便攜式保溫杯/壺的發(fā)展及研究概況

楊陽(yáng)

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)研究院裝備技術(shù)研究所，北京 100012）

隨著科技進(jìn)步和人均收入水平的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越注重生活品質(zhì)的改善，對(duì)各類產(chǎn)品的需求不再局限于物質(zhì)層面，還開始關(guān)注心理層面的享受。便攜式保溫杯/壺作為日常生活用品之一，近年來(lái)也在相關(guān)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注下不斷進(jìn)行完善與革新，逐步朝智能化、人性化、節(jié)能環(huán)保等方向發(fā)展，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 應(yīng)用對(duì)象

國(guó)內(nèi)便攜式保溫杯/壺類產(chǎn)品的主要消費(fèi)群體集中于學(xué)生、商務(wù)人士、戶外作業(yè)人員、老人及有車族等。不同消費(fèi)群體對(duì)便攜式保溫杯的需求呈現(xiàn)出一定的差異性，學(xué)生群體一般要求外觀精美和多功能性；商務(wù)人士、有車族對(duì)保溫杯的質(zhì)量要求較高[1]；老人更側(cè)重于安全健康；而對(duì)于外出旅行、垂釣，經(jīng)常在戶外從事地質(zhì)勘探、登山探險(xiǎn)、施工的各類工作人員及在高原、高寒區(qū)等環(huán)境較為艱苦區(qū)域進(jìn)行軍事作業(yè)的部隊(duì)官兵來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)效的保溫性能、便攜性則是主要考慮因素。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)各檔次保溫杯的需求量均有不同程度的增加，且由于人們對(duì)品質(zhì)生活重視程度的提高，中高端品牌越來(lái)越適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展。永康、潮安、揭陽(yáng)等地區(qū)成為保溫杯制造企業(yè)主要集聚地，具有一定規(guī)模的約有幾百家，中國(guó)已成為世界不銹鋼保溫杯的生產(chǎn)和出口大國(guó)。虎牌、膳魔師等一些早期進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的國(guó)際品牌因其外觀簡(jiǎn)單流暢、材質(zhì)安全健康及名牌效應(yīng)，頗受一、二線城市消費(fèi)者喜愛(ài)，對(duì)國(guó)產(chǎn)品牌造成了一定的沖擊，在引起行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇的同時(shí)，也使得本土制造商越來(lái)越重視創(chuàng)新能力和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。思寶等一些中高端品牌嘗試通過(guò)提升設(shè)計(jì)水平、優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)、增加功能和提高質(zhì)量等途徑來(lái)打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，確保了企業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

3 研究現(xiàn)狀

從相關(guān)專利、文獻(xiàn)、報(bào)告等資料看，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)對(duì)保溫杯/壺的研究多集中于保溫方法探索、功能開發(fā)和外觀造型設(shè)計(jì)三方面。目前，關(guān)于新材料應(yīng)用方面的研究少，市面上的保溫杯杯體仍普遍采用雙層304不銹鋼、雙層玻璃、塑料、陶瓷、外塑內(nèi)鋼、外瓷內(nèi)鋼等材質(zhì)，杯蓋選用食品級(jí)塑料，安全環(huán)保。考慮現(xiàn)代人健康、節(jié)能環(huán)保等意識(shí)的增強(qiáng)，今后可以加大保溫杯新型材料的研究。

3.1 保溫方法研究

熱量的傳遞有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種基本方式。要想達(dá)到保溫效果，就要從三種熱傳遞方式出發(fā)來(lái)考慮減少保溫杯/壺的熱量流失。

