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保温瓶由内胆、外壳和附加部件组成。
内胆由内外两个玻璃瓶组合而成。两者在瓶口处连接成一体，两瓶壁间隙抽成真空以削弱热对流，玻璃瓶壁表面镀光亮银膜，反射红外热辐射线。瓶内高温时，内容物的热能不向外辐射；瓶内低温时，瓶外热能不向瓶内辐射。保温瓶有效地控制了传导、热对流和辐射3种传热的途径。
保温瓶保温的薄弱处是瓶口。在玻璃内外瓶瓶口连接处有热量传导，瓶口通常靠软木塞或塑胶塞阻挡热散失。因而保温瓶容量越大、瓶口越小，则保温效能越高。瓶壁夹层高度真空的长久保持极为重要。如果夹层中渐渐充气或损坏封没的抽气小尾，破坏夹层真空状态，保温瓶胆即丧失保温效能。
保温瓶胆除采取玻璃材质制成外，还有采用不锈钢或无毒无臭的塑料做成。金属瓶胆坚固耐用，不易损坏，但导热率远大于玻璃，制成的瓶胆保温效能稍差。用塑料制成的单层或双层壁容器，填充泡沫塑料隔热，轻巧方便，不易破碎，但其保温效能比真空瓶胆差。
外壳具有一定的强度，以保护内胆和增加装饰效果。外壳的材质有镀锡薄钢板、黄铜、合金铝、不锈钢和塑料等，中国还有黑铁皮、竹篾、竹筒、木、搪瓷等。为使用便利和美观，外壳可作多种造型和装饰。装饰方法包括印色、喷漆、喷花、电镀、喷塑、抛光、刻花、染色等。
附加部件按出水方式配备不同部件。普通型保温瓶适应手持壳柄、倾瓶倒水，需配备瓶塞。如软木塞、软橡胶膨胀塞、腔内滚球控水塑料塞、螺纹出水槽旋动塑料塞等，通过虹吸出水的保温瓶需在瓶胆内配备虹吸管和阀装置。气压出水的保温瓶称气压式保温瓶，有两种结构。常用的是在壳盖部位装小型气鼓，用手或通过机构揿按，使液面受气压，通过导管出水；另一种是可在壳体装小型电磁振动泵，使液面受气压，通过导管出水。盛装食物的大口保温瓶为适应使用需求，还有加装无毒塑料内衬和配置造型吻合的小套盛器等部件。
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