便携式主动控温装置的制作方法

1.本发明是关于一种控温装置，特别是一种便利携带、可主动加热或保温的装置。


背景技术：

2.市面上有许多各式各样的可携式保温容器，但这些保温容器的效能不高。根据香港消费者委员会于2021年1月14日出版的选择杂志(choice magazine)(https://echoice.consumer.org.hk/article/531
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thermal
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food
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flasks)报导，热食的贮存安全温度需要大于摄氏60度。若保温容器需要长时间保持贮存安全温度在摄氏60度或以上，通常都需要依赖外部的交流电源供电保温。此类可携式保温容器除了耗能，还受制于必需在可供交流电的场合使用。故此市面上的保温容器并无法达到真正便利可携带的效果。


技术实现要素：

3.有鉴于上述的缺失，本发明内容的其中一个目的在于提供一种非交流电驱动的主动式控温装置，实现低功耗、环保、高安全性且能长时间保温的效果。
4.本发明内容的一实施方式中的便携式主动控温装置包括绝缘外壳、真空隔热层、盛物容器、顶盖以及加热模块。绝缘外壳设有主控单元。主控单元提供高频交变电流。真空隔热层为金属材质，且设置于绝缘外壳内。盛物容器设置于绝缘外壳内。顶盖盖设于绝缘外壳上。加热模块与主控单元电性连接。加热模块包括导电线圈及热电偶。导电线圈接收来自主控单元的高频交变电流以持续产生交变磁场。热电偶与导电线圈与主控单元连接，用以反馈温度供主控单元调节操作电压来改变高频交变电流。导电线圈产生的交变磁场令真空隔热层的金属发热并与盛物容器之间进行热交换。
5.在本发明的一实施方式中，便携式主动控温装置更包括绝缘内壳。加热模块位于绝缘内壳与真空隔热层之间。
6.在本发明的一实施方式中，绝缘外壳、主控单元、真空隔热层、绝缘内壳与加热模块设置于一个封闭系统的空间内。
7.在本发明的一实施方式中，导电线圈的形状设计包括二维平面的圆形形状设计。
8.在本发明的一实施方式中，导电线圈的形状设计包括三维对称的形状设计。
9.在本发明的一实施方式中，导电线圈更包括本体部及多个突出部。这些突出部连接所述本体部且立于所述本体部，且这些突出部根据便携式主动控温装置的中心轴对称设置。
10.在本发明的一实施方式中，本体部的形状包括圆形。
11.在本发明的一实施方式中，突出部的形状包括菱形、圆形、沙漏形或四边形。
12.在本发明的一实施方式中，主控单元与电力来源连接，主控单元包括交直流高频转换电路，且交直流高频转换电路用以将来自电力来源的直流电流转换成高频交变电流。
13.在本发明的一实施方式中，电力来源包括行动电源、usb电源或内建于便携式主动控温装置内的电池。
14.承上述，在本发明的实施方式的便携式主动控温装置中，真空隔热层内的金属与导电线圈产生交变磁场之间藉由电磁感应而发热，进一步与盛物容器之间产生热交换，以达到盛物容器内容物加热或保温的效果。热电偶反馈温度以调节发热功率，提升了使用安全性。并且，藉由将导电线圈的形状设计为三维对称的形状设计，可有效地提升发热区域的受热均匀性。此外，主控单元内设有交直流高频转换电路，可将直流电流转换成所述高频交变电流，因此本发明实施方式的便携式主动控温装置可不需受制于可供交流电的场合使用，让使用者可以方便携带至各种不同场合加热或满足长时间保温的需求，实现一个低功耗且安全性高的便携式的主动控温装置。
