一种石墨烯型快速降温水杯及其制作方法与流程

本发明涉及日常饮水水杯设计生产技术领域，特别是指一种石墨烯型快速降温水杯及其制作方法。

背景技术：

本发明产品一种石墨烯型快速降温水杯及其制作方法是申请号为201811557132.9一种下置式快速降温水杯及其生产方法的升级型产品，与201811557132.9专利申请文件相比，本发明专利申请对该水杯产品进行了多项重大改进：1、把相变散热模块由原来的在杯底安装改变上升到杯盖内安装，简化了制造工艺；2、采用周边带条翼型散热片的降温模块壳体并在翼型散热片表面喷涂石墨烯散热涂料，提高了散热效率，缩小了产品体积；3、采用表面喷涂石墨烯散热涂料的金属降温水带，加快了开水流过时热量向外部散热的传递速度；4、采用了石墨烯纳米相变液体存储材料，实现了比常规相变材料更快速度的储热放热性能指标。

技术实现要素：

本发明提供了一种石墨烯型快速降温水杯，这种水杯在瓶盖内安装了一个采用石墨烯纳米相变材料的相变降温模块，模块内设置了金属降温水带和液态石墨烯纳米相变材料，模块上下两端各设一根进出水管，使用时，把水杯倒入开水后拧上杯盖，瓶盖下端的进水管插入开水内，饮水者含住杯盖上端的出水管向外吸水，开水经金属降温水带向外散发出热量被石墨烯纳米相变材料吸收降温成低于50℃温开水后流出，饮水者无须等待就可以喝到低于50℃的温开水，满足快速饮用温开水的要求。本发明同时提供了一种石墨烯型快速降温水杯的制作方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的，一种石墨烯型快速降温水杯，由杯体、杯盖、吸管开闭装置、降温模块壳体、壳体上盖、加液口、金属降温水带、石墨烯相变材料、隔热层、进水管、出水管、引水管、吸水管和通气管所组成，其特征在于：所述的金属降温水带两端焊接进水管、出水管，折弯后放入降温模块壳体内；所述的加液口焊接在壳体上盖中间，壳体上盖扣合密封在降温模块壳体上表面；所述的相变材料注入存储在降温模块壳体内；所述的进水管伸出降温模块壳体底部；所述的出水管伸出降温模块壳体上表面；所述的引水管、吸水管分别与伸出降温模块壳体底部的进水管和伸出降温模块壳体上面的出水管相连接；

所述的杯体采用常规不锈钢保温杯，杯体尺寸在直径50—80mm，高150—200mm，水容量180—450ml之间选择。

所述的杯盖直径50-80mm，高度40—100mm，采用金属、塑性材料制作，金属材料选用不锈钢、铝材、铜材，优选厚度0.3-0.5mm不锈钢板材；塑性材料选择pe、pp、pet、pc无毒食品级塑性材料。

所述的吸管开闭装置采用提把造型顶部开盖、杯体侧面安装控制按钮方式，使用时按下按钮后顶部开盖，吸管弹出饮水，用完后压下顶盖扣合，吸管收回的塑料水杯开闭装置。

所述的降温模块壳体采用铝材料拉伸压铸制作，外部直径50-90mm，内部直径35—70mm，壁厚0.5—2.0mm，散热条翼展长度4—20mm，降温模块壳体高度20—100mm。加工完毕清洗烘干后表面喷涂grf-hcgw-a02型号高导电型薄层石墨烯浆料分散液，喷涂厚度4—10um,喷涂完毕放入烘箱流水线，80℃热风烘干20分钟。

所述的壳体上盖采用厚度1-2mm的铝板激光切割成圆形盖板，尺寸与降温模块壳体直径大小相吻合，盖上打孔安装加液口并留出出水管孔。

所述的加液口采用焊接直径4-10mm螺丝母口，从母口向降温模块壳体加满相变材料后用直径4-10mm的配套螺丝拧入螺丝母口滴胶封固。

所述的金属降温水带选用纯铜金属材料制作，根据具体需要弯曲成环形或螺旋型、欧型，长120-220mm，宽15—50mm，厚度1.0—3.0mm，中间缝隙高度0.3—1.5mm，板材壁厚0.1—0.5mm，从导热性考虑，优选厚度0.2mm纯铜板材制作，螺旋型选用直径3-5mm紫铜管绕制，金属降温水带上下两端分别焊接安装进出水管，管径3-4mm，长度6-12mm。金属降温水带制作完毕清洗烘干，表面喷涂grf-hcg-01型号的高导电型薄层石墨烯浆料分散液，喷涂厚度4—10um,放入烘箱流水线80℃热风20分钟烘干。

