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[摘 要]本文针对传统式保温盒内部结构简单，保温、保鲜能力差，使用方法单一等问题，提出了一种新型保温盒的设计方案，首先利用SOLIDWORKS进行实体建模并根据餐具的不同尺寸设计可拆装式隔板，最大程度上保证运送菜品的完整性，增大了保温盒的内部空间；其次利用半导体材料的帕尔帖效应增加了保温盒主动加热和制冷的功能，弥补了传统保温盒只能被动保温的不足；最后通过实验数据设计保温盒的内部电路和相关元器件的参数，使盒内温度达到动态平衡从而实现食物长时间、长距离的运输。
[关键词]新型保温盒 可拆装隔板 帕尔帖效应 主动加热
中图分类号：TH717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0288-02
[Abstract]According to the traditional type insulation box has the advantages of simple structure， heat preservation， preservation ability， use single method， presents a design of a new type insulation box， using SOLIDWORKS modeling and design of removable partition according to the different size type tableware， the maximum extent to ensure the integrity of the delivery of the dishes， increase insulation the inside of the box space； secondly using semiconductor materials Peltier effect increases the insulation box of active heating and cooling function， overcomes the shortcoming of the traditional insulation box only passive insulation； finally through experimental data and related components design the parameters of the insulation box internal circuit，so that the temperature inside the box to achieve dynamic balance in order to achieve food for a long time， long distance transportation.
[Key words]new type insulation box removable partition Peltier effect active heating
0 前言
當电流流通不同的导体回路时，在产生电热效应之外，在接头处还会释放其他热量，在另一个接头处则会吸收能量，为帕尔帖效应。且帕尔帖原理所引起的效应是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变。基于此效应，我们可以通过改变电流的流向，反转吸放热的接头即可以改变设备的制冷或制热方式，再通过外部的风扇或者水排释放或吸收热量。且吸收和释放的热量与电流的强度I[A]正正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关，即：Qab=Iπab（πab为导体A与B之间的相对帕尔帖系数）。即当导体AB的帕尔帖系数固定后，可控制导体间流过的电流强度来改变吸放热功率，既可以针对不同的环境下改变工作效率。
故利用帕尔帖效应我们针对传统式保温盒进行了创新设计。保温盒在生活中用处颇丰，食物储存方面，餐饮商家外送食品的主要工具；医疗方面，储存运输一些温敏药品，例如胰岛素要在低温环境下才能保存活性；野外取样时，部分样品需要恒温保存以维持其活性，在后续测试维持数据准确性。但目前传统保温盒出现的一些弊端。如下：1.温度散失导致运输物品丧失本身性质，或者不同的运输物品对温度的要求不一样使得保温盒不能够很好地针对不同的温度，使得运输过程中损坏运输物品。在改进的时候我们运用了帕尔帖原理的可逆性，以及根据不同运输材料调节工作电流来控制功率来适应不同环境下的温度的调节。2.运输过程中挤压损坏物品，传统式多为箱式结构物品各自垒在一起，使得不同物品之家容易出现碰撞挤压变形，不利于物品的运输，并且可能造成物品的原有的结构损坏或者液体物品的倾撒。我们在结构上设计固定面为网孔结构，根据不同物品隔板间距可以选择为不同的距离并插在网孔固定板上，可以很好的起到了支撑固定功能。3.还有就是卫生消毒问题，有些物品在运输过程中需要无菌保存，传统保温盒无法达到其要求。我们在设计的时候预留出一个可安装紫外线消毒的灯具位，如果需要杀菌消毒，接上灯管即可。因此提高普通保温盒的性能以及完善其功能，是我们面临且必须解决的问题。