15.针对有关本发明申请的创造性贡献，虽现有技术的技术手段已有提出可携式保温容器，然而其冷却/加热组件/系统并未具有如本发明的感应加热所具有的特定用途和配置。举例来说，关于本专利申请所具有的至少部分技术特征：“加热模块，与所述主控单元电性连接，所述加热模块包括：导电线圈，接收来自所述主控单元的所述高频交变电流以持续产生交变磁场；及热电偶，与所述导电线圈与所述主控单元连接，用以反馈温度供所述主控单元调节操作电压来改变所述高频交变电流；其中所述导电线圈产生的所述交变磁场令所述真空隔热层的金属发热并与所述盛物容器之间进行热交换”，其达到的技术效果为“所述导电线圈产生的所述交变磁场令所述真空隔热层的金属发热并与所述盛物容器之间进行热交换”。然而，现有技术的技术手段常使用的是加热线、电阻式加热器、或是包括具有一个或更多个珀尔帖组件的热电系统，而不是如本发明所述的感应式发热。在结构上，本专利申请是对整个绝缘内壳或真空隔热层进行感应加热，而现有技术的技术手段的冷却/加热组件/系统是自身进行加热/冷却，并且从该部分辐射或吸收热能。因此与现有技术的技术手段相比，本专利申请能提供更低功耗且安全性更高的便携式的主动控温装置。
附图说明
16.当结合附图阅读时，从以下具体实施方式能容易地理解本发明内容的各方面。应注意的是，各个特征可以不按比例绘制。实际上，为了便于论述，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
17.以下所参照的附图为更详细地描述本发明的实施方式，其中：
18.图1为本发明实施例1的便携式主动控温装置的爆炸图；
19.图2为本发明实施例1的便携式主动控温装置的部分结构示意图；
20.图3为本发明实施例1以环绕方式制成的二维导电线圈图；
21.图4为一比较实施例的便携式主动控温装置在一加热条件下的温度变化图；
22.图5为本发明实施例1处于与图4比较实施例相同加热条件下的温度变化图；
23.图6表示本发明实施例1利用红外线测温仪量度真空隔热层的温度分布图；
24.图7为本发明实施例2的便携式主动控温装置的爆炸图；
25.图8为在本发明实施例2中的三维导电线圈的不同实施态样的展开示意图；
26.图9为本发明实施例2利用红外线测温仪量度真空隔热层的温度分布图；以及
27.图10表示以一般电阻式加热方法加热后，利用红外线测温仪量度真空隔热层的温度分布图。
具体实施方式
28.下文详细论述本发明的实施例。然而，应了解，本发明提供的许多适用概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅是说明性的且并不限制本发明的范围。
29.空间描述中，像是“上”、“下”、“上方”、“左侧”、“右侧”、“下方”、“顶部”、“底部”、“纵向”、“横向”、“一侧”、“较高”、“较低”、“较上”、“之上”、“之下”等的用语，是针对某个组件或是由组件所构成的群组的某个平面定义的，对于组件的定向可如其对应图所示。应当理解，这里使用的空间描述仅用于说明目的，并且在此所描述的结构于实务上的体现可以是以任何方向或方式布置在空间中，对此的前提为，本发明内容的实施方式的优点不因如此布置而偏离。
30.于以下的说明中，将优选几个范例来说明便携式主动控温装置。本领域技术人员将能理解到，可以在不脱离本发明内容的范围和精神的情况下进行修改，包括添加和/或替换。特定细节可以省略，目的为避免使本发明内容模糊不清；然而，本发明内容是为了使本领域技术人员能够在不进行过度实验的情况下，实现本发明内容中的教示。
31.请参照图1与图2，在本发明实施例1中，便携式主动控温装置100包括绝缘外壳10、真空隔热层20、绝缘内壳30、盛物容器40、顶盖50以及加热模块60。
32.绝缘外壳10设有主控单元12。主控单元12与电力来源(未示出)连接。电力来源例如是用以提供直流电流。主控单元12内设有交直流高频转换电路，并适于接收来自电力来源的直流电流，并藉由交直流高频转换电路将直流电流转换成高频交变电流。于一些实施例中，电力来源可例如是外接电源或内接电源，其中外接电源例如是外部的行动电源或usb电源，而内接电源则例如是内建于于便携式主动控温装置内100的电池，但本发明并不以此为限制。绝缘外壳10的材料例如是绝缘材料。
33.真空隔热层20为金属材质，并设置于绝缘外壳10内。
34.绝缘内壳30设置于真空隔热层20内，其中绝缘内壳30的材料例如是绝缘材料。绝缘内壳30主要是遮盖加热模块60的导电线圈，并非为主要加热或保温结构之一。
35.盛物容器40设置于绝缘内壳30内，且盛物容器40用以容置内容物(未示出)，内容物可以是水、食物或其他欲容置的不同物质，本发明并不以此为限。