所述的石墨烯相变材料要求无毒、无味、无腐蚀性，绿色环保符合国家相关食品安全标准的油性、水性有机相变材料，相变温度38—45℃，向降温模块壳体内的加入量根据具体需要在50-300ml之间选择。本发明产品中优选pcm石墨烯型绿色有机相变材料，产品型号th-sl38-45，相变温度45℃，储能密度240j/g，密度0.82g/ml。

所述的隔热层直径45-75mm，厚4-10mm，采用发泡聚胺脂塑料、二氧化硅气凝胶材料，优选使用二氧化硅气凝胶材料。

所述的进水管、出水管采用直径2-4mm，长度10-20mm紫铜管制作，焊接在金属降温水带的上下两端，与降温模块壳体组合后进水管伸出降温模块壳体的底部，与引水管相套接；出水管向上伸出降温模块壳体的壳体上盖表面，与吸水管相套接。

所述的引水管、吸水管采用直径4—8mm无毒无味食品级透明硅胶软管，引水管长度100—200mm，出水管长度40-80mm，软管耐受250℃高温，浸泡100℃热水中不会变质损坏。

所述的通气管采用直径2-3mm长60-120mm食品级硅胶软管，用于在饮水时进入杯内空气，使水杯内外压力相等。

本发明产生的社会效益：本发明提供了一种石墨烯型快速降温水杯，这种水杯在瓶盖内安装了一个采用石墨烯纳米相变材料的相变降温模块，模块内设置了金属降温水带和液态石墨烯纳米相变材料，模块上下两端各设一根进出水管，使用时，把水杯倒入开水后拧上杯盖，瓶盖下端的进水管插入开水内，饮水者含住杯盖上端的出水管向外吸水，开水经金属降温水带向外散发出热量被石墨烯纳米相变材料吸收降温成低于50℃温开水后流出，饮水者无须等待就可以喝到低于50℃的温开水，满足快速饮用温开水的要求。本发明同时提供了一种石墨烯型快速降温水杯的制作方法。

参照附图可以对本发明的实施例加以详细的说明。

附图说明

图1是本发明产品的整体结构示意图

图2是本发明产品的降温模块壳体外观示意图

图3是本发明产品的金属降温水带截面结构示意图

图4是本发明产品的金属降温水带外观结构示意图

图5是本发明产品的降温模块内部组合示意图

图6是本发明产品的石墨烯材料应用效果对比表

图7是本发明产品的降温模块壳体散热效果对比图

图8是本发明产品的相变材料降温性能曲线图

图中1杯体、2杯盖、3吸管开闭装置、4降温模块壳体、5壳体上盖、6加液口、7金属降温水带、8石墨烯相变材料、9隔热层、10进水管、11出水管、12引水管、13吸水管14通气管。

具体实施方式

从图1中知，本发明产品一种石墨烯型快速降温水杯，由杯体1、杯盖2、吸管开闭装置3、降温模块壳体4、壳体上盖5、加液口6、金属降温水带7、石墨烯相变材料8、隔热层9、进水管10、出水管11、引水管12、吸水管13和通气管14所组成，其生产加工工艺方法叙述如下：

1、制作杯体1：按照不锈钢保温杯常规制作工艺制作出杯体1；

2、制作杯盖2、吸管开闭装置3：选择出所需的塑性材料如pe、pp、pet、pc无毒食品级塑性颗粒材料，放入烘箱里100度烘干去湿24小时，取出后倒入注塑机料槽内，在注塑机上面安装注塑杯盖2和吸管开闭装置3专用模具，注塑出杯盖2、吸管开闭装置3；

3、制作降温模块壳体4：在金属压铸机上面安装好压铸降温模块壳体4的专用模具，压铸出使用铝材的降温模块壳体4，加工完毕清洗烘干后表面喷涂grf-hcgw-a02型号的高导电型薄层石墨烯浆料分散液，喷涂厚度4—10um,喷涂完毕放入烘箱流水线，80℃热风烘干20分钟。

