水力自发热水杯制造技术

本发明专利技术公开一种水力自发热杯，包括杯体和发电机以及电阻丝，在杯体内壁的中部通过支架固定有可逆式水轮发电机，水轮机叶片安装在该转轴上；电阻丝固定在杯体底部或者侧壁，所述可逆式水轮发电机的电源输出端连接电阻丝的两端。本发明专利技术利用水在杯子流动过程中产生的动能使水轮发电机转换成电能，再由电阻丝转换成热能达到水温上升的目的。想喝温水时，只需要摇晃杯身一定时间即可达到给水加热的目的。安全便捷，且制造成本低，工艺简单，适用范围广，未来具有较好的发展空间。

Hydraulic self heating water cup

The invention discloses a hydraulic self heating cup, which comprises a cup body, a generator and a resistance wire. A reversible Hydrogenerator is fixed in the middle of the inner wall of the cup body through a support. The blade of the turbine is installed on the rotating shaft; the resistance wire is fixed at the bottom or side wall of the cup body, and the power output end of the reversible Hydrogenerator is connected to the electricity. The two ends of the wire. The invention uses the kinetic energy produced by the water in the flow of the cup to convert the water turbine generator into electric energy, and then convert the resistance wire into heat to achieve the purpose of increasing the temperature of the water. When you want to drink warm water, you only need to shake the cup for a certain time to achieve the purpose of water heating. It has the advantages of safety and convenience, low manufacturing cost, simple technology and wide application scope, and will have better development space in the future.

