蓄熱系統(tǒng)及包括其的容器和杯子技術(shù)方案

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)涉及蓄熱系統(tǒng)和降溫保溫容器。公開(kāi)了一種容器，包括內(nèi)腔、內(nèi)壁層、蓄熱層、第二壁層，該蓄熱層包括相變材料和傳熱柵，該蓄熱層在內(nèi)壁層與第二壁層之間，傳熱柵的結(jié)構(gòu)基本為周期性的方波，其頂部與第一壁層緊密接觸。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
蓄熱系統(tǒng)及包括其的容器和杯子
本技術(shù)涉及一種蓄熱系統(tǒng)和一種容器和杯子，尤其是含有這種蓄熱系統(tǒng)的容器和杯子。
技術(shù)介紹
一種比較理想的保溫容器是能夠?qū)⒌谷肴萜髦械囊后w，比如開(kāi)水、稀飯或高溫飲料，在短時(shí)間內(nèi)降溫到一個(gè)合適飲用的溫度，然后長(zhǎng)時(shí)間地保持在這一溫度附近。這一溫度隨使用者、飲料而不同。例如，成人的飲水大約在45-60℃之間，而嬰兒的配方奶大約在35-45℃之間。除了溫度點(diǎn)、降溫速度和保溫時(shí)長(zhǎng)外，使用者同時(shí)希望保溫容器重量低、使用輕便、制造成本低、市場(chǎng)價(jià)格便宜。現(xiàn)有的加速降溫和增加保溫時(shí)長(zhǎng)的方法包括在杯子的內(nèi)層外面增加一個(gè)蓄熱夾層，在蓄熱夾層中放入合適熔點(diǎn)的相變材料。相變材料在升溫熔化過(guò)程中大量吸熱，加速了液體的降溫；在降溫固化過(guò)程中大量放熱，增加了保溫時(shí)長(zhǎng)。不幸的是，目前的相變材料各有各的缺點(diǎn)，難以滿足使用要求。例如含水無(wú)機(jī)鹽有過(guò)冷和相分離問(wèn)題，難以重復(fù)多次準(zhǔn)確地進(jìn)行相變循環(huán)。金屬相變材料重量大、成本高，難以大量使用。有機(jī)相變材料導(dǎo)熱性差，無(wú)法在相變材料中快速傳遞熱量。技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)201520781639.8提出了在蓄熱層中增加熱管和熱管翅片來(lái)提高蓄熱層的熱傳導(dǎo)，其中熱管翅片以導(dǎo)熱膠固定、焊接、金屬鋼圈固定或螺絲固定在熱管上。熱管的使用增加了這一熱傳導(dǎo)輔助方案的重量，同時(shí)熱量需要通過(guò)熱管的傳導(dǎo)，增加了整個(gè)系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)時(shí)間。熱管翅片在熱片上固定的這幾種方式也增加了材料和部件的數(shù)目，提高了工藝的復(fù)雜性和成本。液體中的熱傳導(dǎo)是降溫中的一個(gè)重要過(guò)程。熱量要先從液體的中心部位傳導(dǎo)出來(lái)，到達(dá)內(nèi)杯壁。大部分的液體主要成分是水，而水的導(dǎo)熱性能差。目前的一些產(chǎn)品要求使用者搖晃杯子，通過(guò)提高對(duì)流來(lái)提高液體中的熱傳導(dǎo)。這增加了使用程序，有時(shí)候不方便。技術(shù)201620338554.7提供了一種在杯蓋上裝有一個(gè)降溫棒，棒內(nèi)有相變蓄熱材料的杯子。這一降溫棒增加了液體的傳熱面積，提高了傳熱效率。但是這一設(shè)計(jì)增加了整個(gè)杯子的獨(dú)立部件數(shù)目，以及杯蓋的復(fù)雜度和重量。降溫棒的長(zhǎng)度也使杯蓋使用起來(lái)不方便。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了獲得降溫速度快、保溫時(shí)間長(zhǎng)、重量輕、成本低、使用方便的降溫保溫杯，本技術(shù)提供了多項(xiàng)新技術(shù)，大幅提高了蓄熱層和液體的熱傳導(dǎo)性能，簡(jiǎn)化了制作工藝和成本，提高了使用方便性。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中蓄熱層熱傳導(dǎo)速度慢、熱傳導(dǎo)輔助系統(tǒng)復(fù)雜難制作等缺陷，本技術(shù)的一項(xiàng)創(chuàng)新提供了一種新的蓄熱系統(tǒng)。這一蓄熱系統(tǒng)傳熱快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件數(shù)目少、材料數(shù)目少、制作方便、成本低。