1 新型保温盒的结构结构设计和三维建模
保温盒初步设计为内中外三层结构：及内部的导热内胆腔体，中部的保温材料，外部的密封外壳。
内层使用导热性能良好的铝制内胆，由于铝制品有良好的导热性能，且易于加工不易氧化。在内胆的外部分布有导热铜管，使导体接头处产生的热量可以均匀快速散布到内胆上，提供了良好热传导条件。中层使用了珍珠棉（聚乙烯泡沫比热容约为4182J/（kg·℃））材料作为填充，首先其拥有良好的比热容可以很好的维持当前温度，减缓与外界温度交换时的热量散失。其次由低密度聚乙烯脂经物理发泡产生的无数气泡构成，克服了普通发泡胶易碎、变性、恢复性差的缺点。具有防水、防潮、防震、隔音、保温、可塑性佳、韧性强、抗撞力强等优点。故在中层材料中可作为良好的隔热及支撑材料，并且延展性相对较好（%125）在组合或者使用过程中可良好的填充内外缝隙。最外层包装使用防水篷布，在相对恶劣的环境中可以保护内部不受外部干扰。外层密封使用了磁吸式设计，方便取放物品，并且磁条处加装橡胶条保温隔热。 2 新型保温盒的主动加热和制冷设计
保温盒传统设计构思为使用电热丝进行加热，利用冰袋或者外部压缩机进行制冷。后来经过理论计算和实际测试发现依靠电热丝材料的制热效果并不理想。在材料的加工和固定组装方面繁琐，产热的效率在60%左右。使用外部压缩机，制冷效果很好但设备庞大；利用冰袋制冷，会占据一定的箱体造成空间的浪费，同时冰袋的制冷效果并不好，实验测得最低稳定在4摄氏度左右。所以在前期实验的基础下，改进了保温盒设计。
相较于电热丝等热源设计，半导体材料可以有效地增大热源和腔体之间的的接触面积，而圆柱状的电热丝与片状半导体材料相比较损失大约50%的接触面积，导致了热传导的效率降低。而且在实际的硬件搭建和材料组装时，电热丝选择材料也要选择耐热性较好的材料，半导体材料工作更加平缓，对于包装及固定材料的耐热性指标不苛刻。导体材料的组装和搭建简易，选用的半导体材料只需要固定一个平面即可，反面作为加热或者制冷时与腔体外部作为热量交换的媒介。
3 新型保温盒保温能力测试
计算公式：
W=PT，电功率公式：P=UI，比热容公式：c=Q/（m·△T），可得能量计算公式：△E=W-c△T·L-E损
其中：W为工作时所消耗的电能，P为工作时的电功率，c为空气或者箱内物品的比热容，Q为吸收或释放的热量，L为箱内的容积，E损为工作过程中产生的能量损耗。
实验環境：
泡沫盒一个，长340mm*宽220mm*高180mm，壁厚20mm，容积为8.64L。
空气密度1.293g/L，比热容1.03j/g·℃。
电热丝额定电压为12V，电阻为0.3Ω/m。（由于试验电源输出限制电流，故工作电流为8A）
电源：输入110V-250V，50Hz，输出12V，电流最大9A。
试验方式：
对于同一规格保温箱，分别搭建传统式的保温盒和改进型的保温盒，在室温为25℃的屋子里最为实验环境，分别测量两种保温盒的功率和能量转换效率、能耗比以及相同时间内加热的快慢。并把测量的数据汇总制表如下。
改进型 时间 34s 温度 25℃ 时间 64s 温度 30℃
时间 89s 温度 35℃ 时间 119s 温度 38℃
时间147s 温度 40℃ 时间 177s 温度 43℃
时间206s 温度 45℃ 时间 285s 温度 48℃
改进型 时间 34s 温度 30℃ 时间 44s 温度 33℃
时间 59s 温度 35℃ 时间 80s 温度 38℃
时间103s 温度 40℃ 时间 118s 温度 43℃
时间152s 温度 45℃ 时间 199s 温度 48℃
试验结果：
根据表中数据及相关公式计算可得出，传统型保温盒功率：93.96W、能量转换效率：97%、能耗比0.5、制热速度0.1℃/s，改进型保温盒功率：59.67W、能量转换效率：93%、能耗比0.7、制热速度0.08℃/s。
结论
改进型保温盒相较于传统保温盒在能量转换效率盒制热速度方面相差不大，但是改进型的内部散热风扇使得内部空气流动良好温度分布均匀。但是在功率能耗比方面优于传统式保温盒。但是总体性能上改进型保温盒优于传统式保温盒，在安装方式和功能拓展上强于传统式保温盒。半导体材料在保温盒上体现了优良的性能和能力。
参考文献
[1] 赵小强，半导体制冷技术及其在电冰箱中的应用[J].甘肃科技，2010（19）.
[2] 胡韩莹，朱冬生.热电制冷技术的研究进展与评述[J].制冷学报.2008（05）.
[3] 代伟.半导体制冷散热强度对制冷性能的影响[J].制冷与空调（四川），2008（03）.
[4] 潘玉灼.半导体制冷散热系统性能分析[J].泉州师范学院报，2005（06）.
[5] 魏宏玲，章秋宝.基于液体循环冷却的温差半导体的研究[J].工程学院设计报，2005（05）.
[6] 李茂德，殷亮，乐伟，林泉.半导体制冷系统电极非稳态温度场的数值分析[J].同济大学学报（自然科学版），2004（06）.
