一種戶外淨水杯的製作方法

2023-05-30 20:48:11 2

本發明屬於水杯技術領域，具體地說，是涉及一種戶外淨水杯。

背景技術：

隨著生活品質的提高，外出旅遊、探險等成為很多人喜愛的戶外運動。戶外淨水杯是這些戶外活動的必要用品之一，但目前的戶外淨水杯功能比較單一， 無法滿足用戶的需求。

技術實現要素：

本發明提供了一種戶外淨水杯，解決了現有技術中存在的功能單一的問題。

為了解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現：

一種戶外淨水杯，包括杯蓋、杯體、杯座，所述杯蓋與杯體連接，所述杯座與杯體連接；在所述杯蓋內安裝有凹面鏡，所述杯體由內及外依次設置為內膽、半導體製冷片、隔熱層、薄膜太陽能電池，在所述杯體內設置有滅菌元件和電解棒；在所述杯座內設置有控制單元、定位單元、無線通信單元、LED燈、電池，所述控制單元分別與所述半導體製冷片、滅菌元件、電解棒、定位單元、LED燈連接；所述定位單元獲取方位信息，並傳輸至所述無線通信單元，經所述無線通信單元向外發送；所述薄膜太陽能電池為所述電池充電，所述電池為所述控制單元、半導體製冷片、滅菌元件、電解棒、定位單元、無線通信單元、LED燈供電。

進一步的，所述滅菌元件包括兩個平行且間隔布設的泡沫電極，每個泡沫電極均包括具有透水性的導電高分子泡沫材料以及由一維貴金屬納米材料在泡沫材料表面形成的分立芒刺；其中一個泡沫電極與電池正極連接，另一個泡沫電極與電池負極連接，所述控制單元控制電池與泡沫電極之間供電線路的通斷；供電線路導通後，兩個泡沫電極之間形成電場，電場方向與水體流動方向平行。

又進一步的，所述泡沫材料為具有耐水性的、孔徑大於50mm的聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫，所述一維貴金屬納米材料為一維銀納米材料。

更進一步的，所述滅菌元件還包括設置在兩個泡沫電極之間、用於保持兩個泡沫電極間距的絕緣支撐結構。

優選的，兩個所述的泡沫電極之間的間距為5mm-15mm。

進一步的，所述滅菌元件與所述內膽可拆卸式連接。

又進一步的，在每個泡沫電極上均設置有至少一個導電彈簧片，所述電池通過所述導電彈簧片為泡沫電極供電；在所述內膽上開設有與所述導電彈簧片適配的安裝槽，導電彈簧片安裝在對應的安裝槽中。

再進一步的，每個泡沫電極均為圓形，在每個泡沫電極上均設置有兩個所述的導電彈簧片。

更進一步的，在所述杯體上還設置有控制面板，在所述控制面板上集成有多個控制按鍵，每個控制按鍵分別與所述控制單元連接。

優選的，在所述杯座內還設置有用於檢測電池剩餘電量的電量檢測單元，所述控制單元控制電量檢測單元的運行。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明的戶外淨水杯實現了飲用水滅菌功能、水/食物的加熱/製冷功能、水/食物的煮沸功能、富氫水製作功能、遇險時的定位報警功能、黑暗中的照明功能、生火功能等，功能比較豐富，在保障野外用水安全的同時，滿足了戶外運動的多種需求；結構簡單、體積及重量小，減少了戶外活動所攜帶的設備種類和重量，使用方便，保障了戶外人員的身體健康和安全，提高了戶外人員的舒適性和便捷性，提高了戶外生活品質。

結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述後，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1是本發明所提出的戶外淨水杯的一個實施例的結構示意圖；

圖2是圖1中A的放大圖；

圖3是本發明所提出的戶外淨水杯的電路結構框圖；

圖4是圖1中滅菌元件的原理示意圖；

圖5是圖1中滅菌元件的部分結構示意圖；

圖6是圖5中泡沫電極的微觀示意圖；

圖7是圖1中滅菌元件的泡沫電極的結構示意圖。

附圖標記：

1、杯蓋；2、杯體；3、杯座；

4、滅菌元件；4-1、泡沫電極；4-1-1、泡沫材料；4-1-2、芒刺；4-2、電場；5、觀察窗；6、最高水位線；7、最低水位線；8、控制面板；9、電解棒；

10、內膽；11、半導體製冷片；12、隔熱層；13、薄膜太陽能電池；14、防水耐刮擦貼膜；15、導電彈簧片。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細地說明。

