一種能同時盛裝冷熱水的多功能保溫杯設計

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，將熱水晾涼需要時間，為保溫杯的使用帶來了一些不便。考慮到上述問題設計了一種能同時盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯，其結構包括外杯體、內杯體、隔熱層、外杯蓋和內杯蓋，內杯體設置在外杯體內，且內杯體的開口與外杯體的開口設置在同一平面，外杯體與內杯體之間能夠盛放冷水，內杯體內能夠盛放熱水。隔熱層包覆在內杯體的外側表面，內杯蓋與內杯體的開口配合，外杯蓋與外杯體的開口配合。這種多功能保溫杯能夠進行熱水和冷水的同時盛放，方便攜帶和日常使用，提高了杯子的使用效率。

關鍵詞 保溫杯；冷熱水；多功能

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）230-0133-02

隨著人們生活水平的提高，人們對日常用品的要求也不斷提高。人們希望產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省時間，提高效率。從這一點出發，提出了新一代保溫杯的設計思路。

現有的大部分保溫杯，不能同時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 ]。也有少數保溫杯能同時盛裝冷飲和熱飲，但咖啡或茶等熱飲不能達到即泡即飲的效果，使人們無法立刻享受到飲料的滿足，還需要進行額外的沖調工作，給生活帶來了不便。考慮到這兩個問題，設計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

根據傳熱學知識，熱量的傳遞方式有3種：熱傳導、熱對流和熱輻射[ 3 ]。一般來說，設計保溫杯時會從這3方面出發來抑制散熱，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。具體實現方式就是抽去內外殼體之間的空氣制造亞真空區，再在內膽表面鍍一層光亮的金屬膜，這種方法是從降低熱傳導和熱輻射兩種方式出發來抑制熱傳遞過程的。將空氣抽取后，內膽和外殼之間的傳熱介質就大大減少了，熱傳導從定義上來說是需要兩種介質互相接觸的，如果兩種介質不發生接觸，也就不會有熱傳導的發生。而抽出空氣后內膽與外殼基本處于隔絕狀態，經熱傳導散失的熱量也就相應地大大減少。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出的電磁波輻射，使得內膽溫度不受外界熱輻射的影響，從而隔絕了經由熱輻射產生的熱交換。這種方法制作成本高，也就提高了此類保溫杯的價格。

另一種方法可歸結為填充保溫材料法。這種方法的原理就是降低熱傳導的導熱系數。在保溫杯發展初期，人們在夾層中加入毛氈、纖維、棉花等生活中常見的低導熱率材料作為填充物。但是這些材料往往不耐儲存，而保溫杯的環境也比較潮濕，只能在一小段時間內使用，需要定期更換，否則這些填充物就會發霉變質，影響正常使用。后來隨著工業的進步，合成纖維開始出現，這些纖維具有與原先毛氈、棉花等材料相似的特性，同樣具有較低的導熱率，而且不容易發生霉變，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熱系數，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格上的優勢。為了進一步提升保溫效果，還需要進一步研發新型保溫材料。

也有人提出了對保溫杯進行持續加熱的設想，即在保溫杯內膽中配置小型加熱器。但相應的需要配置充電器、充電電路等一系列配套設備，提高了產品的復雜程度，也存在著因絕緣不到位而引發的漏電風險。還需要考慮電子元件的可靠性，不會發生短路、斷路等故障，導致器件燒毀造成危險。而且從實用的角度來看，增加的附屬設備提高了產品的質量和大小，目前的實際產品便攜性和儲水量都受到了比較嚴重的影響，因此市面上這種產品還沒有得到廣泛的推廣，還有待進一步研究與探索，進一步提高實用性和可靠性。

2 新型保溫杯的結構設計

目前多數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多種熱飲的沖泡并不方便。針對現有保溫杯存在的不足，本新型保溫杯的設計目的在于提供一種能夠同時盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯。

為實現上述目的，提供了如下技術方案：這種能同時盛裝冷水和熱水的多功能保溫杯，包括外杯體、內杯體、隔熱層、外杯蓋和內杯蓋5個主要部分，內杯體設置在外杯體內，且內杯體的開口與外杯體的開口設置在同一平面，外杯體與內杯體之間能夠盛放冷水，內杯體內能夠盛放熱水，隔熱層包覆在內杯體的外側表面。內杯蓋與內杯體的開口配合，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存區域，隔熱層的外側包覆有密封層，該密封層由食品級金屬制成，能夠保證飲用的安全性。外杯蓋的上端表面設置有儲槽用于儲存沖調粉末，在外杯蓋上均勻設置4個儲槽。每個儲槽的開口處均設置密封蓋，防止儲槽內的粉末灑出。

總結來看，這種新型保溫杯具有下述3個優點：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。其次本多功能保溫杯便于攜帶。杯蓋上有4個小型的儲藏盒，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。最后它還可以根據個人的喜好隨時調節飲用溫度。可以說設計的保溫杯解決了傳統保溫杯盛裝飲品的單一性，并可根據個人喜好喝到不同溫度的飲品，為人們生活帶來方便。

下面對具體實施方式進行詳細說明，圖1為本實用新型的剖視圖。

以上所述僅是本實用新型保溫杯的結構設計，還可以在不脫離結構設計的前提下進行一定程度上的改進和潤飾。比如可以改變保溫杯的尺寸大小，或者設計不同形狀的保溫杯，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。目前設計的保溫杯采用圓柱筒形結構，與大多數保溫杯無太大區別，還可以進行進一步設計，但這已經不是結構上需要考慮的問題了，此處不再贅述。

還可以進一步配置保溫杯使用的材料，為了實用和降低成本起見，目前設計的保溫杯的外杯體用塑料制成，內杯體用不銹鋼制成，表面進行拋光處理，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，即便是將杯子倒置也不會使水和粉末灑出，而且在一般的振動條件下，儲存的水也不會發生泄漏，保證整個保溫杯具有良好的密封性能。

3 結論與展望

本新型保溫杯可以同時盛裝冷水與熱水，冷水與熱水分別儲存在保溫杯的不同區域，而且這兩個區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。同時盛裝冷水和熱水，既能保證對熱水的需求，也可以在想要飲水時喝到不燙的冷水，提高了保溫杯的實用性。這種保溫杯還為了茶和咖啡等飲料的快速沖調帶來了可能，只需要將茶或咖啡放入儲槽中即可。而且設計了4個儲槽，可以沖調不同類型的飲品。這種保溫杯設計不僅方便了用戶使用，還能夠盡量節約成本。當然本保溫杯在設計上還有一些不完善之處，沒有實際驗證保溫杯的保溫效果，有待于將來進一步生產出實物再進行測試。

參考文獻

[1]尤運，張立昂.基于強化傳熱保溫降溫新型兩用杯的研究設計[J].科技創新與應用，2018（12）：104-105.

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

[3]侯正邦.可調節水溫的保溫杯設計[J].電子技術與軟件工程，2018（2）：108-109.

[4]韓菲，楊建軍.新型保溫水杯的功能與外觀結構設計研究[J].才智，2018（2）：221.