电热丝蜡封红酒开启装置创新设计范文

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摘要：介绍一种基于电热丝的蜡封红酒开启装置。装置主要由镍铬电热丝及按压式旋转刀片组成，利用电热丝实现蜡封快速软化，通过旋转刀片切断瓶口蜡质，以海马刀拔出软木塞和瓶口蜡质。装置可在短时间内软化顶层蜡封，便于将海马刀螺旋刺刺入软木塞，并可在取出软木塞的同时移除瓶口蜡封，以避免蜡渣落入酒液，也使酒液倒出时不会触碰蜡质。装置与海马刀配合使用，实现了蜡封红酒快速、安全开启。

关键词：红酒；镍铬电热丝；蜡封；按压式旋转刀片

随着经济社会的不断发展以及人们生活水平的提高，中国红酒的消费量日益增长[1]。红酒目前多采用软木塞进行密封贮藏，但在软木塞封瓶的基础上，进一步采取蜡封处理能更有效阻止空气与葡萄酒液的接触，降低葡萄酒氧化的速度，对于红酒贮藏更有优势，因此，不少优质红酒会对瓶口采用蜡封处理[2]。目前，海马刀是开启红酒的主要工具，但由于蜡封红酒的软木塞在蜡封内，单纯用海马刀开启，拔出木塞十分费力；同时，外部蜡封的顶部通常为外凸的球型，刺入海马刀螺旋刺时也很容易划伤手指。现有的另一种蜡封红酒开启方法是先用打火机对蜡封顶部加热软化，再用海马刀取出软木塞，这种方法虽然较前者省力，但较为费时，并且加热时间和火焰大小都较难控制，需有一定经验，过程也较为复杂，更为重要的是，该方法采用明火软化蜡封，存在一定安全隐患。此外，上述两种手段都可能导致蜡渣落入酒液，并且在酒液倒出过程中，也不可避免会触碰瓶口的蜡封。为克服上述缺陷，本研究创新性地设计一种基于电热丝的蜡封红酒开启装置[3]。该装置采用纽扣电池供电，应用镍铬电热丝缠绕的圆饼状加热装置加热瓶口蜡封，使顶层蜡质迅速软化，便于螺旋刺轻松刺入下层软木塞；通过按压式旋转刀片沿铝合金外壳预留轨迹切断瓶口处受热软化的蜡层，使软木塞与瓶口蜡质被同步拔除，从而实现蜡封红酒快速、安全开启。

1结构及工作流程

1.1装置结构

蜡封红酒开启装置由纽扣电池、隔热层、镍铬电热丝线圈、铝合金外壳、按压式旋转刀片、开关、握把组成。铝合金外壳为一空心圆柱体，电热丝线圈固装于铝合金外壳上部，以加热软化瓶口蜡封；电热丝线圈上方有固装于金属外壳上部的隔热层和纽扣电池，用于隔断电热丝线圈发出的热量[4]，电池为电热丝线圈提供能源；导线穿过隔热层将电热丝线圈与纽扣电池以及开关串联，开关固装于铝合金外壳表面，用于开关电路；旋转刀片安装在铝合金外壳的预留镂空轨迹处，可以绕预留轨迹在水平面内转动，从而达到切断瓶口蜡封的目的；握把固装于铝合金外壳顶部，用于手握扣下和拉起装置。装置结构如图1所示。

1.2工作流程

握住装置握把，将装置正扣于红酒瓶口蜡封上部，按下开关接通电路，纽扣电池为电热丝线圈提供电能，电热丝线圈在电流作用下温度逐渐升高，为红酒蜡封进行加热，加热15s左右，瓶口蜡质被软化，而吸收热量不足以使蜡封完全融化，此时关闭开关。按压装置下部的旋转刀片，刀片原本不与蜡封接触，受力按压后，旋转刀片可向内侧位移一定距离，由于蜡质受热软化，刀片可轻易切入瓶口蜡封，按压并使之旋转一周，切断瓶口处蜡质。握住握把，取下装置，立刻向瓶口软化蜡封刺入螺旋刺，并用海马刀拔出木塞，由于瓶口蜡质被切断，拔出木塞的同时会移除瓶口蜡质，避免蜡渣落入酒液。

2关键部件设计

2.1铝合金外壳尺寸设计

铝合金外壳要求高度、直径均与蜡封红酒瓶口尺寸相适应，并能容纳电热丝、隔热层、捏扣电池、旋转刀片等各元件。为满足以上要求，参考蜡封红酒瓶口尺寸，瓶口外径29mm，蜡封后为34mm左右，瓶颈100mm，因此设计铝合金外壳为空心圆柱体，壁厚1mm，高50mm，直径40mm，上部20mm垂直空间用于容纳纽扣电池，隔热层及电热丝线圈；依据瓶口蜡封尺寸，距底部8mm处设置圆周角330°，宽5mm镂空预留旋转轨迹，以安装旋转刀片，切断此处蜡封。铝合金外壳结构如图2所示。

