淺述新版GB 4706.19第19.4條對電壓力鍋過壓保護的影響

陳國正 陳敬智 李楚森

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

最近，關于家電安全的新版標準GB 4706.19 的征求意見稿發布。這一新標準等同采用IEC 60335-2-15：2012+AMD1：2016 +AMD2：2018，顯示出國內在電器安全領域與國際接軌的決心。與上一版標準GB 4706.19-2008 相比，新版標準有一個顯著的改變，那就是過壓保護考核區分彈性結構壓力鍋和非彈性結構壓力鍋。這一改變意味著，今后生產和銷售的電壓力鍋的過壓保護裝置必須滿足更高的安全和質量要求，以保障用戶的使用安全。這一新標準的實施將對于規范壓力鍋市場、提升產品質量、保障用戶權益具有重大意義。同時，這也標志著中國家電行業在安全管理方面的進步，將為用戶提供更加安全、可靠的家電產品。

1 電壓力鍋的工作原理

氣壓是大量空氣分子在容器壁間相互碰撞所產生的宏觀物理現象。這種碰撞導致了氣體分子的動能轉化為對容器壁施加的壓強。電壓力鍋合蓋后，創造了一個相對封閉且與大氣隔絕的環境，使得鍋內空氣分子無法與外部環境進行氣體交換。隨著溫度的升高，鍋內空氣分子運動更為劇烈，分子碰撞頻率增加，氣壓也隨之上升。如果電壓力鍋無法有效控制鍋內氣壓，可能會導致鍋內氣體在極端壓力下瞬間爆發，產生巨大的物理碎片和高溫液體飛濺。這種突發情況容易對用戶造成生命和財產的嚴重損失。因此，電壓力鍋應具備有效的氣壓控制機制，以保障用戶的安全和使用體驗。

目前，國內外各大廠商設計的氣壓控制機制具有多種不同的方案，這些方案可以根據廠商的技術特點、產品需求等因素進行優化和調整。然而，這些氣壓控制機制的基本思路都是從產品剛性強度、泄壓和兩者相互結合的角度出發。產品剛性強度是指產品的結構強度，它能夠保證在高壓環境下，鍋體不會變形或破裂。泄壓是指通過一定的方式釋放鍋內的壓力，以避免壓力過高導致危險。將產品剛性強度和泄壓兩者相結合，可以更全面地考慮氣壓控制的需求，從而設計出更為安全、可靠的氣壓控制機制。例如，一些廠商可能會采用高強度的材料來制造鍋體，以增加鍋體的剛性強度。同時，他們也會考慮在鍋體上設置一些特殊的結構，如排氣閥、泄壓閥等，以實現泄壓的效果。還有一些廠商可能會采用智能化的氣壓控制方案，通過傳感器、控制器等設備來監測和控制鍋內的氣壓，從而實現更為精準的氣壓控制。

2 非彈性結構壓力鍋和彈性結構壓力鍋的結構分析

非彈性結構壓力鍋和彈性結構壓力鍋主要是依靠不同的泄壓方式來區分。彈性結構壓力鍋指的是通過彈性部件的動態位移來降低壓力的壓力鍋[1]。非彈性結構壓力鍋指的是鍋體無彈性部件或者完全不通過彈性部件來降低壓力的壓力鍋。

目前市面上常見的非彈性結構有電高壓鍋結構、電子感壓式結構等；常見的彈性結構有壓蓋式結構、匚式結構等。本文選取電高壓鍋結構和電子感壓式結構作為非彈性結構的例子，壓蓋式結構和匚式結構作為彈性結構的例子進行詳細介紹。

2.1 電高壓鍋結構

電高壓鍋結構與燃氣高壓鍋結構基本相同，主要依賴于鍋蓋的限壓閥、安全閥和泄壓安全窗，如圖1所示。當鍋內的氣壓產生的推力使限壓閥向上移動時，鍋內的氣體會排出并從而降低氣壓。如果限壓閥因堵塞無法正常工作，鍋內氣壓將進一步上升，直至達到一定壓力值時，安全閥將啟動并排出氣體，降低壓力。如果限壓閥和安全閥同時失效，更高的壓力將會將密封圈從安全窗擠出，以實現泄壓和降低氣壓。