36.顶盖50盖设于绝缘外壳10上，用来阻绝盛物容器40中的内容物与外界的接触。
37.加热模块60设置于绝缘内壳30与真空隔热层20之间(如图1所示)并与主控单元12电性连接(如图2所示)。加热模块60包括导电线圈62及热电偶64。请参照图1及图3，在本发明实施例1中，导电线圈62的形状设计包括二维平面的圆形形状设计。具体来说，导电线圈62系以同心圆环绕方式的导电线所构成。如图2和图3所示，导电线圈62的直径、电线直径及其圈数经计算后(于主控单元12进行设定)，导电线圈62自主控单元12接收一高频交变电流来持续产生一个不断改变的交变磁场。交变磁场会让真空隔热层20的金属产生热力。
38.另一方面，热电偶64和导电线圈62及主控单元12连接，用以反馈温度供主控单元12调节一操作电压来改变高频交变电流，以达到控温的效果。于一些实施例中，主控单元12的操作电压落在3至12伏特的范围内，高频交变电流落在1至3.5安培的范围内，整体主控单元12输出的功耗可以控制在低于30瓦特范围内。
39.由于导电线圈62设置在真空隔热层20、热电偶64、绝缘内壳30之间，藉由电磁感应加热(induction heating)的原理，真空隔热层20的金属能够与导电线圈62所产生的交变
磁场作用而产生热能。热能可有效地与盛物容器40之间产生热交换，有利增加对盛物容器40内的内容物加热或保温的效果，实现低耗能、低电压、低电流及能在不使用主动式散热的高安全控温效果。
40.此外，绝缘外壳10、主控单元12、真空隔热层20、绝缘内壳30与加热模块60能设置于一个封闭系统的空间内，实现防水的功能。
41.为了更清楚地说明本发明实施例1的技术效果，于此举出一比较实施例，比较实施例的便携式主动控温装置大致上类似于图1的便携式主动控温装置100，其主要差异在于：比较实施例的便携式主动控温装置不设有如图1中的真空隔热层20。
42.如图4所示，当比较实施例处于供电8瓦的环境下，其大概需要花3小时以上才能达到热平衡温度(例如是约50度)。反观图5，在相同供电8瓦的环境下，图1的实施例其大概需要花1～2小时即可达到热平衡温度(例如是约90度)。由此可知，在相同的加热条件下，比较实施例的加热速度不快，且无法达到高温，反观图1的实施例因为热量流失的幅度较少,其加热速度快并能维持较高温的环境。
43.图6表示本发明实施例1利用红外线测温仪量度真空隔热层的温度分布图。从图6可知在真空隔热层底部及较上层的位置温度差异比较大,证明受热不太平均。
44.请参考图7和图8所示，图7为本发明实施例2的便携式主动控温装置的机构分解示意图；图8为在本发明实施例2中的三维导电线圈的不同实施态样的展开示意图。
45.如图7所示，于本发明实施例2中，便携式主动控温装置100’大致类似于图1所示的便携式主动控温装置100，其主要差异在于：便携式主动控温装置100’包括绝缘外壳10、真空隔热层20、盛物容器40、顶盖50、加热模块60’以及采用图8中(a)设计的导电线圈62’，其中导电线圈62’取代图1的绝缘内壳30以及导电线圈62(60)。并且，导电线圈62’的外型设计与图1、图3的导电线圈62的外型设计不同。
46.详细来说，导电线圈62’的形状设计包括三维对称的形状设计。请参考图7所示，导电线圈62’包括本体部62a’及多个突出部62b’。这些突出部62b’连接且立于本体部62a’(如图7所示)。这些突出部62b’根据便携式主动控温装置100’的中心轴i对称设置。本体部62a’设置于真空隔热层20的底部，且呈二维平面的圆形形状设计。这些突出部62b’沿着真空隔热层20的内表面设置。藉此配置，可将真空隔热层20上的电磁感应加热区域分布地更广。
