本发明涉及日常用品领域，具体涉及一种基于相变蓄热材料的蓄热保温水杯。
背景技术：
随着科技的进步，生活节奏逐渐加快，时间变得越来越宝贵。当人们使用装有开水的传统保温杯时，夏天想喝水的时候水温太高，冬天喝的时候又会发现保温杯放置时间过长水温变低，水温总是达不到自己想要的理想温度。使用传统保温杯等待开水逐渐变凉的过程是漫长的。假如传统保温杯晾的水过凉，夏天还好，冬天只能重新加热，浪费时间的同时又不能保证喝到温水。这时人们就急需一种可以对水进行控温并可长久保温的水杯。纵观现在市面上的保温水杯普遍利用保温材料和隔热真空层，这种水杯虽然对热水有保温的作用，但由于材料的导热系数是固定的，加之热量总是由高能向低能传递，其热量的散失是单向的，热量耗损在持续发生，使其不能很长时间保证水杯中水的温度稳定在45-55℃。因此，开发一种能够对水进行恒温调节的水杯是非常必要的。
技术实现要素：
针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于相变蓄热材料的蓄热保温水杯，该水杯结构简单，不仅可以保温，同时也可以制冷或加热，使水杯在适宜的温度达到很好的保温效果。这就相当于给水杯中的水周围围上一层热源或冷源，水一旦略微变凉，周围的热源便会为水提供热量，一旦水温过高，周围的相变蓄热材料便会吸收过高的水温，最终保证水的温度长时间稳定在适宜饮用的温度，让繁忙的人们喝水更加方便，不必因为水温的不适而烦恼。
本发明提供的蓄热保温水杯，包括杯体，以及与所述杯体螺接盖合的杯盖，其特征在于，所述杯体包括内壁和外壁，所述内壁和所述外壁之间具有一夹层空间，所述内壁和所述外壁在顶部密封接合；
所述内壁为不锈钢材质，所述外壁为导热系数小于0.2W/(m.K)的有机玻璃；所述夹层空间内设有相变蓄热材料。
优选地，所述相变蓄热材料的主要成分是Na2S2O3.5H2O晶体。
更优选地，所述相变蓄热材料由Na2S2O3.5H2O晶体、成核剂和增稠剂组成，其中成核剂的添加量为Na2S2O3.5H2O晶体质量的0.5-2％，所述增稠剂的添加量为Na2S2O3.5H2O晶体质量的4-5％。
更优选地，所述成核剂为MgCl2.6H2O晶体，所述增稠剂为羧甲基纤维素。
优选地，所述有机玻璃的导热系数为0.1-0.18W/(m.K)。
优选地，位于所述夹层空间内的外壁一侧贴有铝箔，所述铝箔内侧面为银色，外侧面为黑色。
优选地，所述夹层空间的厚度为6mm-8mm。
优选地，所述相变蓄热材料的添加量与杯体容积的比例关系为700-740g:1000mL。
优选地，所述外壁全部或局部进行磨砂处理。
本发明提供的蓄热保温水杯具有以下有益效果：
(1)结构简单，使用方便，采用不锈钢与有机玻璃的套层结构，二者夹层空间中设置相变蓄热材料，可实现对水杯中的水进行恒温调节，使该水杯中水的保温时间大大延长，且加热时不会出现水温过高的情况，最终达到长时间控温保温的目的，随时让人们喝到温水；
(2)不锈钢相比塑料材质饮水更加安全，此种蓄热水杯适用于各种人群，同时也为喝水节省了大量时间；
(3)采用套装加工，一层套一层减少加工难度，加工简便；
(4)水杯外壁(有机玻璃)表面进行全部或局部磨砂处理，防止手滑掉落。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种蓄热保温水杯的剖视图；
