王 雨 李百軒 肖昊燃 楊書(shū)寧 陳璐璐 于美軍 夏青青

（1、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)大慶校區(qū)，黑龍江 大慶163319 2、重慶工商大學(xué)，重慶400000）

水杯是人們生活中必不可少的日常用品，隨著科技的發(fā)展，自熱型飲水器已開(kāi)始步入大眾的視線，而在旅途和一些無(wú)法實(shí)現(xiàn)加熱水供我們飲用的條件下，水杯自身實(shí)現(xiàn)加熱的功能就顯得非常重要，隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的加熱水杯，主要為以下三種：保溫杯，車載杯和55 度杯，但它們?cè)诓煌潭壬洗嬖谥煌娜毕?，影響了加熱水杯給人們帶來(lái)的便捷性和實(shí)用性。

1 集成電路技術(shù)

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，以智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的第三次工業(yè)革命方興未艾，特別是隨著新型國(guó)際分工體系的深度發(fā)展，集成電路成為國(guó)際貿(mào)易的重要構(gòu)成。簡(jiǎn)單而言，集成電路是把一定數(shù)量的電子元件，通過(guò)特定工藝集成在一塊單晶硅上的具有特定功能的電路。他們是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性組件，也是第三次工業(yè)革命的硬件基礎(chǔ)[3]。

杯套內(nèi)部的發(fā)熱原理就是通過(guò)電阻絲發(fā)熱盤和MCH 陶瓷發(fā)熱體形成的集成電路，而杯體是由可折疊的食品硅膠壁構(gòu)成?？杉訜岬谋瓑|的結(jié)構(gòu)由底端到頂端依次包括：底層、加熱層、殼體、面層。

2 暖杯天使加熱杯套

暖杯天使加熱杯套的基本結(jié)構(gòu):

本加熱杯套，包括殼體1、加熱部2 和電控組件3，殼體1 內(nèi)部設(shè)有容納腔11，加熱部2 和電控組件3 均設(shè)于容納腔11 內(nèi)。

殼體、加熱部、電控組件和設(shè)于殼體頂部的杯套，電控組件包括電源、開(kāi)關(guān)、電路板、溫度傳感器和壓敏開(kāi)關(guān)，溫度傳感器和壓敏開(kāi)關(guān)設(shè)于加熱部頂部，加熱部頂部還設(shè)有保護(hù)層。溫度傳感器和壓敏開(kāi)關(guān)可以對(duì)杯墊進(jìn)行智能控溫。杯套可以提高水杯的保溫效率，同時(shí)杯套選用可折疊設(shè)計(jì)可以減小杯墊整體占用的空間，縮小體積，便于攜帶。折疊后的杯墊添加適當(dāng)?shù)目ㄍㄔO(shè)計(jì)，可以制作成掛墜，以滿足年輕人對(duì)于產(chǎn)品美觀以及具有多種使用功能的需求。

電控組件3 包括電源31、開(kāi)關(guān)32、電路板33、溫度傳感器34 和壓敏開(kāi)關(guān)35，電源31 設(shè)于容納腔11 底部；開(kāi)關(guān)32 包括控制電路的總開(kāi)關(guān)321 和溫度調(diào)節(jié)旋鈕322，溫度調(diào)節(jié)旋鈕322內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)變阻器，旋轉(zhuǎn)溫度調(diào)節(jié)旋鈕322 可以改變溫度傳感器34 的設(shè)定溫度，總開(kāi)關(guān)321 和溫度調(diào)節(jié)旋鈕322 設(shè)于殼體1的側(cè)部；電路板33 設(shè)于電源31 的上方，電路板33 與容納腔11底部間設(shè)有固定柱12，并通過(guò)固定柱12 與殼體1 固定連接；加熱部2 為陶瓷加熱片，加熱部2 設(shè)于電路板33 上方并與殼體1固定連接；溫度傳感器34 和壓敏開(kāi)關(guān)35 設(shè)于加熱部2 的頂部，加熱部2 頂部還設(shè)有導(dǎo)熱的保護(hù)層4。總開(kāi)關(guān)31、溫度傳感器34 和壓敏開(kāi)關(guān)35 串聯(lián)后與加熱部2 電連接。殼體1 頂部設(shè)有折疊式的杯套5，杯套5 為筒形，杯套5 從下向上設(shè)有若干分層51，各相鄰分層51 間設(shè)有折疊部52，分層51 的直徑從下向上逐漸縮小。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1

