[发明专利]一种基于热管原理的模块化变温水杯

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于日常生活领域的变温水杯，具体地说，是涉及一种基于热管原理的模块化变温水杯。

背景技术

水杯是一种可用于盛装液态饮料的日用器具，人们在使用水杯喝水时，在不同情况下往往有着不同的需求。在寒冷的冬季，人们倾向于饮用热水，但将沸水倒入水杯后，往往需要等待较长时间使水温降低到可接受程度才可饮用。在炎热的夏季，人们又希望能喝到冰凉刺激的冷饮，但普通的水杯并不能为饮料制冷，而且冷饮的长时间保温也是一个问题。人们在旅行途中也希望能享受到热饮或者冰饮，但通常意义下的冰箱或者加热器并不能随身携带，这使得人们的这一希望并不总是能实现。

市售的保温杯通常使用保温材料制作，并采用了真空隔热技术，有着较好的保温效果。但在一些时候，人们恰恰希望水温能够快速降低，保温杯的效果反而与人们的期望背道而驰。同时，保温杯也不具备制冷的功能。

发明专利CN104739155B公开了一种快速降温杯，其在杯体内填充了具有不同相变温度的相变材料，利用各部分的温差在杯内形成液体对流，可使水温快速下降至特定温度范围，且能长时间保持恒温。申请号为CN105310402A的发明专利申请公开了一种快速降温杯，在杯体隔层中加入了液态金属，通过液态金属的相变实现沸水的快速降温与长时间保温功能。以上的快速降温杯技术实现了沸水的快速降温与长时间保温功能，但由于相变材料的物性不具备可调节性，因此并不能实现制冷的功能，其用途比较单一，不能适应多种情况。

水杯最为一种常用的饮水工具，如何在保证便携性与易用性的同时尽可能拓展其功能，以更好地为人们服务，是值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热管原理的模块化变温水杯方案，利用固相熔化为液相的相变吸热原理，将熔点不同的相变材料封装为降温模块与释冷模块，根据需求将不同模块安装于杯体上以实现沸水的速冷保温或常温水的制冷。同时设计了一个利用半导体制冷片的便携式加热/制冷器，可方便的对水杯中的水进行加热或制冷。

杯体采用了保温材料以及真空隔热技术以减少水杯与外界的热量交换，内部设置热管以加强模块与水的换热。

本发明达成目的的技术方案是：

一种基于热管原理的模块化变温水杯，包括杯体、杯盖、降温模块、释冷模块和便携式加热/制冷器。杯体与杯盖采用螺纹连接且接合处应密封处理，当旋上杯盖后，杯盖与杯体中会形成密闭且与外界隔热的空间以盛放水或液体饮料。降温模块和释冷模块与杯体亦采用螺纹连接，模块内部装填有相变温度40～50℃或0℃的相变材料，根据需求选择相应的模块与杯体旋合，在储水室中装入沸水或常温水，水的热量将通过杯体中的热管迅速传导至模块的相变材料中，使其相变吸热以达到对水降温或制冷的效果。在使用降温模块时，当杯中的水温过低时，相变材料将通过热管对水放热，以达到保温的效果。携式加热/制冷器采用了半导体制冷片，通过变换正负极已达到切换加热/制冷工况的目的，其做成外凸形以可与杯体嵌合。

所述杯体由储水室、第一热管、真空腔、杯体内壁、杯体外壁以及第一脚垫组成。杯体内壁由大热导率材料制成，优选为不锈钢，形状为圆筒形，底部加入隔片以使桶内形成一个凹形空间，该凹形空间与杯盖围成储水室，杯体内壁外侧与第一热管紧贴减小热阻，加强换热。杯体外壁采用小热导率材料制成，优选为玻璃或塑料，其制作成中空样式并抽真空形成真空腔，以减小杯内与外部环境的热交换。杯体外壁上部存在外螺纹以与杯盖接合，下部存在内螺纹以与降温模块或释冷模块接合。杯体外壁底端设置脚垫以防止水杯与桌面直接碰撞。

所述杯盖由小热导率材料制成，优选为玻璃或塑料，其内侧制作有内螺纹以与杯体上部接合。当杯盖未旋合时，可通过杯体上部的开口向储水室注入水或液体饮料，当杯盖旋合后，杯盖与杯体形成密封的且与外部环境隔热的储水室以防止泄漏以及减小杯内与外部环境的换热。

所述降温模块由第一相变材料、模块绝热壁以及模块导热壁组成。第一相变材料应选择熔点为40～50℃的材料，其材质有多种选择，比如液态金属等。模块导热壁由大导热率材料制成，优选为不锈钢，其制成封闭的圆筒状，内部填充第一相变材料，外部与第一热管贴合以加强第一相变材料与第一热管的换热。模块绝热壁由小导热率材料制成，优选为玻璃或塑料，其上部与模块导热壁嵌合以支撑模块导热壁同时减小热量耗散，其侧面制作有螺纹，可与杯体下部接合以固定降温模块。