基于强化传热保温降温新型两用杯的研究设计-回复:6楼 清的水果冰沙(有点小)
尤运 张立昂 涂钊 姜未汀 潘卫国
摘 要：文章研究设计了一种利用热管原理进行强化传热的保温降温可转换式两用杯。该杯可以随时随地灵活实现稳定保温或快速降温功能，在需要保温时，利用热管沿径向方向导热系数小的原理，进行稳定保温；在需要降温时，利用热管沿轴向方向导热系数大的原理，进行快速降温。文章详细地从保温降温可转换式两用杯的设计原理、设计模型、实施方式和发展前景等多方面进行了阐述。
关键词：热管原理；强化传热；保温降温；可转换式两用杯
中图分类号：TM26 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）12-0104-02
Abstract： In this paper， a kind of heat preservation and cooling converter cup with heat pipe principle is designed. This cup can flexibly realize the function of stable heat preservation or rapid cooling at any time and anywhere. When heat preservation is needed， the heat pipe can be stabilized by using the principle of small thermal conductivity along the radial direction. Using the principle of large thermal conductivity along the axial direction of the heat pipe， the rapid cooling is carried out. In this paper， the design principle， design model， implementation mode and development prospect of the heat preservation and cooling convertible dual purpose cup are described in detail.
Keywords： heat pipe principle； enhanced heat transfer； heat preservation and cooling； convertible dual purpose cup
引言
在节能减排的新时代背景下，随着科学技术的快速发展，人们对保温杯人性化功能的需求也越发强烈。在日常生活中，非可调设式保温杯越发表现出其短板。例如保温杯的保温效果有时也会成为负担，当你口渴的时候，急切的想喝一杯温水，这个时候的保温杯的表现就差强人意了，出众的保温效果反而成了缺点。可见，非可调节式保温杯只能实现单纯的保温功能，不能满足大部分人的真实需求。而可调节式保温杯可以根据使用者的设定，选择稳定保温或快速降温，这样这一问题就可以有效解决了。
1 设计原理
热管技术是利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力[1-3]。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热行业，使得人们改变了传统散热的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术同样可以得到满意效果，开辟了散热行业的新天地[4，5]。
本文主要是利用热管沿轴向方向导热系数大，在径向方向导热系数小的原理，通过活动散热组件与内杯壁平行和垂直两个放置位置，使得杯子同时具有保温和降温两个状态，从而实现一杯两用，灵活调节[6-8]。
2 设计模型
保温降温可转换式两用杯结构如图1和图2所示。该两用杯分为杯盖1，杯身两个部分，杯盖1由不锈钢杯盖和通用橡胶密封圈6组成，杯盖1内壁有螺纹，与杯身突出的螺纹相符合，保证两用杯整体不会漏水。杯身由内至外由内杯壁4、保温层2、外杯壁5组成。内杯壁4和外杯壁5由不锈钢材料制成。保温层2内部由隔热材料所填充，采用塑料发泡材料作为填充材料。外杯壁5上设有活动散热组件3，该活动散热组件3由四分之三的圆环与热管7相切，并且将圆心固定于外杯壁5的加工好的缺口处，并且留下一横轴8穿过圆心使圆环可以自由转动，转动角度为90度。当正常使用时，使热管7垂直放置；需要使用时，通过滚动圆环，使热管7旋转90度，与放置于内杯壁4的不锈钢凹槽相连。活动散热组件3的四周采用隔热材料玻璃纤维将热管7与隔热材料相分离。
其中，活动散热组件3的具体结构如图3所示。活动散热组件3包括活动环和热管7，活动环为四分之三的圆环，活动环的圆心固定于外杯壁5上，热管7固定于活动环的四分之一缺口处，活动环的中心设有横轴8，活动环带动热管7绕横轴8转动。活动环的转动角度不超过90度。热管7在保温状态下与内杯壁4平行，在降温状态下与内杯壁4垂直。内杯壁4上还设有与活动散热组件3匹配的空槽9，空槽9在降温状态下容纳活动散热组件3。空槽9内还设有橡胶。活动散热组件3与保温层2之间还设有玻璃纤维。内杯壁4和外杯壁5均为不锈钢杯壁。杯盖1包括杯盖本体和橡胶密封圈6，橡胶密封圈6分别与杯盖本体和两用杯身连接。活动散热组件3的数量为6～10个。
在外杯壁5均匀挖去8个空槽，长度略大于活动散热组件中的圆环的直径长度，宽度略大于活动散热组件中的圆环的宽度。为保证活动散热组件可以完美放置进入空槽9内，并不限制圆环的自由转动，可以在空槽9内铺设一些通用橡胶，这样也可以保证一定程度的密封性。同时每个空槽9中间要留一根不锈钢轴，其直径略小于圆环内预留的圆孔直径。保温层2的厚度略大于活动散热组件的长度，并在内杯壁4对应位置安装一不锈钢凹槽，与热管7顶部凸起可以大致吻合。保证活动散热组件连接时，热管7可以连接内杯壁4和外杯壁5，保证该设计可以正常使用其快速降温功能。
3 实施方式
该保温降温可转换式两用杯在使用时，首先在杯子中倒入热水，并转动圆环使得热管7与保温杯内壁平行，实现对热水的保温，若使用者需要对热水进行快速降温，则转动圆环，从而使得热管7与内壁垂直，并使热管7与内壁的空槽9相连，通过热管7的散热性能，达到快速降温杯中水的目的。
4 发展前景及结论
目前，市场上的水杯大多都只为实现盛水、单纯保温而设计，并不能进行快速降温。而保温降温可转换式两用杯的设计以最直接、高效、环保的制冷方式，让温度“速降”从此开始变得如此简单。因此保温降温可转换式两用杯可以实现人性化的功能，能给人们提供更好的服务。相信随着社会的发展和人们生活水平的不断提升，保温降温可转换式两用杯可以满足未来人性化的需求，将有很好的市场发展前景和经济价值。
参考文献：
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