一种能同时盛装冷热水的多功能保温杯设计

李昌睿

摘 要 保温杯是日常生活中必不可少的日用品。生活中我们需要热水，但也需要温度较低的水来直接饮用，将热水晾凉需要时间，为保温杯的使用带来了一些不便。考虑到上述问题设计了一种能同时盛装冷水和热水的多功能保温杯，其结构包括外杯体、内杯体、隔热层、外杯盖和内杯盖，内杯体设置在外杯体内，且内杯体的开口与外杯体的开口设置在同一平面，外杯体与内杯体之间能够盛放冷水，内杯体内能够盛放热水。隔热层包覆在内杯体的外侧表面，内杯盖与内杯体的开口配合，外杯盖与外杯体的开口配合。这种多功能保温杯能够进行热水和冷水的同时盛放，方便携带和日常使用，提高了杯子的使用效率。

关键词 保温杯；冷热水；多功能

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）230-0133-02

随着人们生活水平的提高，人们对日常用品的要求也不断提高。人们希望产品具有多样化的功能，使用更加方便[ 1 ]，能够减少不必要的操作以节省时间，提高效率。从这一点出发，提出了新一代保温杯的设计思路。

现有的大部分保温杯，不能同时盛装冷饮和热饮只能盛装冷饮或热饮一种，人们通常不方便喝到任意温度的饮料[ 2 ]。也有少数保温杯能同时盛装冷饮和热饮，但咖啡或茶等热饮不能达到即泡即饮的效果，使人们无法立刻享受到饮料的满足，还需要进行额外的冲调工作，给生活带来了不便。考虑到这两个问题，设计了一种新型保温杯以满足人们的需求。

1 保温杯保温性能研究

根据传热学知识，热量的传递方式有3种：热传导、热对流和热辐射[ 3 ]。一般来说，设计保温杯时会从这3方面出发来抑制散热，从而提高保温杯的保温性能[ 4 ]。

一种比较常见的方法是真空镀膜法，常用于双层不锈钢保温杯中。具体实现方式就是抽去内外壳体之间的空气制造亚真空区，再在内胆表面镀一层光亮的金属膜，这种方法是从降低热传导和热辐射两种方式出发来抑制热传递过程的。将空气抽取后，内胆和外壳之间的传热介质就大大减少了，热传导从定义上来说是需要两种介质互相接触的，如果两种介质不发生接触，也就不会有热传导的发生。而抽出空气后内胆与外壳基本处于隔绝状态，经热传导散失的热量也就相应地大大减少。将夹层的空气抽得越彻底，保温效果越好。光亮的表面能够大量反射由外界发出的电磁波辐射，使得内胆温度不受外界热辐射的影响，从而隔绝了经由热辐射产生的热交换。这种方法制作成本高，也就提高了此类保温杯的价格。

另一种方法可归结为填充保温材料法。这种方法的原理就是降低热传导的导热系数。在保温杯发展初期，人们在夹层中加入毛毡、纤维、棉花等生活中常见的低导热率材料作为填充物。但是这些材料往往不耐储存，而保温杯的环境也比较潮湿，只能在一小段时间内使用，需要定期更换，否则这些填充物就会发霉变质，影响正常使用。后来随着工业的进步，合成纤维开始出现，这些纤维具有与原先毛毡、棉花等材料相似的特性，同样具有较低的导热率，而且不容易发生霉变，耐腐蚀性能好，因此逐渐被广泛采用为保温杯的填充材料。不过与前一种方法不同，这种方法只是简单降低了导热系数，没有完全阻断热量的传递，因此保温效果不如前者，但由于取材方便具有价格上的优势。为了进一步提升保温效果，还需要进一步研发新型保温材料。

也有人提出了对保温杯进行持续加热的设想，即在保温杯内胆中配置小型加热器。但相应的需要配置充电器、充电电路等一系列配套设备，提高了产品的复杂程度，也存在着因绝缘不到位而引发的漏电风险。还需要考虑电子元件的可靠性，不会发生短路、断路等故障，导致器件烧毁造成危险。而且从实用的角度来看，增加的附属设备提高了产品的质量和大小，目前的实际产品便携性和储水量都受到了比较严重的影响，因此市面上这种产品還没有得到广泛的推广，还有待进一步研究与探索，进一步提高实用性和可靠性。