3.1.1 杯體抽真空鍍膜法

雙層不銹鋼真空保溫杯現(xiàn)今多采用無(wú)尾抽真空技術(shù)，從內(nèi)外殼體中間將空氣抽出，杯膽和外殼間呈現(xiàn)亞真空狀態(tài)，極大地減少了熱傳導(dǎo)，真空度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)，要注意異形的真空壺體一般需要沖壓加強(qiáng)肋來(lái)補(bǔ)強(qiáng)，防止杯膽和外殼在氣壓作用下壓縮變形進(jìn)而相互接觸，保溫功能失效，產(chǎn)品報(bào)廢；抽取真空后利用玻璃焊料將杯體封焊，密封的杯體盡可能地阻止了熱對(duì)流，也避免了有尾真空產(chǎn)品易損傷失效的問(wèn)題；杯膽外壁進(jìn)行拋光、鍍銅、鍍銀等處理，熱量減少向外輻射。這些途徑能夠有效阻止杯內(nèi)熱量的快速散失和外部冷空氣的進(jìn)入。

3.1.2 加熱保溫法

王有熙等人設(shè)計(jì)了一種設(shè)有加熱底座的軍用水壺?cái)y行袋，加熱底座上的USB接口連接外部電源后可以對(duì)鎳氫電池和袋身夾層、底座中的電熱膜片進(jìn)行供電，加熱水壺；當(dāng)停止外部供電后，鎳氫電池可以直接供電給電熱膜片，達(dá)到持續(xù)保溫效果，解決了高寒區(qū)部隊(duì)冬季戶外執(zhí)行任務(wù)時(shí)飲用熱水困難的問(wèn)題。

陳夢(mèng)琳等人提供了一種適于戶外作業(yè)或活動(dòng)的保溫杯設(shè)計(jì)方案，其采用外塑內(nèi)鋼材質(zhì)，外殼表面嵌入三塊輕質(zhì)的柔性薄膜太陽(yáng)能電池板，可將光能轉(zhuǎn)化為電能，給貼附在內(nèi)膽外壁的柔性加熱片進(jìn)行供電加熱，節(jié)能、環(huán)保。柴美晴的太陽(yáng)能保溫水壺采用了同種原理，利用包裹在壺體外壁的太陽(yáng)能電池板，給壺體和內(nèi)膽間的加熱管供電來(lái)達(dá)到保溫效果。

3.1.3 壺袋填充保暖材料法

靜止干空氣屬于熱的不良導(dǎo)體，多孔結(jié)構(gòu)的材料可以維持較多的空氣，具有低導(dǎo)熱特性，可用作保暖材料來(lái)減少熱量散失。國(guó)內(nèi)外早期都有使用棉纖維、氈、干草、廢紙等填充壺袋來(lái)提供保溫效果的做法。但棉纖維易受潮成團(tuán)，保暖性下降；氈套則易被蟲蛀。隨著科技進(jìn)步，輕質(zhì)蓬松、價(jià)格低廉的合成纖維及具備良好回復(fù)率和多孔結(jié)構(gòu)的珍珠棉等逐漸取代棉纖維成為新的填充物，同時(shí)還可以起到保護(hù)杯體的作用。然而，這種方法保溫效果有限，對(duì)保溫性能要求較高的產(chǎn)品可以此作為輔助手段。未來(lái)可尋求通過(guò)應(yīng)用保溫隔熱性能更卓越的新型材料來(lái)增加保溫效果。

3.2 拓展功能研究

單靠技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品創(chuàng)新模式已不能滿足市場(chǎng)需求，以消費(fèi)者需求為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)創(chuàng)新模式引起了各行業(yè)的重視。對(duì)于保溫杯行業(yè)而言，隨著消費(fèi)者生活方式轉(zhuǎn)變、活動(dòng)環(huán)境擴(kuò)大，單一的保溫功能已不能滿足需求，借助其他領(lǐng)域技術(shù)賦予產(chǎn)品更多人性化設(shè)計(jì)，提高實(shí)用性，更貼合現(xiàn)代人需求。

3.2.1 方向指示功能

戶外爬山、野外探險(xiǎn)、叢林作戰(zhàn)等行動(dòng)中，隨時(shí)有可能因迷失方向而帶來(lái)危險(xiǎn)，在水壺蓋上增加一個(gè)指南針，可以幫助辨識(shí)方向、快速定位，且具備輕質(zhì)且不易丟失的優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2 給養(yǎng)器材功能

