電熱絲蠟封紅酒開啟裝置創新設計范文

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摘要：介紹一種基于電熱絲的蠟封紅酒開啟裝置。裝置主要由鎳鉻電熱絲及按壓式旋轉刀片組成，利用電熱絲實現蠟封快速軟化，通過旋轉刀片切斷瓶口蠟質，以海馬刀拔出軟木塞和瓶口蠟質。裝置可在短時間內軟化頂層蠟封，便于將海馬刀螺旋刺刺入軟木塞，并可在取出軟木塞的同時移除瓶口蠟封，以避免蠟渣落入酒液，也使酒液倒出時不會觸碰蠟質。裝置與海馬刀配合使用，實現了蠟封紅酒快速、安全開啟。

關鍵詞：紅酒；鎳鉻電熱絲；蠟封；按壓式旋轉刀片

隨著經濟社會的不斷發展以及人們生活水平的提高，中國紅酒的消費量日益增長[1]。紅酒目前多采用軟木塞進行密封貯藏，但在軟木塞封瓶的基礎上，進一步采取蠟封處理能更有效阻止空氣與葡萄酒液的接觸，降低葡萄酒氧化的速度，對于紅酒貯藏更有優勢，因此，不少優質紅酒會對瓶口采用蠟封處理[2]。目前，海馬刀是開啟紅酒的主要工具，但由于蠟封紅酒的軟木塞在蠟封內，單純用海馬刀開啟，拔出木塞十分費力；同時，外部蠟封的頂部通常為外凸的球型，刺入海馬刀螺旋刺時也很容易劃傷手指。現有的另一種蠟封紅酒開啟方法是先用打火機對蠟封頂部加熱軟化，再用海馬刀取出軟木塞，這種方法雖然較前者省力，但較為費時，并且加熱時間和火焰大小都較難控制，需有一定經驗，過程也較為復雜，更為重要的是，該方法采用明火軟化蠟封，存在一定安全隱患。此外，上述兩種手段都可能導致蠟渣落入酒液，并且在酒液倒出過程中，也不可避免會觸碰瓶口的蠟封。為克服上述缺陷，本研究創新性地設計一種基于電熱絲的蠟封紅酒開啟裝置[3]。該裝置采用紐扣電池供電，應用鎳鉻電熱絲纏繞的圓餅狀加熱裝置加熱瓶口蠟封，使頂層蠟質迅速軟化，便于螺旋刺輕松刺入下層軟木塞；通過按壓式旋轉刀片沿鋁合金外殼預留軌跡切斷瓶口處受熱軟化的蠟層，使軟木塞與瓶口蠟質被同步拔除，從而實現蠟封紅酒快速、安全開啟。

1結構及工作流程

1.1裝置結構

蠟封紅酒開啟裝置由紐扣電池、隔熱層、鎳鉻電熱絲線圈、鋁合金外殼、按壓式旋轉刀片、開關、握把組成。鋁合金外殼為一空心圓柱體，電熱絲線圈固裝于鋁合金外殼上部，以加熱軟化瓶口蠟封；電熱絲線圈上方有固裝于金屬外殼上部的隔熱層和紐扣電池，用于隔斷電熱絲線圈發出的熱量[4]，電池為電熱絲線圈提供能源；導線穿過隔熱層將電熱絲線圈與紐扣電池以及開關串聯，開關固裝于鋁合金外殼表面，用于開關電路；旋轉刀片安裝在鋁合金外殼的預留鏤空軌跡處，可以繞預留軌跡在水平面內轉動，從而達到切斷瓶口蠟封的目的；握把固裝于鋁合金外殼頂部，用于手握扣下和拉起裝置。裝置結構如圖1所示。