圖1 電高壓鍋結構簡圖

上述過壓保護原理的程序框圖如圖2所示。

2.2 電子感壓式結構

電子感壓式結構的鍋蓋裝有溫度和壓力傳感器，如圖3所示。在工作時，溫度和壓力傳感器與電子控制系統一同發揮作用，對鍋內溫度進行精確控制，并間接調控鍋內壓力。

圖3 電子感壓式結構簡圖

上述過壓保護原理的程序框圖如圖4所示。

圖4 電子感壓式結構過壓保護原理程序框圖

2.3 壓蓋式結構

壓蓋式結構的電壓力鍋鍋蓋與內鍋通過密封圈緊密相連，頂蓋裝有彈性梁，如圖5所示。

圖5 壓蓋式結構簡圖

在正常工作中，壓力鍋通過限壓閥排氣，以維持鍋內的壓力平衡。若限壓閥出現故障，導致排氣不暢，作用在鍋蓋上的壓力也會逐漸升高，彈性梁發生彈性變形，依靠彈性梁固定的密封圈與內鍋之間會形成間隙。此時，蒸汽會迅速從間隙噴出，降低鍋內壓力[2]。

上述過壓保護原理的程序框圖如圖6所示。

圖6 壓蓋式結構過壓保護原理程序框圖

2.4 匚式結構

匚式結構是一種底部具有彈性部件的結構，如圖7所示。工作時鍋內的壓力會作用在彈性鍋底，彈性鍋底發生形變會讓內鍋向下位移，并控制壓力開關。當這種位移達到預設值時，壓力開關將斷開，停止加熱，鍋內壓力也得以平衡。當壓力降低到另一個預設值時，壓力開關將重新導通，開始加熱，壓力將重新升高。這個過程會循環進行，動態實現壓力平衡。

圖7 匚式結構簡圖

圖8 匚式結構過壓保護原理程序框圖

如果壓力開關失效，隨著溫度的繼續升高，鍋內的壓力也將隨之增加。這種上升的壓力將使鍋底發生更大的彈性形變，從而使得內鍋向下移動的距離相應增加。一旦內鍋與密封圈之間出現間隙，蒸汽會迅速從間隙噴出，使得鍋內壓力被快速降低[3]。

當前，各大家電廠商正傾向于依據目標市場的特定需求，進行具有針對性的產品結構調整和組合，而非僅僅依賴某一類結構。此類調整策略有助于充分發揮各類結構的優勢，以適應多元化的市場需求。例如，匚式結構的生產成本低廉，該結構在低價電壓力鍋市場被廣泛應用，然而若過于頻繁地依賴鍋底的彈性形變來調整壓力，將可能導致產品的耐用度下降。為了提升產品的使用壽命，部分廠商選擇將匚式結構與同樣成本低廉的電高壓鍋結構進行組合，使得產品在正常的使用過程中，僅依賴于限壓閥來調整壓力，只有在限壓閥的排氣孔被堵住的非正常情況下，才會啟動鍋底的彈性形變以及壓力開關。又例如，匚式結構在開發IH 電壓力鍋時可能比較困難，而電子感壓式結構的高可靠保護電子電路開發難度高。為提升IH 電壓力鍋的精確控壓性能和安全性能而又不必要求電子電路需要達到高可靠的水平，部分廠商會選擇采用電子感壓式結構與壓蓋式結構相結合的設計方式，讓產品擁有一個集成了溫度和壓力傳感器和控制系統、限壓閥以及鍋蓋彈性梁等關鍵組件的閉環控制系統。這一設計使得用戶可以自主設定氣壓值，同時降低了電子電路的開發難度和生產成本。