新蓄熱系統(tǒng)包含內(nèi)壁層、蓄熱層、外壁層，其中蓄熱層包含相變材料和傳熱柵，傳熱柵的內(nèi)側(cè)與內(nèi)壁層大面積緊密接觸，有良好的熱傳遞。在一個(gè)實(shí)施中，傳熱柵的外側(cè)與外壁層緊密接觸，這樣傳熱柵被緊夾在內(nèi)壁層和外壁層之間，與內(nèi)外壁層有良好的大面積接觸和熱傳導(dǎo)。傳熱柵使用熱導(dǎo)性能良好的材料，例如金屬。相變材料可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要選擇。蓄熱系統(tǒng)的主要傳熱途徑為：內(nèi)壁層-＞傳熱柵-＞相變材料。一個(gè)優(yōu)選方案是，傳熱柵在平直段采用周期性的方波結(jié)構(gòu)，在彎曲段采用近似方波結(jié)構(gòu)。方波的頂部和底部都基本平直，與內(nèi)壁層和外壁層有大面積的接觸，有良好的傳熱效率。方波的間距小于方波的高度，這樣相鄰的柵格間的相變材料的厚度小，可以大幅地小于內(nèi)壁和外壁的距離，也就是如果沒(méi)有傳熱柵時(shí)相變材料的厚度。這時(shí)候熱量的主要傳輸途徑是從內(nèi)壁層到傳熱柵的頂部，再到傳熱柵的側(cè)邊，再到相變材料，可以大幅地減低傳熱所需要的時(shí)間。周期性的方波結(jié)構(gòu)中柵格的距離基本不變，協(xié)助不同部位的相變材料同步傳熱，提高傳熱效率。在另一個(gè)實(shí)施中，傳熱柵采用周期性的梯形波結(jié)構(gòu)。梯形結(jié)構(gòu)中頂部和側(cè)邊的夾角、底部和側(cè)邊的夾角都為鈍角，在一些工藝中便于制造。在一個(gè)實(shí)施中，傳熱柵在垂直于方波或梯形波平面的方向上是平直拉伸的，形成長(zhǎng)通道。平直拉伸結(jié)構(gòu)在一些工藝中可以低成本制造。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施中，長(zhǎng)通道基本平行于重力方向。通道平行于重力方向的傳熱柵方便相變材料的裝入。相變材料吸熱熔化后，經(jīng)常會(huì)膨脹。平行于重力方向的通道提供了相變材料向上膨脹的通道，減小了內(nèi)壁層、外壁層、傳熱柵的受壓和變形，以及開(kāi)裂的可能性。在一個(gè)實(shí)施中，蓄熱系統(tǒng)的頂部有預(yù)留空間，沒(méi)有充滿相變材料。這一空間可以是有空氣的，也可以是有真空度的。有些相變材料熔化時(shí)體積膨脹，預(yù)留空間提供了膨脹的空間，減小內(nèi)壁層、外壁層、傳熱柵的受壓和變形，以及開(kāi)裂的可能性。有真空度的預(yù)留空間減小了預(yù)留空間的氣體受壓體積縮小后的壓力增加，進(jìn)一步減小各部件的受壓。本技術(shù)的又一個(gè)創(chuàng)新是一個(gè)內(nèi)腔的長(zhǎng)度大于寬度的保溫杯。目前的降溫保溫杯的內(nèi)腔采用圓形或正多邊形的設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)在固定體積的前提下有較小的側(cè)面積，不利于快速地把液體中心部位的熱量傳導(dǎo)開(kāi)。這一設(shè)計(jì)的中心離邊界較遠(yuǎn)，中心處的液體的熱量需要較長(zhǎng)時(shí)間才能傳導(dǎo)到邊界。新設(shè)計(jì)的內(nèi)腔長(zhǎng)度大于寬度，有較大的側(cè)面積，能快速地把腔內(nèi)液體的熱量傳導(dǎo)開(kāi)。這一內(nèi)腔的中心離邊界近，中心處的液體的熱量短時(shí)間就能傳導(dǎo)到邊界。這提高了整個(gè)杯的降溫效率，同時(shí)不需要使用者進(jìn)行搖晃操作。本技術(shù)的又一個(gè)創(chuàng)新是多蓄熱塊設(shè)計(jì)。目前的設(shè)計(jì)中液體的熱量通過(guò)內(nèi)腔的側(cè)面和底面?zhèn)鞒觥６鄠鳠崦嬖O(shè)計(jì)在內(nèi)腔中部增加了一個(gè)或者多個(gè)的蓄熱系統(tǒng)，使得液體有更多的傳熱面，同時(shí)也降低了液體內(nèi)部到傳熱面的距離，提高了傳熱效率。本技術(shù)的多項(xiàng)創(chuàng)新可以有多種不同的組合，提供多種性能優(yōu)越、成本低、使用方便的降溫保溫容器。