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种蓄热保温水杯，具体如图1所示，包括杯体，以及与杯体螺接盖合的杯盖，杯体包括内壁101和外壁102，内壁101和外壁102之间具有一夹层空间；内壁101为不锈钢材质，外壁102为导热系数小于0.2W/(m.K)的有机玻璃；所述夹层空间内设有相变蓄热材料103，内壁101和外壁102在顶部用有机玻璃进行套层封口，密封接合。
优选地，上述相变蓄热材料103的主要成分是Na2S2O3.5H2O晶体，具体是由Na2S2O3.5H2O晶体、成核剂和增稠剂组成，其中成核剂的添加量为Na2S2O3.5H2O晶体质量的0.5-2％，增稠剂的添加量为Na2S2O3.5H2O晶体质量的4-5％。
优选地，上述成核剂为MgCl2.6H2O晶体，增稠剂为羧甲基纤维素。
上述蓄热保温水杯采用不锈钢内壁101与有机玻璃外壁102的套层结构，其夹层空间内放置上述相变蓄热材料103。其中Na2S2O3.5H2O晶体为无机水合盐相变蓄热材料的主要成分，无机水合盐相变材料具有比较大的熔解热和固定的熔点(实际是无机水合盐脱出结晶水的温度)，脱出的结晶水使盐熔解而吸热，降温时发生逆过程，吸收液态水而放热再次生成无机水合盐结构。其中Na2S2O3.5H2O晶体的熔解温度为48℃，当水杯中水的温度超过48℃时，过高的水温会被Na2S2O3.5H2O晶体吸收，该晶体将脱出结晶水熔解为Na2S2O3和液态水进而存储201kJ/kg的热量，此时结晶水变为液态水与羧甲基纤维素形成胶状体；当水温低于48℃时，保存于胶状体中的液态水与Na2S2O3接触，重新生成Na2S2O3.5H2O晶体。此时，相变蓄热材料103将放出大量的热，实现对水的加热，但是放出的热量不会使水温超过48℃，因为Na2S2O3.5H2O的熔点为48℃，超过48℃它将不再发生相变，也不会吸热或放热，最终长时间将水温保护在48℃。另外，Na2S2O3.5H2O晶体内混合4-5％的羧甲基纤维素的作用是充当防相分离剂，为了不会在Na2S2O3.5H2O发生熔解或合成时生成其他水合物，而造成Na2S2O3.5H2O晶体不能循环使用，使该水合物的蓄热性能下降的后果；混合0.5-2％的MgCl2.6H2O作为成核剂，防止温度变化时不会在理论温度48℃发生熔解或凝固，发生过冷现象，进而导致蓄热性能下降。
具体的，对于相变蓄热材料中Na2S2O3.5H2O晶体晶体的用量，以及内壁101和外壁102之间的夹层空间的厚度，具体计算如下：
(1)若将此保温水杯用于降温(从90℃降至55℃)，计算如下：
Q＝cm△t，其中Q是升高或降低水温所需热量；C是水的比热容，大约是4.2kJ/(kg.K)；m是质量；△t为温度变化量。
m＝ρV，其中m是质量；ρ是水的密度，大约是1kg/L；V1是水的体积；
假设该水杯容量为V1＝500mL，倒入的开水温度为90℃，经以上公式计算得：
500mL水的质量为m1＝0.5L×1kg/L＝0.5kg
Q＝4.2kJ/(kg.K)×0.5kg×(90-55)＝73.5kJ
而Na2S2O3.5H2O晶体的熔解能量为201kJ/kg
则从开水温度降低到适宜的水温需要m2＝73.5kJ/201kJ/kg＝0.366kg的Na2S2O3.5H2O晶体即可。
由于已知Na2S2O3.5H2O晶体的密度为1.667g/cm3，因此所需该晶体的体积V2＝366g/1.667g/cm3＝220cm3。
假设杯内半径r1为3cm，由πr2h＝V1可计算得h＝17.68cm，因此瓶体高度加工为18cm合适。
由πr22h-πr12h＝V2计算可得r2＝3.6cm，因此夹层空间厚度加工为0.6cm即可。