【技术实现步骤摘要】
水力自发热水杯
本专利技术涉及日常生活用品领域饮水杯改进技术，具体涉及一种利用水力发电，可用于野外生存、日常生活中冷水加热、热水保温的水杯。
技术介绍
天气渐冷，普通的水杯起不到保温热水的作用，而普通的保温杯并不能长时间的保温热水，这困扰着很多想在寒冷天气随时能喝上温水的人们。如今市面上出现了外接电源式加热保温杯，即直接连接电源对杯体进行加热从而达到加热水体的目的。人们身处户外时，外接电源式水杯使用起来有一定的限制性和局限性。
技术实现思路
针对现有大多数水杯必须通电采用发热的现状，以及部分无源发热水杯必须通过外力驱动才能发热的问题，本专利技术提供一种水力自发热水杯。在水流驱动水轮机转轮旋转的过程中实现水能转换为旋转机械能，又通过水轮机主轴带动发电机将旋转机械能转换为电能，发电机产生的电能使电阻丝加热使水温上升。为实现上述目的，采用如下技术方案：一种水力自发热杯，包括杯体和发电机以及电阻丝，在杯体内壁的中部通过支架固定有可逆式水轮发电机，该可逆式水轮发电机位于杯体轴心位置，最好使可逆式水轮发电机转轴的轴心与杯体的轴心重合，水轮机叶片安装在该转轴上；电阻丝固定在杯体底部或者侧壁，所述可逆式水轮发电机的电源输出端连接电阻丝的两端。所述电阻丝为环形，分布于杯体底部的环形内壁上。在所述可逆式水轮发电机的后侧安装有灯泡体，可逆式水轮发电机的电源输出端与该灯泡体连接。所述杯体是含有内胆的保温杯，用于固定可逆式水轮发电机的支架套固在内胆侧壁。所述电阻丝为环形，分布于吸管发热段的环形内壁上；或者电阻丝为螺旋的盘状结构，分别与吸管发热段中部。有益效果：本专利技术水力自发热水杯创造性的融入了传统水利工程中的水轮机，利用水在杯子流动过程中产生的动能使水轮发电机转换成电能，再由电阻丝转换成热能达到水温上升的目的。想喝温水时，只需要摇晃杯身一定时间即可达到给水加热的目的。安全便捷，且制造成本低，工艺简单，适用范围广，未来具有较好的发展空间。本专利技术尤其适合野外旅行人员使用，位于旅行包内或者位于车内的杯体，由于受到反复颠簸，杯体内部水流反复冲击水轮机叶片，从而使水轮机的转轴不断转动，从而实现持续发电的目的，进而由电阻丝发热实现保持杯体内部的升温效果。由于发电机为可逆式水轮发电机，所以无论杯体如何晃动，总能引起发电机转轴的正向或者反向转动，即都存在发电导致发热的效果。附图说明图1是本专利技术的剖面结构示意图。图2是图1的端面结构示意图。图中标号：1为水轮机叶片，2为转轮，3为发电机定子，4为灯泡体，5为发电机转子，6为杯体，7为杯底，8为电阻丝，9为杯口，10为支架及引线，11为转轴，12为可逆式水轮发电机。具体实施方式实施例1：如图1所示的水力自发热杯，包括杯体和发电机以及电阻丝等部件，使其发热的方式不仅可以通过手摇晃实现能量转换，而且能够在人走动过程中产生颠簸实现完全自发热的效果。具体结构是在杯体内壁的中部通过支架固定有可逆式水轮发电机，该可逆式水轮发电机转轴的轴心与杯体的轴心重合，最好使可逆式水轮发电机转轴的轴心与杯体的轴心重合。电阻丝固定在杯体底部或者侧壁，可逆式水轮发电机的电源输出端连接电阻丝的两端。水轮机叶片安装在该转轴上，无论水轮为正向或是逆向，都能够冲击水轮机叶片使其转动，进而带动发电机进行发电。发电机与电阻丝连接的引线通过支架和杯体侧壁被隐藏起来。为了更加合理布局，可以将电阻丝为环形，分布于杯体底部的环形内壁上。另外，还可以在可逆式水轮发电机的后侧安装有灯泡体，可逆式水轮发电机的电源输出端与该灯泡体连接。如果杯体为透明杯，则很容易通过观察灯泡体的明亮程度判断其发电效果。本方案采用水力自发热水杯的工作原理：水轮机是一种将水能转换成旋转机械能的水力原动机，也是当今效率最高的原动机，在水流驱动水轮机转轮旋转的过程中实现水能转换为旋转机械能，又通过水轮机主轴带动发电机将旋转机械能转换为电能，发电机产生的电能使电阻丝加热使水温上升。水杯中能量转换计算如下：根据相关资料可知，水轮机将水能转换成机械能的效率：水轮机工作效率η与运行工况有关，在最优工况时水轮机效率最高，一般η=80%~95%,现代大中型水轮机的最高效率可达到90%~96%左右；发电机将机械能转换成电能的效率：95%~96%。此款杯子中采用的是微型灯泡贯流式水轮机，由于水在杯中晃荡过程中，水轮机的运行工况不稳定，水轮机效率取η1=75%，发电机效率取η2=85%。杯子尺寸：20cm（杯身高）*6.5cm（杯底面直径），总容量600ml，水轮发电机安置在杯子中部，设计体积为100cm2,实际水容量为500ml，正常人平均自然步频为95~125步/min，取平均步频f=110步/min,重力加速ɡ=10m/s²,水的密度ρ=1000㎏/m³，水的比热容c=4182J/kg.℃(水温为常温20℃)假设情境：杯子中装有V=250ml的水，水柱高取8cm（水温为常温20℃），人携带杯子行走t=60min。人在行走过程中，杯子中的水随着身体摆动的频率上下晃动。人每次抬腿向前迈步时，假设水由于惯性作用完全晃荡到杯顶，在重力作用下回落到杯底，在下落过程中水能作用在水轮机上完成能量的转换。水下落时机械能守恒，则注入水轮机的水的动能与落差损失的重力势能相等。从水轮机留出的水流速度忽略不计，为0m/s。水柱在杯顶时，水柱的重心距离水轮机的高度h=6cm。取平均步频f=110步/min，则上述水的运动过程循环n=110次/min。杯中水重：G=mg=ρVg=1000*2.5*10-4*10=2.5N；一次水下落时注入水轮机的水的动能与落差损失的重力势能相同为：Ek1=ΔEp=mgh=ρVgh=1000*2.5*10-4*10*0.06=0.15J；出口流速为0m/s,此时动能：Ek2=0J；每次水下落过程中水轮机进口与出口动能差：ΔEk=Ek1-Ek2=0.15J；人行走60分钟内，总的动能差：Ek=ΔEknt=0.15*110*60=990J；水的总的动能差通过水轮机转换成机械能：E1=Ekη1=990*0.75=742.5J；机械能转换成电能：E2=Ekη2=742.5*0.85=631.1J；ΔT=E2/（m*c）=631.1/(0.25*4182)=0.6℃。综上：人按照正常步频走路一小时，随身携带的水杯中的250ml的水在水力自发热水杯中会升温0.6℃。实际生活中，人在户外运动剧烈，水在杯中晃荡的频率是人正常行走情况下的10倍~20倍，相应温度会提升6℃~12℃，水温提升至26℃~32℃，满足人们在户外喝上温水的需求。实施例2：在实施例1的基础上，杯体还可以是含有内胆的保温杯，用于固定可逆式水轮发电机的支架首先固定在一个套管上，该套管套固在内胆侧壁的合适位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力自发热杯，包括杯体和发电机以及电阻丝，其特征是：在杯体内壁的中部通过支架固定有可逆式水轮发电机，该可逆式水轮发电机位于杯体轴心位置，水轮机叶片安装在该转轴上；电阻丝固定在杯体底部或者侧壁，所述可逆式水轮发电机的电源输出端连接电阻丝的两端。

【技术特征摘要】
1.一种水力自发热杯，包括杯体和发电机以及电阻丝，其特征是：在杯体内壁的中部通过支架固定有可逆式水轮发电机，该可逆式水轮发电机位于杯体轴心位置，水轮机叶片安装在该转轴上；电阻丝固定在杯体底部或者侧壁，所述可逆式水轮发电机的电源输出端连接电阻丝的两端。2.根据权利要求1所述的水力自发热杯，其特征是：所述电阻丝为环形，分布于杯体底部的环形内壁上。3.根据权利要求1所述的水力...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁泽霖，张先起，张宏洋，梁士奎，陈豪，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41