47.进一步来说，在图7及图8(a)的实施态样中，突出部62b’的形状为菱形。于另一实施例中，图7的导电线圈62’的突出部62b’的形状亦可采用如同图8(b)所示的圆形。于一实施例中，图7的导电线圈62’的突出部62b’的形状亦可采用如同图8(c)所示的沙漏形。再一实施例中，图7的导电线圈62’的突出部62b’的形状亦可采用如同图8(d)所示的四边形，且例如是梯形，本发明并不以此为限。于其他未示出的实施态样中，突出部62b’亦可采用不同形状的设计，本发明并不以此为限。具有三维对称的形状设计的导电线圈62’可不受真空隔热层20的形状限制，并藉由上述不同形状的突出部62b’以控制突出部62b’周边发热的范围，使导电线圈62’可对真空隔热层20进一步实现不同区域的温度分布，以进一步优化加热效果，本发明并不以此为限。
48.图9表示本发明实施例2的真空隔热层的温度分布图。在供电8瓦的环境下，以红外线测温仪探测在图7中真空隔热层20金属的不同位置，如图9显示，其底、中及高层的温度差别在摄氏12度以内。反观图6中本发明实施例1的真空隔热层20其底、中及高层的温度差别
则是约摄氏20度。由于在便携式主动控温装置100’的导电线圈62’采用了三维对称的形状设计，其有效地改良了导电线圈62’对真空隔热层20金属所产生的热力平衡，让其底、中及高层的位置达到温度近乎一致的效果。
49.并且，导电线圈62’从由如图3所示的一个二维平面的圆形设计，改变为如图7所示的一个三维对称的设计，这样的设计从未有报导过的。应注意的是，若把导电线圈62由一个二维平面的圆形设计改为三维圆形设计，需要用的功耗十分高，可超出12瓦的范围。另一方面，若图3的设计改为三维圆形设计再与图8相比，所需要用的导电线材料，可多出30％以上。此外，图8(a)与图7的设计，从入口开始绕行真空隔热层20金属的底部及周围后，可从同一个平面位置走出(如图7虚线所示)，减少藏线的空间及方便与主控单元12连接。
50.为了证明本发明采用的电磁感应加热相对现有电阻方式加热的优势，图10表示以一般电阻式加热方法加热后，利用红外线测温量度真空隔热层的温度分布图。经测量后,图10表示真空隔热层20金属所产生的热力并不平均,发现真空隔热层20金属温差在摄氏30度以上，换言之，真空隔热层在不同位置受热的温度很不平均，且所需的功耗亦较高。反观图9，代表图2的实施例相较图10的电阻式加热方法，其真空隔热层受热平均且具有较低的功耗。
51.综上所述，在本发明实施例中，便携式主动控温装置藉由提供高频交变电流施加于导电线圈使其产生交变磁场，交变磁场进一步与真空隔热层的金属作用产生热能，热能可有效地与盛物容器之间产生热交换，使其对盛物容器内的内容物加热或保温的效果。并且，热电偶反馈温度以使主控单元调节电流大小而进一步调节发热功率。本发明实施例更提出了三维对称的导电线圈设计，进一步优化发热均匀度。此外，主控单元内设有交直流高频转换电路，可将直流电流转换成所述高频交变电流，因此本发明可不需受制于可供交流电的场合使用，让使用者可以方便携带至各种不同场合加热或满足长时间保温的需求，达到一个低功耗且安全性高的便携式的主动控温装置。
52.本发明内容的上述内容是提供来举例说明，其目的并非将本发明内容耗尽或限制至这些详细说明内容。本领域技术人员可以对其作多种显而易见的修改、改良。
53.以上所选、所述的实施方式是为了最清楚说明本发明内容的原理以及实际应用，使本領域的其他技術人員能夠理解本发明内容的各種實施方式和適合於特定用途的各種修改。
54.虽然已经参考本发明内容的具体实施方式来描述和说明本发明内容，但是这些描述和说明并不受到限制。本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所定义的本发明内容的真实精神和范围的情况下，可以进行各种修改和替换为等效物。附图并非一定是按比例绘制而成的。由于制造工艺和公差的因素，本发明内容中所呈现的工艺与实际装置之间可能存在区别。本发明内容的其他实施方式可能没有具体说明。说明书和附图应当视为是说明性的，而不是限制性的。可作出修改以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程能够适应本发明内容的目的、精神和范围。所有这些修改都会落在本文所附权利要求的范围内。虽然本文所揭露的方法是通过参照特定顺序执行特定操作来描述的，但是应当理解，可以进行组合、子划分或重新排序这些操作，以形成等效的方法，并且此并不会脱离本发明的教示。因此，除非在此有特别指出，否则，此些操作的顺序和分组是不受限制的。