一種具有保溫和快速冷卻功能的兩用桶的製作方法

2023-06-17 20:43:26

本實用新型涉及一種具有保溫和快速冷卻功能的兩用桶。該桶可對熱水、熟食等裝入其中的物品進行保溫(減緩其降溫速度)和快速冷卻(加快其降溫速度或使其溫度降到室溫以下)。

背景技術：

日常生活中，我們通常需要對食物進行保溫。但有時為了節省時間、防止燙傷等目的，我們也需要對食物進行快速冷卻。

現有技術中對食物的保溫，通常採用保溫桶。市場上一般的保溫桶具有以下結構和特點：桶有三層結構，內外兩層由鋁或不鏽鋼加工而成，中間夾著一層保溫材料(一般為聚氨酯發泡材料)；桶的上部加有同樣結構，密閉性較好的桶蓋。這樣的保溫桶結構簡單，具有明顯的保溫效果，被人們廣泛使用，但是不具備快速冷卻的功能。

而目前能夠進行冷卻的容器，一般採用傳統的「製冷四大件」或是利用熱電製冷的原理進行製冷，其缺點在於設備複雜，造價較高。

因此，至今為止市場上沒有兼具保溫和快速冷卻作用的兩用容器。

技術實現要素：

為了同時克服現有保溫桶不具備快速冷卻的功能，以及現有冷卻容器結構複雜，造價較高技術缺陷，本實用新型提供一種具有保溫和快速冷卻功能的兩用桶。

為達到上述目的，本實用新型通過對傳統保溫桶的桶蓋加裝文丘裡管射流器及小型風機，利用高速氣流製得桶內負壓，從而加快桶內水分蒸發，起到降溫效果。具體結構是：

一種具有保溫和快速冷卻功能的兩用桶，它包括保溫桶身和保溫桶蓋，其特徵在於，桶蓋上至少設有一個文丘裡射流器，文丘裡射流器與桶腔相通；在每個文丘裡射流器入口設有電動風機；在文丘裡射流器入口和出口均設有可拆卸式濾罩；

為了提高文丘裡射流器與桶蓋間的氣密性，所述的文丘裡射流器通過螺紋旋在桶蓋上。

為了便於冷藏食物、藥品等，在桶腔內設有一個導熱隔板，導熱隔板將桶腔分為上下兩個腔體，上腔體作為製冷腔，下腔體作為冷藏腔，在冷藏腔對應的桶身上開有開啟門。開動風機後，上部利用水作為工質進行製冷。下部形成溫度較低的冷藏腔。也可將此模型擴大——冷藏腔相當於車艙，製得的冷水以低溫輻射的形式向車內製冷。

本實用新型的優點是：

(1)本實用新型可以保溫製冷兩用。

(2)當製冷時，拋開傳統製冷系統由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器四大件或熱電偶系統組成的固有結構，僅利用氣流高速運動形成的負壓加速水的蒸發來實現降溫目的，大大簡化了製冷的設備組成，整套裝置原理簡單，造價較低，方便實用。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖，圖中以設一個文丘裡射流器為例；

圖2是本實用新型加有隔板的結構示意圖；

圖3是本實用新型的製冷原理示意圖，圖中以桶內加有熱水為例；

圖4是利用本實用新型驗證製冷效果的水溫變化擬合曲線。

圖中：1-桶身，2-桶蓋，3-文丘裡射流器，4-電動風機，5-濾罩，6-冷藏腔，7-開啟門，8-製冷腔，9-導熱隔板。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本實用新型的技術方案。

圖1是設有一個文丘裡射流器的保溫桶，從圖1中可以看出：它的桶體是由雙層桶身1和桶蓋2通過螺紋旋在一起形成的，桶蓋中心設有螺紋孔，文丘裡射流器3的喉部支管旋在桶蓋螺紋孔上；在文丘裡射流器3入口設有電動風機4；在文丘裡射流器3入口和出口均設有可拆卸式的濾罩5。