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為三個(gè)新蓄熱系統(tǒng)的橫截面圖；圖2為一個(gè)包括新蓄熱系統(tǒng)的碗的立體和剖面圖；圖3為一個(gè)包括新蓄熱系統(tǒng)的杯的立體和剖面圖；圖4為多個(gè)長(zhǎng)寬比大于1的保溫容器的橫截面圖；圖5為多種多蓄熱塊的保溫容器的橫截面圖；圖6為一種橢圓形降溫保溫杯的立體和剖面圖。具體實(shí)施方式【實(shí)施例1】圖1A顯示了一種新的蓄熱系統(tǒng)100，包括內(nèi)壁層102、傳熱柵(底部108、側(cè)墻110、頂部112)、相變材料104和外壁層106。高溫液體在內(nèi)壁層102的上方，熱量由上向下傳導(dǎo)。傳熱柵108110112基本呈方波狀，優(yōu)選材料為金屬，尤其是高導(dǎo)熱性的金屬，比如鋁和銅。方波的高度大于方波橫向的周期，也大于相變材料104在兩個(gè)金屬柵之間的厚度。一些相變性能良好的材料其導(dǎo)熱性能差，這樣緊貼內(nèi)壁層的相變材料較快地吸熱熔化了，但是熱量無(wú)法快速地傳遞到其他部位的相變材料，無(wú)法快速地將熱量傳遞給全部的相變材料。在新的蓄熱系統(tǒng)中，熱量快速地傳遞到整個(gè)傳熱柵。由于傳熱柵的側(cè)墻之間的距離小，這樣相變材料104中的熱傳導(dǎo)距離減小，提高了相變材料104的熔化速度。熱量傳導(dǎo)所需的時(shí)間一般正比于傳導(dǎo)距離的平方。傳導(dǎo)距離的減小大幅地降低傳導(dǎo)時(shí)間。例如，當(dāng)傳熱柵的側(cè)墻間距為高度的1/5時(shí)，傳熱時(shí)間大約降為原本的1/25。在這一結(jié)構(gòu)中傳熱柵108110112與相變材料104的體積比會(huì)直接影響到重量、傳熱速度和蓄熱容量。當(dāng)傳熱柵的體積比大的時(shí)候，蓄熱系統(tǒng)重量大、傳熱速度高，但蓄熱容量小本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種蓄熱系統(tǒng)，包括第一壁層、蓄熱層、第二壁層，所述蓄熱層包括相變材料和傳熱柵，所述蓄熱層在第一壁層與第二壁層之間。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種蓄熱系統(tǒng)，包括第一壁層、蓄熱層、第二壁層，所述蓄熱層包括相變材料和傳熱柵，所述蓄熱層在第一壁層與第二壁層之間。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱系統(tǒng)，其特征在于所述傳熱柵的結(jié)構(gòu)基本為周期性的方波或梯形波結(jié)構(gòu)。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄熱系統(tǒng)，其特征在于所述傳熱柵的頂部與第一壁層緊密接觸。


4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄熱系統(tǒng)，其特征在于所述傳熱柵的底部與第二壁層緊密接觸。


5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的蓄熱系統(tǒng)，其特征在于所述傳熱柵的材料是金屬。


6.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的蓄熱系統(tǒng)，其特征在于所述方波的周期小于方波的高度。


7.一種容器，包括內(nèi)腔和一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的蓄熱系統(tǒng)。


8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容器，其特征在于所述容器的形狀為碗形或杯體形。


9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的容器，其特征在于所述傳熱柵的頂部不低于所述相變材料的頂部。


10.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的容器，其特征在于所述傳熱柵的上方有空隙。


11.根據(jù)權(quán)利要求7-...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許俊峰，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：許俊峰，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：上海;31