一种饮品加热、冷却与保温装置及方法

技术领域

本发明涉及液体变温装置的技术领域，更具体地，涉及一种饮品加热、冷却与保温装置及方法。

背景技术

在日常生活中，大多数人习惯将水、牛奶、咖啡等饮品加热后再饮用，特别是在气候较寒冷的地区或气温较低的季节。目前，市场上大多采用加热壶或者微波炉等装置对饮品进行加热，但是这部分加热装置功能大多比较单一，只能对饮品进行加热，无法对饮品进行快速冷却，加热后的饮品需等待较长时间才能降至合适温度进行饮用，给人们生活带来诸多不便。特别是对于饮用时间无法确定的婴幼儿，如果不能快速将饮品加热或冷却至合适的饮用温度，将会影响宝宝的正常喂食，且饮品加热后不及时饮用和保温将会变凉，重复加热会使饮品中的营养成分大量流失。

中国专利CN202761020U公开了一种真空储热双重保温式防干烧电水壶，包括壶体，壶体底部设有电加热装置。壶体由外壳和置于外壳内的内胆组成，在外壳和内胆之间填充相变储热材料形成储热层，相变储热材料的相变温度为80℃、85℃、90℃、95℃，储热层贴紧内胆；在储热层和外壳之间设有真空层，真空层为被抽真空的密闭空腔；出水口位于壶体中部且与内胆连通；电加热装置包括加热器和防干烧温控器，防干烧温控器为常闭型且串联在加热器的回路中，加热器与内胆直接接触。上述方案采用相变储热材料的储热层包裹内胆，真空层包裹储热层，使储热层不会热损失，保温时间更长、效果更好。然而，上述方案无法对饮品进行冷却，真空层的设置会阻碍热量的散失，而且该装置在电加热过程中，仅依靠底部区域的金属热传导对饮品进行加热，加热缓慢且受热不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种饮品加热、冷却与保温装置及方法，可实现高效加热、快速冷却及有效保温。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种饮品加热、冷却与保温装置，包括壶体、盖体及加热装置，所述壶体置于加热装置上，所述盖体与壶体可拆卸连接；其特征在于，所述壶体包括外壳及内胆，所述外壳及内胆同轴设置且外壳和内胆之间设有封闭的真空内腔，所述真空内腔内灌注有可随温度变化发生气液转换的液态工质。

本发明的饮品加热、冷却与保温装置，饮品置于壶体内：加热装置工作，液态工质发生相变由液态变为蒸汽，蒸汽在外壳和内胆壁遇冷凝结为液体，释放汽化潜热；在加热装置停止工作后，饮品热量可通过相变传热方式逆向地将饮品内的热量快速向外界环境传输，实现饮品的快速降温与冷却；当饮品温度降至启动温度时，相变传热停止，真空内腔阻断饮品热量传输路径，有效实现饮品保温。本发明采用相变传热方式：其热导率是普通金属的上千倍，可实现饮品的快速加热；其具有良好的等温特性，饮品受热均匀，可有效防止与加热面相接触的液体发生过热粘锅现象。

进一步地，所述真空内腔包括连通设置的第一内腔和第二内腔，所述第一内腔设于外壳侧壁和内胆侧壁之间，所述第二内腔设于外壳底壁和内胆底壁之间，所述液态工质灌注于第二内腔内或第一内腔和第二内腔内。

进一步地，所述液态工质选自蒸馏水、乙醇、液氨、冷媒中的一种或两种及以上的组合。

进一步地，所述壶体侧壁连接有把手，所述把手为绝热结构。

进一步地，所述壶体侧部还设有壶口，所述把手及壶口关于壶体中心轴线对称。

进一步地，所述盖体为保温结构。

进一步地，所述壶体内侧底部设有温度传感器，所述温度传感器、加热装置均连接于控制器，所述控制器的输入端连接有输入模块。

本发明还提供了一种饮品加热、冷却与保温方法，包括以下步骤：

加热过程：加热装置工作，当加热温度达到或超过设定的启动温度时，液态工质受热发生相变由液态变为蒸汽，蒸汽在内部压力的作用下向上运动，在外壳和内胆壁遇冷凝结为液体，释放汽化潜热，冷凝后的液态工质在重力作用下沿真空内腔壁面回流至真空内腔底部；在液态工质不断蒸发、冷凝的过程中，液态工质的热量传递至待加热饮品；

