一種能同時(shí)盛裝冷熱水的多功能保溫杯設(shè)計(jì)

李昌睿

摘 要 保溫杯是日常生活中必不可少的日用品。生活中我們需要熱水，但也需要溫度較低的水來直接飲用，將熱水晾涼需要時(shí)間，為保溫杯的使用帶來了一些不便。考慮到上述問題設(shè)計(jì)了一種能同時(shí)盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯，其結(jié)構(gòu)包括外杯體、內(nèi)杯體、隔熱層、外杯蓋和內(nèi)杯蓋，內(nèi)杯體設(shè)置在外杯體內(nèi)，且內(nèi)杯體的開口與外杯體的開口設(shè)置在同一平面，外杯體與內(nèi)杯體之間能夠盛放冷水，內(nèi)杯體內(nèi)能夠盛放熱水。隔熱層包覆在內(nèi)杯體的外側(cè)表面，內(nèi)杯蓋與內(nèi)杯體的開口配合，外杯蓋與外杯體的開口配合。這種多功能保溫杯能夠進(jìn)行熱水和冷水的同時(shí)盛放，方便攜帶和日常使用，提高了杯子的使用效率。

關(guān)鍵詞 保溫杯；冷熱水；多功能

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）230-0133-02

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)日常用品的要求也不斷提高。人們希望產(chǎn)品具有多樣化的功能，使用更加方便[ 1 ]，能夠減少不必要的操作以節(jié)省時(shí)間，提高效率。從這一點(diǎn)出發(fā)，提出了新一代保溫杯的設(shè)計(jì)思路。

現(xiàn)有的大部分保溫杯，不能同時(shí)盛裝冷飲和熱飲只能盛裝冷飲或熱飲一種，人們通常不方便喝到任意溫度的飲料[ 2 ]。也有少數(shù)保溫杯能同時(shí)盛裝冷飲和熱飲，但咖啡或茶等熱飲不能達(dá)到即泡即飲的效果，使人們無法立刻享受到飲料的滿足，還需要進(jìn)行額外的沖調(diào)工作，給生活帶來了不便?？紤]到這兩個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一種新型保溫杯以滿足人們的需求。

1 保溫杯保溫性能研究

根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)，熱量的傳遞方式有3種：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射[ 3 ]。一般來說，設(shè)計(jì)保溫杯時(shí)會(huì)從這3方面出發(fā)來抑制散熱，從而提高保溫杯的保溫性能[ 4 ]。

一種比較常見的方法是真空鍍膜法，常用于雙層不銹鋼保溫杯中。具體實(shí)現(xiàn)方式就是抽去內(nèi)外殼體之間的空氣制造亞真空區(qū)，再在內(nèi)膽表面鍍一層光亮的金屬膜，這種方法是從降低熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種方式出發(fā)來抑制熱傳遞過程的。將空氣抽取后，內(nèi)膽和外殼之間的傳熱介質(zhì)就大大減少了，熱傳導(dǎo)從定義上來說是需要兩種介質(zhì)互相接觸的，如果兩種介質(zhì)不發(fā)生接觸，也就不會(huì)有熱傳導(dǎo)的發(fā)生。而抽出空氣后內(nèi)膽與外殼基本處于隔絕狀態(tài)，經(jīng)熱傳導(dǎo)散失的熱量也就相應(yīng)地大大減少。將夾層的空氣抽得越徹底，保溫效果越好。光亮的表面能夠大量反射由外界發(fā)出的電磁波輻射，使得內(nèi)膽溫度不受外界熱輻射的影響，從而隔絕了經(jīng)由熱輻射產(chǎn)生的熱交換。這種方法制作成本高，也就提高了此類保溫杯的價(jià)格。