3 新舊版GB 4706.19 第19.4 條及相關條款的對比

GB 4706.19-2008 第19.4 條主要模擬食物堵塞排氣孔的方式對電壓力鍋的過壓防護進行測試，并且不認為多個壓力調節器會被同時失效。然而，部分烹飪過程中，液體表面的油脂和泡沫可能會同時堵塞多個排氣通道，引發多個壓力調節器無法正常工作，這將會導致鍋內壓力不可控地持續上升，造成諸如鍋體爆裂等嚴重后果[5]?？梢?，GB 4706.19-2008 第19.4 條仍不足以模擬現實生活中可能出現的最嚴酷情形。

預置的薄弱零件，是設計用于在非正常工作狀態下會損壞的零件，以防止影響符合性的情況出現[6]。在非正常情況下，彈性壓力鍋的密封圈會在彈性部件的作用下與內鍋產生間隙以達到保護效果，故密封圈可被認定為預置的薄弱零件[7]。當壓力異常高時，內鍋與密封圈產生的間隙形成一個泄壓通道。即使該通道被堵塞，彈性部件在持續增大的壓力下會發生進一步形變，增加間隙寬度，將堵塞的食物噴出，使得食物不可能完全堵塞泄壓通道，因此在測試時無需針對彈性結構壓力鍋的預設薄弱零件，進行失效檢測。

基于這種情況，新版GB 4706.19 第19.4 條在要求所有壓力調節裝置被設在不工作的狀態的基礎上，針對非彈性結構壓力鍋，所有排氣的保護裝置和排氣的預置薄弱零件都需要被失效；針對彈性結構壓力鍋，僅失效排汽的保護裝置，不需要失效預置薄弱零件。

4 電壓力鍋如何應對新版GB 4706.19 在第19.4 條的變化

4.1 電子感壓式結構如何應對新版GB 4706.19 在第19.4 條的變化

電子感壓式結構屬于非彈性結構，進行第19.4 條試驗過程中，需要將正常工作時使用的所有的壓力調節裝置被設在不工作的狀態。電子感壓式結構沒有限壓閥和安全閥等部件，因此結構本身沒有排氣的保護裝置和排氣的預置薄弱零件需要失效。19.4 試驗時，用于正常使用中有調節氣壓的電路模塊需要進行失效。為了能讓壓力鍋壓力達到350 kPa 之前得到保護，電路系統還需要有“后補”的保護電子電路，用于非正常時動作保護。

此外，電子電路相對容易發生故障，相較于常規的保護裝置，IEC 60335 系列和GB 4706 系列標準對保護電子電路考核要求更嚴酷。例如，需要模擬電子線路單一故障的方式重復進行。如果有軟件程序參與保護工作，還需要進行軟件評估來判斷軟件程序的可靠性。

4.2 壓蓋式結構如何應對新版GB 4706.19 在第19.4條的變化

壓蓋式結構利用鍋蓋彈性梁的動態位移來降低壓力，因此屬于彈性結構。進行第19.4 條試驗時，限壓閥作為正常工作時使用壓力調節裝置被設在不工作的狀態；密封圈作為預置的薄弱零件不需要失效。產品只要在250 kPa 之前發生彈性形變讓預置薄弱零件動作，以發生泄壓保護，就能通過第19.4 條試驗。

4.3 匚式結構如何應對新版GB 4706.19 在第19.4條的變化

匚式結構利用鍋底的動態位移來降低壓力，因此屬于彈性結構。進行第19.4 條試驗時，壓力開關作為正常工作時使用的壓力調節裝置被設在不工作的狀態；匚式結構沒有限壓閥和安全閥等部件，因此結構本身沒有排氣的保護裝置需要失效；密封圈作為預置的薄弱零件不需要失效。產品只要在250 kPa 之前發生彈性形變讓預置薄弱零件動作，以發生泄壓保護，就能通過第19.4 條試驗。