冷却过程：当饮品加热至设定温度时，加热装置停止工作，此时由于饮品的温度高于环境温度，饮品热量可通过相变传热方式由真空内腔壁面散出，实现饮品的快速降温和冷却；

保温过程：当饮品温度冷却至启动温度时，真空内腔内部的蒸汽全部冷凝为液态工质回流至真空内腔底部，相变传热停止；真空内腔处于真空状态，阻断饮品热量的传输路径，实现饮品的保温。

本发明的饮品加热、冷却与保温方法，采用相变传热的方式，可实现饮品的快速加热和快速冷却，当冷却至启动温度时，可有效地对饮品保温，且相变传热具有良好的等温特性，饮品受热均匀，可有效防止过热粘锅现象。

优选地，所述启动温度由液态工质的灌注量控制，所述启动温度根据不同饮品所需的适宜冷却温度设定。

优选地，在冷却过程，可打开保温盖，可将壶体放置于冷水中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的饮品加热、冷却与保温装置及方法，采用相变传热的方式，可实现饮品的快速加热和快速冷却，当冷却至启动温度时，可有效地对饮品保温；且相变传热具有良好的等温特性，饮品受热均匀，可有效防止过热粘锅现象。

附图说明

图1为饮品加热、冷却与保温装置的结构示意图；

图2为真空内腔内液态工质相变循环示意图；

附图中：1-壶体；11-外壳；12-内胆；2-盖体；3-加热装置；4-真空内腔；41-第一内腔；42-第二内腔；5-把手；6-壶口；7-液态工质。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1至图2所示为本发明的饮品加热、冷却与保温装置的实施例，提供一种饮品加热、冷却与保温装置，包括壶体1、盖体2及加热装置3，壶体1置于加热装置3上，盖体2与壶体1可拆卸连接；壶体1包括外壳11及内胆12，外壳11及内胆12同轴设置且外壳11和内胆12之间设有封闭的真空内腔4，真空内腔4内灌注有可随温度变化发生气液转换的液态工质。

本实施例在实施时，饮品置于壶体1内：加热装置3工作，液态工质发生相变由液态变为蒸汽，蒸汽在外壳11和内胆12壁面遇冷凝结为液体，释放汽化潜热；在加热装置3停止工作后，饮品热量可通过相变传热方式逆向地将饮品内的热量快速向外界环境传输，实现饮品的快速降温与冷却；当饮品温度降至启动温度时，停止相变传热，真空内腔4阻断饮品热量传输路径，有效实现饮品保温。本发明采用相变传热方式，饮品加热所需热量以及冷却散失的热量均通过相变传热的方式进行传输，其热导率是普通金属的上千倍，可实现饮品的快速加热和快速冷却；相变传热方式具有良好的等温特性，饮品受热均匀，可有效防止与加热面相接触的液体发生过热粘锅现象。

在其中一个实施例中，壶体1与加热装置3可设置为一体式结构，也可设置为可分离结构。加热装置3可采用电加热的加热方式，也可采用电磁加热的加热方式。加热装置3产生的热量一方面为液态工质发生相变提供热量，一方面其热量还可直接用于内胆12内饮品的加热。

在其中一个实施例中，真空内腔4包括连通设置的第一内腔41和第二内腔42，第一内腔41设于外壳11侧壁和内胆12侧壁之间，第二内腔42设于外壳11底壁和内胆12底壁之间，液态工质灌注于第二内腔42内或第一内腔41和第二内腔42内。如此，内胆12侧壁和内胆12底壁均可作为传热面，增加壶内饮品的受热面积，达到饮品均匀、快速加热及快速冷却的效果。

本实施例中，液态工质可仅灌注于第二内腔42内，也可灌注于第二内腔42及第一内腔41内，液态工质的灌注量决定相变传热的启动温度，也决定冷却过程中饮品需冷却到的适宜温度和保温温度。当液态工质仅灌注于第二内腔42内时，液态工质的液面与内胆12底壁接触，如此，在相变传热停止后，第一内腔41全部处于真空状态，可有效增加饮品的保温面积，实现饮品的长时间保温，且能够避免在冷却过程中第二内腔42内形成真空层阻碍热量传递；此时，在保证液态工质液面与内胆12底壁接触的前提下，可根据液态工质的灌注量调节第二内腔42的厚度。当液态工质灌注于第一内腔41和第二内腔42内时，可设置第一内腔41和第二内腔42的厚度为近乎相等的尺寸，保证结构的匀称性。因此，本实施例液态工质的灌注量可根据饮品种类的不同及最佳饮用温度的不同进行适应性调整，即可通过控制液态工质的灌注量设定不同的启动温度，从而适应不同饮品所需的适宜冷却温度，具有较强的适应性和通用性。另外，本实施例中，真空内腔4环绕于整个外壳11和整个内胆12之间，在加热和冷却过程中，相变传热发生在整个真空内腔4内，环绕于内胆12外周，实现立体环绕加热和立体环绕冷却，可实现均匀加热和快速冷却。

