多功能电热水壶设计

摘要：文章设计的电热水壶产品通过不锈钢发热盘360°旋转新技术，壶体与电源分离式设计等方法保证沸腾后电热水壶自动断电，防干烧，改变了以往热水壶只采用温控，防干烧超温保护等缺陷，并使用Pro/E软件实现了水壶产品主要零部件和外观详细的数字化设计，使得产品使用更加安全、美观和快捷。

关键词：电热水壶；分离式设计；Pro/E软件；自动断电；温控器 文献标识码：A

中图分类号：TQ320 文章编号：1009-2374（2016）35-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.011

1 概述

电热水壶用于快速烧开自来水，是继电开水器、电子热水瓶、冷热饮水机之后近几年开发出来的新型家用饮水电器，适用于家庭、办公室、宾馆等场。由于其便携性和安全性受到越来越多人的青睐，市场前景巨大。目前，电热水壶的市场竞争越来越激烈，由于行业进入门槛低、利润高、运营周期短，行业垄断尚未形成，电热水壶受到了家电生产企业的青睐。众多生产企业努力在提升电热水壶的技术含量、改善性能等方面下功夫，让电热水壶的使用更方便、安全。

本文设计的电热水壶产品采用不锈钢发热盘360°旋转新技术，壶体与电源分离式设计等方法保证沸腾后电热水壶自动断电，防干烧，改变了以往热水壶只采用温控，防干烧超温保护等缺陷，并使用Pro/e软件对水壶产品主要零部件和外观进行了详细的数字化设计，使产品更加安全、美观和快捷。

2 电热水壶工作原理和功能

电热水壶的主要优点有外形新潮、方便快捷、新鲜卫生、安全可靠、特色显著等优点。电热水壶主要工作原理是接通电源5分钟左右后，水温逐步上升到100℃，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。因此电热水壶的安全保护装置是设计得非常科学与可靠的，这也就是电热水壶的三重安全保护原理。本文设计的电热水壶产品工作原理为采用英国STRIX温控器，电子板程序控制中心通过温控器上的热敏电子反馈的温度信息，进行控制继电器的离合，从而控制发热盘的工作电源，产品工作原理图如图1

所示。

本文设计的电热水壶的主要功能如下：

2.1 煲水功能

将底座插上电源，按下开关按钮，底座开始接通电源，如果不将装壶身放在底座上，底座上无任何功能。将装有水的壶身放在底座上，整机将处于待机状态，温度功能处于默认状态下的“BOIL”功能，按选择按钮选择不同的温度，选择好温度后，再按下开关按钮，发热盘接通电源，整机开始煲水工作，热敏电阻会将温度信息不间断地反馈给信息控制中心，当温度达到选择的温度时，信息控制中心根据热敏电阻反馈的信息做出判断和动作，使继电器自动断开，切断发热盘的电源，整机会回到待机的默认“BOIL”状态。

2.2 保温功能

该产品保温功能为独立功能，将底座插上电源，按下开关按钮，底座开始接通电源，如果不将装壶身放在底座上，底座上无任何功能。将装有水的壶身放在底座上，整机将处于待机状态，温度功能处于默认状态下的“BOIL”功能，此时保温工作主要有两种方式：（1）此时可选择任何温度，但如果先按开关按钮进行煲水（针对自来水），再按保温按钮来保温，水壶则会先把水加热到100℃后再将水保温在55℃、80℃、95℃，正迎合了市场的需要，55℃冲奶粉、80℃冲咖啡、95℃品茶；（2）此时可选择任何温度，但如果先按保温按钮进行煲水保温（针对直饮水），水壶则会直接把水加热到所需要的温度档位，将水保温在55℃、80℃、95℃。

3 电热水壶主要零件设计

根据对电热水壶的功能分析，电热壶里面的主要功能元器件为温控器、内置探头和发热盘等零件。

电热水壶的温控器作为主要核心零件，起到的作用至关重要，温控器的寿命直接影响到电热水壶的寿命。目前市场上用于电热水壶的温控器主要品牌有以STRIX、OTTER为主的国外品牌和以SLD、SLT、JIATAI、发达等为主的国内品牌。电热水壶的温控器国产温控器和进口温控器的最大的区别在于制作工艺以及用料、产品的使用寿命等。比较两者，进口电热水壶的温控器寿命大约在20000次，而国产的电热水壶温控器寿命最低可以达到5635次，且进口的电热水壶温控器安全系数相对较高。本产品中的温控器零件采用英国进口技术STRIX温控器，控温准确，保证100%沸腾，有防干烧功能，使用寿命更长。设计图如图2所示：

电热水壶内置探头是产品主要功能元件之一，通过采用内置智能感温探头的感应技术，该电热水壶能够实现50℃～95℃自由调温，控制温度准确到位，保证不同的温度精准控制需求，为内置探头结构如图3所示：

发热盘作为电热水壶的主要零件，主要功能是对壶内的水进行加热和保温。电热水壶称为旋转式电热水壶。这种电热水壶用发热盘替代了发热管，并将发热盘隐藏在壶底，不与水直接接触，可以实现一次性防干烧保护功能；而且连接器置于底座及壶体底盘的中央，使两者能360°任意对接，使用更加便捷。随着温控器技术的发展，旋转式电热水壶开始拥有越来越多的附加功能，如精准化自动断电、保温等功能，使得电热水壶的使用更加人性化。目前，旋转式电热水壶在欧洲市场拥有近80%的份额，而中国国内市场在售产品中也有60%以上为旋转式产品。本产品中发热盘即采用不锈钢发热盘360°旋转新技术，使壶体与电源分离式设计，从而保证沸腾后电热水壶自动断电，防干烧，极大地提高了产品使用的安全性和便携性，发热盘零件结构如图4所示：

在主要功能零件设计好后，最后根据内部结构通过软件辅助对多功能热水壶的外观进行造型设计。利用Pro/E软件对多功能电热水壶机身进行造型设计。我们通过线来勾勒出机身的大致轮廓，然后通过线构造面，让面展现出整个机身的轮廓。通过观察对机身的外轮廓进行参数设定，确认机身符合设计者要求后，我们实体化原先确定的机身外形，壶体采用不锈钢，具有简洁、美观、大方、易于清洗等优点，在壶体把手设计上，利用人机工程学，充分考虑使用者的舒适性，电热水壶整体造型如图5所示：

4 结语

本文对电热水壶主要功能和工作原理进行了分析，提出了发热盘不锈钢发热盘360°旋转新技术，使壶体与电源分离式设计等技术，提高了使用的安全性和便利性。利用Pro/E软件实现了电热水壶中的温控器、内置探头和发热盘等零件及壶体的造型设计。

参考文献

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[2] 龙克文.电水壶用温敏磁控开关应用技术开发[J].日用电器，2013，（7）.

[3] 戢利霞.电水壶设计识别研究——以莫菲和飞利浦为例[D].武汉理工大学，2010.

[4] 鄢雨田.电热水壶结构的设计与创新[J].科技创新，2016，（15）.

作者简介：石亚平（1985-），女，广东佛山人，佛山职业技术学院讲师，硕士，研究方向：机械设计与制造。

（责任编辑：黄银芳）