CN111227491A - 一种可充电智能控温真空保温容器及其控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可充电智能控温真空保温容器及其控温方法，保温容器包括：内胆、外壳和底座，内胆和外壳之间为真空夹层，内胆外侧壁和/或底部设置有柔性加热片，底座内设置有电池和控制器，电池与控制器电性连接，电池或控制器带有电池保护电路，并且控制器实时监测电池温度，控制器内置CPU和存储器，控制器与柔性加热片电性连接，内胆底部外壁设置有内胆测温装置，底座内侧壁设置有底座测温装置，两个测温装置与控制器电性连接，底座外侧壁设置显示屏，显示屏与控制器电性连接，底座外侧壁设置有充电接口，充电接口与控制器电性连接，解决了现有技术中加热保温容器的体积和重量过大，热功效低，容易出现干烧和过热的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于保温容器技术领域，尤其涉及一种可充电智能控温真空保温容器及其控温方法。
背景技术
保温容器是日常生活中经常能用到的，比如现在越来越多的人喜欢使用保温杯。长久以来，保温杯虽然有了很大的改进，但是现有的保温杯对温水的保温效果不理想，通常倒入温水后三个小时左右水就凉了，特别是饮用后水量减少则凉得更快，而倒入热水短时间内又无法直饮，孩子使用容易烫伤，给人们带来了很大的困扰。中国发明专利CN110786700A公开了一种智能无线便携加热保温杯，虽然提供了电池加热，但其加热器采用陶瓷加热盘，热功效低，还同时增加了金属加热盘，增加了整体重量，并且由于内胆与金属加热盘、金属加热盘与陶瓷加热盘均为刚性接触，会导致接触面有间隙，造成热传导效率降低，导致热功效更低，而且加热盘设置在底部，当保温杯中水量较少时倾斜或水平放置在包中，会大大影响加热效率。其加热模块无法识别空杯，以及内胆测温装置损坏时，没有保护机制，会造成内部温度过高，或者有循环干烧的危险，所以如何提供一款加热效率高，能够适时地保持内部温度在合适数值的，并且能够自动识别各种工状的具有真空保温效果的控温保温容器，是本领域技术人员一直在思考的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可充电智能控温真空保温容器及其控温方法，解决上述现有技术中保温容器的体积和重量过大，热功效低，保温效果差，且容易出现干烧和过热的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可充电智能控温真空保温容器，所述保温容器包括：内胆、外壳和底座，所述内胆与外壳之间为真空夹层，所述内胆外侧壁和/或底部设置有柔性加热片，所述底座内设置有电池和控制器，所述电池与控制器电性连接，所述电池或控制器带有电池保护电路，所述控制器具有电池测温装置，所述电池测温装置用于实时监测电池的温度，并在电池温度异常时断电，所述控制器内置CPU和存储器，所述控制器与柔性加热片电性连接，连接线保护层为耐高温绝缘保护层，所述内胆底部外壁设置有内胆测温装置，所述内胆测温装置与控制器电性连接，所述底座外侧壁设置有用于温度显示、电池状态显示和容器工作状态显示的显示屏，所述显示屏与控制器电性连接，所述底座外侧壁设置有充电接口，所述充电接口与控制器电性连接。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述柔性加热片与内胆外侧壁通过耐高温导热粘结剂粘接。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述柔性加热片和内胆测温装置与控制器电性连接线穿过外壳的孔隙用耐高温密封胶密封。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述内胆和外壳之间的真空夹层内设置有吸气剂。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述柔性加热片的材质通常为硅胶加热片、碳纤维加热片、石墨烯加热片或云母加热片，也可以采用其它耐高温柔性加热片。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述柔性加热片设置于内胆自底部至顶部的高度方向不超过三分之二位置处。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器，所述底座内侧壁设置有底座测温装置，所述底座测温装置与控制器电性连接。
一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，所述方法包括以下步骤：
确定内胆的预设最低温度和预设最高温度，通过内胆测温装置，检测内胆温度，并与内胆的预设最低温度比较；
