電動車載控溫保溫杯的研發(fā)與設(shè)計

摘 要：通過對國內(nèi)外部分保溫杯的研究以及市場調(diào)研，結(jié)合人們對保溫杯的需求以及實際應(yīng)用的可行性，充分利用西安工程大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的契機，設(shè)計一款新型電動車載車家兩用雙向控溫保溫杯，即集制冷制熱保溫于一身。該設(shè)計滿足了以有車一族為主的各層人士的飲水需求，實現(xiàn)了一年四季冷熱兩用、便于攜帶、安全實用的目的。

關(guān)鍵詞：控溫；保溫杯；設(shè)計；電動車載

引言

近年來，隨著社會科技的不斷發(fā)展，保溫杯已經(jīng)不只是一種能夠健康飲水的生活用品，更是成為了滿足不同消費群體對便捷生活的需求，使之呈現(xiàn)出大眾化、以及多元化的發(fā)展趨勢。而人們對保溫杯功能上的需求越來越大，結(jié)合新能源汽車——電動車的興起這一契機，創(chuàng)新性地提出電動車載控溫保溫杯這一設(shè)計。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

保溫杯的前身是保溫瓶。保溫瓶在1927年生產(chǎn)于上海，生產(chǎn)目的不是為了人們的需求，而是為了利潤。解放后，保溫瓶也像其他消費產(chǎn)品一樣得到迅速發(fā)展。[1]經(jīng)過時代地不斷變遷，逐漸衍變出此時人們需求的保溫杯。

依據(jù)現(xiàn)階段的保溫杯市場現(xiàn)狀，國內(nèi)市場對不同檔次的保溫杯產(chǎn)品需求量逐漸增大，國外著名品牌對國內(nèi)產(chǎn)品市場的影響，這一行業(yè)競爭加劇，且品牌意識越來越強。中國已成為全球不銹鋼保溫杯主要生產(chǎn)大國和出口大國，也是全世界不銹鋼保溫杯消費水平最高的市場。而針對保溫杯的多功能性，近年來各品牌的生產(chǎn)也日益多樣化，其中不乏控溫杯，但依舊側(cè)重于制熱和保溫，在制冷方面有所不足。

反觀國外品牌對人們的影響，更突出的是品牌效應(yīng)以及健康安全問題。同時，也有部分品牌研發(fā)出控溫保溫杯，但與國內(nèi)存在的問題相同，均側(cè)重于保溫，所謂的降溫亦只是降到人們的最佳飲用溫度。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

保溫杯消費市場的調(diào)研相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來國內(nèi)保溫杯的消費群體主要集中在：上班族、學(xué)生、有車一族及老人。對于上班族和學(xué)生而言，保溫杯的主要功能是方便、精美和多功能，其次是價格適中；有車一族主要是對保溫杯的質(zhì)量和功能的要求比較高，因此衍生了高檔車載保溫杯一類產(chǎn)品。

近年來，隨著市場消費地不斷變化，人們對保溫杯的需求方向也發(fā)生了一些變化，尤其是以多功能的保溫杯較為顯著，這也標(biāo)志著這類新型的市場消費領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮氖袌鱿M。

3 控溫保溫杯的設(shè)計

3.1 功能簡述

該控溫保溫杯突破傳統(tǒng)保溫模式，保溫、控溫合二為一，且與迄今為止已經(jīng)出現(xiàn)的控溫杯和普通車載保溫杯有所不同。既可實現(xiàn)短時間內(nèi)加熱至沸騰，又可實現(xiàn)將常溫的水快速降溫。

3.2 設(shè)計內(nèi)容

3.2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該控溫杯由杯蓋、控制面板、溫度感應(yīng)棒、制冷芯片組以及制冷加熱一體式底座組成。其中，外表面設(shè)有的控制面板從上而下分別設(shè)有模式鍵、沸騰鍵以及待機、制冷、80度、100度等幾種工作狀態(tài)指示燈。車載底座電壓為12V，采用逆變器引電插入電動汽車，另外配有家用底座電壓為110V-250V。