實施例一、本實施例的戶外淨水杯主要包括杯蓋1、杯體2、杯座3等，杯蓋1與杯體2通過螺紋緊密連接，形成良好密封空間，杯座3與杯體2連接；在杯蓋1內安裝有凹面鏡，杯體2由內及外依次設置為內膽10、半導體製冷片11、隔熱層12、薄膜太陽能電池13，在杯體2內設置有滅菌元件4、電解棒9；在杯座3內設置有控制單元、定位單元、無線通信單元、LED燈、電池，控制單元分別與半導體製冷片、滅菌元件、電解棒、定位單元、LED燈連接，定位單元獲取自身方位信息，傳輸給無線通信單元，並通過無線通信單元向外發送；薄膜太陽能電池13與電池連接，為電池充電，電池為控制單元、半導體製冷片、滅菌元件、電解棒、定位單元、無線通信單元、LED燈等戶外淨水杯的各個用電器件供電，參見圖1至圖3所示。

為了便於控制各種功能，在杯體2上還設置有控制面板8，在控制面板8上集成了多個控制按鍵，如開關按鍵、滅菌按鍵、加熱/製冷按鍵、煮沸按鍵、富氫水製作按鍵、報警按鍵、照明按鍵等，每個控制按鍵分別與控制單元電連接。

下面具體介紹戶外淨水杯的各個功能。

按一下開關按鍵，電池與控制單元之間的供電線路導通，淨水杯處於上電狀態；再按一下開關按鍵，淨水杯的各用電器件斷電，淨水杯處於斷電狀態。

滅菌功能：滅菌元件4設置在杯體2上部，即杯體2的杯口處，在淨水杯上電狀態下，按一下滅菌按鍵，控制單元接收到該按鍵信息後，控制電池與滅菌元件之間的供電線路導通，滅菌元件通電，處於工作狀態，此時向杯體2內加水，水流經滅菌元件時，有害微生物被滅殺；再按一下滅菌按鍵，控制單元控制電池與滅菌元件之間的供電線路斷開，滅菌元件斷電。滅菌元件保證了水體安全，提高了用戶的用水安全。

為了便於觀察杯體2內的水量，在杯體2上還設置有觀察窗5，觀察窗5為透明的玻璃或塑料材質。在觀察窗5上還設置有最低水位線7和最高水位線6，用於控制杯體2內的水量；在向杯體2內加水時，使得杯體2內的水位不得低於最低水位線7、不得高於最高水位線6。

加熱/製冷功能：在淨水杯上電狀態下，按一下加熱/製冷按鍵，控制單元控制半導體製冷片進入加熱模式；再按一下加熱/製冷按鍵，控制單元控制半導體製冷片進入製冷模式；再按一下加熱/製冷按鍵，控制單元控制半導體製冷片斷電。

半導體製冷片11環繞在內膽10外側，當控制單元控制電池對半導體製冷片11加上正向電壓時，半導體製冷片11與內膽10接觸的一側制熱，與隔熱層12接觸的一側製冷，進入制熱模式，實現對內膽10內的水/食物加熱；當控制單元控制電池對半導體製冷片11加上反向電壓時，半導體製冷片11與內膽10接觸的一側製冷，與隔熱層12接觸的一側制熱，進入製冷模式，實現對內膽10內的水/食物製冷。由於滅菌元件4與內膽10可拆卸式連接，可以將滅菌元件4拆下，將食物放入內膽10中。

採用半導體製冷片11作為熱量傳遞器件，不需要任何製冷劑，可連續工作，沒有汙染源，沒有旋轉部件，不會產生迴轉效應，沒有滑動部件，工作時沒有震動、噪音、壽命長；既能製冷，又能加熱，熱慣性非常小，製冷制熱時間很快，效率高。

