一种户外净水杯的制作方法

本发明属于水杯技术领域，具体地说，是涉及一种户外净水杯。

背景技术：

随着生活品质的提高，外出旅游、探险等成为很多人喜爱的户外运动。户外净水杯是这些户外活动的必要用品之一，但目前的户外净水杯功能比较单一， 无法满足用户的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种户外净水杯，解决了现有技术中存在的功能单一的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种户外净水杯，包括杯盖、杯体、杯座，所述杯盖与杯体连接，所述杯座与杯体连接；在所述杯盖内安装有凹面镜，所述杯体由内及外依次设置为内胆、半导体制冷片、隔热层、薄膜太阳能电池，在所述杯体内设置有灭菌元件和电解棒；在所述杯座内设置有控制单元、定位单元、无线通信单元、LED灯、电池，所述控制单元分别与所述半导体制冷片、灭菌元件、电解棒、定位单元、LED灯连接；所述定位单元获取方位信息，并传输至所述无线通信单元，经所述无线通信单元向外发送；所述薄膜太阳能电池为所述电池充电，所述电池为所述控制单元、半导体制冷片、灭菌元件、电解棒、定位单元、无线通信单元、LED灯供电。

进一步的，所述灭菌元件包括两个平行且间隔布设的泡沫电极，每个泡沫电极均包括具有透水性的导电高分子泡沫材料以及由一维贵金属纳米材料在泡沫材料表面形成的分立芒刺；其中一个泡沫电极与电池正极连接，另一个泡沫电极与电池负极连接，所述控制单元控制电池与泡沫电极之间供电线路的通断；供电线路导通后，两个泡沫电极之间形成电场，电场方向与水体流动方向平行。

又进一步的，所述泡沫材料为具有耐水性的、孔径大于50mm的聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫，所述一维贵金属纳米材料为一维银纳米材料。

更进一步的，所述灭菌元件还包括设置在两个泡沫电极之间、用于保持两个泡沫电极间距的绝缘支撑结构。

优选的，两个所述的泡沫电极之间的间距为5mm-15mm。

进一步的，所述灭菌元件与所述内胆可拆卸式连接。

又进一步的，在每个泡沫电极上均设置有至少一个导电弹簧片，所述电池通过所述导电弹簧片为泡沫电极供电；在所述内胆上开设有与所述导电弹簧片适配的安装槽，导电弹簧片安装在对应的安装槽中。

再进一步的，每个泡沫电极均为圆形，在每个泡沫电极上均设置有两个所述的导电弹簧片。

更进一步的，在所述杯体上还设置有控制面板，在所述控制面板上集成有多个控制按键，每个控制按键分别与所述控制单元连接。

优选的，在所述杯座内还设置有用于检测电池剩余电量的电量检测单元，所述控制单元控制电量检测单元的运行。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的户外净水杯实现了饮用水灭菌功能、水/食物的加热/制冷功能、水/食物的煮沸功能、富氢水制作功能、遇险时的定位报警功能、黑暗中的照明功能、生火功能等，功能比较丰富，在保障野外用水安全的同时，满足了户外运动的多种需求；结构简单、体积及重量小，减少了户外活动所携带的设备种类和重量，使用方便，保障了户外人员的身体健康和安全，提高了户外人员的舒适性和便捷性，提高了户外生活品质。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的户外净水杯的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中A的放大图；

图3是本发明所提出的户外净水杯的电路结构框图；

图4是图1中灭菌元件的原理示意图；

图5是图1中灭菌元件的部分结构示意图；

图6是图5中泡沫电极的微观示意图；

图7是图1中灭菌元件的泡沫电极的结构示意图。

附图标记：

1、杯盖；2、杯体；3、杯座；

4、灭菌元件；4-1、泡沫电极；4-1-1、泡沫材料；4-1-2、芒刺；4-2、电场；5、观察窗；6、最高水位线；7、最低水位线；8、控制面板；9、电解棒；

10、内胆；11、半导体制冷片；12、隔热层；13、薄膜太阳能电池；14、防水耐刮擦贴膜；15、导电弹簧片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一、本实施例的户外净水杯主要包括杯盖1、杯体2、杯座3等，杯盖1与杯体2通过螺纹紧密连接，形成良好密封空间，杯座3与杯体2连接；在杯盖1内安装有凹面镜，杯体2由内及外依次设置为内胆10、半导体制冷片11、隔热层12、薄膜太阳能电池13，在杯体2内设置有灭菌元件4、电解棒9；在杯座3内设置有控制单元、定位单元、无线通信单元、LED灯、电池，控制单元分别与半导体制冷片、灭菌元件、电解棒、定位单元、LED灯连接，定位单元获取自身方位信息，传输给无线通信单元，并通过无线通信单元向外发送；薄膜太阳能电池13与电池连接，为电池充电，电池为控制单元、半导体制冷片、灭菌元件、电解棒、定位单元、无线通信单元、LED灯等户外净水杯的各个用电器件供电，参见图1至图3所示。

