CN102119824B

CN102119824B - 多功能水杯

Info

Publication number: CN102119824B
Application number: CN2011100421774A
Authority: CN
Inventors: 赵杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Dezhou University
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: CN102119824A

Abstract

本发明公开了一种多功能水杯。水杯的内胆外侧与温差发电材料的一面热接触，温差发电材料的另一面与散热物体热接触，温差发电材料因两面的温差而发电。温差发电材料的输出端通过二极管与可充电电池以及输出插口等电路相并联，从输出插口通过通用USB数据线，为手机、MP4等随身携带小电器供电。它还在电路中增设功能转换开关和换向开关，增加了制冷制热功能。解决了公知的水杯在使用过程中，水的热能没被利用、也不具备制冷制热功能的缺陷。它可使水杯内热水的热能转化成电能，绿色发电，也解决了旅行时随身携带的手机等小电器无法及时充电的难题，它还具有制冷制热功能。本发明用于生产饮水、温差发电、制冷制热用的多功能水杯。

Description

多功能水杯

技术领域

本发明涉及一种水杯，尤其指一种多功能水杯。

背景技术

整个社会节能环保、绿色低碳已经成为当今世界人类共同追求的目标。水杯社会拥有量极多，几乎每个人不止一个，人们喝水或喝茶水时，刚到入水杯的水是很热的，一般在90摄氏度以上，等水杯内的水降低到40摄氏度以下才能喝。这样，热水的热能就白白损失了，一个人每天喝水的次数很多，尤其是喜好饮茶的人，这种热能的损失如果人类常年每个人的累加就很可观了。热水杯在倒入热水的一段时间内，内外有较大的温差，可用来发电，温差发电虽然是公知技术，但还没有人提出在水杯上进行温差发电及其应用的技术方案。带有电加热功能的水杯已是公知技术，但这种水杯的加热用220V市电不安全，并且热效率不会大于100%,也不带制冷功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种即可利用热水进行温差发电、又可进行加热或制冷的的多功能水杯，可用来给随身携带的手机、MP3、MP4等视听设备进行充电或供电，也可用来加热或制冷水杯内的物质，使用方便可靠。

为了实现上述目的，本发明包含内胆（2），温差发电材料（1）的内表面与内胆（2）热接触，温差发电材料（1）的外表面与散热外壳（3）热接触，温差发电材料（1）的右端接换向开关（K₂）的中心接点的右位，温差发电材料（1）的左端（即下述实施例的总输出端）接第三开关（K₃）的左位，第三开关（K₃）的中心接点接换向开关（K₂）的中心接点的左位，第三开关（K₃）的右位接温差发电材料（1）的局部输出端（即下述实施例中对应2-3个温差发电材料单元串联引出端），换向开关（K₂）的上位右接点与下位左接点相连后与二极管（D）的正极以及第二开关（K₁）的右位相连，二极管（D）的负极与输出插口（10）的正极以及第二开关（K₁）的中心接点相连，换向开关（K₂）的上位左接点与下位右接点相连后与输出插口（10）的负极相连。

为了储存每次倒入水杯内热水温差发电的电能，输出插口（10）的负极接可充电电池（9）的负极，输出插口（10）的正极接第一开关（K）的左位，可充电电池（9）的正极接第一开关（K）的中心接点。

为了方便地进行温差发电功能与制冷制热功能之间的转换，第二开关(K₁)、第三开关(K₃)、第一开关（K）由一个三刀双掷开关构成。

为了让用户及时了解水杯的温差发电现状，输出插口（10）与电压显示电路并联。

为了充分利用水杯内热水的热能来温差发电，减少热能的损失，内胆（2）与散热外壳（3）之间的空隙位置带有保温材料（6）。为了观察内胆（2）内水的温度，内胆（2）外侧安装有温度表。

由于本发明在水杯的内胆外侧安装了温差发电材料，温差发电材料与二极管串联后与输出插口以及可充电电池并联，这就使得倒入水杯中热水的热能大部分转化成电能并存储到可充电电池内，并且这种发电模式是每天经常性的，积累的温差发电电能可供给各种随身带的手机、小视听设备等使用。本发明使人们日常用的水杯成为一种既能喝水喝茶、又能绿色发电、还能用来加热或制冷的装置，提高了水杯的使用价值，还解决了人们旅行时不能及时为随身携带的小电器充电的烦恼。在上述温差发电结构基础上，只增加了很低成本的2个开关，就使得温差发电和半导体制热或制冷进行快速方便地转换，实现了水杯的多功能，方便了人们的生活。半导体制热属于热泵原理制热，电热转换效率远大于100%，显著优于通常的电热丝加热。