適應(yīng)野外、高原高寒區(qū)使用的軍用保溫水壺常在底部增加一個(gè)開口盒體，盒外壁對(duì)稱設(shè)置把手，需要時(shí)拉開即可將餐盒提起，不用時(shí)折疊起來(lái)。盒體可作餐盒、水杯使用，也可作為鍋用來(lái)燒水、煮飯，集多功能于一體。

3.2.3 應(yīng)急充電功能

李博文等人介紹了一種利用杯內(nèi)熱水與外界大氣溫差，將熱能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到蓄電池中作為備用電源，體現(xiàn)了電能輸出的思想和當(dāng)代低碳便利的生活方式。但這種方式也有一定的局限性，其受到水溫限制，隨著溫差的下降，發(fā)電量也將減少。胡艦基于這種溫差發(fā)電原理也研究設(shè)計(jì)了一種溫度可控保溫杯，其在利用熱水溫差發(fā)電的基礎(chǔ)上增加了太陽(yáng)能溫差發(fā)電、蓄能的途徑，使保溫杯可在不同條件下進(jìn)行蓄電，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備電量不足時(shí)，可以通過(guò)USB接口進(jìn)行應(yīng)急充電，解決燃眉之急。

3.2.4 水溫顯示功能

保溫智能水杯內(nèi)置溫度傳感器，觸摸液晶顯示屏后可顯示當(dāng)前水溫，代替了傳統(tǒng)的人體試溫方式，幫助用戶實(shí)時(shí)了解水溫情況，保障適時(shí)飲水，可有效防范燙傷或者溫度較低引起的腸胃不適。有些保溫杯還增加了定時(shí)提醒飲水、服藥功能，體現(xiàn)了智能化保溫杯的人性化設(shè)計(jì)。

3.2.5 音樂(lè)播放功能

壓力大是如今普遍存在的現(xiàn)象，給保溫杯增加播放音樂(lè)功能，可以方便用戶在學(xué)習(xí)、工作之余緩解壓力，放松身心，改善了產(chǎn)品的宜人性，拉近了用戶與保溫杯的距離。

除了上述功能外，錄音、FM收音、藍(lán)牙音響、撥打電話、照明及超聲波驅(qū)蚊等功能也被研發(fā)或已應(yīng)用到產(chǎn)品中，從而滿足用戶的個(gè)性化需求，賦予人視覺(jué)、觸覺(jué)及心理層面新的體驗(yàn)。

3.3 外觀造型研究

保溫杯/壺的外觀造型研究主要為形狀結(jié)構(gòu)創(chuàng)新研究。行軍水壺一般要求斜挎于腰際，為了使其更好地與身體貼合，將壺體側(cè)面設(shè)計(jì)成腰形。成福彬闡述了一種帶蓋杯的保溫水壺，蓋杯口外徑小于其外壁外徑，杯口可擰合在壺體內(nèi)螺紋上，通過(guò)密封圈封閉，能有效防止外界污染，同時(shí)，其利用杯口挑開水塞開關(guān)即可倒水，無(wú)需手指觸摸，避免細(xì)菌殘留，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，安全衛(wèi)生。陳銘昌設(shè)計(jì)了一種可直接固定于自行車上的保溫水壺，該水壺外殼上設(shè)有至少一個(gè)供物體（自行車等）嵌裝的縱向凹槽狀塑料滑嵌部，取放簡(jiǎn)易方便。

4 結(jié)束語(yǔ)

科技日新月異，大眾生活方式豐富化，個(gè)性化需求越來(lái)越突出。在各領(lǐng)域高新技術(shù)發(fā)展和工業(yè)設(shè)計(jì)水平提升的強(qiáng)大背景下，便攜式保溫杯/壺的研究與發(fā)展應(yīng)當(dāng)著眼消費(fèi)者生活方式，以根本需求為中心，綜合考慮美學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、行為學(xué)等理論，在完善其基本保溫功能的基礎(chǔ)之上，加以優(yōu)化和創(chuàng)新，謀求功能更加多樣化、復(fù)合化，材料更加健康安全，外觀造型愈加美觀、便攜，帶給用戶更便捷、體貼、愉悅的體驗(yàn)。

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