一种蓄能保温杯的设计

摘 要：本文设计了一款蓄能保温杯，在水杯底座内部引入蓄能液体，利用液体的气化潜热来实现蓄能目的，并进一步基于气体的状态特性，通过蓄能液体上方空气的体积改变来影响蓄能液体的气化温度，从而实现气化温度的调节。该保温杯不需电能，即可实现高温热水的迅速冷却并保持在固定温度范围内，且保持温度可调节。

关键词：蓄能；保温杯；蓄能液体

目前，在生活中使用的各种保温杯，其主要功能就是对杯内液体进行保温，以确保杯体内的水或茶等饮用液体能够在较长时间内保持适当的温度，人们在喝这些液体时比较舒适，为人们的生活提供较大的便利。现有保温杯通常是由陶瓷或不锈钢加上真空层做成的盛水的容器，顶部有盖，密封严实，真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热，以达到保温的目的。但是，现有保温杯在使用时，仍然存在很多问题，具体如下：首先，现有保温杯的温度不可调整，在杯内液体长时间存放之后，会缓慢散热，最终回到室温，保温时间一般在24～48小时；其次，温度可调保温杯一般需要提供内置电源，不能实现自动保温。

针对此问题，本设计提供了一种不需要内置电源、操控简便、可实现热水快速冷却，饮用温度可调并长期保持在饮用温度的蓄能保温杯。

如图1所示，本设计的蓄能保温杯主要由蓄能杯底座1，保温杯体2，气压调节芯体3及旋钮杯盖4组成；其中保温杯体固定于蓄能底座上，温度调节芯体置于保温杯体中并固定于蓄能底座中心，杯盖通过螺纹旋接于保温杯体上，蓄能底座为中空腔体结构，中空腔体内盛装蓄能液体，温度调节芯体为活塞式结构，温度调节芯体的外壳与蓄能底座座體密封连接，温度调节芯体由设置于杯盖上的旋转机构控制进行活塞运动，从而控制蓄能底座的中空腔体内蓄能液体上方气体的压力，控制蓄能液体的气化温度，进而改变蓄能温度，本设计的蓄能保温杯在不需要电能的基础上，可以实现高温热水的迅速冷却并保持在固定温度范围内，且保持的温度可以调节。

如图2所示，蓄能底座1包括座体11、密封圈12。座体内部为中空腔体，座体的顶部中心设有安装温度调节芯体的孔，孔与中空腔体连通，温度调节芯体的外壳通过密封圈12与底座密封连接，座体上部外侧面设置连接固定保温杯体的外螺纹。座体的中空腔体用于盛放蓄能液体，蓄能液体可采用乙醇等无毒低沸点液体，通过密封圈实现蓄能液体和饮用水的隔离。

温度调节芯体包括外挡块、内螺纹架、内挡块、密封滑阀、外壳和密封圈，其中，外壳为圆筒形，外壳底端通过外螺纹与底座固定连接，密封滑阀截面为“工”字结构，下部为密封头，上部为连接头，中间为柱体，整体密封滑阀位于外壳内部，密封头外侧面通过密封圈与外壳实现滑动密封连接，内挡块为带孔的圆柱块，内挡块置于外壳内壁的台阶上，并托住密封滑阀的连接头，密封滑阀的柱体穿于内挡块的孔中，内螺纹架为具有螺纹盲孔的柱体，内螺纹架通过螺纹盲孔与密封滑阀的连接头连接，内螺纹架上与盲孔相对的一侧面上设置凹槽，凹槽用于连接旋钮杯盖上的旋转机构；通过旋转机构带动内螺纹架转动，内螺纹架带动密封滑阀上下移动，从而改变蓄能液体上方的气体压力，进而改变蓄能液体的气化温度（沸点）。

旋钮杯盖包括旋转杆，拨动块，杯盖体及压缩弹簧，其中杯盖体通过内螺纹与保温杯体连接，旋转杆、拨动块及压缩弹簧构成旋转机构，旋转杆为倒“T”形结构，下端底面上设置与凹槽相匹配的凸起，上端穿过杯盖体的中心孔固定连接拨动快，压缩弹簧位于杯盖体内侧顶面和旋转杆之间，并且穿套于杯盖体内侧顶面上设置立柱上；在压缩弹簧的作用下旋转杆通过凸起与内螺纹架连接，并通过旋转拨动块，带动旋转杆和内螺纹架旋转，从而带动密封滑阀上下移动。

如图3所示，在杯子内部加入水后，普通杯内的水温度会较快的降为室温，而对于普通的保温杯，温度降低的较慢，这两种情况下，对于水而言，适合于饮用温度的时间段非常短。而本设计的保温杯，由于蓄能底座内装有蓄能液体，在热水放入后，蓄能液体迅速吸收热量，温度升高，当达到气化温度后，蓄能液体通过气化来吸收大量的热量。由于蓄能液体的吸热作用，饮用水的温度迅速降低，达到蓄能液体的气化温度。而随着时间的增加，饮用水散发热量温度降低，此时蓄能气体会放出热量，从而为饮用水提供热量，保持水温的恒定，直到蓄能气体全部转为液体后，蓄能液体和饮用水的温度同时降低，本设计中饮用水的温度可以长期保持在蓄能液体的沸点附近。根据气体的状态特性，可以通过降低液体上方的气压来降低液体的沸点温度，本设计通过温度调节芯体可以改变蓄能液体上方的压力，从而调节蓄能液体的气化温度，便于不同需求的使用者使用。

参考文献：

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[2]解泽欣琪，范亚颖.从相同水量温度随时间的变化曲线研究不同保温杯的保温效果[J].高中生数理化，2015（9）：6970.

[3]陈剑锋.利用DISLab传感器探究水的沸点与大气压强的关系[J].物理试验，2016，36（7）：4546.

作者简介：李柔嘉（2001），女，天津市耀华嘉诚国际中学。