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视示意图；

图3是本发明的第1个实施例电路图；

图4是本发明的第2个实施例电路图；

具体实施方式

在图1中描绘的是一种温差发电水杯的俯视图，其俯视面外侧为正六角形。水杯的把手7（也可去掉它）固定在散热外壳3上，盛热水的内胆2上方还安装一个便于喝水的圆形的杯口8（也可去掉它），内胆2与杯口8之间的安装方式为不漏水的结构。内胆2的外表面良好热接触式安装温差发电材料1，温差发电材料1的另一表面与散热外壳3的内表面热接触，为了改善热交换，温差发电材料1与内胆2和散热外壳3之间的接触面涂有导热硅脂。为了尽量减少热量的损失，还在内胆2和散热外壳3之间的空隙位置装有保温材料6。至于温差发电水杯的杯盖，可用公知的各种水杯盖就行，但最好带一层保温材料。

在图2中描绘的则是该种温差发电水杯的带有透视关系的侧视图。在内胆的每个面（共6个面）都安装2-3个温差发电材料1，这样总共有12-18个。水杯的底座11与散热外壳3之间用螺丝紧固在一起。在内胆2底部和底座11之间的空隙处安装有可充电电池9和隔热材料，以使内胆2底部的热量不会大量通过其底部散失和传导到可充电电池9上。输出插口10安装在底座11上。

在图3中。多个温差发电材料1（即图中那些黑小扁方块）相互正串联（即两个温差发电材料的不同极性相互连接）后构成输出电压高的温差发电材料1。本人通过实验证明，一个长宽各为4厘米的普通的小半导体制冷片，温差50度时的温差发电电压高达0.5V以上（且内阻仅1欧姆左右），用10多片总输出电压就够了（5V以上给手机、MP4等充电或供电正好）。温差发电材料1的总输出端与第三开关K₃、换向开关K₂、二极管D串联后并联在输出插口10上，可通过外接的连线与手机等小电器连接为其充电或供电，该连线最好用一头大一头小的电脑通用的USB连接线，以方便用户使用，输出插口10当然也要与之吻合（用大USB标准插座）。二极管D与开关K₁并联。可充电电池9与第一开关K串联后也与输出插口10并联。

起功能转换作用的第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃由一个三刀双掷开关构成，其动作是机械联动的，图3中用点划线表示开关第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃三者是同一个三刀双掷开关上的三组开关机械联动。第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃都拨到左位为温差发电功能（换向开关K₂也要拨向上位才行），拨到右位为制冷制热功能（换向开关K₂拨向上位是制热、下位是制冷）。此时因第三开关K₃接右位，只给右面的2-3个温差发电材料单元串联供电，以降低所需的制冷制热工作电压。用5-19V的直流电压都可正常制冷或制热，方便了用户采用5V-19V供电的电子设备用的电源适配器给本发明供电（比如5V、9V直流开关电源、笔记本17-19V电源适配器），节省了用户的开支，也减少了外出携带物品和重量。由于半导体制冷片的自适应性很强，经本人试验上述方案可行，比如，用两片长和宽都为4厘米的普通半导体制冷片串联起来，加上5V直流电，工作电流0.8A，符合要求，当然，电压越高电流和制冷制热功率越大。换向开关K₂可改变供给温差发电材料1的电源极性，从而控制其制冷或制热，只有在夏天才拨向下位制冷，因此，平时很少动该开关的，可安装在产品的底部。

发光二极管D₁、电阻R、发光二极管D₂串联后构成电压显示电路，该电路也与输出插口10并联，用于显示输出电压的高低。当可充电电池9的或温差发电材料1总的输出电压高于设定值时，发光二极管D₁、D₂导通而发光；当电压低于设定值时，发光二极管D₁、D₂不发光，表示电不足。由于发光二极管的发光电流只需要几个毫安，故耗电极小，不影响发电或供电效率。可充电电池9的电压显示电路也可用高内阻、微耗电的机械或电子电压表代替。该电路的目的是让用户观察温差发电电压高低，以便进行相应操作。二极管D可以防止温差发电电压过低的情况下，可充电电池9对温差发电材料1的反向放电现象的发生。二极管D要用锗材料的二极管，这样可以使它在充电时分得的电压最小（0.2V左右），有利于提高温差发电的利用率。

温度传感器4贴装在内胆2外表面，并与数字温度表5相并联，由于小型液晶显示数字温度表5用电量极微小，用钮扣电池供电即可。数字温度表5于观察内胆2里的水温，以方便用户操作。温度表还可用普通的非电子类的。三刀双掷开关、发光二极管D₁、温度表等部件可安装在散热外壳3或底座11上。