[7] 杨洁，杨育，赵川，王小磊，曾强.产品外形设计中客户感性认知模型及应用.计算机辅助设计与图形学学报，2010（03）.
[8] 方雅，孙友松，史国亮，肖阳，黎勉，李绍培，李新中.曲柄压力机能耗分析与节能途径[J].锻压技术，2010，01：110-113.
[关键词]新型保温盒 可拆装隔板 帕尔帖效应 主动加热
中图分类号：TH717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0288-02
[Abstract]According to the traditional type insulation box has the advantages of simple structure， heat preservation， preservation ability， use single method， presents a design of a new type insulation box， using SOLIDWORKS modeling and design of removable partition according to the different size type tableware， the maximum extent to ensure the integrity of the delivery of the dishes， increase insulation the inside of the box space； secondly using semiconductor materials Peltier effect increases the insulation box of active heating and cooling function， overcomes the shortcoming of the traditional insulation box only passive insulation； finally through experimental data and related components design the parameters of the insulation box internal circuit，so that the temperature inside the box to achieve dynamic balance in order to achieve food for a long time， long distance transportation.
[Key words]new type insulation box removable partition Peltier effect active heating
0 前言
當电流流通不同的导体回路时，在产生电热效应之外，在接头处还会释放其他热量，在另一个接头处则会吸收能量，为帕尔帖效应。且帕尔帖原理所引起的效应是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变。基于此效应，我们可以通过改变电流的流向，反转吸放热的接头即可以改变设备的制冷或制热方式，再通过外部的风扇或者水排释放或吸收热量。且吸收和释放的热量与电流的强度I[A]正正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关，即：Qab=Iπab（πab为导体A与B之间的相对帕尔帖系数）。即当导体AB的帕尔帖系数固定后，可控制导体间流过的电流强度来改变吸放热功率，既可以针对不同的环境下改变工作效率。
故利用帕尔帖效应我们针对传统式保温盒进行了创新设计。保温盒在生活中用处颇丰，食物储存方面，餐饮商家外送食品的主要工具；医疗方面，储存运输一些温敏药品，例如胰岛素要在低温环境下才能保存活性；野外取样时，部分样品需要恒温保存以维持其活性，在后续测试维持数据准确性。但目前传统保温盒出现的一些弊端。如下：1.温度散失导致运输物品丧失本身性质，或者不同的运输物品对温度的要求不一样使得保温盒不能够很好地针对不同的温度，使得运输过程中损坏运输物品。在改进的时候我们运用了帕尔帖原理的可逆性，以及根据不同运输材料调节工作电流来控制功率来适应不同环境下的温度的调节。2.运输过程中挤压损坏物品，传统式多为箱式结构物品各自垒在一起，使得不同物品之家容易出现碰撞挤压变形，不利于物品的运输，并且可能造成物品的原有的结构损坏或者液体物品的倾撒。我们在结构上设计固定面为网孔结构，根据不同物品隔板间距可以选择为不同的距离并插在网孔固定板上，可以很好的起到了支撑固定功能。3.还有就是卫生消毒问题，有些物品在运输过程中需要无菌保存，传统保温盒无法达到其要求。我们在设计的时候预留出一个可安装紫外线消毒的灯具位，如果需要杀菌消毒，接上灯管即可。因此提高普通保温盒的性能以及完善其功能，是我们面临且必须解决的问题。
1 新型保温盒的结构结构设计和三维建模
