机电产品创新与造型学
可调温水杯
2016/6/13
作者：***
机电一体化1401
题目简介：
可调温水杯通过对以前存在的降温水杯进行升级，解决了变温水杯只能降温后才能升温，并且无法升温到60℃以上，只能加热到一个温水的温度，并且提高了水杯的容量提高了水杯的实用性，解决了生活中人们喝水时因为外界环境和水温造成的不便，利用合金材料优秀的导热性对，实现热量在对水加热时热量传递的损失达到最小，实现加热的最高效率，运用了电磁热感应原理对水进行加热。
创新方面产品中利用了太阳能电池供电，电磁热效应与化学合剂混合加热的方式，并在杯壁上安装了温度提示装置，帮助使用者更好的使用产品。
题目来源：
生活中夏天的时候喝水要把开水凉凉了，冬天倒上一杯温水呆一会就凉了，即使是保温杯也只能保温几个小时，虽然家中都有饮水机，但是出门在外就会不方便，喝一杯热水都是十分麻烦的，如果有一个可以调控温度的水杯就方便多了
设计调研：
市场曾存在过一种55°水杯，其尺寸重量与普通保温杯无异，高221厘米，直径76.2厘米，但内部容积较小，仅280毫升，容量较小，而且，第一次加热水，第二次就加凉水，方便水杯释放热量；如果要倒两次热水，中间要间隔半小时左右；另外，如果之前没有加过热水储能的话，直接加入凉水，是不能加热的。
55度杯官方称,水杯是具有实用新型专利的高科技产品,其核心就在通过相变材料实现升温和降温的功能。
所谓“相变”,简单说,也可以理解为物质状态的变化,如固、液、气三相的变化,就是相变的典型代表。
通过查找有关记者调查的结果
发现这款水杯是一个含有相变金属材料的高科技产品，记者在北京理化分析测试中心专业技术人员的协助下,对杯子内胆中的液体进行了试验,结果发现,无论是将液体放置于沸水中,还是从沸水取出立即放入冰水中,停留一段时间后,杯中液体并未出现所谓的“固液转换。
”而就杯壁和杯中夹层液体是否含有物理相变材料,记者也委托了技术人员做了专业的检测。
结果显示,55度杯杯壁的主要成分是铁、铬、镍,比例分别是12:3:1。
检测报告同时显示,杯中填充液体大部分为氯化钠水溶液,并有少量固体二氧化钛和氧化铁,有机物检测中,总有机碳含量为37.31mg/L。
根据这个检测报告它这个液体主要是水然后就是里面有大量的氯化钠也就是我们说的食盐,而且是浓度非常高的氯化钠的水溶液。
然后它在液体中检测到的比较少的有机物它的碳含量是大概百分之三的样子，
而且有极少量的固体物质在这个液体中检查报告认为是二氧化钛和氧化铁但是这个一点点的固体物质它即使发生了相变它所造成的物理影响比如说升温和降温是可以忽略不计的。
设计思路：
通过对市场上以前所存在的变温水杯进行研究比较，设计出一种可可以降温又可以升温并且容量大的水杯真正实现可调温度。
1.同样是利用高效导热材料作为杯壁，可以做到极小的能量损失甚至
是无损失。
.
