便携式保温杯/壶的发展及研究概况

2018-11-29杨阳

科技与创新 2018年12期

杨阳

（中国人民武装警察部队研究院装备技术研究所，北京 100012）

随着科技进步和人均收入水平的不断提高，人们越来越注重生活品质的改善，对各类产品的需求不再局限于物质层面，还开始关注心理层面的享受。便携式保温杯/壶作为日常生活用品之一，近年来也在相关领域研究人员的广泛关注下不断进行完善与革新，逐步朝智能化、人性化、节能环保等方向发展，具有广阔的市场前景。

1 应用对象

国内便携式保温杯/壶类产品的主要消费群体集中于学生、商务人士、户外作业人员、老人及有车族等。不同消费群体对便携式保温杯的需求呈现出一定的差异性，学生群体一般要求外观精美和多功能性；商务人士、有车族对保温杯的质量要求较高[1]；老人更侧重于安全健康；而对于外出旅行、垂钓，经常在户外从事地质勘探、登山探险、施工的各类工作人员及在高原、高寒区等环境较为艰苦区域进行军事作业的部队官兵来说，长效的保温性能、便携性则是主要考虑因素。

2 国内外发展现状

现阶段国内对各档次保温杯的需求量均有不同程度的增加，且由于人们对品质生活重视程度的提高，中高端品牌越来越适应市场的发展。永康、潮安、揭阳等地区成为保温杯制造企业主要集聚地，具有一定规模的约有几百家，中国已成为世界不锈钢保温杯的生产和出口大国。虎牌、膳魔师等一些早期进入中国市场的国际品牌因其外观简单流畅、材质安全健康及名牌效应，颇受一、二线城市消费者喜爱，对国产品牌造成了一定的冲击，在引起行业竞争加剧的同时，也使得本土制造商越来越重视创新能力和知识产权的保护。思宝等一些中高端品牌尝试通过提升设计水平、优化生产技术、增加功能和提高质量等途径来打造企业核心竞争力，确保了企业的健康持续发展。

3 研究现状

从相关专利、文献、报告等资料看，企业、科研机构对保温杯/壶的研究多集中于保温方法探索、功能开发和外观造型设计三方面。目前，关于新材料应用方面的研究少，市面上的保温杯杯体仍普遍采用双层304不锈钢、双层玻璃、塑料、陶瓷、外塑内钢、外瓷内钢等材质，杯盖选用食品级塑料，安全环保。考虑现代人健康、节能环保等意识的增强，今后可以加大保温杯新型材料的研究。

3.1 保温方法研究

热量的传递有热传导、热对流和热辐射三种基本方式。要想达到保温效果，就要从三种热传递方式出发来考虑减少保温杯/壶的热量流失。

3.1.1 杯体抽真空镀膜法

双层不锈钢真空保温杯现今多采用无尾抽真空技术，从内外壳体中间将空气抽出，杯胆和外壳间呈现亚真空状态，极大地减少了热传导，真空度越高，保温时间越长，同时，要注意异形的真空壶体一般需要冲压加强肋来补强，防止杯胆和外壳在气压作用下压缩变形进而相互接触，保温功能失效，产品报废；抽取真空后利用玻璃焊料将杯体封焊，密封的杯体尽可能地阻止了热对流，也避免了有尾真空产品易损伤失效的问题；杯胆外壁进行抛光、镀铜、镀银等处理，热量减少向外辐射。这些途径能够有效阻止杯内热量的快速散失和外部冷空气的进入。

3.1.2 加热保温法

王有熙等人设计了一种设有加热底座的军用水壶携行袋，加热底座上的USB接口连接外部电源后可以对镍氢电池和袋身夹层、底座中的电热膜片进行供电，加热水壶；当停止外部供电后，镍氢电池可以直接供电给电热膜片，达到持续保温效果，解决了高寒区部队冬季户外执行任务时饮用热水困难的问题。

陈梦琳等人提供了一种适于户外作业或活动的保温杯设计方案，其采用外塑内钢材质，外壳表面嵌入三块轻质的柔性薄膜太阳能电池板，可将光能转化为电能，给贴附在内胆外壁的柔性加热片进行供电加热，节能、环保。柴美晴的太阳能保温水壶采用了同种原理，利用包裹在壶体外壁的太阳能电池板，给壶体和内胆间的加热管供电来达到保温效果。