3.2.2 功能應(yīng)用

該控溫杯主要實現(xiàn)三大功能：

（1）可將常溫的水在25分鐘左右加熱至沸騰，可消除大部分細(xì)菌。

（2）采用無氟制冷技術(shù)實現(xiàn)制冷低于常溫18度（平均溫度），甚至在夏天可降溫至6-8度，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

（3）實現(xiàn)保溫、保冷智能循環(huán)，控溫杯在加熱結(jié)束后自動斷電，保溫長達(dá)6小時。

3.2.3 材料選用

該控溫杯采用多層防燙，真空保溫。外層選用耐高溫鋼琴烤漆PP材質(zhì)，真空隔熱層，防止熱量散失，內(nèi)層選用食品級304不銹鋼，真正實現(xiàn)安全無憂且杯身防燙的目的。底座插線選用進(jìn)口膠木，1000度高溫不熔化，控溫杯底座采用環(huán)形聚能形式，實現(xiàn)快速加溫。

3.3 設(shè)計特色

3.3.1 制冷芯片

該控溫杯采用制冷芯片降溫，真正實現(xiàn)了降溫制冷的目的，而非維持室溫。制冷芯片，亦稱熱電制冷芯片、半導(dǎo)體制冷器等，熱電致冷芯片及溫差發(fā)電芯片的理論基礎(chǔ)早在19世紀(jì)初就已經(jīng)被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。1826年德國的物理學(xué)家馬斯·喬哈·塞貝克（1770～1831）首先發(fā)現(xiàn)了這個效應(yīng)，塞貝克效應(yīng)這個名詞是在他去世后命名的。[2]此效應(yīng)為之后研發(fā)溫差發(fā)電芯片奠定了基礎(chǔ)。隨后不久，法國科學(xué)家珀爾帖也發(fā)布了珀爾帖效應(yīng)。但是當(dāng)時并沒有如今發(fā)展迅速的半導(dǎo)體工業(yè)，所以科學(xué)家沒有辦法利用這兩個效應(yīng)來研發(fā)相關(guān)的制冷產(chǎn)品。直到1960年，隨著半導(dǎo)體工業(yè)的出現(xiàn)，致冷芯片與發(fā)電芯片才問世。

3.3.2 制冷原理

將兩種不同材料的導(dǎo)體聯(lián)成電偶，并接通直流電源，當(dāng)電流流過電偶時，就會使電偶的一個接頭溫度升高，成為放熱端，而另一個接頭的溫度降低，從周圍介質(zhì)中吸收熱量而制冷，這種現(xiàn)象就稱為珀爾帖效應(yīng)，也叫溫差電制冷。半導(dǎo)體電偶出現(xiàn)以后，才使溫差電制冷成為有效的制冷方法。[3]半導(dǎo)體制冷器在接通電源后，兩端的極板會產(chǎn)生一定的溫差，正是利用它的吸熱端為物體提供一個低溫環(huán)境。目前制冷器所采用的半導(dǎo)體材料最主要為碲化鉍，加入不純物經(jīng)過特殊處理而成N型或P型半導(dǎo)體溫差元件，它的工作特點是一面制冷一面發(fā)熱。[4]因而，制冷芯片必須安裝散熱風(fēng)扇。

3.3.3 制冷芯片的特點

制冷芯片與傳統(tǒng)冷凍壓縮機相比較，體積小而重量輕，故輕便易攜。芯片工作過程中，無噪音、無振動、無磨損，因而壽命長，耐用性高。且不使用任何制冷劑，因此環(huán)保無公害。應(yīng)用于保溫杯可實現(xiàn)快速降溫。

4 結(jié)束語

多功能型保溫杯是保溫杯未來的發(fā)展趨勢，隨著新能源汽車的興起，電動車載控溫杯亦擁有良好的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]黃學(xué)袖.保溫瓶[M].北京：輕工業(yè)出版社，1959：4-6.

[2]彭少方，張昭.非平衡態(tài)、線性與非線性熱力學(xué)進(jìn)展與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：20-25.

[3]李勇.食品冷凍加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：20-23.

[4]劉淑平，徐鐵軍.基于半導(dǎo)體制冷的太陽能LED系統(tǒng)散熱設(shè)計[J].微計算機信息，2008，14：276-278.