2.利用夹层里放物品实现对杯内温度的转变，但是不能完全利用55°
杯的原理，还要添加一种物质，对冷水加温，实现不加热水储存能量就能对冷水直接加温，杯本身就可以释放能量把冷水加热
3.对与热水降温继续采用55°杯原理或者其他更合适的物质代替，实
现对水的降温。
4.把夹层修改到最薄，占空间最小实现尽量多的水容量。
5.在杯底或者其他位置添加一个开关，控制杯里的水是升温还是降温，
实现温度的可控制，模式的可切换。
6.在杯的外壁添加温度提示标志，可以是温度计或者其他的可以提示
水温的物质，帮助使用者更好的控制温度。
7.将杯子设计的尽可能简单化，降低操作要求，适合更广大的人群使
用。
8.查阅资料对降温材料和升温材料进行对比，选出效益最大的材料作
为杯内夹层材料
9.根据市场行情选取水杯杯壁材料，夹层材料将水杯造价控制在大多
数人能接受的范围
设计方案
1.夹层内壁材料选择：通过查阅资料可知金属导热性最好的是铍，但是价格昂贵纯度>99%的铍矿价格是6500—7000元/千克造价太高，所以考虑铍合金或者其他材料，经查阅资料发现铍铜合金比较适合，铍铜又称铍青铜，是铜合金中的"弹性之王"，经固溶时效热处理后，可获得高强度、高导电性能的产品。
高强度铸造铍青铜合金，经热处理后不仅具有高强度，很高的硬度而且具有耐磨、耐蚀的优点，优良的铸造性能，铍青铜合金适用于制造各种模具、防爆安全工具、耐磨件如凸轮、齿轮、蜗轮、轴承等。
高导电铸造铍铜合金，经热处理后具有较高的导电率和导热率，铍铜合金适用于制造开关零件，强接触和类似的载流元件，制作电阻焊的夹钳、电极材料和塑料模具、水电连铸机结晶器内套等。
高铍铜具有高强度、高硬度、高导电性、高弹性、耐磨、耐疲劳、抗腐蚀性及弹性滞后小等特点，主要用于温度控制器、手机电池、电脑、汽车零配件、微电机、电刷针、高级轴承、眼镜、接触件、齿轮、冲头、各类无火花开关、各类焊接用电极及精密铸造模具等。
并且市场价格在200元/千克左右，所以夹层内壁材料选用铍
铜合金。
2.查阅资料比较后发现三水合醋酸钠更加适合作为降温材料，三水合醋酸钠性质特殊，其熔点适宜，大概为58°，并且有较高的储能性能，可以通过其来给杯中水变温，将杯子制作好后，在其中放入100度左右的沸水，三水合醋酸钠可以迅速吸热，储存能量，可以将温度降到50度左右，逐渐达到适宜人饮用的温度，将杯中的水喝完后，由于三水合醋酸钠储存了热能，在向其中导入冷饮用水，三水合醋酸钠会释放能量，使水再次迅速达到适宜的温度。
并且三水合醋酸钠极其便宜造价低，所以夹层中选用三水合醋酸钠作为降温材料，并且降温后还可以储存温度，从而缩短冷水升温的时间，使用起来收益会更好。
3.加热模式中其中一部分能量可以由三水合醋酸钠吸收的提供，但是还需配备自身加热系统，实现加热自由，为保证加热效率并且可以自行加热故加热系统的能量主要来源为外界而不是降低热水吸收的能量，将热水降温吸收的能量作为一个辅助加热能量，主要加热来源依靠电磁感应加热来实行，电来源为充电蓄电池与杯壁上的太阳能电池为主，在杯壁外层布置一层弧形太阳能电池板吸收太阳能储存热量，在杯盖添加充电蓄电池，并设置电路放大电圈将太阳能电池储存的电能电压放大，足够电磁效应的运行电压供给。
4．在杯壁安装温度显示装置，帮助使用者了解杯内水的温度，更好的控制温度，在杯底安装转动装置控制加温降温模式，以及电磁热效应的开启。
5．结构图
温度提示装置 杯壁太阳能电池板 水杯整体 杯盖杯盖中心内置蓄电池和电压放大线圈
杯盖放大图 上边部分为绝缘镀层 通下边部分通过杯口的螺纹与杯盖上的螺纹相连导电实现电流流通下 杯口结构功能图 杯底 一个旋转按钮与电磁板相连，可以控制电磁板的位置的控制从而调节与杯口螺纹相连的部分，实现电源的控制，从而控制电磁板工作与否实现加热降温的切换
创新点：
利用太阳能电池和可充电蓄电池混合供电，利用了太阳能实现对能源的节约 利用电磁热效应对水加热实现杯子自身就可以加热
采用铍铜合金高效导热材料作为杯内壁。
杯外壁上还设置了温度提示装置。
总结:
采用铍铜合金高效导热材料作为杯内壁。
高效率的热传导，减少能量损失 加热方面采用电磁热效应和吸收热量以后的三水合醋酸钠放热两种方式混合加热，大大提高了加热效率缩短了加热时间。
采用了以磁热效应加热为主，以吸收过热量的三水合醋酸钠释放热量为辅的
夹层中加入三水合醋酸钠
此部分为电磁板进行电
磁热效应加热 连接电磁板与杯口处
的螺纹实现电源供给
混合加热系统实现了不用吸收能量就可以加热，并且在三水合醋酸钠吸收热量以后可以两种方式一起加热大大提高了加热效率缩短了加热时间极大地提高了杯子的工作效率，拥有更高的实用性。
杯壁上设置了温度提示装置，使产品更加人性化让使用者可以根据自己的饮水习惯自己控制温度，真正的实现可调温。
解决了人们在喝水方面因水温带来的不便，为生活提供了便利。
![带可视化温度显示的水杯[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/9d35f2458f9951e79b89680203d8ce2f0066652b.png)
