应而释放热量，实现了固-液吸附释热模块充分反应释热，所释放的热量经导热蒙皮131传递给盛物内胆14再传递给待加热保温的物品，由于通过毛细虹吸效应控制了流质流量，起到了延长流质和产热介质135间的吸附释热过程，实现了较长时间稳恒物品温度的功用；当固-液吸附释热模块完全释热后，要想对产热介质135进行物理再生，可将已经吸附了流质的产热装置13放入加热装置进行加热，让流质汽化脱离产热介质135后经导液通道132挥发，若流质为水，优选条件为200℃条件下加热20分钟，再室内干燥10分钟。此外，相对于将产热介质135和流质直接混合情形，本器皿基于毛细虹吸效应的瞬时反应当量较少，能使物品的温度长时维持在某一温度范围内，同时节约能源，有利于避免直接混合的剧烈反应所造成的短时超温问题。本发明一种长时释热型器皿可用于但不限于饭盒保温、制药取热、野外备热等领域。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种长时释热型器皿，包括器皿本体以及与所述器皿本体相配合的器皿盖，其特征在于，所述器皿本体包括外壳、隔热层、产热装置和盛物内胆；所述产热装置布置在所述隔热层的内腔中；所述产热装置包括蒙皮、导液通道、产热腔体和填充在所述产热腔体内部的产热介质，在所述导液通道内注入用于与所述产热腔体内的产热介质形成吸附释热过程的流质；所述导液通道包括流质进出通道、输运流道和毛细通道，所述流质进出通道布置有两个，且两个所述流质进出通道分置于所述产热装置的两个侧端；所述输运流道与所述流质进出通道连通，用于将流质的粘性流动过渡为毛细流动；所述毛细通道连通所述流质输运流道和所述产热腔体，用于将流质缓慢地虹吸至所述产热腔体内以延缓流质和所述产热介质所形成的固-液吸附释热模块的吸附释热过程；
所述导液通道是由具有规则排列特征的肋片阵组与所述蒙皮配合形成具有3种层次尺寸宽度的流质通道，具体地，第1级流质通道为所述流质进出通道，第2级流质通道为所述输运流道，第3级流质通道为所述毛细通道；所述3种层次尺寸宽度的流质通道中的第i级尺寸宽度与第i+1级尺寸宽度之间满足Li/Li+1=2n的关系，其中，i为大于0且小于等于2的整数，n为范围在0与2之间的有理数。
2.根据权利要求1所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述肋片阵组的横截面图案为条纹分布式形貌；该肋片阵组的左右两端平行设置有所述流质进出通道，沿两端部的所述流质进出通道上间隔分布并连通所述输运流道，所述输运流道设有2m条流道，其中m为小于等于8的整数，从所述输运流道上排列出微细通道开口相互联结形成所述毛细通道。
3.根据权利要求1所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述肋片阵组的横截面图案为脉络分布式形貌，该肋片阵组的左右两端平行设置有所述流质进出通道，沿两端部的所述流质进出通道的中间位置再连通一条中部的所述流质进出通道，沿中部的所述流质进出通道上间隔分布并连通所述输运流道，所述输运流道设有3*2k条流道，其中k为小于等于7的整数，从所述输运流道上排列出微细通道开口相互联结形成所述毛细通道。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述产热腔体的顶部设有开口内腔，该开口内腔可紧密贴合于所述盛物内胆。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述外壳顶部沿周向设置有边沿，所述边沿对紧贴于所述外壳内壁的所述隔热层起限制位移作用。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述隔热层为常温下导热系数等于或小于为0.2(W/(K×m))的隔热材料，隔热材料为泡沫塑料、超细玻璃棉或高硅氧棉。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述固-液吸附释热模块是流质为水的水吸附释热模块，所述水吸附释热模块包括但不限于无机盐-水吸附释热模块、复合吸附剂-水吸附释热模块。
8.根据权利要求7所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述无机盐-水吸附释热模块为卤盐-水吸附释热模块、硫酸盐-水吸附释热模块或硅铝酸盐-水吸附释热模块。
9.根据权利要求8所述的一种长时释热型器皿，其特征在于：所述硅铝酸盐-水吸附释热模块为沸石-液态水吸附释热模块；所述沸石为由均匀微孔分子筛的细微沸石颗粒堆积固结后制备而成具有微小孔隙的固体。
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