保温盒初步设计为内中外三层结构：及内部的导热内胆腔体，中部的保温材料，外部的密封外壳。
内层使用导热性能良好的铝制内胆，由于铝制品有良好的导热性能，且易于加工不易氧化。在内胆的外部分布有导热铜管，使导体接头处产生的热量可以均匀快速散布到内胆上，提供了良好热传导条件。中层使用了珍珠棉（聚乙烯泡沫比热容约为4182J/（kg·℃））材料作为填充，首先其拥有良好的比热容可以很好的维持当前温度，减缓与外界温度交换时的热量散失。其次由低密度聚乙烯脂经物理发泡产生的无数气泡构成，克服了普通发泡胶易碎、变性、恢复性差的缺点。具有防水、防潮、防震、隔音、保温、可塑性佳、韧性强、抗撞力强等优点。故在中层材料中可作为良好的隔热及支撑材料，并且延展性相对较好（%125）在组合或者使用过程中可良好的填充内外缝隙。最外层包装使用防水篷布，在相对恶劣的环境中可以保护内部不受外部干扰。外层密封使用了磁吸式设计，方便取放物品，并且磁条处加装橡胶条保温隔热。 2 新型保温盒的主动加热和制冷设计
保温盒传统设计构思为使用电热丝进行加热，利用冰袋或者外部压缩机进行制冷。后来经过理论计算和实际测试发现依靠电热丝材料的制热效果并不理想。在材料的加工和固定组装方面繁琐，产热的效率在60%左右。使用外部压缩机，制冷效果很好但设备庞大；利用冰袋制冷，会占据一定的箱体造成空间的浪费，同时冰袋的制冷效果并不好，实验测得最低稳定在4摄氏度左右。所以在前期实验的基础下，改进了保温盒设计。
相较于电热丝等热源设计，半导体材料可以有效地增大热源和腔体之间的的接触面积，而圆柱状的电热丝与片状半导体材料相比较损失大约50%的接触面积，导致了热传导的效率降低。而且在实际的硬件搭建和材料组装时，电热丝选择材料也要选择耐热性较好的材料，半导体材料工作更加平缓，对于包装及固定材料的耐热性指标不苛刻。导体材料的组装和搭建简易，选用的半导体材料只需要固定一个平面即可，反面作为加热或者制冷时与腔体外部作为热量交换的媒介。
3 新型保温盒保温能力测试
计算公式：
W=PT，电功率公式：P=UI，比热容公式：c=Q/（m·△T），可得能量计算公式：△E=W-c△T·L-E损
其中：W为工作时所消耗的电能，P为工作时的电功率，c为空气或者箱内物品的比热容，Q为吸收或释放的热量，L为箱内的容积，E损为工作过程中产生的能量损耗。
实验環境：
泡沫盒一个，长340mm*宽220mm*高180mm，壁厚20mm，容积为8.64L。
空气密度1.293g/L，比热容1.03j/g·℃。
电热丝额定电压为12V，电阻为0.3Ω/m。（由于试验电源输出限制电流，故工作电流为8A）
电源：输入110V-250V，50Hz，输出12V，电流最大9A。
试验方式：
对于同一规格保温箱，分别搭建传统式的保温盒和改进型的保温盒，在室温为25℃的屋子里最为实验环境，分别测量两种保温盒的功率和能量转换效率、能耗比以及相同时间内加热的快慢。并把测量的数据汇总制表如下。
改进型 时间 34s 温度 25℃ 时间 64s 温度 30℃
时间 89s 温度 35℃ 时间 119s 温度 38℃
时间147s 温度 40℃ 时间 177s 温度 43℃
时间206s 温度 45℃ 时间 285s 温度 48℃
改进型 时间 34s 温度 30℃ 时间 44s 温度 33℃
时间 59s 温度 35℃ 时间 80s 温度 38℃
时间103s 温度 40℃ 时间 118s 温度 43℃
时间152s 温度 45℃ 时间 199s 温度 48℃
试验结果：
根据表中数据及相关公式计算可得出，传统型保温盒功率：93.96W、能量转换效率：97%、能耗比0.5、制热速度0.1℃/s，改进型保温盒功率：59.67W、能量转换效率：93%、能耗比0.7、制热速度0.08℃/s。
结论
改进型保温盒相较于传统保温盒在能量转换效率盒制热速度方面相差不大，但是改进型的内部散热风扇使得内部空气流动良好温度分布均匀。但是在功率能耗比方面优于传统式保温盒。但是总体性能上改进型保温盒优于传统式保温盒，在安装方式和功能拓展上强于传统式保温盒。半导体材料在保温盒上体现了优良的性能和能力。
参考文献
[1] 赵小强，半导体制冷技术及其在电冰箱中的应用[J].甘肃科技，2010（19）.
[2] 胡韩莹，朱冬生.热电制冷技术的研究进展与评述[J].制冷学报.2008（05）.
[3] 代伟.半导体制冷散热强度对制冷性能的影响[J].制冷与空调（四川），2008（03）.
[4] 潘玉灼.半导体制冷散热系统性能分析[J].泉州师范学院报，2005（06）.
[5] 魏宏玲，章秋宝.基于液体循环冷却的温差半导体的研究[J].工程学院设计报，2005（05）.
[6] 李茂德，殷亮，乐伟，林泉.半导体制冷系统电极非稳态温度场的数值分析[J].同济大学学报（自然科学版），2004（06）.
[7] 杨洁，杨育，赵川，王小磊，曾强.产品外形设计中客户感性认知模型及应用.计算机辅助设计与图形学学报，2010（03）.
[8] 方雅，孙友松，史国亮，肖阳，黎勉，李绍培，李新中.曲柄压力机能耗分析与节能途径[J].锻压技术，2010，01：110-113.