散热速度可调的保温杯
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散热速度可调的保温杯 发布于:2020/12/21
    爸爸给我买了个新水杯,保温性能特别好。上学前装满一杯热水,下午放学后水还是烫的。由于保温效果太好,导致我想喝水的时候只能长时间打开盖子降温。但打开杯盖降温有诸多的不方便,比如存在卫生问题、携带不方便等。
  能否设计一款可快速调节热水降温速度的保温杯?
  一、设计原理
  如图1所示,加工保温杯时,厂家把内胆、外胆间的空间加工成楔形,并在里面放置楔形导热体。正常情况下,楔形导热体不会同时与内胆、外胆接触,可形成真空隔热层。
  当楔形导热体上移时,内胆、外胆同时与导热体接触,水杯内的水的热量直接通过内胆传到导热体,再传到外胆后散发到空气中。当水温降到一定程度时,楔形导热体向下移动,让楔形導热体不同时与内胆、外胆接触,从而实现降温速度可调。
  二、选择楔形导热体移动方式
  由于真空保温杯保温效果好,我们在改进保温杯的同时,不能破坏保温杯的真空特性,所以楔形导热体的移动只能使用非接触力,而不能使用接触力。
  电场力、磁场力、重力都是非接触力,它们各有各的特点,如表1所示。
  从表中可以看出,磁场力和重力都适用于本设计。
  三、磁场力式移动方式
  利用磁场力推动楔形导热体移动的原理如图2所示。
  在楔形导热体底部固定一块磁铁,杯底外部也有一块可转动磁铁。转动磁铁,当磁铁异名磁极靠近时,磁铁被下拉,楔形导热体下移,不会同时与内胆、外胆接触,保温杯具有保温功能。当同名磁极靠近时,由于磁场力的作用,楔形导热体被向上推,内胆、外胆同时与导热体接触,导热良好,处于导热状态。
  由于这种设计用到了磁铁,对杯体材料还有一个要求,即使用不导磁材料。生活中常用的304不锈钢即为不导磁材料。图3为3D打印制成的模型。
  四、重力式移动方式
  利用重力推动楔形导热体移动的原理如图4所示。
  楔形导热体在自身重力的作用下,整体下移,达到真空保温的作用。当把杯子倒置时,楔形导热体在重力的作用下向下移动,与内胆、外胆连接,达到导热效果。
  这种移动方式的优点是结构简单,操作方便,稳定性好,不需要太复杂的结构。缺点是散热时,杯体要倒置,要求水杯盖的密封性较好。(指导老师:李荣旺)作者:李沁恬 来源:发明与创新·中学生
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