为了便于控制各种功能，在杯体2上还设置有控制面板8，在控制面板8上集成了多个控制按键，如开关按键、灭菌按键、加热/制冷按键、煮沸按键、富氢水制作按键、报警按键、照明按键等，每个控制按键分别与控制单元电连接。

下面具体介绍户外净水杯的各个功能。

按一下开关按键，电池与控制单元之间的供电线路导通，净水杯处于上电状态；再按一下开关按键，净水杯的各用电器件断电，净水杯处于断电状态。

灭菌功能：灭菌元件4设置在杯体2上部，即杯体2的杯口处，在净水杯上电状态下，按一下灭菌按键，控制单元接收到该按键信息后，控制电池与灭菌元件之间的供电线路导通，灭菌元件通电，处于工作状态，此时向杯体2内加水，水流经灭菌元件时，有害微生物被灭杀；再按一下灭菌按键，控制单元控制电池与灭菌元件之间的供电线路断开，灭菌元件断电。灭菌元件保证了水体安全，提高了用户的用水安全。

为了便于观察杯体2内的水量，在杯体2上还设置有观察窗5，观察窗5为透明的玻璃或塑料材质。在观察窗5上还设置有最低水位线7和最高水位线6，用于控制杯体2内的水量；在向杯体2内加水时，使得杯体2内的水位不得低于最低水位线7、不得高于最高水位线6。

加热/制冷功能：在净水杯上电状态下，按一下加热/制冷按键，控制单元控制半导体制冷片进入加热模式；再按一下加热/制冷按键，控制单元控制半导体制冷片进入制冷模式；再按一下加热/制冷按键，控制单元控制半导体制冷片断电。

半导体制冷片11环绕在内胆10外侧，当控制单元控制电池对半导体制冷片11加上正向电压时，半导体制冷片11与内胆10接触的一侧制热，与隔热层12接触的一侧制冷，进入制热模式，实现对内胆10内的水/食物加热；当控制单元控制电池对半导体制冷片11加上反向电压时，半导体制冷片11与内胆10接触的一侧制冷，与隔热层12接触的一侧制热，进入制冷模式，实现对内胆10内的水/食物制冷。由于灭菌元件4与内胆10可拆卸式连接，可以将灭菌元件4拆下，将食物放入内胆10中。

采用半导体制冷片11作为热量传递器件，不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源，没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件，工作时没有震动、噪音、寿命长；既能制冷，又能加热，热惯性非常小，制冷制热时间很快，效率高。

在加热/制冷模式下，可通过控制面板8上的上箭头按键和下箭头按键设置加热/制冷温度，并将该设置温度发送至控制单元。在内胆10内设置有温度传感器，用于感应内胆10内的温度，温度传感器与控制单元连接，将感应信号发送至控制单元。当内胆10内的温度达到设置温度时自动保温。

煮沸功能：作为加热功能的进一步延伸，按下煮沸按键，控制单元控制半导体制冷片11进入加热模式，并持续加热直至水沸。

富氢水制作功能：在净水杯上电状态下，盖好杯盖1，按一下富氢水制作按键，控制单元接收到该按键信号后，控制电池与电解棒9之间的供电线路导通，电解棒9通电工作，制作富氢水。富氢水具有弱碱性和小分子结构，有利于人体健康，并可针对某些疾病具有辅助治疗效果。

定位报警功能：在净水杯上电状态下，按一下报警按键，控制单元控制定位单元获取方位信息，传输至无线通信单元，通过无线通信单元向外发送，如发送至110报警中心等，等待救援，提高人身安全。

照明功能：在净水杯上电状态下，按一下照明按键，控制单元控制电池与LED灯之间的供电线路导通，LED灯亮。再按一下照明按键，控制单元控制电池与LED灯之间的供电线路断开，LED灯灭。

生火功能：凹面镜与杯盖1可拆卸式连接，在光照良好、适宜生火的情况下，将凹面镜单独取下，用于聚焦太阳能，引燃易燃物，使得用户可以野外生火，用于取暖或警示，提高用户野外生存安全性。

本实施例的户外净水杯实现了饮用水灭菌功能、水/食物的加热/制冷功能、水/食物的煮沸功能、富氢水制作功能、遇险时的定位报警功能、黑暗中的照明功能、生火功能等，功能比较丰富，在保障野外用水安全的同时，满足了户外运动的多种需求；结构简单、体积及重量小，减少了户外活动所携带的设备种类和重量，使用方便，保障了户外人员的身体健康和安全，提高了户外人员的舒适性和便捷性，提高了户外生活品质。