在其中一个实施例中，液态工质选自蒸馏水、乙醇、液氨、冷媒中的一种或两种及以上的组合。液态工质灌注于真空内腔4内，在真空环境下，液态工质的沸点较常压环境下的沸点低，相变传热的启动温度较低。需要说明的是，本发明的液态工质不限于上述列举种类，其他能够随温度变化发生气液转换的液态工质均适应于本发明，本发明所选用的液态工质的种类可根据饮品种类、饮品加热温度及饮品冷却温度进行调整。

在其中一个实施例中，壶体1侧壁连接有把手5，把手5为绝热结构。将把手5设置为绝热结构可防止使用者烫伤。另外，本实施例为达到防烫的效果，还可在外壳11的外壁与把手5相对处设置绝热片，防止使用者手直接接触外壳11外壁面。

在其中一个实施例中，壶体1侧部还设有壶口6，把手5及壶口6关于壶体1中心轴线对称。如同现有水壶的结构，壶口6用于引导壶内饮品流出，防止在倾倒饮品过程中发生漏液的情况。把手5及壶口6的位置设定是为了便于操作做出的优选，而并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，盖体2为保温结构。在加热及保温时，可盖上盖体2防止热量散失；在冷却时，可打开盖体2加快散热速度。具体地，盖体2与壶体1之间的连接可采用卡接、套接、铰接、转动连接等可完成开盖与合盖操作的可拆卸连接的连接方式。另外，将盖体2设置为保温结构是为了防止热量散失而做出的优选，并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，壶体1内侧底部设有温度传感器，温度传感器、加热装置3均连接于控制器，控制器的输入端连接有输入模块。温度传感器实时监测壶体1内饮品温度，当饮品温度达到设定温度值时，控制器控制加热装置3停止工作。输入模块的设置可用于输入设定温度值，操作简便。本实施例还可在控制器的输出端连接显示模块，用于显示实时温度和设定温度值。当然，也可实现本发明方案的是，将输入模块和显示模块集成为触摸显示屏，同时具备显示和输入功能。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。另外，上述实施例中是对饮品进行加热，并不作为本发明的限制性规定，本发明还可适用于除饮品外的其他液体的加热、冷却及保温。

实施例二

本实施例为实施例一中饮品加热、冷却与保温装置的应用方法的实施例，包括以下步骤：

加热过程：加热装置3工作，当加热温度达到或超过设定的启动温度时，液态工质受热发生相变由液态变为蒸汽，蒸汽在内部压力的作用下向上运动，在外壳11和内胆12壁面遇冷凝结为液体，释放汽化潜热，冷凝后的液态工质在重力作用下沿真空内腔4壁面回流至真空内腔4底部；回流的液态工质受热后又相变为蒸汽，在内部压力的作用下沿内腔向上运动，遇冷后又凝结为液体回流至真空内腔4底部；真空内腔4内部的液态工质不断重复蒸发和冷凝的过程，形成循环，如图2所示。在液态工质不断蒸发、冷凝的过程中，热量不断地传递至待加热饮品，实现饮品的快速加热。

冷却过程：当饮品加热至设定温度时，加热装置3停止工作，此时由于饮品的温度高于环境温度，饮品热量可通过相变传热方式由真空内腔4壁面散出，实现饮品的快速降温和冷却。

保温过程：当饮品温度冷却至启动温度时，真空内腔4内部的蒸汽全部冷凝为液态工质回流至真空内腔4底部，相变传热停止；真空内腔4处于真空状态，阻断饮品热量的传输路径，实现饮品的保温。保温过程，需盖上保温盖防止热量散失。

其中，启动温度由液态工质的灌注量控制，启动温度根据不同饮品所需的适宜冷却温度设定。如在加热牛奶时，牛奶的最适宜的饮用温度为35℃～39℃之间，可根据此饮用温度确定相变传热的启动温度，并计算得到液态工质的灌注量。在冷却过程，可打开保温盖，也可将壶体1放置于冷水中，以加快热量散失，提高冷却速度。

经过以上步骤，采用相变传热的方式，实现饮品的快速均匀加热及饮品的快速冷却；在液态工质回流至真空内腔4底部，真空内腔4阻断饮品热量的传输路径，可实现饮品的保温。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。