电压力锅产品的压力控制设计与电气安全相干性的探讨

2018-05-14郑重李廷超王广宁

工业设计 2018年1期

郑重李廷超王广宁

摘要：作为将压力安全及电气安全集于一身的电压力锅，它的安全要求与一般的家用电器相比较无疑应该是更高的。而电压力锅的压力控制设计与电气安全两者间存在着相干性，即压力控制与电气安全两者互相产生影响，并直接影响着产品的质量安全，本文拟探讨提高电压力锅产品的压力安全性能及电气安全性能，以及处理好这一产品的压力控制设计与电气安全相干性的矛盾，摒弃不安全的限压装置，以可靠的产品结构来杜绝危害的发生。

关键词：电压力锅；产品设计；压力控制；电气安全；相干性

電压力锅产品，由于其节能、环保、省时等优点，迅速进入了干家万户，成为家庭烹饪的好帮手。但由于电压力锅的密封锅体内产生高压的结构特性，如果压力控制结构不能正常工作，就会有发生爆锅的危险。因此，作为将压力安全及电气安全集于一身的电压力锅，它的安全要求与一般的家用电器相比较无疑应该是更高的，而且电压力锅的压力控制与电气安全两者间存在着相干性，即压力控制与电气安全两者互相产生影响。如何提高电压力锅产品的安全性能，更好地保护消费者的人身.财产安全，是一项需要不断探索、不断改良的工作。本文拟探讨提高电压力锅产品的压力安全性能及电气安全性能，以及处理好这一产品的压力控制设计与电气安全相干性的矛盾，摒弃不安全的限压装置，以可靠的产品结构来杜绝危害的发生。

1电压力锅产品的结构设计与压力控制设计的关系

根据GB 4706.19-2004《家用及类似用途电器的安全液体加热器的特殊要求》标准中的定义：

1.1 2.105压力调节器pressure regulator

在正常使用期间，将压力保持在一个特定值的控制装置。

1.2 2.106压力释放装置pressure-relief device

在非正常工作条件下，限制压力的控制装置。

由此可见，电压力锅对压力的控制分两个阶段，一是正常工作状态时的压力调节，二是非正常工作状态下（超压时）的压力释放。目前，市场上主流的电压力锅产品对压力控制的方式主要是通过设计在锅内气压驱动电路中的闪动开关（或称行程开关）来实现的。而对于非正常工作状态下的压力释放方式，目前的主流产品主要是通过设计在锅盖上的重锤式限压阀来作为超压时限制压力的控制装置。除此以外，我们还注意到产品的结构设计对压力控制的影响，即锅盖一锅身扣合形成一个压力传递的路径、内锅一电热盘一外锅一外锅支承脚形成一个压力传递的路径，因此锅盖一锅身扣合强度及外锅支承脚的强度设计决定了电压力锅在正常工作状态下的烹饪压力、在非正常工作状态时所限制的锅内压力及最终承受的破坏压力的强度值。在此，我们特别关注的是电压力锅在非正常工作状态（超压）时的压力释放的结构设计这一环节。

2与压力控制设计相关的电气安全项目要求

相对于普通的液体加热器具只有电气安全设计要求而言，电压力锅的结构特性使其安全设计要求分为两部分：压力安全设计及电气安全设计。目前，对于电压力锅两类安全性的综合考核项目，主要体现在GB 4706.1-1998《家用及类似用途电器的安全第一部分：通用要求》、GB 4706.19-2004《家用及类似用途电器的安全液体加热器的特殊要求》标准中，涉及第15章、第16章、第22章、第29章等相关章节。其中：

2.1耐潮湿

由于电压力锅烹饪时产生高温高压水蒸汽，如果密封性不好，易出现滴水漏汽现象，根据该章要求，应对产品进行溢水试验，并在该试验后进行电气强度试验及视检在电气绝缘上不应存在导致电气间隙、爬电距离小于第29章规定值的水迹。

目前，电压力锅产品一般设计为电热盘内电热管与电气连接的两端穿过电压力锅的外锅，形成了两个穿孔（见图2白色箭头指向），这两个穿孔为非正常工作时释放的高温水蒸汽、液体、泡沫等提供了进入锅体内电气结构的途径，这也是耐潮湿试验时的薄弱环节，使电气污染的发生成为可能。

2.2泄漏电流和电气强度

作为压力化的电饭锅产品，对泄漏电流和电气强度的要求更应该严于普通型电饭锅产品。而电气强度试验也是在电压力锅产品进行非正常工作试验后必须进行的电气安全试验，这也是测试产品防止电击的重要项目。