另一種方法可歸結(jié)為填充保溫材料法。這種方法的原理就是降低熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱系數(shù)。在保溫杯發(fā)展初期，人們?cè)趭A層中加入毛氈、纖維、棉花等生活中常見的低導(dǎo)熱率材料作為填充物。但是這些材料往往不耐儲(chǔ)存，而保溫杯的環(huán)境也比較潮濕，只能在一小段時(shí)間內(nèi)使用，需要定期更換，否則這些填充物就會(huì)發(fā)霉變質(zhì)，影響正常使用。后來隨著工業(yè)的進(jìn)步，合成纖維開始出現(xiàn)，這些纖維具有與原先毛氈、棉花等材料相似的特性，同樣具有較低的導(dǎo)熱率，而且不容易發(fā)生霉變，耐腐蝕性能好，因此逐漸被廣泛采用為保溫杯的填充材料。不過與前一種方法不同，這種方法只是簡單降低了導(dǎo)熱系數(shù)，沒有完全阻斷熱量的傳遞，因此保溫效果不如前者，但由于取材方便具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步提升保溫效果，還需要進(jìn)一步研發(fā)新型保溫材料。

也有人提出了對(duì)保溫杯進(jìn)行持續(xù)加熱的設(shè)想，即在保溫杯內(nèi)膽中配置小型加熱器。但相應(yīng)的需要配置充電器、充電電路等一系列配套設(shè)備，提高了產(chǎn)品的復(fù)雜程度，也存在著因絕緣不到位而引發(fā)的漏電風(fēng)險(xiǎn)。還需要考慮電子元件的可靠性，不會(huì)發(fā)生短路、斷路等故障，導(dǎo)致器件燒毀造成危險(xiǎn)。而且從實(shí)用的角度來看，增加的附屬設(shè)備提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和大小，目前的實(shí)際產(chǎn)品便攜性和儲(chǔ)水量都受到了比較嚴(yán)重的影響，因此市面上這種產(chǎn)品還沒有得到廣泛的推廣，還有待進(jìn)一步研究與探索，進(jìn)一步提高實(shí)用性和可靠性。

2 新型保溫杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前多數(shù)的保溫杯只能盛裝冷飲或熱飲一種，人們無法方便地喝到任意溫度的飲料，而且考慮到市面上的保溫杯對(duì)多種熱飲的沖泡并不方便。針對(duì)現(xiàn)有保溫杯存在的不足，本新型保溫杯的設(shè)計(jì)目的在于提供一種能夠同時(shí)盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了如下技術(shù)方案：這種能同時(shí)盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯，包括外杯體、內(nèi)杯體、隔熱層、外杯蓋和內(nèi)杯蓋5個(gè)主要部分，內(nèi)杯體設(shè)置在外杯體內(nèi)，且內(nèi)杯體的開口與外杯體的開口設(shè)置在同一平面，外杯體與內(nèi)杯體之間能夠盛放冷水，內(nèi)杯體內(nèi)能夠盛放熱水，隔熱層包覆在內(nèi)杯體的外側(cè)表面。內(nèi)杯蓋與內(nèi)杯體的開口配合，外杯蓋與外杯體的開口配合。為了提高密封效果，也為了隔開冷熱水的儲(chǔ)存區(qū)域，隔熱層的外側(cè)包覆有密封層，該密封層由食品級(jí)金屬制成，能夠保證飲用的安全性。外杯蓋的上端表面設(shè)置有儲(chǔ)槽用于儲(chǔ)存沖調(diào)粉末，在外杯蓋上均勻設(shè)置4個(gè)儲(chǔ)槽。每個(gè)儲(chǔ)槽的開口處均設(shè)置密封蓋，防止儲(chǔ)槽內(nèi)的粉末灑出。