圖2是桶身1內設有導熱隔板9的實施例，從圖中可以看出：導熱隔板9將桶身1的內腔隔成上下兩個腔體，上腔體作為製冷腔8，下腔體作為冷藏腔6，在冷藏腔6對應的桶身1上開有開啟門7。開動風機後，上部製冷腔8利用水作為工質進行製冷。下部形成溫度較低的冷藏腔6。也可將此模型擴大——冷藏腔相當於車艙，製得的冷水以低溫輻射的形式向車內製冷。

實施例中的桶蓋1和桶身2均使用絕熱承壓材料製得(如不鏽鋼+聚氨酯發泡)，桶身與桶蓋間應保證較好的氣密性。

下面結合使用方法和圖3說明本實用新型的保溫和快速製冷原理。

當需要保溫的時候，關閉電動風機4，此時該桶相當於一個普通的保溫桶，可減緩桶內物品溫度下降，起到保溫效果。

當需要快速製冷的時候，開動電動風機4，外界氣流流向文丘裡射流器；根據流體力學伯努利方程，通過文丘裡射流器喉部時，因截面變窄，從而流速加快，壓強變小。這時桶內的氣體(水蒸氣)會被吸引，並從此排出。隨著桶內氣體的排出，水面上部的壓強逐漸減小，水表面飽和空氣層與水面上部的壓強差逐漸增大，從而水的蒸發速率加快。由於桶身絕熱，水蒸發時吸收的熱量幾乎全部來自自身。水的汽化潛熱約為2500KJ/kg，數值較大，因此只需蒸發少量的水，便可使水的溫度有明顯下降。實驗證明，該裝置不僅可以加快水的冷卻，而且可以使常溫的水冷卻到室溫以下。

下面利用試驗進一步驗證本實用新型的製冷效果。

實驗裝置：鋼製保溫桶(50L，近似相當於絕熱容器)，文丘裡管射流器(進口直徑4寸)，小型吹風機、電子溫度計，電子風速儀，秒表等。

實驗方案:在鋼製保溫桶裡盛裝350ml的水，並保證容器密閉。利用小型吹風機在文丘裡管入口處吹風。每隔一定時間後測量降溫效果，探索溫降規律，得到實驗數據如表一。

表1實驗數據 室溫：23℃

(說明：實驗2為每間隔10分鐘，打開容器，測量水溫。實驗3為間隔20分鐘打開容器，測量水溫。實驗5為相同初始水溫，水量下的自然冷卻過程。風速為文丘裡管射流器出口風速)

將實驗1、2的數據擬合如下(見圖4)，發現水溫近似呈現指數形式下降。開始時降溫卻快，後期降溫慢。這是因為水溫較低時對應的飽和水蒸氣分壓力較小。兩組數據所在曲線基本重合。

對比實驗1、4，發現水的初溫越高，水溫下降幅度越大。但最終水溫都穩定在15℃附近。這一溫度與環境溫度及容器的保溫效果有關，因為實驗裝置不能達到絕對絕熱，當水溫低於室溫一定值後，便會從外界吸熱。

對比實驗4、5，發現自然冷卻速度較慢，且自然冷卻最終溫度只能達到室溫附近。而使用該裝置，可明顯加快冷卻速度，且30min後水溫可低於室溫7℃左右。

對比實驗1、6，發現風速為5.45m/s比風速為17.5m/s的情況，水溫下降更快。

綜合以上實驗及分析，證明本實用新型具有一定的製冷降溫效果，並得到如下結論：製冷降溫的效果主要受初始水溫，文丘裡管裡的氣體流速，降溫時間等眾多因素影響。初始水溫越高，降溫效果越明顯；文丘裡管氣流速度越高，喉部形成的負壓越大，容器內部壓力越低，則水分蒸發越快；在初始階段，水的降溫速度較快，隨著時間推移，降溫速度減慢。將實驗1、2的數據進行擬合，得到利用該裝置製冷時水溫的變化趨勢近似指數型下降。此外，環境溫度和容器的保溫效果一定程度上決定了最後水溫的穩定值。水分蒸發的速度快慢還應受蒸發麵積，容器體積，文丘裡管射流器的規格等因素影響。