若内胆温度低于预设最低温度启动加热模块，将内胆温度加热至预设最低温度与预设最高温度之间的某一温度后停止，并进行循环加热保温。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，所述每次循环加热过程的加热模块启动初始阶段均启动空杯识别程序，若识别为非空杯状态，则继续进行加热，若识别为空杯状态则停止循环加热。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，所述空杯识别程序包括以下步骤：通过内胆测温装置检测内胆温度的数值，并通过计时单元记录两个温度值的时间节点，进行运算，得出内胆升温速率，将内胆升温速率与预设空杯升温速率进行比较，若内胆升温速率小于预设空杯升温速率则判定为非空杯状态，反之则为空杯状态。
本发明的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，所述内胆升温速率大于空杯升温速率或小于满杯升温速率的阈值，则停止循环加热。
本发明产生的有益效果是：
1、通过在内胆外侧壁设置柔性加热片，不会改变原有保温容器的厚度且增加的重量很小。
2、通过在内胆外侧壁设置柔性加热片，当保温容器倾斜或水平放置时，不影响加热效率。
3、通过设置电池为加热片提供能量可以进行离线加热，从而可以适应户外或者更长时间的进行保温。
4、通过设置电池为加热片提供能量可以进行离线加热，应用在保温杯上，可以满足对温水进行长时间保温，或者对常温饮用水进行加热至温水，并长时间保温，不受剩余水量的影响，特别适合小孩上学或外出携带，满足随时随地喝温水的需要。
5、通过在控制器中设置空杯识别算法，在空杯时及时断开循环加热，可以有效的杜绝干烧情况的发生，避免无谓的电量损耗，并提高安全性能。
6、通过加热的升温速率与预设空杯和满杯状态的升温速率进行比较，可以有效的识别温度探测装置是否正常工作，如果发生故障，及时断开循环加热，避免过热，增加了安全性。
7、通过控制器对电池温度的实时监测，确保电池在充放电过程中处于安全的温度区域，如发现电池温度异常，则及时断电，增加了安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种可充电智能控温真空保温容器，所述保温容器包括：内胆1、外壳2和底座3，所述内胆1与外壳2之间为真空夹层，所述内胆1外侧壁和/或底部设置有柔性加热片4，所述底座3内设置有电池10和控制器9，所述电池10与控制器9电性连接，所述电池10或控制器9带有电池保护电路，所述控制器9具有电池测温装置，所述电池测温装置用于实时监测电池10的温度，并在电池10温度异常时断电，所述控制器9内置CPU和存储器，所述控制器9与柔性加热片4电性连接，连接线保护层为耐高温绝缘保护层，所述内胆1底部外壁设置有内胆测温装置5，所述内胆测温装置5与控制器9电性连接，所述底座3外侧壁设置有用于温度显示、电池状态显示和容器工作状态显示的显示屏8，所述显示屏8与控制器9电性连接，所述底座3外侧壁设置有充电接口11，所述充电接口11与控制器9电性连接，当然该保温容器是设置有盖子的，由于本申请的改进点并不在盖子，所以图1中并未进行示出。
通常情况下，柔性加热片4的厚度很薄，可以使用1mm及以下的厚度，在内胆外侧壁进行无缝包裹，这样增大了接触面积，达到了热传导效率高以及功耗低的效果。显示屏可以选用触摸屏或外设控制按键，可以对上下限温度进行设定，或预设几档不同的上下限温度区间，切换选择，以满足不同人不同季节的个性化需求。同时可以进行手动开关循环加热。
所述柔性加热片4与内胆1外壁通过耐高温导热粘结剂粘接，所述内胆1和外壳2之间的真空夹层内设置有吸气剂6。通常选用的导热粘结剂与柔性加热片的耐热温度相匹配，如都可耐250℃，甚至500℃以上，同时与吸气剂的激活温度和真空封装工艺温度应相匹配，即需要将吸气剂激活并实现真空封装，但不会使加热片以及导热粘结剂温度达到极限。
所述柔性加热片4和内胆测温装置5与控制器9电性连接线穿过外壳2的孔隙用耐高温密封胶密封，同时耐高温密封胶的耐热温度也与吸气剂激活温度和真空封装温度相匹配。可以有效的防护电性连接线，并且使真空效果不受影响。
所述柔性加热片4的材质通常为硅胶加热片、碳纤维加热片、石墨烯加热片或云母加热片。
所述柔性加热片4设置于内胆1自底部至顶部的高度方向不超过三分之二位置处。这样的设置，可以使容器比如水杯在水平放置时也可以进行加热，而通常水杯并不会长期处于满杯状态，这样可以节约材料的同时，使加热效率达到最大。
所述底座3内侧壁设置有底座测温装置7，所述底座测温装置7与控制器9电性连接。
一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，用于控制包括上述一种可充电智能控温真空保温容器的控温保温方法，所述方法包括以下步骤：
