多功能保溫餐具盒

1產品概述

本產品多功能保溫套具，以正方體或圓柱體為主要外形，運用了黑鉻太陽能選擇涂層以及相變材料等相關知識，通過對套具內部材料以及涂層的選擇，達到綠色環保、蓄熱儲能、保溫保冷、無火加熱、安全可靠、方便攜帶等一系列技術要求，方便外出旅行者在戶外活動室能夠輕松食用加熱保溫食品或飲用低溫保冷飲品，同時充分利用旅行可攜帶物空間，避免明火加熱的煙塵污染和火災隱患。

另外，在與同類相似產品比較時，本產品在確保安全的前提下，滿足上述所有技術要求，采用成本較低廉的材料，能夠迎合大多數消費者的消費選擇，具有廣闊的市場前景。

2.產品設計方案

本產品的設計方案為多套具疊加共同作用，制作起來成本低，方法便利。因為其注重環保、保溫、便攜、實用、安全、低成本等特點，所以原理更為清晰、更能被大眾所接納。在與同類產品進行類比之后，博采眾長，更具有市場競爭力。

2.1 產品結構介紹

為了滿足不同人群的需要，我們設計了可裝盒的圓柱體外形，和可拆卸的的長方體外形。其中圓柱形外形產品由套具、反射板和套筒組成，長方體外形產品只有套具盒反射板組成。

2.1.1 套具

套具為產品核心部分，從外至里共分為三部分。

①珍珠棉覆合鋁箔反光隔熱層

為套具外部包裹材料，在產品當中起到保溫作用，在加熱時取下，當加熱完成或者是保溫保冷需要時套在最外側。

② 雙層玻璃保溫層

此保護層借鑒玻璃保溫杯的保溫理念，玻璃內側涂有黑鉻太陽能選擇涂層，盡可能減小套具的對流和輻射熱損。此圖層可以拆卸，配裝在雙層玻璃杯內壁。

③ 不銹鋼層

不銹鋼層外部涂有相變材料，利用常見不銹鋼保溫杯的保溫性能來保存內部食品，相變層能夠更好地阻止熱量的傳遞，并且有保熱相變層以及保冷相變層兩種可替換內層，用來滿足不同季節的需求。

我們分別選用選擇MS+70和冰塊。

④ 套具蓋

利用磁鐵以及機械原理進行對套具頂部進行密封，內有墊圈防止液體泄漏。

2.1.2 反射板

反射板材料為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡，相關參數如下：

可以看做小型的太陽灶，利用太陽光的反射與聚焦達到加熱套具的作用，反射板上有傘架式骨架，便于折疊收回，可以減少空間的占用率，并且可以與套具一起裝入套具盒中。

2.1.3 套具盒

長圓柱體外形，兩頭由繩索，可以背在身上，采取輕質材料，減輕攜帶重量。

2.2 產品原理介紹

2.2.1保溫原理

①珍珠棉覆合鋁箔反光隔熱層的保溫原理

棉花本身就是熱的不良導體，再有就是棉絮間含有大量的空氣，不流動的空氣也是熱的不良導體。二者合在一起保溫效果特別好。這兩者中被棉絮加在中間的空間起的作用最大。

② 雙層玻璃層的保溫原理

鋼化玻璃屬于安全玻璃，是一種預應力玻璃，為提高玻璃的強度，通常使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高了承載能力，增強玻璃自身抗風壓性，寒暑性，沖擊性等。玻璃本身是屬于普通玻璃的增強版，當玻璃受外力破壞時，碎片會成類似蜂窩狀的鈍角碎小顆粒，不易對人體造成嚴重的傷害;同等厚度的鋼化玻璃抗沖擊強度是普通玻璃的3～5倍，抗彎強度是普通玻璃的3～5倍;鋼化玻璃具有良好的熱穩定性，能承受的溫差是普通玻璃的3倍，可承受300℃的溫差變化。但是鋼化玻璃存在很小概率的自爆性。

雙層玻璃能保溫節能的主要原因是：兩種不等溫介質（玻璃與空氣）分子不斷交換，形成能量輸運。由于空氣層分子密度遠小于玻璃的分子密度，內外層玻璃間又沒有直接接觸，其分子輸運能量被空氣層打了折扣所致。即內部空氣是熱的不良導體，熱量傳遞少，保溫性能高。

此外，在雙層玻璃空隙的內表面涂上一層抗輻射膜，也能夠有效阻斷熱輻射。

③ 黑鉻太陽能選擇涂層的吸熱原理

為了使平板太陽能集熱器吸熱板可以最大限度地吸收太陽輻射能并將其轉換成熱能，在吸熱板上應覆蓋有深色的涂層，這稱為太陽能吸收涂層。

吸熱板的涂層材料對吸收太陽輻射能量起非常重要的作用。因為太陽輻射的波長主要集中在0.3～2.5μm的范圍內，而吸熱板的熱輻射則主要集中在2～20μm的波長范圍內，要增強吸熱板對太陽輻射的吸收能力，又要減小熱損失，降低吸熱板的熱輻射，就需要采用選擇性涂料。選擇性涂料是對太陽短波輻射具有較高吸收率，而對長波熱輻射發射率卻較低的一種涂料，目前國內外的生產廠大多采用磁控濺射的方法制作選擇性涂層，可達到吸收率0.93～0.95，發射率0.12～0.04，大大提高了產品熱性能。

我們將黑鉻涂層裝配成便于拆卸的是因為此層吸熱能力和散熱能力都相當強，蓄熱時，在不銹鋼套具中的物品或者相變材料吸收足夠的熱量之后將黑鉻層去掉，以減緩熱擴散速率;蓄冷時，我們也將此層去掉，能有效防止冷量的流失。

④ 相變材料的蓄冷蓄熱原理

相變材料（PCM - Phase Change Material）是指隨溫度變化而改變物質狀態并能提供潛熱的物質。轉變物理性質的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。

蓄熱材料我們用MS+70材料，相變溫度在70攝氏度以上，蓄熱能力強，能有效將熱量保存在相變層。蓄冷材料選用經濟實惠的冰塊，在雙層真空保溫玻璃和保溫外層的共同作用下，冷量也能維持較長的時間。

⑤ 不銹鋼內膽加熱原理

2.2.2加熱原理

加熱方面是利用太陽能輻射，將較大面積的陽光聚焦到套具底部，使溫度升到較高的程度，進行炊事烹飪食物，不燒任何燃料，也沒有任何污染。

2.3 相關參數

1、黑鉻層吸熱快，單位時間內，同比溫度會高于10℃度以上

2、隔熱保溫性能：真空玻璃的傳熱系數比中空玻璃成倍降低，保溫性能明顯優于中空玻璃，而厚度也成倍減小。真空玻璃可使K值降低數倍，厚度降低一倍以上。重量減輕三分之一。目前，嚴寒和寒冷地區節能墻體的傳熱系數要求為0.4-0.6W/（m2/K），雙層真空鋼化玻璃與墻體的標準靠近。

作者簡介：崔雪超，男（1996.6—），漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：建筑環境。