一种新型智能加热杯套

2021-01-20李百轩肖昊燃杨书宁陈璐璐于美军夏青青

科学技术创新 2021年1期

王雨李百轩肖昊燃杨书宁陈璐璐于美军夏青青

（1、哈尔滨医科大学大庆校区，黑龙江大庆163319 2、重庆工商大学，重庆400000）

水杯是人们生活中必不可少的日常用品，随着科技的发展，自热型饮水器已开始步入大众的视线，而在旅途和一些无法实现加热水供我们饮用的条件下，水杯自身实现加热的功能就显得非常重要，随着科技技术的不断发展，目前市场上出现了各种各样的加热水杯，主要为以下三种：保温杯，车载杯和55 度杯，但它们在不同程度上存在着不同的缺陷，影响了加热水杯给人们带来的便捷性和实用性。

1 集成电路技术

20 世纪90 年代以来，以智能化、信息化、网络化为特征的第三次工业革命方兴未艾，特别是随着新型国际分工体系的深度发展，集成电路成为国际贸易的重要构成。简单而言，集成电路是把一定数量的电子元件，通过特定工艺集成在一块单晶硅上的具有特定功能的电路。他们是现代电子信息产业的基础性组件，也是第三次工业革命的硬件基础[3]。

杯套内部的发热原理就是通过电阻丝发热盘和MCH 陶瓷发热体形成的集成电路，而杯体是由可折叠的食品硅胶壁构成。可加热的杯垫的结构由底端到顶端依次包括：底层、加热层、壳体、面层。

2 暖杯天使加热杯套

暖杯天使加热杯套的基本结构:

本加热杯套，包括壳体1、加热部2 和电控组件3，壳体1 内部设有容纳腔11，加热部2 和电控组件3 均设于容纳腔11 内。

壳体、加热部、电控组件和设于壳体顶部的杯套，电控组件包括电源、开关、电路板、温度传感器和压敏开关，温度传感器和压敏开关设于加热部顶部，加热部顶部还设有保护层。温度传感器和压敏开关可以对杯垫进行智能控温。杯套可以提高水杯的保温效率，同时杯套选用可折叠设计可以减小杯垫整体占用的空间，缩小体积，便于携带。折叠后的杯垫添加适当的卡通设计，可以制作成挂坠，以满足年轻人对于产品美观以及具有多种使用功能的需求。

电控组件3 包括电源31、开关32、电路板33、温度传感器34 和压敏开关35，电源31 设于容纳腔11 底部；开关32 包括控制电路的总开关321 和温度调节旋钮322，温度调节旋钮322内设有滑动变阻器，旋转温度调节旋钮322 可以改变温度传感器34 的设定温度，总开关321 和温度调节旋钮322 设于壳体1的侧部；电路板33 设于电源31 的上方，电路板33 与容纳腔11底部间设有固定柱12，并通过固定柱12 与壳体1 固定连接；加热部2 为陶瓷加热片，加热部2 设于电路板33 上方并与壳体1固定连接；温度传感器34 和压敏开关35 设于加热部2 的顶部，加热部2 顶部还设有导热的保护层4。总开关31、温度传感器34 和压敏开关35 串联后与加热部2 电连接。壳体1 顶部设有折叠式的杯套5，杯套5 为筒形，杯套5 从下向上设有若干分层51，各相邻分层51 间设有折叠部52，分层51 的直径从下向上逐渐缩小。结构示意图如图1。

图1

3 电磁感应加热水杯的工作原理

该加热杯套在使用中，打开总开关321，调节温度调节旋钮322 设定热敏传感器34 的温度上限，当热敏传感器34 检测的温度高于温度上限时，电路自动断开，防止杯垫以及杯中的水温度过高；压敏开关35 与总开关321、温度传感器34 串联，杯子放在杯垫上并对压敏开关35 产生压力时，杯垫才会自动加热，防止加热部2 干烧。杯套5 选用弹性硅胶材质，提高杯垫对水杯的保温效果，且不会散发双酚等有害物质，杯套5 可以向靠近壳体1 的方向折叠，以节省空间；在杯套5 可折叠的基础上添加较为活泼的卡通装饰可制作成挂坠，便于携带。原理工作示意图如图2。

4 现有加热杯垫与暖杯天使的比较

目前市面上的加热杯垫主要有两种：硅胶加热杯垫、恒温加热杯垫。

4.1 硅胶加热杯垫

硅胶加热杯垫主要依靠通电后硅胶加热片或硅橡胶加热膜发热，加热杯中的水，这种加热杯垫的加热片主要是由镍铬合金电热丝和硅橡胶高温绝缘层组成。硅橡胶高温绝缘层是由硅橡胶与玻璃纤维布复合而成。早期硅橡胶用过氧化物作为催化剂以促进硅氧烷固化, 但过氧化物反应会在橡胶中留下酸性残渣。虽然现在仍然使用过氧化物, 但是加成硫化的白金催化型橡胶已被生产商广泛接受, 主要是因为固化速度快, 不存在过氧化物喷霜现象。因此如果是不正规商家生产的廉价硅胶加热杯垫，杯垫里有可能会残存一些不利于健康的物质[3]。

4.2 恒温加热杯垫

恒温加热杯垫是通过插头连接电源，从而使加热片通电发热，将电能转化为热能达到加热的目的。通常恒温加热杯垫有重力感应开关，触动加热；自动断电保护，防火阻燃；设计上非常智能贴心。但受到电源的制约，注定了恒温加热杯垫无法随身携带、随时使用，存在不便携的特点。

4.3 暖杯天使的优点

暖杯天使的基于电阻丝发热盘MCH 陶瓷发热体通电产热的原理，通过压敏开关的控制使底座只有在矿泉水放置时才会启动，防止资源的浪费。MCH 发热片是高温共烧多层的金属-陶瓷复合材料, 发热的金属浆料层被印刷在作为绝缘介质的氧化铝陶瓷生坯上, 再通过上面叠合另外一氧化铝陶瓷生坯, 通过高温共烧成为一体。从发热原理上看, MCH 为金属钨导电发热, 而金属钨的电热转换效率高是公认的, 因而, MCH 为纯阻性发热元件。加热效率比同类型加热片高。暖杯天使通过加热键自动调到固定温度加热，当饮品温度低于预设温度（50 摄氏度）时，温度传感器触发加热层对饮品进行加热，其整个过程只需在底座一键开启即可，操作简便[4]。大量资料显示饮用水瓶在加热70℃内都为安全范围，饮水最适宜的温度在18-45 度，选择饮用水模式，水温到达45 摄氏度，加热自动切断，使产品多了份智能和温暖，所有用到的材料环保安全，定价非常亲民，暖杯天使真正做到了便携、加热与实惠。