在加熱/製冷模式下，可通過控制面板8上的上箭頭按鍵和下箭頭按鍵設置加熱/製冷溫度，並將該設置溫度發送至控制單元。在內膽10內設置有溫度傳感器，用於感應內膽10內的溫度，溫度傳感器與控制單元連接，將感應信號發送至控制單元。當內膽10內的溫度達到設置溫度時自動保溫。

煮沸功能：作為加熱功能的進一步延伸，按下煮沸按鍵，控制單元控制半導體製冷片11進入加熱模式，並持續加熱直至水沸。

富氫水製作功能：在淨水杯上電狀態下，蓋好杯蓋1，按一下富氫水製作按鍵，控制單元接收到該按鍵信號後，控制電池與電解棒9之間的供電線路導通，電解棒9通電工作，製作富氫水。富氫水具有弱鹼性和小分子結構，有利於人體健康，並可針對某些疾病具有輔助治療效果。

定位報警功能：在淨水杯上電狀態下，按一下報警按鍵，控制單元控制定位單元獲取方位信息，傳輸至無線通信單元，通過無線通信單元向外發送，如發送至110報警中心等，等待救援，提高人身安全。

照明功能：在淨水杯上電狀態下，按一下照明按鍵，控制單元控制電池與LED燈之間的供電線路導通，LED燈亮。再按一下照明按鍵，控制單元控制電池與LED燈之間的供電線路斷開，LED燈滅。

生火功能：凹面鏡與杯蓋1可拆卸式連接，在光照良好、適宜生火的情況下，將凹面鏡單獨取下，用於聚焦太陽能，引燃易燃物，使得用戶可以野外生火，用於取暖或警示，提高用戶野外生存安全性。

本實施例的戶外淨水杯實現了飲用水滅菌功能、水/食物的加熱/製冷功能、水/食物的煮沸功能、富氫水製作功能、遇險時的定位報警功能、黑暗中的照明功能、生火功能等，功能比較豐富，在保障野外用水安全的同時，滿足了戶外運動的多種需求；結構簡單、體積及重量小，減少了戶外活動所攜帶的設備種類和重量，使用方便，保障了戶外人員的身體健康和安全，提高了戶外人員的舒適性和便捷性，提高了戶外生活品質。

薄膜太陽能電池13環繞在隔熱層12外側，用於將太陽能轉化為電能，並傳輸至電池，為電池充電。通過設置薄膜太陽能電池13，充分利用太陽能，節能環保。為保護薄膜太陽能電池13不受損害，在薄膜太陽能電池13外側設置有防水耐刮擦貼膜14。

為了便於外部電源為電池充電，在杯座3上還設置有充電埠，充電埠包括USB充電埠和三插口充電埠，外部移動電源可通過USB充電埠為電池充電，外部固定電源可通過三插口充電埠為電池充電。

電池可採用移動電源、固定電源、太陽能供電，提高了能源供應的可靠性，保證了戶外淨水杯的正常使用。

在本實施例中，電池選擇為大容量鋰離子電池，保證淨水杯的用電需求。在本實施例中，電池電壓為5V。

為避免杯座3內的電子器件受潮，在杯座3內還設置有防水罩，控制單元、電池等安裝在防水罩內。

為了便於獲知電池的剩餘電量，在底座3內還設置有電量檢測單元，用於檢測電池剩餘電量，控制單元與電量檢測單元連接，控制電量檢測單元的運行。在控制面板8上設置有電量提醒按鍵，按一下電量提醒按鍵，控制單元接收到該按鍵信號後，控制電量檢測單元檢測電池的剩餘電量，並實時提示用戶。

內膽10由不鏽鋼材質製成，具有良好的導熱性能。隔熱層12選用真空隔熱層，具有良好的隔熱性能。

在本實施例中，滅菌元件4主要包括兩個泡沫電極4-1，兩個泡沫電極4-1平行且間隔布設，每個泡沫電極4-1均包括具有透水性的導電高分子泡沫材料4-1-1和由一維貴金屬納米材料在泡沫材料表面形成的分立芒刺4-1-2，其中一個泡沫電極4-1與電池正極連接，作為陽極，另一個泡沫電極4-1與電池負極連接，作為陰極；控制單元控制電池與泡沫電極4-1之間供電線路的通斷，當供電線路導通後，兩個泡沫電極4-1之間形成電場，電場方向與水體流動方向平行，參見圖4至圖6所示。