若将此保温水杯用于升温(从15℃升至45℃)，计算如下：
Q＝4.2kJ/(kg.K)×0.5kg×(45-15)＝63kJ
由于其它条件不变，模拟升温计算所需的能量相比模拟降温计算所需的能量小，因此按上述(1)中的晶体含量和蓄热层厚度设计此保温水杯即可。
综上，夹层空间中的Na2S2O3.5H2O晶体含量为0.366kg，并且内壁101(不锈钢层)与外壁102(有机玻璃)之间的夹层空间厚度至少为6mm。为了避免相变蓄热材料103发生热胀冷缩现象，夹层空间厚度加工时定为6mm-8mm。
只在上述夹层空间设置相变蓄热材料103作为热源而不能很好的保温这将失去该保温水杯的作用。因此，水杯杯体外壁102采用有机玻璃，其导热系数为0.18W/(m.K)的材料，它的导热系数小于0.2W/(m.K)，属于保温材料。即是说，当杯中的水被加热或降温到45-55℃时，该结构可以有效的降低热量的散失。另外，构成水杯外壁102的有机玻璃外表面进行全部或局部磨砂处理，防止手滑掉落。
由于热传递有三种方式：传导、对流和辐射，其中，传导存在于水与水杯之间，采用有机玻璃保温材料可以有效的阻碍热的传导进而对水进行有效的保温，另外两种热传递方式分别用以下方法解决：对流只会存在于水杯盖打开的情况，因此在水杯打开时热量散失是非常快的，为了可以将适宜水温保存更长时间的，喝水完后将杯盖盖住即可以有效的保温。其次，杯中的热水会以热辐射的形式向外散失能量，在夹层空间的外壁侧贴有一层铝箔104，铝箔104内侧为银色可以反射热辐射，对热量的第三种散失形式进行阻碍，该水杯综合三种热传递方式尽可能的防止热所有途径的散失进而对水进行长时间的保温；铝箔104外侧涂为黑色，可以有效的利用阳光对该保温水杯中的水进行加热。黑色铝箔104吸收阳光的热辐射后，向夹层空间两边传递热量，由于有机玻璃的导热系数为0.18W/(m.K)，不锈钢的导热系数在10-30W/(m.K)范围，铝箔104所吸收的热辐射1.8％左右的热量从水杯外侧的有机玻璃材料缓慢流失，而剩余的98.2％的热量使相变蓄热材料103发生相变储存热量，为水杯中的水随时加热保温。当水杯中的水温度高于48℃时，Na2S2O3.5H2O晶体完全熔解，不再因为光照而储存热量，也不再为水杯中的水加热，使水杯中的水温长时间稳定在45-55℃。该结构可以有效的防止冬天保温杯水凉的过快。
杯体内壁101采用导热系数较高的不锈钢材质，不锈钢与水接触，它的导热系数在10-30W/(m.K)范围，属于导热材料，可以使相变蓄热材料103与水之间进行很好的热交换，热水时或对水降温时热传导损失的热量更少，进而实现高效的热量存储及释放，更好地对水进行加热或降温。另外水放于不锈钢中饮用更为安全，不用担心塑料受热后使有机物溶解于水中，造成健康安全问题。
该种水杯储热方式简单，使用前，只需在太阳底下晒会或用开水充于杯内即可有效的使Na2S2O3.5H2O物质中的结晶水变为液态水，进而液态水与羧甲基纤维素形成胶状物储存能量。存储热量并不断缓慢加热水杯水温，这样使保温时间更长并且水温一般不会超过此物质的结晶温度，即45-55℃左右，让人们可以随时随地渴了就喝上温水。当水杯中的水变凉时，相变蓄热材料层会重新形成Na2S2O3.5H2O晶体放出热量，对水进行加热。储热方式简便且自动加热保温。
优选地，为了更好的实现保温效果，杯盖采用有机玻璃真空结构，防止热量从瓶口以热传导的形式散失。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。