3 電磁感應(yīng)加熱水杯的工作原理

該加熱杯套在使用中，打開(kāi)總開(kāi)關(guān)321，調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)旋鈕322 設(shè)定熱敏傳感器34 的溫度上限，當(dāng)熱敏傳感器34 檢測(cè)的溫度高于溫度上限時(shí)，電路自動(dòng)斷開(kāi)，防止杯墊以及杯中的水溫度過(guò)高；壓敏開(kāi)關(guān)35 與總開(kāi)關(guān)321、溫度傳感器34 串聯(lián)，杯子放在杯墊上并對(duì)壓敏開(kāi)關(guān)35 產(chǎn)生壓力時(shí)，杯墊才會(huì)自動(dòng)加熱，防止加熱部2 干燒。杯套5 選用彈性硅膠材質(zhì)，提高杯墊對(duì)水杯的保溫效果，且不會(huì)散發(fā)雙酚等有害物質(zhì)，杯套5 可以向靠近殼體1 的方向折疊，以節(jié)省空間；在杯套5 可折疊的基礎(chǔ)上添加較為活潑的卡通裝飾可制作成掛墜，便于攜帶。原理工作示意圖如圖2。

4 現(xiàn)有加熱杯墊與暖杯天使的比較

目前市面上的加熱杯墊主要有兩種：硅膠加熱杯墊、恒溫加熱杯墊。

4.1 硅膠加熱杯墊

硅膠加熱杯墊主要依靠通電后硅膠加熱片或硅橡膠加熱膜發(fā)熱，加熱杯中的水，這種加熱杯墊的加熱片主要是由鎳鉻合金電熱絲和硅橡膠高溫絕緣層組成。硅橡膠高溫絕緣層是由硅橡膠與玻璃纖維布復(fù)合而成。早期硅橡膠用過(guò)氧化物作為催化劑以促進(jìn)硅氧烷固化, 但過(guò)氧化物反應(yīng)會(huì)在橡膠中留下酸性殘?jiān)?。雖然現(xiàn)在仍然使用過(guò)氧化物, 但是加成硫化的白金催化型橡膠已被生產(chǎn)商廣泛接受, 主要是因?yàn)楣袒俣瓤? 不存在過(guò)氧化物噴霜現(xiàn)象。因此如果是不正規(guī)商家生產(chǎn)的廉價(jià)硅膠加熱杯墊，杯墊里有可能會(huì)殘存一些不利于健康的物質(zhì)[3]。

4.2 恒溫加熱杯墊

恒溫加熱杯墊是通過(guò)插頭連接電源，從而使加熱片通電發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為熱能達(dá)到加熱的目的。通常恒溫加熱杯墊有重力感應(yīng)開(kāi)關(guān)，觸動(dòng)加熱；自動(dòng)斷電保護(hù)，防火阻燃；設(shè)計(jì)上非常智能貼心。但受到電源的制約，注定了恒溫加熱杯墊無(wú)法隨身攜帶、隨時(shí)使用，存在不便攜的特點(diǎn)。

4.3 暖杯天使的優(yōu)點(diǎn)

暖杯天使的基于電阻絲發(fā)熱盤MCH 陶瓷發(fā)熱體通電產(chǎn)熱的原理，通過(guò)壓敏開(kāi)關(guān)的控制使底座只有在礦泉水放置時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，防止資源的浪費(fèi)。MCH 發(fā)熱片是高溫共燒多層的金屬-陶瓷復(fù)合材料, 發(fā)熱的金屬漿料層被印刷在作為絕緣介質(zhì)的氧化鋁陶瓷生坯上, 再通過(guò)上面疊合另外一氧化鋁陶瓷生坯, 通過(guò)高溫共燒成為一體。從發(fā)熱原理上看, MCH 為金屬鎢導(dǎo)電發(fā)熱, 而金屬鎢的電熱轉(zhuǎn)換效率高是公認(rèn)的, 因而, MCH 為純阻性發(fā)熱元件。加熱效率比同類型加熱片高。暖杯天使通過(guò)加熱鍵自動(dòng)調(diào)到固定溫度加熱，當(dāng)飲品溫度低于預(yù)設(shè)溫度（50 攝氏度）時(shí)，溫度傳感器觸發(fā)加熱層對(duì)飲品進(jìn)行加熱，其整個(gè)過(guò)程只需在底座一鍵開(kāi)啟即可，操作簡(jiǎn)便[4]。大量資料顯示飲用水瓶在加熱70℃內(nèi)都為安全范圍，飲水最適宜的溫度在18-45 度，選擇飲用水模式，水溫到達(dá)45 攝氏度，加熱自動(dòng)切斷，使產(chǎn)品多了份智能和溫暖，所有用到的材料環(huán)保安全，定價(jià)非常親民，暖杯天使真正做到了便攜、加熱與實(shí)惠。

5 結(jié)論

這是一項(xiàng)可直接加熱水瓶的技術(shù)。我們的產(chǎn)品，突破了傳統(tǒng)的加熱形式，通過(guò)獨(dú)特新穎的設(shè)計(jì)，可在戶外對(duì)瓶身直接加熱，做到了加熱設(shè)備的便攜實(shí)用，設(shè)有壓敏開(kāi)關(guān)，各種新型材料的使用更具安全性和創(chuàng)新性。