2.3结构

同样，作为压力化的电饭锅产品，其结构设计直接决定其承受压力的程度，并决定着对电气安全的影响程度。

从目前主流的电压力锅的结构设计来看，锅盖、密封圉、内锅、外锅、电热盘及闪动开关组成了锅体结构，内锅是座在电热盘上，而电热盘则是用螺钉与外锅连接在一起，外锅通过三个支承脚（见图3白色箭头指向）连接在外锅上，所以，锅内压力通过发热盘、外锅传递到三个支承脚，由此可分析三个支承脚是整个锅体结构的薄弱环节，如果支承脚设计时没有充分考虑强度是否可靠，在使用中会出现因支承脚强度不够而产生变形，则会造成电热盘、内锅的下沉，破坏了锅体的结构及密封性，同样，如果密封胶圉承受不了锅内压力向外位移，会导致汤、粥类食物的飞溅，其瞬间的压力平衡过程所导致的飞溅方向是随机的、各向同性的，容易形成电气污染，即将压力安全隐患转嫁为电气安全隐患。

2.4爬电距离、电气间隙和穿通绝缘距离

电压力锅产品在高温高压下的工作状态，对电气结构中爬电距离、电气间隙和穿通绝缘距离等产生影响，在非正常工作状态（超压时）的压力释放，水蒸汽、液体、食物碎屑等的排放，均有可能造成电气污染，有可能造成短路、电击、火灾等现象。

3压力控制设计与电气安全的相干性

从电压力锅的结构及其工作特性来看，电压力锅的压力控制设计，与其本身的电气安全存在着相干性，即压力控制与电气安全两者互相产生影响。首先，压力调节由电气结构控制，电气结构一旦失效，如：控压闪动开关的常闭触点在额定压力下不分离或者是两端短路，电加热源将一直加热，超出了正常的工作压力，即出现了非正常工作状态；其次，非正常工作状态时的压力释放所排出的水蒸汽、液体、食物碎屑等，通过上述的薄弱环节进入电气结构，形成电气污染，即将压力安全隐患转嫁为电气安全隐患。作为目前主流的产品普遍采用了重锤式限压阀作为压力释放的装置，这种设计是照搬普通压力锅的限压阀，由于该装置采用的是细超长排气管结构，其中“细”是指其平均直径与颗粒型食物的直径相当，“超长”是指其管长比其管径大了一个量级，由于它在排汽时兼作排放食物碎渣，因此容易产生堵塞。因重锤式限压阀发生堵塞而引起的安全事故，有关部门曾公布过我国的压力锅的爆锅率高达0.42‰，这主要就是由重锤式限压阀堵塞所引起的！数以万计的消费者，以血的代价验证了这种细超长排气管限压阀是压力锅爆锅的根源。因此，将该阀设计于电压力锅产品上作压力释放装置，安全性实在令人担忧。如果压力调节及压力释放均失控，锅内压力将直接考验产品的结构，这就有可能出现两种情况，一是锅盖与锅体分离，即是通常所说的爆锅。第二种情况则是外锅的支承脚强度比不上锅盖与锅体的扣合强度，锅内高压使内锅、电热盘受压向下沉，锅内高压的液体、泡沫、食物等将可能出现在极高压力的推动下瞬间喷溅进入锅体内的电气结构的危险，这种现象将导致电气结构的爬电距离、电气间隙等迅速减小形成导电污染，极有可能出现短路，对使用者造成电击危险，严重者会造成火灾，给消费者的人身、财产带来不可估量的伤害。目前，有产品在应对非正常工作（超压）状态，除了重锤式限压阀以外，还提出了外锅支承脚在一定压力下自动向下移动以释放压力的方案及密封圉在一定压力下自动向外移动以释放压力的设计方案，这两种应对超压状态的泄压方案应充分考虑是否能避免可能造成的电气污染给使用者带来的伤害，最终必须经过全面、严格的检测来进行反复论证，以确保安全。

4结语

综上所述，如何通过良好的设计方案提高电压力锅这一已走进干家万户的产品的压力安全性能及电气安全性能，以及处理好这一产品的压力控制设计与电气安全相干性的矛盾，摒弃不安全的限压装置，以可靠的产品结构来杜绝危害的发生，对于产品标准的制订及厂家的生产设计开发均是一个值得重视的课题。

参考文献

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