電動車載控溫保溫杯的研發與設計

摘 要：通過對國內外部分保溫杯的研究以及市場調研，結合人們對保溫杯的需求以及實際應用的可行性，充分利用西安工程大學大學生創新創業項目的契機，設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。該設計滿足了以有車一族為主的各層人士的飲水需求，實現了一年四季冷熱兩用、便于攜帶、安全實用的目的。

關鍵詞：控溫；保溫杯；設計；電動車載

引言

近年來，隨著社會科技的不斷發展，保溫杯已經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，使之呈現出大眾化、以及多元化的發展趨勢。而人們對保溫杯功能上的需求越來越大，結合新能源汽車——電動車的興起這一契機，創新性地提出電動車載控溫保溫杯這一設計。

1 國內外現狀

保溫杯的前身是保溫瓶。保溫瓶在1927年生產于上海，生產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品一樣得到迅速發展。[1]經過時代地不斷變遷，逐漸衍變出此時人們需求的保溫杯。

依據現階段的保溫杯市場現狀，國內市場對不同檔次的保溫杯產品需求量逐漸增大，國外著名品牌對國內產品市場的影響，這一行業競爭加劇，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也日益多樣化，其中不乏控溫杯，但依舊側重于制熱和保溫，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以及健康安全問題。同時，也有部分品牌研發出控溫保溫杯，但與國內存在的問題相同，均側重于保溫，所謂的降溫亦只是降到人們的最佳飲用溫度。

2 應用現狀

保溫杯消費市場的調研相關數據顯示，近年來國內保溫杯的消費群體主要集中在：上班族、學生、有車一族及老人。對于上班族和學生而言，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生了一些變化，尤其是以多功能的保溫杯較為顯著，這也標志著這類新型的市場消費領域將有更大的市場消費。

3 控溫保溫杯的設計

3.1 功能簡述

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

3.2 設計內容

3.2.1 產品結構

該控溫杯由杯蓋、控制面板、溫度感應棒、制冷芯片組以及制冷加熱一體式底座組成。其中，外表面設有的控制面板從上而下分別設有模式鍵、沸騰鍵以及待機、制冷、80度、100度等幾種工作狀態指示燈。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 功能應用

該控溫杯主要實現三大功能：

（1）可將常溫的水在25分鐘左右加熱至沸騰，可消除大部分細菌。

（2）采用無氟制冷技術實現制冷低于常溫18度（平均溫度），甚至在夏天可降溫至6-8度，經濟環保。

（3）實現保溫、保冷智能循環，控溫杯在加熱結束后自動斷電，保溫長達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，真空隔熱層，防止熱量散失，內層選用食品級304不銹鋼，真正實現安全無憂且杯身防燙的目的。底座插線選用進口膠木，1000度高溫不熔化，控溫杯底座采用環形聚能形式，實現快速加溫。

3.3 設計特色

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、半導體制冷器等，熱電致冷芯片及溫差發電芯片的理論基礎早在19世紀初就已經被科學家發現。1826年德國的物理學家馬斯·喬哈·塞貝克（1770～1831）首先發現了這個效應，塞貝克效應這個名詞是在他去世后命名的。[2]此效應為之后研發溫差發電芯片奠定了基礎。隨后不久，法國科學家珀爾帖也發布了珀爾帖效應。但是當時并沒有如今發展迅速的半導體工業，所以科學家沒有辦法利用這兩個效應來研發相關的制冷產品。直到1960年，隨著半導體工業的出現，致冷芯片與發電芯片才問世。

3.3.2 制冷原理

將兩種不同材料的導體聯成電偶，并接通直流電源，當電流流過電偶時，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，從周圍介質中吸收熱量而制冷，這種現象就稱為珀爾帖效應，也叫溫差電制冷。半導體電偶出現以后，才使溫差電制冷成為有效的制冷方法。[3]半導體制冷器在接通電源后，兩端的極板會產生一定的溫差，正是利用它的吸熱端為物體提供一個低溫環境。目前制冷器所采用的半導體材料最主要為碲化鉍，加入不純物經過特殊處理而成N型或P型半導體溫差元件，它的工作特點是一面制冷一面發熱。[4]因而，制冷芯片必須安裝散熱風扇。

3.3.3 制冷芯片的特點

制冷芯片與傳統冷凍壓縮機相比較，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，因此環保無公害。應用于保溫杯可實現快速降溫。

4 結束語

多功能型保溫杯是保溫杯未來的發展趨勢，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

[1]黃學袖.保溫瓶[M].北京：輕工業出版社，1959：4-6.

[2]彭少方，張昭.非平衡態、線性與非線性熱力學進展與應用[M].北京：化學工業出版社，2006：20-25.

[3]李勇.食品冷凍加工技術[M].北京：化學工業出版社，2005：20-23.

[4]劉淑平，徐鐵軍.基于半導體制冷的太陽能LED系統散熱設計[J].微計算機信息，2008，14：276-278.