便攜式保溫杯/壺的發展及研究概況

楊陽

（中國人民武裝警察部隊研究院裝備技術研究所，北京 100012）

隨著科技進步和人均收入水平的不斷提高，人們越來越注重生活品質的改善，對各類產品的需求不再局限于物質層面，還開始關注心理層面的享受。便攜式保溫杯/壺作為日常生活用品之一，近年來也在相關領域研究人員的廣泛關注下不斷進行完善與革新，逐步朝智能化、人性化、節能環保等方向發展，具有廣闊的市場前景。

1 應用對象

國內便攜式保溫杯/壺類產品的主要消費群體集中于學生、商務人士、戶外作業人員、老人及有車族等。不同消費群體對便攜式保溫杯的需求呈現出一定的差異性，學生群體一般要求外觀精美和多功能性；商務人士、有車族對保溫杯的質量要求較高[1]；老人更側重于安全健康；而對于外出旅行、垂釣，經常在戶外從事地質勘探、登山探險、施工的各類工作人員及在高原、高寒區等環境較為艱苦區域進行軍事作業的部隊官兵來說，長效的保溫性能、便攜性則是主要考慮因素。

2 國內外發展現狀

現階段國內對各檔次保溫杯的需求量均有不同程度的增加，且由于人們對品質生活重視程度的提高，中高端品牌越來越適應市場的發展。永康、潮安、揭陽等地區成為保溫杯制造企業主要集聚地，具有一定規模的約有幾百家，中國已成為世界不銹鋼保溫杯的生產和出口大國。虎牌、膳魔師等一些早期進入中國市場的國際品牌因其外觀簡單流暢、材質安全健康及名牌效應，頗受一、二線城市消費者喜愛，對國產品牌造成了一定的沖擊，在引起行業競爭加劇的同時，也使得本土制造商越來越重視創新能力和知識產權的保護。思寶等一些中高端品牌嘗試通過提升設計水平、優化生產技術、增加功能和提高質量等途徑來打造企業核心競爭力，確保了企業的健康持續發展。

3 研究現狀

從相關專利、文獻、報告等資料看，企業、科研機構對保溫杯/壺的研究多集中于保溫方法探索、功能開發和外觀造型設計三方面。目前，關于新材料應用方面的研究少，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、外塑內鋼、外瓷內鋼等材質，杯蓋選用食品級塑料，安全環保。考慮現代人健康、節能環保等意識的增強，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、熱對流和熱輻射三種基本方式。要想達到保溫效果，就要從三種熱傳遞方式出發來考慮減少保溫杯/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今多采用無尾抽真空技術，從內外殼體中間將空氣抽出，杯膽和外殼間呈現亞真空狀態，極大地減少了熱傳導，真空度越高，保溫時間越長，同時，要注意異形的真空壺體一般需要沖壓加強肋來補強，防止杯膽和外殼在氣壓作用下壓縮變形進而相互接觸，保溫功能失效，產品報廢；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流，也避免了有尾真空產品易損傷失效的問題；杯膽外壁進行拋光、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熱量的快速散失和外部冷空氣的進入。

3.1.2 加熱保溫法

王有熙等人設計了一種設有加熱底座的軍用水壺攜行袋，加熱底座上的USB接口連接外部電源后可以對鎳氫電池和袋身夾層、底座中的電熱膜片進行供電，加熱水壺；當停止外部供電后，鎳氫電池可以直接供電給電熱膜片，達到持續保溫效果，解決了高寒區部隊冬季戶外執行任務時飲用熱水困難的問題。

陳夢琳等人提供了一種適于戶外作業或活動的保溫杯設計方案，其采用外塑內鋼材質，外殼表面嵌入三塊輕質的柔性薄膜太陽能電池板，可將光能轉化為電能，給貼附在內膽外壁的柔性加熱片進行供電加熱，節能、環保。柴美晴的太陽能保溫水壺采用了同種原理，利用包裹在壺體外壁的太陽能電池板，給壺體和內膽間的加熱管供電來達到保溫效果。