2.2电阻丝加热装置设计

电阻丝加热装置需在较短时间内加热软化蜡封，同时不会使之完全融化；电热丝功率与纽扣电池相适应，需满足能多次应用的条件；电热丝形状大小符合红酒瓶口尺寸要求；隔热层能有效隔绝电阻丝热量，避免电热丝热量流失造成加热速度下降和安全问题。为满足以上要求，设计电阻丝选用镍铬电热丝，石蜡属非晶体物质，在40℃以上会逐渐软化[5]，一段时间后完全熔化，镍铬电阻丝加热温度在950～1400℃之间，温度远超一般打火装置，同时镍铬电阻丝加热速度快，可在短时间内上升至较高温度，能迅速软化瓶口蜡质，石蜡熔化热为200～220J•g-1，瓶口需软化蜡质约为3g，因此电阻丝选取线径0.3mm，紧密缠绕为单层直径30mm圆饼状，与红酒瓶口蜡封尺寸相适应。电阻丝总长约2.4m，每米电阻15.4Ω，选取电压为3V的纽扣电池并将7节串联，由欧姆定律得，圆饼状电热丝发热功率约为11.9W，考虑热量散失，70s左右即可将石蜡完全融化，为调节至适宜加热时间，使石蜡适度软化，选取石蜡进行测试，经试验测定加热10s以上即可有效软化蜡质，加热17s左右即出现蜡质大量黏附于电热丝的现象，因此加热时间以15s为宜。纽扣电池容量3.15W，有效使用次数100次以上。隔热层选取5mm纤维层夹层有机硅脂树脂，其隔热效果良好，能承受1000℃以上的高温，导热系数小于0.03W/（m•K），传热量小于0.15W，能有效隔绝电热丝热量。

2.3按压式旋转刀片装置设计

旋转刀片轨迹要求能够环绕红酒蜡封接近一圈，并在装置扣置于蜡封时与蜡封不干涉，通过按压可以切入蜡封中，将瓶口处蜡封切断。为满足以上要求，依据铝合金外壳预留轨道宽度，设计刀片顶端为四角锥形，易于刺入蜡封，刀片宽度10mm，厚4mm；刀片具有凹槽，用于限制刀片于外壳预留轨道上移动，并具有一定间隙以留下刀片按压空间，依据蜡封尺寸及铝合金外壳尺寸，设计凹槽宽度7mm，最大可推动刀片向内侧产生6mm位移；为方便按压，刀片后部设置高度10mm按压凸台；铝合金外壳下部具有镂空预留旋转轨道，轨道圆周角330°，留下一段铝合金材料连接上下部分。旋转刀片结构如图3所示。

3讨论

随着社会的进步，人民生活水平日益提高，一些蜡封高档红酒也逐渐从奢侈品走进了千家万户。但目前蜡封红酒的开启方式还较为传统，存在过程费力、安全性不足等问题，同时，蜡渣处理等关键事项有待解决。如何开发一款快速、安全的蜡封红酒开启装置，对于促进蜡封红酒为广大消费者接受至关重要。本文对基于电热丝的蜡封红酒开启装置进行研究，设计出与预期目标相适应的装置结构，本装置主要的创新点有以下两个方面：①电阻丝加热装置设计。通过分析软化红酒蜡封的温度与热量要求，选取镍铬电热丝并分析计算其发热功率，确定电热丝长度、型号及缠绕形式，并确定适宜加热时间，装置不仅提高了拉封软化速度，还避免了应用点火装置开启红酒的安全性问题。②旋转刀片装置的设计。为实现拔除木塞时瓶口蜡封与软木塞的共同分离，依据瓶口蜡封尺寸及铝合金外壳尺寸，设计按压式旋转刀片用以切断瓶口蜡封，其避免传统方法开启蜡封红酒时蜡渣落入酒液的现象，同时使红酒倾倒时不会触碰瓶口蜡质。在使用本装置的过程中，还应注意以下几个方面的问题：①不同红酒蜡封蜡质有所不同，某些红酒蜡封蜡质较硬，短时间内难以迅速软化，加热后螺旋刺难以刺入，需适当增加加热时间；而某些红酒蜡封蜡质较软，加热时间过长易产生石蜡熔化现象，导致软木塞与瓶口蜡封分离及蜡封破裂，此时则需减少加热时间。因此使用本装置时，应视蜡质不同采用适当的加热时间，同时配合手指触感探查蜡封软化状态，以达到装置预期效果。②由于利用海马刀开启蜡封红酒时会对红酒顶层蜡封起到一定按压效果，因此，在拔除软木塞时应均匀用力且速度不宜过快，以防止扯裂红酒蜡封。③某些红酒顶部蜡封呈凸起状，易造成电热丝加热不均匀，导致旋转刀片切割困难、瓶口蜡封截断，有待对该装置进一步优化结构以解决此类问题。

4结语

综上所述，本研究设计的基于电热丝的蜡封红酒开启装置对用传统方法开启蜡封红酒时存在的问题和弊端进行了较好解决，装置实用性强、易于操作、安全可靠，能较好实现蜡封红酒的快速开启。该装置不仅为人们饮用蜡封红酒提供了便利工具，同时也为蜡封红酒的推广起到促进作用，具有一定实际应用价值。

参考文献：

［1］郝东裔.庄园红酒市场分析策略探究［J］.中国商贸，2015（7）：4-6.

［2］李旭娃.实验室中化学药品的蜡封式保护［J］.化学教育，2016（5）：55-59.

［3］卢利平，唐龙，岳恩，等.镍电阻丝的制备及电阻温度特性［J］.化学工程与材料学，2013，34（12）：113-115.

［4］杨震，卿宁.隔热材料的研究现状及发展［J］.化工新型材料，2011，39（5）：21-24.

［5］谢望平，朱冬生，汪南.石蜡熔化蓄热的实验研究［J］.广东化工，2008，35（1）：11-13.

作者：袁佳炜 石复习 单位：西北农林科技大学