2 新型保温杯的结构设计

目前多数的保温杯只能盛装冷饮或热饮一种，人们无法方便地喝到任意温度的饮料，而且考虑到市面上的保温杯对多种热饮的冲泡并不方便。针对现有保温杯存在的不足，本新型保温杯的设计目的在于提供一种能够同时盛装冷水和热水的多功能保温杯。

为实现上述目的，提供了如下技术方案：这种能同时盛装冷水和热水的多功能保温杯，包括外杯体、内杯体、隔热层、外杯盖和内杯盖5个主要部分，内杯体设置在外杯体内，且内杯体的开口与外杯体的开口设置在同一平面，外杯体与内杯体之间能够盛放冷水，内杯体内能够盛放热水，隔热层包覆在内杯体的外侧表面。内杯盖与内杯体的开口配合，外杯盖与外杯体的开口配合。为了提高密封效果，也为了隔开冷热水的储存区域，隔热层的外侧包覆有密封层，该密封层由食品级金属制成，能够保证饮用的安全性。外杯盖的上端表面设置有储槽用于储存冲调粉末，在外杯盖上均匀设置4个储槽。每个储槽的开口处均设置密封盖，防止储槽内的粉末洒出。

总结来看，这种新型保温杯具有下述3个优点：首先本多功能保温杯可将冷水和热水分开盛装。杯子分为两层，内部用来盛热饮，外部用来盛冷饮，中间用隔热层分开，阻碍相互之间温度的传导。其次本多功能保温杯便于携带。杯盖上有4个小型的储藏盒，可分别盛装茶、咖啡粉等各种可冲泡热饮，便于多种口味的饮品饮用。最后它还可以根据个人的喜好随时调节饮用温度。可以说设计的保温杯解决了传统保温杯盛装饮品的单一性，并可根据个人喜好喝到不同温度的饮品，为人们生活带来方便。

下面对具体实施方式进行详细说明，图1为本实用新型的剖视图。

以上所述仅是本实用新型保温杯的结构设计，还可以在不脱离结构设计的前提下进行一定程度上的改进和润饰。比如可以改变保温杯的尺寸大小，或者设计不同形状的保温杯，也可以在保温表面绘制一些花纹图案来提高保温杯的欣赏性。目前设计的保温杯采用圆柱筒形结构，与大多数保温杯无太大区别，还可以进行进一步设计，但这已经不是结构上需要考虑的问题了，此处不再赘述。

还可以进一步配置保温杯使用的材料，为了实用和降低成本起见，目前设计的保温杯的外杯体用塑料制成，内杯体用不锈钢制成，表面进行抛光处理，可以保证位于中间的热水的保温效果。隔热层采用泡沫塑料填充物填充，密封层用人造纤维填充，既采用了廉价材料，也能够隔绝冷热水之间的传热。密封盖使用弹性较好的橡胶垫，防止粉末洒出。内盖和外盖也采用塑料制造，要求两者配合良好，在盖子扣好拧紧时，即便是将杯子倒置也不会使水和粉末洒出，而且在一般的振动条件下，储存的水也不会发生泄漏，保证整个保温杯具有良好的密封性能。

3 结论与展望

本新型保温杯可以同时盛装冷水与热水，冷水与热水分别储存在保温杯的不同区域，而且这两个区域间用密封层和隔热层很好地隔离开，在能够起到很好的隔热效果。同时盛装冷水和热水，既能保证对热水的需求，也可以在想要饮水时喝到不烫的冷水，提高了保温杯的实用性。这种保温杯还为了茶和咖啡等饮料的快速冲调带来了可能，只需要将茶或咖啡放入储槽中即可。而且设计了4个储槽，可以冲调不同类型的饮品。这种保温杯设计不仅方便了用户使用，还能够尽量节约成本。当然本保温杯在设计上还有一些不完善之处，没有实际验证保温杯的保温效果，有待于将来进一步生产出实物再进行测试。

参考文献

[1]尤运，张立昂.基于强化传热保温降温新型两用杯的研究设计[J].科技创新与应用，2018（12）：104-105.

[2]杨阳.便携式保温杯/壶的发展及研究概况[J].科技与创新，2018（12）：22-24.

[3]侯正邦.可调节水温的保温杯设计[J].电子技术与软件工程，2018（2）：108-109.

[4]韩菲，杨建军.新型保温水杯的功能与外观结构设计研究[J].才智，2018（2）：221.