在本實施例中，兩個泡沫電極4-1之間的間隔為5mm-15mm，以保證兩個泡沫電極4-1形成的電場長度足夠，從而保證滅菌效果。

在滅菌元件4中還設置有絕緣支撐結構，絕緣支撐結構設置在兩個泡沫電極4-1之間，用於保持兩個泡沫電極4-1之間的間距。

供電線路導通後，兩個平行的泡沫電極4-1之間形成電場，水體依次穿過其中一個泡沫電極、電場、另一個泡沫電極，水體流動方向與電場方向平行，即水體流動方向與電場方向相同或相反，圖4中的箭頭方向即為水體流動方向。

作為本實施例的一種優選設計方案，泡沫材料優選為具有耐水性的、孔徑大於50mm的聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫，一維貴金屬納米材料優選為一維銀納米材料。

泡沫電極4-1的形狀可根據實際需要進行設計，如設計為圓形、方形等，在本實施例中，每個泡沫電極4-1均設計為圓形，參見圖7所示。

為了實現滅菌元件4與內膽10的可拆卸式連接，在每個泡沫電極4-1上均設置有至少一個導電彈簧片15，電池通過導電彈簧片15為泡沫電極4-1供電。在內膽10的內側壁上開設有與導電彈簧片14適配的安裝槽，導電彈簧片14安裝在對應的安裝槽中，實現泡沫電極4-1與內膽10的連接。

需要將滅菌元件4拆下時，壓縮導電彈簧片15，使得導電彈簧片15從對應的安裝槽中脫離，即可將滅菌元件4拆下。

在本實施例中，在每個泡沫電極4-1上均設置有兩個導電彈簧片15，則在內膽內側壁上共需開設4個安裝槽，其中兩個安裝槽用於安裝其中一個泡沫電極，另兩個安裝槽用於安裝另一個泡沫電極。

每個泡沫電極4-1上的兩個導電彈簧片15對稱布設，且兩個導電彈簧片15的位置連線穿過泡沫電極的圓心，以保證泡沫電極4-1與內膽的連接穩定性。

在現有技術中，戶外淨水杯中的滅菌裝置多利用濾膜和紫外線過濾、殺菌，但殺菌效率低、殺菌效果不好。殺菌效果較好的一種技術是電穿孔滅菌，電穿孔滅菌是應用強電場直接滅菌，由於強電場的作用使得細菌細胞膜的磷脂雙分子層及蛋白質失穩，因此細胞透過性和導電性發生較大變化，小分子的物質能夠自由透過細胞膜進入細胞內，從而引起細胞膜的膨脹破裂，如果細胞膜破壞嚴重則會導致細菌等微生物的立即死亡。電穿孔技術可殺滅水體中的細菌、原生動物和病毒，且不會產生有害的化學副產物。電穿孔技術簡便易用，水體中微生物的去除率可達到99.9%，但所需要的電壓高達103-105伏特，能量消耗較大，也存在操作安全風險；現有戶外淨水杯無法提供該技術所需的高電壓。

本實施例的滅菌元件，由一維貴金屬納米材料在泡沫材料4-1-1表面形成的分立芒刺4-1-2具有良好的導電性，一方面會將電場強度提高几個數量級，達到電穿孔滅菌所需電場強度，不僅滅菌效率高，且大幅度降低了對電源電壓的要求，所需電源電壓較低，極易滿足，戶外淨水杯中的電池電壓即可滿足需求，無需線路改造，顯著降低能耗，保障操作安全，由於遠小於人體安全電壓，既降低了能耗，又提高了操作安全性；另一方面，分立芒刺4-1-2尖端形成超高電壓（非電場）環境，高電壓產生的局部高溫以及與水作用產生羥基自由基等強氧化性物質可直接作用細菌體或進入細菌內部，使細菌體蛋白質變性失活、阻斷DNA複製、氧化呼吸酶，導致細菌死亡，不會產生有害化學副產物，安全無害；由於泡沫電極包括泡沫材料和一維貴金屬納米材料，即使與電源正極直接連接，也不會發生陽極溶解現象，避免由於陽極溶解現象對人體健康造成嚴重影響。