确定内胆的预设最低温度和预设最高温度，通过内胆测温装置，检测内胆温度，并与内胆的预设最低温度比较；
若内胆温度低于预设最低温度启动加热模块，将内胆温度加热至预设最低温度与预设最高温度之间的某一温度后停止，并进行循环加热保温。
一般情况下，预设最低温度和预设最高温度可以默认，根据容器类型不同，如水杯，一般预设最低温度36度，儿童使用预设最高温度42度，成人使用预设最高温度45度，也可以根据需要进行手动设定，或者为了简便起见，预设三档不同的温度区间供切换选择，比如36℃-40℃/38℃-42℃/40℃-44℃，同时设置手动控制开关，可以根据需要是否启用循环加热功能。
所述每次循环加热过程的加热模块启动初始阶段均启动空杯识别程序，若识别为非空杯状态，则继续进行加热，若识别为空杯状态则停止循环加热。
所述空杯识别程序包括以下步骤：通过内胆测温装置检测内胆温度的数值，并通过计时单元记录两个温度值的时间节点，进行运算，得出内胆升温速率，将内胆升温速率与预设空杯升温速率进行比较，若内胆升温速率小于预设空杯升温速率则判定为非空杯状态，反之则为空杯状态。
所述内胆升温速率大于预设空杯升温速率或小于预设满杯升温速率的阈值，则停止循环加热，重新启动需进行手动复位。
通常预设空杯升温速率与内胆材料、壁厚、容积、环境温度、起始升温温度、加热片功率有关，可由相关的基础实验获得拟合数据。本实施例以600ML的真空不锈钢保温杯为例，内胆材料为304旋薄不锈钢，内胆壁厚0.15mm，基础环境温度(即底座测温装置测得的数据)为25℃，基础起始升温温度为36℃，加热片功率设定为5瓦。实测得到起始升温3℃范围内，平均升温速率为0.25℃/S(其计算过程可以通过测定升高1℃所用的时间，来计算其温度变化速率，控制器对时间的计算精度为毫秒级，下同)。同时，由实验数据获得，当环境温度每变化1℃时，对升温速率的影响近似为3.3％,正向关系；起始升温温度每变化1℃时，对升温速率的影响近似为3.7％，反向关系。则可以计算出在某实际底座温度(X)和某实际起始升温温度(Y)的条件下，在5瓦的加热功率下，600ML容积真空保温杯，内胆(空杯状态)的预设升温速率＝0.25*[100％+(X-25)*3.3％-(Y-36)*3.7％]。
同样，预设满杯升温速率与内胆材料、壁厚、容积、环境温度、起始升温温度、加热片功率有关，可由相关的基础实验获得拟合数据。本实施例以600ML的真空不锈钢保温杯为例，内胆材料为304旋薄不锈钢，内胆壁厚0.15mm，装满杯水，基础环境温度(即底座测温装置测得的数据)为25℃，基础起始升温温度为36℃，加热片功率设定为5瓦。实测得到起始升温3℃范围内，平均升温速率为0.002℃/S。同时，由实验数据获得，当环境温度每变化1℃时，对升温速率的影响近似为0.6％，正向关系；起始升温温度每变化1℃时，对升温速率的影响近似为0.8％，反向关系。则可以计算出在某实际底座温度(X)和某实际起始升温温度(Y)的条件下，在5瓦的加热功率下，600ML容积真空保温杯，内胆(满杯状态)的预设升温速率＝0.002*[100％+(X-25)*0.6％-(Y-36)*0.8％]。正常工作时，通过控制器进行识别和运算，从而控制发热片是否工作。
对于不同材质，以及不同的真空度参数，或者不同的杯盖的材料和结构，导致自然情况下，保温时间不同，升温速率不同，但是，上述参数在同一批次保温容器中，是具有一致性的，所以在增加本申请的加热和保温结构后，可以将上述变量视为常量，从而在此基础上进行适应性的参数调整，以使其达到本申请所需要达到的技术效果，并且通常情况下，对于上述的数值会有一个正向的误差范围，比如识别空杯时可以有5％的误差，即还有5％的水量的时候，也以空杯的标准执行。
本实施例为600ML控温不锈钢真空保温杯，内胆采用0.15mm旋薄304不锈钢，按如上算法预设了空杯升温速率和满杯升温速率，并设定内胆升温速率小于预设空杯升温速率时，视为非空杯状态，正常加热，大于等于预设空杯升温速率，但不超过预设空杯升温速率的1.2倍，视为空杯状态，停止加热并退出循环加热模式，工作状态显示为空杯。同时设定内胆升温速率大于空杯升温速率的1.2倍或小于满杯升温速率的0.8倍，停止加热并退出循环加热模式，工作状态显示为测温异常。控温区间设定为三档，36℃-40℃/38℃-42℃/40℃-44℃，可通过按钮切换。假定使用者设定为38℃-42℃，加入了500ML温水，使用者的环境温度假定为26℃，测得内胆温度为43℃(加入水后约1-2分钟，内胆温度与水温一致，因此为了便于理解，后面用水温代替内胆温度)。经过约3小时，水温降到略低于38℃，控制器自动启动加热，约加热30分钟，水温升至42℃，自动停止加热。假定使用者饮用了部分水后，经过约2小时，水温又降至略低于38℃，自动启动加热，约加热24分钟至42℃，自动停止加热。如此反复循环。