基于加熱系統的可自動加熱智能水杯

（山東科技大學濟南校區電氣信息系，濟南 250000）

0 引言

自動加熱水杯底部設置USB接口和可充電電池以及絕熱材料（玻璃纖維）和塑料底座，水杯的內膽由不銹鋼制成且內膽內側鍍銀起到保溫作用，內膽外側環繞有螺旋型陶瓷管，陶瓷管內部有電熱絲。內膽與水杯外殼之間放置環繞包裹的氣凝膠氈（導熱系數低）起到保溫作用[1]。陶瓷管上設置卡槽用來放置溫度傳感器的探頭，溫度傳感器的顯示器通過導線與探頭連接在一起，顯示器置于保溫杯外殼上，顯示器背面設置絕熱材料，將顯示器嵌入在外殼中顯示杯內溫度。水杯外部設置散熱裝置，可推拉散熱門在水杯停止加熱后對水杯內部散熱。杯蓋為按鈕式彈射杯蓋，防止打開杯蓋時丟失杯蓋。

1 自動加熱水杯原理

自動加熱水杯由簡單的熱傳導原理和能量轉換原理完成對加熱系統的設置，加熱系統電路原理如圖1所示。

加熱水杯運用最傳統的電熱絲發熱原理，將電池的電能轉化為電熱絲產生的熱能。選用導熱性能好的氧化鈹陶瓷以防電熱絲與不銹鋼內膽產生直接接觸，在氧化鈹陶瓷管壁設置一個小卡槽用來放置溫度傳感器的探頭，溫度傳感器的探頭檢測電熱絲發熱時通過氧化鈹陶瓷產生的溫度并顯示在顯示器上[2]。傳感器探頭放置位置如圖2所示。

圖2 傳感器探頭放置位置

內膽與外殼之間加入一層氣凝膠氈，防止水杯跌落時陶瓷管的損壞，氣凝膠氈的導熱系數低起到保溫作用。在電源與內膽之間設置真空絕熱板以免杯體內的溫度對電源產生影響，保證電源的正常工作與運行。電源設置USB接口對電池充電，電源既可以對水杯內輸送電能也可以對外輸送電能，當手機沒電時可以用水杯內的電源完成對手機的充電，實現水杯電源的多功能應用[3]。在水杯外殼置有電源開關，當電源關閉時水杯為保溫狀態，當開關打開時水杯為加熱狀態。當水杯完成加熱后打開可推拉散熱門對杯體內散熱，以免杯體內的溫度過高，水杯外殼采用隔熱鋁合金構成，隔熱鋁合金是隔熱的復合型材料，有優良的保溫性能和阻隔噪音的性能。杯體結構如圖3所示。

圖3 杯體結構

2 產品參數

產品參數如表1所示。

表1 產品參數

3 結束語

如今保溫杯只能實現對水的保溫功能而無法實現對水的加熱功能，自動保溫杯設計的理念是實現對水的自動加熱，在冬天不僅可以讓人們喝上熱水也可以起到暖手的作用，適用于各年齡段的人，其成本不高符合普通人的消費水平，市場前景還是非常可觀的。