1.2工作流程

握住裝置握把，將裝置正扣于紅酒瓶口蠟封上部，按下開關接通電路，紐扣電池為電熱絲線圈提供電能，電熱絲線圈在電流作用下溫度逐漸升高，為紅酒蠟封進行加熱，加熱15s左右，瓶口蠟質被軟化，而吸收熱量不足以使蠟封完全融化，此時關閉開關。按壓裝置下部的旋轉刀片，刀片原本不與蠟封接觸，受力按壓后，旋轉刀片可向內側位移一定距離，由于蠟質受熱軟化，刀片可輕易切入瓶口蠟封，按壓并使之旋轉一周，切斷瓶口處蠟質。握住握把，取下裝置，立刻向瓶口軟化蠟封刺入螺旋刺，并用海馬刀拔出木塞，由于瓶口蠟質被切斷，拔出木塞的同時會移除瓶口蠟質，避免蠟渣落入酒液。

2關鍵部件設計

2.1鋁合金外殼尺寸設計

鋁合金外殼要求高度、直徑均與蠟封紅酒瓶口尺寸相適應，并能容納電熱絲、隔熱層、捏扣電池、旋轉刀片等各元件。為滿足以上要求，參考蠟封紅酒瓶口尺寸，瓶口外徑29mm，蠟封后為34mm左右，瓶頸100mm，因此設計鋁合金外殼為空心圓柱體，壁厚1mm，高50mm，直徑40mm，上部20mm垂直空間用于容納紐扣電池，隔熱層及電熱絲線圈；依據瓶口蠟封尺寸，距底部8mm處設置圓周角330°，寬5mm鏤空預留旋轉軌跡，以安裝旋轉刀片，切斷此處蠟封。鋁合金外殼結構如圖2所示。

2.2電阻絲加熱裝置設計

電阻絲加熱裝置需在較短時間內加熱軟化蠟封，同時不會使之完全融化；電熱絲功率與紐扣電池相適應，需滿足能多次應用的條件；電熱絲形狀大小符合紅酒瓶口尺寸要求；隔熱層能有效隔絕電阻絲熱量，避免電熱絲熱量流失造成加熱速度下降和安全問題。為滿足以上要求，設計電阻絲選用鎳鉻電熱絲，石蠟屬非晶體物質，在40℃以上會逐漸軟化[5]，一段時間后完全熔化，鎳鉻電阻絲加熱溫度在950～1400℃之間，溫度遠超一般打火裝置，同時鎳鉻電阻絲加熱速度快，可在短時間內上升至較高溫度，能迅速軟化瓶口蠟質，石蠟熔化熱為200～220J•g-1，瓶口需軟化蠟質約為3g，因此電阻絲選取線徑0.3mm，緊密纏繞為單層直徑30mm圓餅狀，與紅酒瓶口蠟封尺寸相適應。電阻絲總長約2.4m，每米電阻15.4Ω，選取電壓為3V的紐扣電池并將7節串聯，由歐姆定律得，圓餅狀電熱絲發熱功率約為11.9W，考慮熱量散失，70s左右即可將石蠟完全融化，為調節至適宜加熱時間，使石蠟適度軟化，選取石蠟進行測試，經試驗測定加熱10s以上即可有效軟化蠟質，加熱17s左右即出現蠟質大量黏附于電熱絲的現象，因此加熱時間以15s為宜。紐扣電池容量3.15W，有效使用次數100次以上。隔熱層選取5mm纖維層夾層有機硅脂樹脂，其隔熱效果良好，能承受1000℃以上的高溫，導熱系數小于0.03W/（m•K），傳熱量小于0.15W，能有效隔絕電熱絲熱量。

2.3按壓式旋轉刀片裝置設計

旋轉刀片軌跡要求能夠環繞紅酒蠟封接近一圈，并在裝置扣置于蠟封時與蠟封不干涉，通過按壓可以切入蠟封中，將瓶口處蠟封切斷。為滿足以上要求，依據鋁合金外殼預留軌道寬度，設計刀片頂端為四角錐形，易于刺入蠟封，刀片寬度10mm，厚4mm；刀片具有凹槽，用于限制刀片于外殼預留軌道上移動，并具有一定間隙以留下刀片按壓空間，依據蠟封尺寸及鋁合金外殼尺寸，設計凹槽寬度7mm，最大可推動刀片向內側產生6mm位移；為方便按壓，刀片后部設置高度10mm按壓凸臺；鋁合金外殼下部具有鏤空預留旋轉軌道，軌道圓周角330°，留下一段鋁合金材料連接上下部分。旋轉刀片結構如圖3所示。

