电动车载控温保温杯的研发与设计

摘 要：通过对国内外部分保温杯的研究以及市场调研，结合人们对保温杯的需求以及实际应用的可行性，充分利用西安工程大学大学生创新创业项目的契机，设计一款新型电动车载车家两用双向控温保温杯，即集制冷制热保温于一身。该设计满足了以有车一族为主的各层人士的饮水需求，实现了一年四季冷热两用、便于携带、安全实用的目的。

关键词：控温；保温杯；设计；电动车载

引言

近年来，随着社会科技的不断发展，保温杯已经不只是一种能够健康饮水的生活用品，更是成为了满足不同消费群体对便捷生活的需求，使之呈现出大众化、以及多元化的发展趋势。而人们对保温杯功能上的需求越来越大，结合新能源汽车——电动车的兴起这一契机，创新性地提出电动车载控温保温杯这一设计。

1 国内外现状

保温杯的前身是保温瓶。保温瓶在1927年生产于上海，生产目的不是为了人们的需求，而是为了利润。解放后，保温瓶也像其他消费产品一样得到迅速发展。[1]经过时代地不断变迁，逐渐衍变出此时人们需求的保温杯。

依据现阶段的保温杯市场现状，国内市场对不同档次的保温杯产品需求量逐渐增大，国外著名品牌对国内产品市场的影响，这一行业竞争加剧，且品牌意识越来越强。中国已成为全球不锈钢保温杯主要生产大国和出口大国，也是全世界不锈钢保温杯消费水平最高的市场。而针对保温杯的多功能性，近年来各品牌的生产也日益多样化，其中不乏控温杯，但依旧侧重于制热和保温，在制冷方面有所不足。

反观国外品牌对人们的影响，更突出的是品牌效应以及健康安全问题。同时，也有部分品牌研发出控温保温杯，但与国内存在的问题相同，均侧重于保温，所谓的降温亦只是降到人们的最佳饮用温度。

2 应用现状

保温杯消费市场的调研相关数据显示，近年来国内保温杯的消费群体主要集中在：上班族、学生、有车一族及老人。对于上班族和学生而言，保温杯的主要功能是方便、精美和多功能，其次是价格适中；有车一族主要是对保温杯的质量和功能的要求比较高，因此衍生了高档车载保温杯一类产品。

近年来，随着市场消费地不断变化，人们对保温杯的需求方向也发生了一些变化，尤其是以多功能的保温杯较为显著，这也标志着这类新型的市场消费领域将有更大的市场消费。

3 控温保温杯的设计

3.1 功能简述

该控温保温杯突破传统保温模式，保温、控温合二为一，且与迄今为止已经出现的控温杯和普通车载保温杯有所不同。既可实现短时间内加热至沸腾，又可实现将常温的水快速降温。

3.2 设计内容

3.2.1 产品结构

该控温杯由杯盖、控制面板、温度感应棒、制冷芯片组以及制冷加热一体式底座组成。其中，外表面设有的控制面板从上而下分别设有模式键、沸腾键以及待机、制冷、80度、100度等几种工作状态指示灯。车载底座电压为12V，采用逆变器引电插入电动汽车，另外配有家用底座电压为110V-250V。

3.2.2 功能应用

该控温杯主要实现三大功能：

（1）可将常温的水在25分钟左右加热至沸腾，可消除大部分细菌。

（2）采用无氟制冷技术实现制冷低于常温18度（平均温度），甚至在夏天可降温至6-8度，经济环保。

（3）实现保温、保冷智能循环，控温杯在加热结束后自动断电，保温长达6小时。

3.2.3 材料选用

该控温杯采用多层防烫，真空保温。外层选用耐高温钢琴烤漆PP材质，真空隔热层，防止热量散失，内层选用食品级304不锈钢，真正实现安全无忧且杯身防烫的目的。底座插线选用进口胶木，1000度高温不熔化，控温杯底座采用环形聚能形式，实现快速加温。

3.3 设计特色

3.3.1 制冷芯片

该控温杯采用制冷芯片降温，真正实现了降温制冷的目的，而非维持室温。制冷芯片，亦称热电制冷芯片、半导体制冷器等，热电致冷芯片及温差发电芯片的理论基础早在19世纪初就已经被科学家发现。1826年德国的物理学家马斯·乔哈·塞贝克（1770～1831）首先发现了这个效应，塞贝克效应这个名词是在他去世后命名的。[2]此效应为之后研发温差发电芯片奠定了基础。随后不久，法国科学家珀尔帖也发布了珀尔帖效应。但是当时并没有如今发展迅速的半导体工业，所以科学家没有办法利用这两个效应来研发相关的制冷产品。直到1960年，随着半导体工业的出现，致冷芯片与发电芯片才问世。

3.3.2 制冷原理

将两种不同材料的导体联成电偶，并接通直流电源，当电流流过电偶时，就会使电偶的一个接头温度升高，成为放热端，而另一个接头的温度降低，从周围介质中吸收热量而制冷，这种现象就称为珀尔帖效应，也叫温差电制冷。半导体电偶出现以后，才使温差电制冷成为有效的制冷方法。[3]半导体制冷器在接通电源后，两端的极板会产生一定的温差，正是利用它的吸热端为物体提供一个低温环境。目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋，加入不纯物经过特殊处理而成N型或P型半导体温差元件，它的工作特点是一面制冷一面发热。[4]因而，制冷芯片必须安装散热风扇。

3.3.3 制冷芯片的特点

制冷芯片与传统冷冻压缩机相比较，体积小而重量轻，故轻便易携。芯片工作过程中，无噪音、无振动、无磨损，因而寿命长，耐用性高。且不使用任何制冷剂，因此环保无公害。应用于保温杯可实现快速降温。

4 结束语

多功能型保温杯是保温杯未来的发展趋势，随着新能源汽车的兴起，电动车载控温杯亦拥有良好的市场前景。

参考文献

[1]黄学袖.保温瓶[M].北京：轻工业出版社，1959：4-6.

[2]彭少方，张昭.非平衡态、线性与非线性热力学进展与应用[M].北京：化学工业出版社，2006：20-25.

[3]李勇.食品冷冻加工技术[M].北京：化学工业出版社，2005：20-23.

[4]刘淑平，徐铁军.基于半导体制冷的太阳能LED系统散热设计[J].微计算机信息，2008，14：276-278.