假定使用者饮完了杯中的水，可手动关闭电源，也可等系统在启动下次加热时，自动判断出升温速率大于等于预设空杯升温速率，视为空杯而自动停止加热，并退出循环加热模式。空杯停止加热后再次加入水，需手动重启电源才能进入循环加热控温模式。在非空杯的状态下，使用者多次饮用和补水，不影响循环加热控温模式。如果使用者在使用过程中大量补入高温开水，而系统又刚好处于加热阶段，可能导致升温速率大于预设空杯升温速率，甚至可能超过1.2倍，系统退出循环加热模式，并显示为空杯或测温异常，此时，可手动关闭电源(关闭电源后无法显示水温)，或等水温降低了需要加热时重启电源即可恢复正常工作状态。使用过程中，如果使用者长时间没有盖杯盖，有可能导致升温速率低于预设满杯升温速率的0.8倍，系统退出循环加热模式，并显示为测温异常，重启电源即可恢复正常工作。如果不是上述人为的特殊使用情况而出现测温异常，并退出循环加热模式，则可判断为测温装置异常。
为了简化算法，在计算预设空杯升温速率和满杯升温速率时，也可以不考虑环境温度(即底座温度)和起始升温温度的影响，在通常使用的情境下，不影响使用效果，但在极端使用环境中有一定影响。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述保温容器包括：内胆(1)、外壳(2)和底座(3)，所述内胆(1)与外壳(2)之间为真空夹层，所述内胆(1)外侧壁和/或底部设置有柔性加热片(4)，所述底座(3)内设置有电池(10)和控制器(9)，所述电池(10)与控制器(9)电性连接，所述电池(10)或控制器(9)带有电池保护电路，所述控制器(9)具有电池测温装置，所述电池测温装置用于实时监测电池(10)的温度，并在电池(10)温度异常时断电，所述控制器(9)与柔性加热片(4)电性连接，连接线保护层为耐高温绝缘保护层，所述内胆(1)底部外壁设置有内胆测温装置(5)，所述内胆测温装置(5)与控制器(9)电性连接，所述底座(3)外侧壁设置有用于温度显示、电池状态显示和容器工作状态显示的显示屏(8)，所述显示屏(8)与控制器(9)电性连接，所述底座(3)外侧壁设置有充电接口(11)，所述充电接口(11)与控制器(9)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述柔性加热片(4)与内胆(1)外壁通过耐高温导热粘结剂粘接。
3.根据权利要求1所述的一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述柔性加热片(4)和内胆测温装置(5)与控制器(9)电性连接线穿过外壳(2)的孔隙用耐高温密封胶密封。
4.根据权利要求1所述的一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述内胆(1)和外壳(2)之间的真空夹层内设置有吸气剂(6)。
5.根据权利要求1所述的一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述柔性加热片(4)的材质为硅胶加热片、碳纤维加热片、石墨烯加热片或云母加热片。
6.根据权利要求1所述的一种可充电智能控温真空保温容器，其特征在于，所述底座(3)内侧壁设置有底座测温装置(7)，所述底座测温装置(7)与控制器(9)电性连接。
7.一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定内胆的预设最低温度和预设最高温度，通过内胆测温装置，检测内胆温度，并与内胆的预设最低温度比较；
若内胆温度低于预设最低温度启动加热模块，将内胆温度加热至预设最低温度与预设最高温度之间的某一温度后停止，并进行循环加热保温。
8.根据权利要求7所述的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，其特征在于，所述每次循环加热过程的加热模块启动初始阶段均启动空杯识别程序，若识别为非空杯状态，则继续进行加热，若识别为空杯状态则停止循环加热。
9.根据权利要求8所述的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，其特征在于，所述空杯识别程序包括以下步骤：通过内胆测温装置检测内胆温度的数值，并通过计时单元记录两个温度值的时间节点，进行运算，得出内胆升温速率，将内胆升温速率与预设空杯升温速率进行比较，若内胆升温速率小于预设空杯升温速率则判定为非空杯状态，反之则为空杯状态。
10.根据权利要求9所述的一种可充电智能控温真空保温容器的控温方法，其特征在于，所述内胆升温速率大于预设空杯升温速率或小于预设满杯升温速率的阈值，则停止循环加热。
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