3.1.3 壺袋填充保暖材料法

靜止干空氣屬于熱的不良導體，多孔結構的材料可以維持較多的空氣，具有低導熱特性，可用作保暖材料來減少熱量散失。國內外早期都有使用棉纖維、氈、干草、廢紙等填充壺袋來提供保溫效果的做法。但棉纖維易受潮成團，保暖性下降；氈套則易被蟲蛀。隨著科技進步，輕質蓬松、價格低廉的合成纖維及具備良好回復率和多孔結構的珍珠棉等逐漸取代棉纖維成為新的填充物，同時還可以起到保護杯體的作用。然而，這種方法保溫效果有限，對保溫性能要求較高的產品可以此作為輔助手段。未來可尋求通過應用保溫隔熱性能更卓越的新型材料來增加保溫效果。

3.2 拓展功能研究

單靠技術創新的產品創新模式已不能滿足市場需求，以消費者需求為導向的設計創新模式引起了各行業的重視。對于保溫杯行業而言，隨著消費者生活方式轉變、活動環境擴大，單一的保溫功能已不能滿足需求，借助其他領域技術賦予產品更多人性化設計，提高實用性，更貼合現代人需求。

3.2.1 方向指示功能

戶外爬山、野外探險、叢林作戰等行動中，隨時有可能因迷失方向而帶來危險，在水壺蓋上增加一個指南針，可以幫助辨識方向、快速定位，且具備輕質且不易丟失的優點。

3.2.2 給養器材功能

適應野外、高原高寒區使用的軍用保溫水壺常在底部增加一個開口盒體，盒外壁對稱設置把手，需要時拉開即可將餐盒提起，不用時折疊起來。盒體可作餐盒、水杯使用，也可作為鍋用來燒水、煮飯，集多功能于一體。

3.2.3 應急充電功能

李博文等人介紹了一種利用杯內熱水與外界大氣溫差，將熱能轉化為電能儲存到蓄電池中作為備用電源，體現了電能輸出的思想和當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，發電量也將減少。胡艦基于這種溫差發電原理也研究設計了一種溫度可控保溫杯，其在利用熱水溫差發電的基礎上增加了太陽能溫差發電、蓄能的途徑，使保溫杯可在不同條件下進行蓄電，當移動設備電量不足時，可以通過USB接口進行應急充電，解決燃眉之急。

3.2.4 水溫顯示功能

保溫智能水杯內置溫度傳感器，觸摸液晶顯示屏后可顯示當前水溫，代替了傳統的人體試溫方式，幫助用戶實時了解水溫情況，保障適時飲水，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提醒飲水、服藥功能，體現了智能化保溫杯的人性化設計。

3.2.5 音樂播放功能

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

除了上述功能外，錄音、FM收音、藍牙音響、撥打電話、照明及超聲波驅蚊等功能也被研發或已應用到產品中，從而滿足用戶的個性化需求，賦予人視覺、觸覺及心理層面新的體驗。

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構創新研究。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，將壺體側面設計成腰形。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螺紋上，通過密封圈封閉，能有效防止外界污染，同時，其利用杯口挑開水塞開關即可倒水，無需手指觸摸，避免細菌殘留，結構設計巧妙，安全衛生。陳銘昌設計了一種可直接固定于自行車上的保溫水壺，該水壺外殼上設有至少一個供物體（自行車等）嵌裝的縱向凹槽狀塑料滑嵌部，取放簡易方便。

4 結束語

科技日新月異，大眾生活方式豐富化，個性化需求越來越突出。在各領域高新技術發展和工業設計水平提升的強大背景下，便攜式保溫杯/壺的研究與發展應當著眼消費者生活方式，以根本需求為中心，綜合考慮美學、心理學、材料學、人機工程學、行為學等理論，在完善其基本保溫功能的基礎之上，加以優化和創新，謀求功能更加多樣化、復合化，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。

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