3.1.3 壶袋填充保暖材料法

静止干空气属于热的不良导体，多孔结构的材料可以维持较多的空气，具有低导热特性，可用作保暖材料来减少热量散失。国内外早期都有使用棉纤维、毡、干草、废纸等填充壶袋来提供保温效果的做法。但棉纤维易受潮成团，保暖性下降；毡套则易被虫蛀。随着科技进步，轻质蓬松、价格低廉的合成纤维及具备良好回复率和多孔结构的珍珠棉等逐渐取代棉纤维成为新的填充物，同时还可以起到保护杯体的作用。然而，这种方法保温效果有限，对保温性能要求较高的产品可以此作为辅助手段。未来可寻求通过应用保温隔热性能更卓越的新型材料来增加保温效果。

3.2 拓展功能研究

单靠技术创新的产品创新模式已不能满足市场需求，以消费者需求为导向的设计创新模式引起了各行业的重视。对于保温杯行业而言，随着消费者生活方式转变、活动环境扩大，单一的保温功能已不能满足需求，借助其他领域技术赋予产品更多人性化设计，提高实用性，更贴合现代人需求。

3.2.1 方向指示功能

户外爬山、野外探险、丛林作战等行动中，随时有可能因迷失方向而带来危险，在水壶盖上增加一个指南针，可以帮助辨识方向、快速定位，且具备轻质且不易丢失的优点。

3.2.2 给养器材功能

适应野外、高原高寒区使用的军用保温水壶常在底部增加一个开口盒体，盒外壁对称设置把手，需要时拉开即可将餐盒提起，不用时折叠起来。盒体可作餐盒、水杯使用，也可作为锅用来烧水、煮饭，集多功能于一体。

3.2.3 应急充电功能

李博文等人介绍了一种利用杯内热水与外界大气温差，将热能转化为电能储存到蓄电池中作为备用电源，体现了电能输出的思想和当代低碳便利的生活方式。但这种方式也有一定的局限性，其受到水温限制，随着温差的下降，发电量也将减少。胡舰基于这种温差发电原理也研究设计了一种温度可控保温杯，其在利用热水温差发电的基础上增加了太阳能温差发电、蓄能的途径，使保温杯可在不同条件下进行蓄电，当移动设备电量不足时，可以通过USB接口进行应急充电，解决燃眉之急。

3.2.4 水温显示功能

保温智能水杯内置温度传感器，触摸液晶显示屏后可显示当前水温，代替了传统的人体试温方式，帮助用户实时了解水温情况，保障适时饮水，可有效防范烫伤或者温度较低引起的肠胃不适。有些保温杯还增加了定时提醒饮水、服药功能，体现了智能化保温杯的人性化设计。

3.2.5 音乐播放功能

压力大是如今普遍存在的现象，给保温杯增加播放音乐功能，可以方便用户在学习、工作之余缓解压力，放松身心，改善了产品的宜人性，拉近了用户与保温杯的距离。

除了上述功能外，录音、FM收音、蓝牙音响、拨打电话、照明及超声波驱蚊等功能也被研发或已应用到产品中，从而满足用户的个性化需求，赋予人视觉、触觉及心理层面新的体验。

3.3 外观造型研究

保温杯/壶的外观造型研究主要为形状结构创新研究。行军水壶一般要求斜挎于腰际，为了使其更好地与身体贴合，将壶体侧面设计成腰形。成福彬阐述了一种带盖杯的保温水壶，盖杯口外径小于其外壁外径，杯口可拧合在壶体内螺纹上，通过密封圈封闭，能有效防止外界污染，同时，其利用杯口挑开水塞开关即可倒水，无需手指触摸，避免细菌残留，结构设计巧妙，安全卫生。陈铭昌设计了一种可直接固定于自行车上的保温水壶，该水壶外壳上设有至少一个供物体（自行车等）嵌装的纵向凹槽状塑料滑嵌部，取放简易方便。

4 结束语

科技日新月异，大众生活方式丰富化，个性化需求越来越突出。在各领域高新技术发展和工业设计水平提升的强大背景下，便携式保温杯/壶的研究与发展应当着眼消费者生活方式，以根本需求为中心，综合考虑美学、心理学、材料学、人机工程学、行为学等理论，在完善其基本保温功能的基础之上，加以优化和创新，谋求功能更加多样化、复合化，材料更加健康安全，外观造型愈加美观、便携，带给用户更便捷、体贴、愉悦的体验。

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