總結(jié)來看，這種新型保溫杯具有下述3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先本多功能保溫杯可將冷水和熱水分開盛裝。杯子分為兩層，內(nèi)部用來盛熱飲，外部用來盛冷飲，中間用隔熱層分開，阻礙相互之間溫度的傳導(dǎo)。其次本多功能保溫杯便于攜帶。杯蓋上有4個(gè)小型的儲(chǔ)藏盒，可分別盛裝茶、咖啡粉等各種可沖泡熱飲，便于多種口味的飲品飲用。最后它還可以根據(jù)個(gè)人的喜好隨時(shí)調(diào)節(jié)飲用溫度?？梢哉f設(shè)計(jì)的保溫杯解決了傳統(tǒng)保溫杯盛裝飲品的單一性，并可根據(jù)個(gè)人喜好喝到不同溫度的飲品，為人們生活帶來方便。

下面對(duì)具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，圖1為本實(shí)用新型的剖視圖。

以上所述僅是本實(shí)用新型保溫杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還可以在不脫離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行一定程度上的改進(jìn)和潤飾。比如可以改變保溫杯的尺寸大小，或者設(shè)計(jì)不同形狀的保溫杯，也可以在保溫表面繪制一些花紋圖案來提高保溫杯的欣賞性。目前設(shè)計(jì)的保溫杯采用圓柱筒形結(jié)構(gòu)，與大多數(shù)保溫杯無太大區(qū)別，還可以進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，但這已經(jīng)不是結(jié)構(gòu)上需要考慮的問題了，此處不再贅述。

還可以進(jìn)一步配置保溫杯使用的材料，為了實(shí)用和降低成本起見，目前設(shè)計(jì)的保溫杯的外杯體用塑料制成，內(nèi)杯體用不銹鋼制成，表面進(jìn)行拋光處理，可以保證位于中間的熱水的保溫效果。隔熱層采用泡沫塑料填充物填充，密封層用人造纖維填充，既采用了廉價(jià)材料，也能夠隔絕冷熱水之間的傳熱。密封蓋使用彈性較好的橡膠墊，防止粉末灑出。內(nèi)蓋和外蓋也采用塑料制造，要求兩者配合良好，在蓋子扣好擰緊時(shí)，即便是將杯子倒置也不會(huì)使水和粉末灑出，而且在一般的振動(dòng)條件下，儲(chǔ)存的水也不會(huì)發(fā)生泄漏，保證整個(gè)保溫杯具有良好的密封性能。

3 結(jié)論與展望

本新型保溫杯可以同時(shí)盛裝冷水與熱水，冷水與熱水分別儲(chǔ)存在保溫杯的不同區(qū)域，而且這兩個(gè)區(qū)域間用密封層和隔熱層很好地隔離開，在能夠起到很好的隔熱效果。同時(shí)盛裝冷水和熱水，既能保證對(duì)熱水的需求，也可以在想要飲水時(shí)喝到不燙的冷水，提高了保溫杯的實(shí)用性。這種保溫杯還為了茶和咖啡等飲料的快速?zèng)_調(diào)帶來了可能，只需要將茶或咖啡放入儲(chǔ)槽中即可。而且設(shè)計(jì)了4個(gè)儲(chǔ)槽，可以沖調(diào)不同類型的飲品。這種保溫杯設(shè)計(jì)不僅方便了用戶使用，還能夠盡量節(jié)約成本。當(dāng)然本保溫杯在設(shè)計(jì)上還有一些不完善之處，沒有實(shí)際驗(yàn)證保溫杯的保溫效果，有待于將來進(jìn)一步生產(chǎn)出實(shí)物再進(jìn)行測(cè)試。

參考文獻(xiàn)

[1]尤運(yùn)，張立昂.基于強(qiáng)化傳熱保溫降溫新型兩用杯的研究設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（12）：104-105.

[2]楊陽.便攜式保溫杯/壺的發(fā)展及研究概況[J].科技與創(chuàng)新，2018（12）：22-24.

[3]侯正邦.可調(diào)節(jié)水溫的保溫杯設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（2）：108-109.

[4]韓菲，楊建軍.新型保溫水杯的功能與外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].才智，2018（2）：221.