基于螺旋散热结构的可控降温保温水杯

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1、基于螺旋散热结构的可控降温保温水杯摘要保温杯是生活中十分常见的物品，保温杯一般是由陶瓷或考不锈钢加上真空层而制成的盛水的容器，真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热，已达到保温的目的，由于真空保温的隔热作用，热水在其内部很难降温至试饮温度。但是，很多时候我们拿着一杯热饮却不知如何下口，或者喝着烫口的饮料，过热饮品（65°C以上）会烫伤口腔和食道外上的粘膜，长期饮用易导致患食道癌的增加。本文设计了一种平时具备保温功能，当需要饮料快速降温时，能够在短时间内降温到适饮温度的可控降温保温水杯，其真空绝热层内含螺旋散热结构，在一般状态下，杯盖处密闭没有气流和

2、杯壁的换热过程从而起到保温作用，当需要快速降温时，杯盖处旋片旋开，会有两个通风口，通风口处有两个风扇叶片，两个风扇旋转加速螺旋散热结构与气流的换热，同时内含一个热敏电阻，实时检测水杯内温度，当水杯内温度达到适饮温度时，风扇停止工作，旋片反向旋起，起到密闭作用，使液体保持在适饮温度。通过一系列的设计，我们选用ArduinoUNO作为我们的控制器，热敏电阻作为温度传感器，配有和应的执行机构电机和电机驱动等，螺旋散热结构采用3D打卬方式制作，进行了快速降温能力测试和不同体积下的快速降温能力测试，结果表明,本方案设计的可控降温保温水杯快速降温能力显著，能够很

3、好地满足我们的需求，而且方案中螺旋散热结构的三维设计美观人方且最人化的地节约了杯体内的空间。关键词：螺旋散热结构快速降温ArduinoUNO单片机热敏屯阻1-引言1.1课题由来生活中常会使用保温水杯盛放热饮，其保温效果良好，一般的保温杯也能够保持温度数小时。但是，如果你此时想喝水或者饮料，饮品的温度却过高而不适于饮用甚至根本无法入口，相信这是生活中经常遇到的难题。过热饮品（65°C以上）会烫伤口腔和食道外上的粘膜，长期饮用易导致患食道癌的增加。据《柳叶刀肿瘤学》报告，中国、土耳其及南美洲国家的人习惯饮用65。（2或7（TC以上的热水，增加患食管癌的风

4、险。在全世界喉癌每年发病死亡率仅为3.2例每100,000人，而在亚洲这个数字为18.3。在世界范围内，0.3%的人都有过喉癌病史。所以，我们想到了能快速降温的保温杯，既有快速散热功能，降到适合饮用的温度后又有能长时间保温。为了研究该方案的可行性和独创性，我们在一些资源网站和购物网站的保温水杯进行了调研。1.2市场调研市场上目前已有一小部分既能保温，又能降温的保温杯。相似产品有55°杯、brugo保温杯以及ember智能杯。图1、55度杯功能介绍图图2、Ember智能杯55°杯只有温度调节的功能，却没有保温功能，且杯体过重的同时容积小，其操作也十分麻

5、烦；Ember智能杯虽然同时具有保温以及调温的功能，但其保温有效时间仅有两小时，之后就将失去效果，而且其价格很高，目前市价1699元，并不面向大多数人。两者原理皆为利用相变材料的相变的吸放热来达到保温效果，使用该技术的杯子容积普遍较小，都在300ml左右，实物图分别见图1、图2。图3、Brugo保温杯brugo保温杯则采用双层内胆结构，内部为保温内胆，外层则用于散热，在使用时需要使用者倾斜杯体，使液体流入外层内胆，用6到8秒时间快速散热，但是一次只能使少量液体降温，使用起来并不是很方便。从我们的调研结果来看，市场上卖品价格普遍很高，动辄千元；而很多饮

6、用水温度控制研究都是针对饮水机，而一般用户特别是在图书馆、办公室等场合，并不能频繁调控饮水机的温度。所以我们小组设计了一种基于螺旋散热结构的可控降温保温水杯。2.研究内容2.1设计思路温度图4、降温水杯设计示意图本设计的基本原理是：由杯盖进行自动化的智能控制，调节散热与保温两种不同的模式，在散热时，打开降温水杯的可旋转旋盖，使内部与外界形成冷热空气的交换，同时用两个风扇加速这一进程；在保温阶段，关闭旋转旋盖，使其内部与外界空气隔绝，并关闭风扇，此时此保温杯和普通保温性能良好的保温杯没什么本质区别，能够起到保温的效果。通过在瓶体内部增加一条便于气流进出

7、的螺旋结构管道，显著地增加了降温是气流与保温杯的金属内壁的换热面积，从而达到快速降温的目的。2.2功能设计用户设置一个适合人体饮用的温度，使得单片机以此温度为标准进行接下来的一系列计算过程。数据釆集部分的温度传感器收集温度数据，将温度数据导入单片机，单片机根据之前设定的程序进行计算，将根据数据计算所得的动作结果传送到执行单位，打开控制转片的电机，带动其上的齿轮，然后通过转片上的内齿轮旋转转片，同时让风扇工作进行降温。在杯体内部温度大于预定温度时，杯盖上装有转片的电机带动转片开始旋转露出气孔，与外界联通，同时装有扇叶的两个电机开始转动，一个向杯体内部预

8、留的通道吹气，另一个从杯体内的通道屮抽气，开始降温，在温度等于或低于预定温度时，风扇停止工作，然后带有转片的