薄膜太阳能电池13环绕在隔热层12外侧，用于将太阳能转化为电能，并传输至电池，为电池充电。通过设置薄膜太阳能电池13，充分利用太阳能，节能环保。为保护薄膜太阳能电池13不受损害，在薄膜太阳能电池13外侧设置有防水耐刮擦贴膜14。

为了便于外部电源为电池充电，在杯座3上还设置有充电端口，充电端口包括USB充电端口和三插口充电端口，外部移动电源可通过USB充电端口为电池充电，外部固定电源可通过三插口充电端口为电池充电。

电池可采用移动电源、固定电源、太阳能供电，提高了能源供应的可靠性，保证了户外净水杯的正常使用。

在本实施例中，电池选择为大容量锂离子电池，保证净水杯的用电需求。在本实施例中，电池电压为5V。

为避免杯座3内的电子器件受潮，在杯座3内还设置有防水罩，控制单元、电池等安装在防水罩内。

为了便于获知电池的剩余电量，在底座3内还设置有电量检测单元，用于检测电池剩余电量，控制单元与电量检测单元连接，控制电量检测单元的运行。在控制面板8上设置有电量提醒按键，按一下电量提醒按键，控制单元接收到该按键信号后，控制电量检测单元检测电池的剩余电量，并实时提示用户。

内胆10由不锈钢材质制成，具有良好的导热性能。隔热层12选用真空隔热层，具有良好的隔热性能。

在本实施例中，灭菌元件4主要包括两个泡沫电极4-1，两个泡沫电极4-1平行且间隔布设，每个泡沫电极4-1均包括具有透水性的导电高分子泡沫材料4-1-1和由一维贵金属纳米材料在泡沫材料表面形成的分立芒刺4-1-2，其中一个泡沫电极4-1与电池正极连接，作为阳极，另一个泡沫电极4-1与电池负极连接，作为阴极；控制单元控制电池与泡沫电极4-1之间供电线路的通断，当供电线路导通后，两个泡沫电极4-1之间形成电场，电场方向与水体流动方向平行，参见图4至图6所示。

在本实施例中，两个泡沫电极4-1之间的间隔为5mm-15mm，以保证两个泡沫电极4-1形成的电场长度足够，从而保证灭菌效果。

在灭菌元件4中还设置有绝缘支撑结构，绝缘支撑结构设置在两个泡沫电极4-1之间，用于保持两个泡沫电极4-1之间的间距。

供电线路导通后，两个平行的泡沫电极4-1之间形成电场，水体依次穿过其中一个泡沫电极、电场、另一个泡沫电极，水体流动方向与电场方向平行，即水体流动方向与电场方向相同或相反，图4中的箭头方向即为水体流动方向。

作为本实施例的一种优选设计方案，泡沫材料优选为具有耐水性的、孔径大于50mm的聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫，一维贵金属纳米材料优选为一维银纳米材料。

泡沫电极4-1的形状可根据实际需要进行设计，如设计为圆形、方形等，在本实施例中，每个泡沫电极4-1均设计为圆形，参见图7所示。

为了实现灭菌元件4与内胆10的可拆卸式连接，在每个泡沫电极4-1上均设置有至少一个导电弹簧片15，电池通过导电弹簧片15为泡沫电极4-1供电。在内胆10的内侧壁上开设有与导电弹簧片14适配的安装槽，导电弹簧片14安装在对应的安装槽中，实现泡沫电极4-1与内胆10的连接。

需要将灭菌元件4拆下时，压缩导电弹簧片15，使得导电弹簧片15从对应的安装槽中脱离，即可将灭菌元件4拆下。

在本实施例中，在每个泡沫电极4-1上均设置有两个导电弹簧片15，则在内胆内侧壁上共需开设4个安装槽，其中两个安装槽用于安装其中一个泡沫电极，另两个安装槽用于安装另一个泡沫电极。

每个泡沫电极4-1上的两个导电弹簧片15对称布设，且两个导电弹簧片15的位置连线穿过泡沫电极的圆心，以保证泡沫电极4-1与内胆的连接稳定性。

在现有技术中，户外净水杯中的灭菌装置多利用滤膜和紫外线过滤、杀菌，但杀菌效率低、杀菌效果不好。杀菌效果较好的一种技术是电穿孔灭菌，电穿孔灭菌是应用强电场直接灭菌，由于强电场的作用使得细菌细胞膜的磷脂双分子层及蛋白质失稳，因此细胞透过性和导电性发生较大变化，小分子的物质能够自由透过细胞膜进入细胞内，从而引起细胞膜的膨胀破裂，如果细胞膜破坏严重则会导致细菌等微生物的立即死亡。电穿孔技术可杀灭水体中的细菌、原生动物和病毒，且不会产生有害的化学副产物。电穿孔技术简便易用，水体中微生物的去除率可达到99.9%，但所需要的电压高达10³-10⁵伏特，能量消耗较大，也存在操作安全风险；现有户外净水杯无法提供该技术所需的高电压。