4、参照图2，制作壳体上盖5、加液口6：用激光切割机按标定尺寸切割出壳体上盖5，在盖上打孔点焊螺母制成加液口6；

5、参照图3图4，制作金属降温水带7：按所需尺寸裁切出制作金属降温水带7的2条紫铜条带，将两条铜带边沿对接后采用高频焊接或使用无铅焊锡沿长度方向焊死边缝，形成缝隙型水流散热通道；把进水管10、出水管11裁切成所需尺寸分别焊接在铜带两头的上下两端，制成金属降温水带7，加工完毕清洗烘干后表面喷涂grf-hcgw-a02型号高导电型薄层石墨烯浆料分散液，喷涂厚度4—10um,喷涂完毕放入烘箱流水线，80℃热风烘干20分钟。

6、制作隔热层9：把整张的大面积隔热材料板用切刀切割成所需尺寸的圆形隔热片，完成隔热层9的制作；

1、裁切引水管12、吸水管13和通气管14：把整盘的长硅胶管按所需长度进行剪切，制成裁切引水管12、吸水管13和通气管14；

2、参照图5，降温模块组装：1、先把金属降温水带7装入降温模块壳体4里面；2、再把壳体上盖5扣合在降温模块壳体4的上面，边沿用氩弧焊焊接封固制作成完整的降温模块；3、注入石墨烯相变材料8：使用注液针将液体石墨烯相变材料8从加液口6注入到降温模块壳体4内，注满后用配套尺寸的螺丝拧入加液口6，外面涂抹环氧树脂胶进行封固。

3、参照图1，水杯整体组装:1、把制作成完整的降温模块上下两端进水管10、出水管11分别套接引水管12、吸水管13；2、套接完毕后把降温模块装入杯盖2内1加以固定；3、把吸管开闭装置3安装固定在杯盖侧面预定位置；4、拧上杯体，完成本发明产品快速降温水杯的整体装配工作。

参照图1，本发明产品的使用方法与工作原理叙述如下：使用本发明产品水杯快速降温功能时，向杯体1内倒入开水，拧上杯盖2，按下吸管开闭装置3，此时提把顶盖弹起，吸水管13伸出杯盖外面，使用者用口含住吸水管向外吸水，杯体1内的开水经引水管12、进水管10流入金属降温水带7，开水热量经过降温水带金属表面石墨烯涂层向降温模块壳体4和石墨烯相变材料8传导，一部分热量经模块壳体表面石墨烯涂层传递到空气中散掉，另一部分热量被石墨烯相变材料8所吸收存储，开水经上述方法散热降温后，水温急剧下降，从原来的100℃迅速下降到45℃左右，降温后的温开水从出水管11流入吸水管13，被饮水者所饮用，实现了沸水瞬间降温，无须等待的效果。

参照图6，本发明产品的石墨烯材料应用效果对比表：测试条件：金属降温水带7放入水中，带内均速流过100℃开水，水里距水带20mm处设温度探头，测水在1min内的温升推出导热效率。从表中可以看出，未喷涂石墨烯涂层的金属散热水带纯铜表面在1min内温升8℃散热效率达到80%，而喷涂石墨烯散热涂层的金属散热水带在1min内温升9.5℃，效率提高了15%,高达95%；在普通液体相变材料与石墨烯液体相变材料的对比中，相变材料中插入温度探头，可以测出热量在不同的相变材料中传播速度的明显时间差距，加入5%纳米石墨烯分散液的石墨烯液体相变材料热传导时间比普通的液体相变材料热量传导时间缩短了近一倍，保证了快速吸收开水热量的效果。

参照图7，从本发明产品的降温模块壳体散热效果对比图中可以看出，曲线1表示当降温模块壳体4表面光滑无散热翼片时，散热表面积较小，模块内存储的50℃热量需要30分钟左右才能散掉与室温基本相同；曲线2表示降温模块壳体4表面具有散热翼片时，散热效率提高，散热时间缩短到20分钟左右；曲线3表示在散热翼片喷涂了石墨烯散热涂料后效率进一步提高，散热时间缩短到10分钟左右。

参照图8，设降温模块壳体4内盛放的液体石墨烯相变材料8是150ml，热容量36000j，杯内吸出温水150毫升，从100℃降低到45℃放出潜热35640j，散发与吸收的热量基本平衡，保持出水温度低于50℃，继续吸水到200ml，模块内液体石墨烯相变材料8吸收的热量逐渐达到饱和，此时降温效果下降，出水温度上升到50℃以上口感发烫，这时要停止吸水等待10-20分钟，待石墨烯相变材料8内存储的热量沿着降温模块壳体4的表面散热翼片石墨烯涂层向空气中散发掉以后，降温模块可以重新吸收热量，继续上述降温饮水使用过程。