一種蓄能保溫杯的設計

摘 要：本文設計了一款蓄能保溫杯，在水杯底座內部引入蓄能液體，利用液體的氣化潛熱來實現蓄能目的，并進一步基于氣體的狀態特性，通過蓄能液體上方空氣的體積改變來影響蓄能液體的氣化溫度，從而實現氣化溫度的調節。該保溫杯不需電能，即可實現高溫熱水的迅速冷卻并保持在固定溫度范圍內，且保持溫度可調節。

關鍵詞：蓄能；保溫杯；蓄能液體

目前，在生活中使用的各種保溫杯，其主要功能就是對杯內液體進行保溫，以確保杯體內的水或茶等飲用液體能夠在較長時間內保持適當的溫度，人們在喝這些液體時比較舒適，為人們的生活提供較大的便利。現有保溫杯通常是由陶瓷或不銹鋼加上真空層做成的盛水的容器，頂部有蓋，密封嚴實，真空絕熱層能使裝在內部的水等液體延緩散熱，以達到保溫的目的。但是，現有保溫杯在使用時，仍然存在很多問題，具體如下：首先，現有保溫杯的溫度不可調整，在杯內液體長時間存放之后，會緩慢散熱，最終回到室溫，保溫時間一般在24～48小時；其次，溫度可調保溫杯一般需要提供內置電源，不能實現自動保溫。

針對此問題，本設計提供了一種不需要內置電源、操控簡便、可實現熱水快速冷卻，飲用溫度可調并長期保持在飲用溫度的蓄能保溫杯。

如圖1所示，本設計的蓄能保溫杯主要由蓄能杯底座1，保溫杯體2，氣壓調節芯體3及旋鈕杯蓋4組成；其中保溫杯體固定于蓄能底座上，溫度調節芯體置于保溫杯體中并固定于蓄能底座中心，杯蓋通過螺紋旋接于保溫杯體上，蓄能底座為中空腔體結構，中空腔體內盛裝蓄能液體，溫度調節芯體為活塞式結構，溫度調節芯體的外殼與蓄能底座座體密封連接，溫度調節芯體由設置于杯蓋上的旋轉機構控制進行活塞運動，從而控制蓄能底座的中空腔體內蓄能液體上方氣體的壓力，控制蓄能液體的氣化溫度，進而改變蓄能溫度，本設計的蓄能保溫杯在不需要電能的基礎上，可以實現高溫熱水的迅速冷卻并保持在固定溫度范圍內，且保持的溫度可以調節。

如圖2所示，蓄能底座1包括座體11、密封圈12。座體內部為中空腔體，座體的頂部中心設有安裝溫度調節芯體的孔，孔與中空腔體連通，溫度調節芯體的外殼通過密封圈12與底座密封連接，座體上部外側面設置連接固定保溫杯體的外螺紋。座體的中空腔體用于盛放蓄能液體，蓄能液體可采用乙醇等無毒低沸點液體，通過密封圈實現蓄能液體和飲用水的隔離。

溫度調節芯體包括外擋塊、內螺紋架、內擋塊、密封滑閥、外殼和密封圈，其中，外殼為圓筒形，外殼底端通過外螺紋與底座固定連接，密封滑閥截面為“工”字結構，下部為密封頭，上部為連接頭，中間為柱體，整體密封滑閥位于外殼內部，密封頭外側面通過密封圈與外殼實現滑動密封連接，內擋塊為帶孔的圓柱塊，內擋塊置于外殼內壁的臺階上，并托住密封滑閥的連接頭，密封滑閥的柱體穿于內擋塊的孔中，內螺紋架為具有螺紋盲孔的柱體，內螺紋架通過螺紋盲孔與密封滑閥的連接頭連接，內螺紋架上與盲孔相對的一側面上設置凹槽，凹槽用于連接旋鈕杯蓋上的旋轉機構；通過旋轉機構帶動內螺紋架轉動，內螺紋架帶動密封滑閥上下移動，從而改變蓄能液體上方的氣體壓力，進而改變蓄能液體的氣化溫度（沸點）。

旋鈕杯蓋包括旋轉桿，撥動塊，杯蓋體及壓縮彈簧，其中杯蓋體通過內螺紋與保溫杯體連接，旋轉桿、撥動塊及壓縮彈簧構成旋轉機構，旋轉桿為倒“T”形結構，下端底面上設置與凹槽相匹配的凸起，上端穿過杯蓋體的中心孔固定連接撥動快，壓縮彈簧位于杯蓋體內側頂面和旋轉桿之間，并且穿套于杯蓋體內側頂面上設置立柱上；在壓縮彈簧的作用下旋轉桿通過凸起與內螺紋架連接，并通過旋轉撥動塊，帶動旋轉桿和內螺紋架旋轉，從而帶動密封滑閥上下移動。

如圖3所示，在杯子內部加入水后，普通杯內的水溫度會較快的降為室溫，而對于普通的保溫杯，溫度降低的較慢，這兩種情況下，對于水而言，適合于飲用溫度的時間段非常短。而本設計的保溫杯，由于蓄能底座內裝有蓄能液體，在熱水放入后，蓄能液體迅速吸收熱量，溫度升高，當達到氣化溫度后，蓄能液體通過氣化來吸收大量的熱量。由于蓄能液體的吸熱作用，飲用水的溫度迅速降低，達到蓄能液體的氣化溫度。而隨著時間的增加，飲用水散發熱量溫度降低，此時蓄能氣體會放出熱量，從而為飲用水提供熱量，保持水溫的恒定，直到蓄能氣體全部轉為液體后，蓄能液體和飲用水的溫度同時降低，本設計中飲用水的溫度可以長期保持在蓄能液體的沸點附近。根據氣體的狀態特性，可以通過降低液體上方的氣壓來降低液體的沸點溫度，本設計通過溫度調節芯體可以改變蓄能液體上方的壓力，從而調節蓄能液體的氣化溫度，便于不同需求的使用者使用。

參考文獻：

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作者簡介：李柔嘉（2001），女，天津市耀華嘉誠國際中學。