4.4 電高壓鍋結構如何應對新版GB 4706.19 在第19.4 條的變化

電高壓鍋結構屬于非彈性結構，進行第19.4 條試驗時，需要將正常工作時使用的所有的壓力調節裝置被設在不工作的狀態，需要將所有排汽的保護裝置和排汽的預置薄弱零件被設在不工作的狀態。因此，限壓閥和安全閥全部都要被堵住，作為預置薄弱部件的泄壓安全窗也需要堵住。此時，所有的氣壓控制機制被完全失效了，鍋內的氣壓不斷升高，沒有保護裝置能在壓力達到350 kPa 之前對電壓力鍋進行停止工作或泄壓保護，這甚至會發生爆鍋的危險?？梢?，單一采用電高壓鍋結構的電壓力鍋將不被接受。這是所有電壓力鍋結構中受到影響最大的結構。

表1 新舊版GB 4706.19 第19.4 條的對比

由于電高壓鍋結構簡單，可以比較容易為了應對新版GB 4706.19 在第19.4 條而進行改造。電高壓鍋式結構可與電子感壓式結構結合使用，也可以與匚式結構結合使用，還可以增加鍋蓋彈性梁等部件改造成壓蓋式結構。

5 總結

為進一步確保用戶的使用安全，等同采用IEC 60335-2-15：2012+AMD1：2016 +AMD2:2018 的新版GB 4706.19 分別針對彈性結構壓力鍋和非彈性結構壓力鍋提出了不同的過壓保護考核內容。本文選取電高壓鍋結構和電子感壓式結構作為非彈性結構的例子，壓蓋式結構和匚式結構作為彈性結構的例子進行了詳細介紹。

電高壓鍋結構主要依賴于鍋蓋上的限壓閥、安全閥和泄壓安全窗進行過壓保護。這種結構通過鍋蓋上的這些安全裝置來防止過壓情況的發生；電子感壓式結構是一種常見的非彈性結構，它通過鍋蓋上的溫度和壓力傳感器以及電子控制系統共同作用，進行鍋內壓力的調節和控制。這種結構能夠更準確地控制和調節鍋內的壓力，從而提高產品的使用安全性。

壓蓋式結構通過限壓閥和鍋蓋的彈性梁進行過壓保護。當限壓閥被意外堵塞時，高壓會促使彈性梁發生彈性形變以釋放壓力；匚式結構則通過壓力開關和彈性鍋底的形變來調節鍋內壓力。

新版GB 4706.19 對第19.4 條的要求相較于舊版更加嚴格。舊版GB 4706.19-2008 僅要求壓力調節器被依次與每個保護裝置設在不工作的狀態，而新版則需要同時失效更多的保護裝置。這一要求的提高，無疑對壓力鍋的過壓保護性能提出了更高的要求。針對新版標準第19.4 條的差異，文章還對比介紹了與之相關的第3.112、19.13 和22.7 條。這些條款共同構成了完整的壓力鍋過壓保護標準，為壓力鍋的生產和檢測提供了詳細的技術指導。

最后，本文提出了廠商在應對新版標準第19.4 條時需要采取的措施。針對不同的電壓力鍋結構，廠商需要采取相應的策略。對于電子感壓式結構，廠商需要著重加強保護電子電路的可靠性，確保電路原理和電路結構設計的合理性，并確保保護裝置在壓力達到350 kPa 之前動作。而對于壓蓋式和匚式結構，只要確保保護裝置或預置薄弱零件在壓力達到250 kPa之前動作即可。此外，考慮到單一的電高壓鍋結構將不再被接受，建議廠商將這種結構與其他結構結合使用，以提高產品的安全性。

新版GB 4706.19 的實施，無疑提高了對電壓力鍋過壓保護的要求，進一步提升了產品的安全性。對于用戶而言，這意味著他們可以期待更高質量、更安全的電壓力鍋產品。對于廠商而言，他們需要對自己的產品進行相應的改進和提升以滿足新標準的要求，同時也需要關注不同電壓力鍋結構的特性，以確保產品的質量和安全達到最優。