因此，本實施例的滅菌元件集成了電穿孔滅菌、熱滅菌、化學氧化滅菌原理，對細胞膜、細胞壁、蛋白質、DNA等多個細胞器進行破壞，殺滅有害微生物，成本低，滅菌效果好、滅菌時間短，具有高效、節能、操作安全、結構簡單等顯著特點；且由於泡沫材料和一維貴金屬納米材料成本較低，降低了泡沫電極的成本，從而降低了滅菌元件的成本。

本實施例的滅菌元件可普遍適用於其他水處理裝置或設備。

製備上述泡沫電極的步驟為：

（1）將硝酸銀和十二烷基磺酸鈉溶於去離子水中，形成溶液，溶液中硝酸銀的濃度為4mmol/L、十二烷基磺酸鈉的濃度為20mmol/L。

（2）將具有耐水性的、孔徑大於50mm的聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫浸於上述溶液中，超聲處理20-30分鐘。

（3）在800-1200轉/分鐘的磁力攪拌下，取10 mmol/L的檸檬酸三鈉水溶液80-120 mL加入到1L的上述溶液中，於80-100℃溫度條件下保溫1-2小時。

（4）取出上述的聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫，用去離子水洗滌直至洗滌廢水變為無色，在60℃的真空條件下乾燥，並按照一定規格進行切割，製成所需的泡沫電極。

經過以上步驟，銀離子被檸檬酸三鈉還原，在聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫表面原位形成晶核，作為助劑的十二烷基磺酸鈉引導銀團簇沿一維軸向生長為銀納米線或納米棒結構。由於空間位阻作用，一維銀納米材料在泡沫表面形成納米級的分立芒刺。

將兩個切割好的泡沫電極（如切割成圓形或方形的泡沫電極）分別與電源正負極連接，平行且間隔布設即可得到滅菌元件。

通過上述步驟製成的泡沫電極，具有良好的耐水性和導電性。由該泡沫電極製成的滅菌元件，由於分立芒刺具有良好的導電性，會將電場強度提高几個數量級，達到電穿孔滅菌所需電場強度，不僅滅菌效率高，且大幅度降低了對電源電壓的要求，所需電源電壓較低，顯著降低能耗，保障操作安全；分立芒刺尖端形成超高電壓（非電場）環境，高電壓產生的局部高溫以及與水作用產生羥基自由基等強氧化性物質可直接作用細菌體或進入細菌內部，使細菌體蛋白質變性失活、阻斷DNA複製、氧化呼吸酶，導致細菌死亡，不會產生有害化學副產物，安全無害；該泡沫電極與電源正極直接連接也不會發生陽極溶解現象，避免由於陽極溶解現象對人體健康造成嚴重影響。

本實施例的泡沫電極製備方法，製作工藝十分簡單，降低了製作成本；且由於聚吡咯/聚氨酯導電複合泡沫和一維銀納米材料成本較低，降低了泡沫電極的成本，進而降低了滅菌元件的成本。

由於滅菌元件所需電源電壓較低，顯著降低能耗，避免了操作方面的安全隱患，提高了用水安全；且由於滅菌元件對電源電壓要求較低，極易滿足，使用電池作為供電電源即可，使用方便；該滅菌元件滅菌效率高，且不會產生有害化學副產物，安全無害，保障了用水安全；滅菌元件成本較低，顯著降低了具有滅菌功能的戶外淨水杯的成本，提高了市場競爭力。

本實施例的戶外淨水杯，由於採用了所述的滅菌元件，實現了水體中有害微生物的殺滅功能，滅菌效率高，保障了用水安全和身體健康，節能降耗、成本較低、使用安全、操作便利，提高了戶外飲水安全性。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和範圍。