3討論

隨著社會的進步，人民生活水平日益提高，一些蠟封高檔紅酒也逐漸從奢侈品走進了千家萬戶。但目前蠟封紅酒的開啟方式還較為傳統，存在過程費力、安全性不足等問題，同時，蠟渣處理等關鍵事項有待解決。如何開發一款快速、安全的蠟封紅酒開啟裝置，對于促進蠟封紅酒為廣大消費者接受至關重要。本文對基于電熱絲的蠟封紅酒開啟裝置進行研究，設計出與預期目標相適應的裝置結構，本裝置主要的創新點有以下兩個方面：①電阻絲加熱裝置設計。通過分析軟化紅酒蠟封的溫度與熱量要求，選取鎳鉻電熱絲并分析計算其發熱功率，確定電熱絲長度、型號及纏繞形式，并確定適宜加熱時間，裝置不僅提高了拉封軟化速度，還避免了應用點火裝置開啟紅酒的安全性問題。②旋轉刀片裝置的設計。為實現拔除木塞時瓶口蠟封與軟木塞的共同分離，依據瓶口蠟封尺寸及鋁合金外殼尺寸，設計按壓式旋轉刀片用以切斷瓶口蠟封，其避免傳統方法開啟蠟封紅酒時蠟渣落入酒液的現象，同時使紅酒傾倒時不會觸碰瓶口蠟質。在使用本裝置的過程中，還應注意以下幾個方面的問題：①不同紅酒蠟封蠟質有所不同，某些紅酒蠟封蠟質較硬，短時間內難以迅速軟化，加熱后螺旋刺難以刺入，需適當增加加熱時間；而某些紅酒蠟封蠟質較軟，加熱時間過長易產生石蠟熔化現象，導致軟木塞與瓶口蠟封分離及蠟封破裂，此時則需減少加熱時間。因此使用本裝置時，應視蠟質不同采用適當的加熱時間，同時配合手指觸感探查蠟封軟化狀態，以達到裝置預期效果。②由于利用海馬刀開啟蠟封紅酒時會對紅酒頂層蠟封起到一定按壓效果，因此，在拔除軟木塞時應均勻用力且速度不宜過快，以防止扯裂紅酒蠟封。③某些紅酒頂部蠟封呈凸起狀，易造成電熱絲加熱不均勻，導致旋轉刀片切割困難、瓶口蠟封截斷，有待對該裝置進一步優化結構以解決此類問題。

4結語

綜上所述，本研究設計的基于電熱絲的蠟封紅酒開啟裝置對用傳統方法開啟蠟封紅酒時存在的問題和弊端進行了較好解決，裝置實用性強、易于操作、安全可靠，能較好實現蠟封紅酒的快速開啟。該裝置不僅為人們飲用蠟封紅酒提供了便利工具，同時也為蠟封紅酒的推廣起到促進作用，具有一定實際應用價值。

參考文獻：

［1］郝東裔.莊園紅酒市場分析策略探究［J］.中國商貿，2015（7）：4-6.

［2］李旭娃.實驗室中化學藥品的蠟封式保護［J］.化學教育，2016（5）：55-59.

［3］盧利平，唐龍，岳恩，等.鎳電阻絲的制備及電阻溫度特性［J］.化學工程與材料學，2013，34（12）：113-115.

［4］楊震，卿寧.隔熱材料的研究現狀及發展［J］.化工新型材料，2011，39（5）：21-24.

［5］謝望平，朱冬生，汪南.石蠟熔化蓄熱的實驗研究［J］.廣東化工，2008，35（1）：11-13.

作者：袁佳煒 石復習 單位：西北農林科技大學