本实施例总体工作过程如下：当需要温差发电时，把三刀双掷开关（即第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃）拨向左位，换向开关K₂拨向上位。在倒入内胆2中热水后，盖上水杯盖，导致温差发电材料1的内表面温度升高，而温差发电材料1外表面与散热外壳3良好热接触而散热，使外表面温度降低，这样就在温差发电材料1的内外表面产生了较高的温差而发电，发出的电能送到输出插口10，如果用户在输出插口10插上USB连接线，USB连接线的另一头可给手机、MP4等小电器供电或充电。与此同时，给其内的可充电电池9充电，而且每倒入一次热水，就可给可充电电池9充电半小时左右，这样在该电池内积累起来的温差发电电能长期保存，可随时（也包含水杯内无热水时）给手机、MP4等小电器充电或供电了。电压显示电路中的发光二极管D₁或D₂可显示供电电压的高低，在不进行温差发电及不用电时可把第一开关K断开，避免电压显示电路的空耗电。数字温度表可显示水杯内水的温度。这样，就使得人们日常每次倒入水杯的热水的热量大部分用于温差发电，绿色环保，而且也解决了人们随身携带小电器外出旅行时无法及时充电（而热水是随处可找到的即便在列车上）的难题。当夏天需要制冷时，把换向开关K₂拨向下位，三刀双掷开关（即第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃）拨向右位，可快速把水杯内的水变成低于环境温度的凉爽的水；当需要制热时，把换向开关K₂拨向上位，三刀双掷开关（即第一开关K、第二开关K₁、第三开关K₃）仍保持在右位，此时水杯内发出的热量来自于外接环境热量和电能之和，制热效率远大于电热丝式的电加热，节能环保。

本实施例的各元器件参考值：可充电电池9采用额定电压≥5V的锂电池或4节7号可充电电池再相互正串联使用。内胆2要用不锈钢的。温差发电材料1可用市面上普通的长宽都为3-4厘米的半导体制冷片，如用专用温差发电片也行，但其总输出电压要与可充电电池9匹配。各处的保温层材料用聚氨酯发泡塑料或其他保温性好的材料。散热外壳3用具有良好散热性的不锈钢或其他导热性好的材料制作。底座11可用电木或塑料件注塑成型构成。其余结构件仿照公知的水杯材料即可。输出插口10用电脑上通用的USB大口插座只接电源的那两根线其余空着就行，这样就可用普通USB数据线给手机和MP3、MP4等小电器供电了，还可以用两头为大头的USB数据线与电脑USB插口插接，给多功能水杯供电来制冷或制热，用户可少带一个电源。为了方便用户用已有的笔记本电源适配器或小电器的5-12V开关直流电源给多功能水杯供电制冷制热，可再在输出插口10上并联一个通用圆形电源插座，或再加一条圆型电源插头转接USB插头线。限流电阻R用阻值200-360欧姆的小碳膜电阻。发光二极管D₁、D₂都用导通发光电压1.7-2V的。二极管D用耐压6V以上、额定电流0.5A以上的锗材料的二极管。三刀双掷开关用市面上的小型三刀双掷拨动开关，换向开关K₂用小型双刀双掷拨动开关，开关的额定电流要大于1A。

本发明的第2个实施例见图4，与前者的区别在于去掉了可充电电池9和相关部件，电路简化，但每次倒入的热水温差发电能不能存储了，只能即时为其他小电器充电。

在生产销售产品时，也可增加本发明制冷制热用的配套直流电源，该直流电源可用市面上常见的220V变换成直流5—15V的整流电源，不必带稳压，成本低廉。用开关电源也行，优点是重量减小，缺点是成本提高。其插头要与输出插口10配套。

本发明不限于上述实施例：可将内胆2、散热外壳3或其他结构件制成其他形状；内胆2与散热外壳3之间的保温材料6可去掉，直接用其间的空气保温等等。这些变化都没有偏离本发明的实质。

Claims

1.一种多功能水杯，包含内胆（2），其特征是温差发电材料（1）的内表面与内胆（2）热接触，温差发电材料（1）的外表面与散热外壳（3）热接触，温差发电材料（1）的右端接换向开关（K₂）的中心接点的右位，温差发电材料（1）的左端接第三开关（K₃）的左位，第三开关（K₃）的中心接点接换向开关（K₂）的中心接点的左位，第三开关（K₃）的右位接温差发电材料（1）的局部输出端，换向开关（K₂）的上位右接点与下位左接点相连后与二极管（D）的正极以及第二开关（K₁）的右位相连，二极管（D）的负极与输出插口（10）的正极以及第二开关（K₁）的中心接点相连，换向开关（K₂）的上位左接点与下位右接点相连后与输出插口（10）的负极相连。

2．按权利要求1所述的多功能水杯，其特征是输出插口（10）的负极接可充电电池（9）的负极，输出插口（10）的正极接第一开关（K）的左位，可充电电池（9）的正极接第一开关（K）的中心接点。

3．按权利要求1所述的多功能水杯，其特征是输出插口(10)与电压显示电路并联。

4．按权利要求1所述的多功能水杯，其特征是内胆(2)与散热外壳(3)之间的空隙位置带有保温材料(6)。

5．按权利要求1所述的多功能水杯，其特征是内胆(2)外侧安装有温度表。