本实施例的灭菌元件，由一维贵金属纳米材料在泡沫材料4-1-1表面形成的分立芒刺4-1-2具有良好的导电性，一方面会将电场强度提高几个数量级，达到电穿孔灭菌所需电场强度，不仅灭菌效率高，且大幅度降低了对电源电压的要求，所需电源电压较低，极易满足，户外净水杯中的电池电压即可满足需求，无需线路改造，显著降低能耗，保障操作安全，由于远小于人体安全电压，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尖端形成超高电压（非电场）环境，高电压产生的局部高温以及与水作用产生羟基自由基等强氧化性物质可直接作用细菌体或进入细菌内部，使细菌体蛋白质变性失活、阻断DNA复制、氧化呼吸酶，导致细菌死亡，不会产生有害化学副产物，安全无害；由于泡沫电极包括泡沫材料和一维贵金属纳米材料，即使与电源正极直接连接，也不会发生阳极溶解现象，避免由于阳极溶解现象对人体健康造成严重影响。

因此，本实施例的灭菌元件集成了电穿孔灭菌、热灭菌、化学氧化灭菌原理，对细胞膜、细胞壁、蛋白质、DNA等多个细胞器进行破坏，杀灭有害微生物，成本低，灭菌效果好、灭菌时间短，具有高效、节能、操作安全、结构简单等显著特点；且由于泡沫材料和一维贵金属纳米材料成本较低，降低了泡沫电极的成本，从而降低了灭菌元件的成本。

本实施例的灭菌元件可普遍适用于其他水处理装置或设备。

制备上述泡沫电极的步骤为：

（1）将硝酸银和十二烷基磺酸钠溶于去离子水中，形成溶液，溶液中硝酸银的浓度为4mmol/L、十二烷基磺酸钠的浓度为20mmol/L。

（2）将具有耐水性的、孔径大于50mm的聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫浸于上述溶液中，超声处理20-30分钟。

（3）在800-1200转/分钟的磁力搅拌下，取10 mmol/L的柠檬酸三钠水溶液80-120 mL加入到1L的上述溶液中，于80-100℃温度条件下保温1-2小时。

（4）取出上述的聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫，用去离子水洗涤直至洗涤废水变为无色，在60℃的真空条件下干燥，并按照一定规格进行切割，制成所需的泡沫电极。

经过以上步骤，银离子被柠檬酸三钠还原，在聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫表面原位形成晶核，作为助剂的十二烷基磺酸钠引导银团簇沿一维轴向生长为银纳米线或纳米棒结构。由于空间位阻作用，一维银纳米材料在泡沫表面形成纳米级的分立芒刺。

将两个切割好的泡沫电极（如切割成圆形或方形的泡沫电极）分别与电源正负极连接，平行且间隔布设即可得到灭菌元件。

通过上述步骤制成的泡沫电极，具有良好的耐水性和导电性。由该泡沫电极制成的灭菌元件，由于分立芒刺具有良好的导电性，会将电场强度提高几个数量级，达到电穿孔灭菌所需电场强度，不仅灭菌效率高，且大幅度降低了对电源电压的要求，所需电源电压较低，显著降低能耗，保障操作安全；分立芒刺尖端形成超高电压（非电场）环境，高电压产生的局部高温以及与水作用产生羟基自由基等强氧化性物质可直接作用细菌体或进入细菌内部，使细菌体蛋白质变性失活、阻断DNA复制、氧化呼吸酶，导致细菌死亡，不会产生有害化学副产物，安全无害；该泡沫电极与电源正极直接连接也不会发生阳极溶解现象，避免由于阳极溶解现象对人体健康造成严重影响。

本实施例的泡沫电极制备方法，制作工艺十分简单，降低了制作成本；且由于聚吡咯/聚氨酯导电复合泡沫和一维银纳米材料成本较低，降低了泡沫电极的成本，进而降低了灭菌元件的成本。

由于灭菌元件所需电源电压较低，显著降低能耗，避免了操作方面的安全隐患，提高了用水安全；且由于灭菌元件对电源电压要求较低，极易满足，使用电池作为供电电源即可，使用方便；该灭菌元件灭菌效率高，且不会产生有害化学副产物，安全无害，保障了用水安全；灭菌元件成本较低，显著降低了具有灭菌功能的户外净水杯的成本，提高了市场竞争力。

本实施例的户外净水杯，由于采用了所述的灭菌元件，实现了水体中有害微生物的杀灭功能，灭菌效率高，保障了用水安全和身体健康，节能降耗、成本较低、使用安全、操作便利，提高了户外饮水安全性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。