储热式电热暖手器安全使用长效性改进研究

辛勇 孙积凯 赵静 王洪建

山东省产品质量检验研究院 山东济南 250102

1 引言

电热暖手器一般分为硬壳、柔性及USB充电式三类产品。产品安全使用长效性研究是对产品能够满足长期安全使用特性的研究。该类研究由来已久，在过去40年间，工业化大生产不仅带来了新产品的大量上市，也造成了较低的产品使用寿命和可靠性，增强产品质量和可靠性成为研究重点。当今在工业和服务业的社会架构领域，增长产品使用寿命的研究仍然比较前沿，消费类产品的耐久性和高性能是研究的热点。

安全使用长效性与安全使用年限有关，安全使用年限指家用电器按照使用说明书的要求，经过一定时间后，其安全性能仍然符合国家安全标准要求，评价与验证家用电器安全使用年限的依据标准是GB 4706.1及其特殊标准[1]。在此原理基础上，项目研究人员对所收集的不同使用年限的旧暖手器与购买的全新暖手器进行了相关验证试验，在数据及结构分析的基础上，发现了影响其长效性的缺陷并提出了改进措施。

2 背景

电热暖手器的相关生产企业主要集中在浙江、广东、上海及四川等地。该类产品由于消费基数大、产品使用周期相对较短，因此2011年以来市场销售一直稳步增加，呈逐年上升态势。预计到2020年我国柔性电热暖手器市场销售量将达到3810万只，销售额可达27.2亿元[2]。虽然产业规模较大，但从行业发展状况看，由于生产工艺相对简单，存在大量家庭作坊式厂家，市场竞争激烈，该类产品整体来说技术含量低、品质质量差且安全隐患较多，行业亟需整合提升。

2009年至2016年，上海、贵州、温州、广州以及宁波等省市的质量技术监督部门先后开展了电热暖手器类产品的质量监督抽查，抽查不合格率在64%至90%，可见该类产品的质量安全状况不佳，出现频次较高的不合格项目有标志和说明、输入功率和电流、结构、电源连接和外部软线、电气间隙、爬电距离和固体绝缘等项目，说明该类产品存在较严重的安全质量问题。

产品长效性在一定意义上与产品的耐久性相近，欧盟日益关注产品的耐久性设计，2016年欧盟委员会发布了一篇题为“更长的产品寿命：消费者和企业的效益”的研究报告，该报告评估了更长的产品寿命对经济、社会和环境的潜在影响，其结果是产品的长效性对以上三个领域均有积极的影响，尤其是对环境领域，例如通过延长10%的寿命来改变烤面包机的市场，可以节省大约4000吨的二氧化碳当量，防止每年约60吨的废物[3]。另外一个长效性的举例为：在日本汽车寿命增加1年，在5年时间里，垃圾填埋场减少了20万吨汽车相关垃圾[3]。

图1 耐久性铭牌设计示例

图2 电源连接器设计及故障示例

3 安全试验

根据安全使用长效性与经过一段使用时间后，其安全性能应仍然符合国家安全标准要求的原理，对选取的试验样品采用GB 4706.1家用和类似用途电器安全的通用要求和GB 4706.99电热暖手器产品的特殊要求开展安全性试验。受材料尺寸限制未进行耐热耐燃试验。

3.1 回收样品安全性

回收样品12个批次，其中柔性暖手器11个批次，硬壳暖手器1个批次。回收样品中有5个批次为已经发生了故障的样品，经过故障检查该5个批次的样品均为电极加热式暖手器，分别是由于元器件老化或电极损坏导致。

由于部分产品铭牌信息已经不全，未进行标志和说明及输入功率和电流的相关验证。安全试验后，发现主要不符合为：易触及带电部件，电气间隙爬电距离过小，存在触电危险；在结构方面存在缺乏过压保护、采用电极加热、外形易被儿童当作玩具等缺陷；机械强度方面，少数产品未能通过挤压试验。

3.2 新样品安全性

新样品共计17个批次，其中柔性暖手器13个批次，硬壳暖手器2个批次，USB充电暖手器2个批次。经检测，11个批次的柔性暖手器不合格，在6个方面存在安全质量问题，主要为标志和说明信息缺失或不全、输入功率和电流标识不准确、发热试验部分电源连接器过热、结构方面存在诸多不安全因素（缺乏过压保护、采用电极加热、外形易被儿童当作玩具等）、电源软性实测截面不能满足标准规定值、电气间隙爬电距离超过标准规定值等。

铭牌的缺失，缺乏相应的内部过压保护，不合理的电极加热设计，不合理的连接器设计及不当的电气间隙和爬电距离设计，使得当前的电热暖手器产品存在一定的安全使用风险，且降低了产品的使用周期。

4 长效性改进措施

4.1 铭牌改进措施

对于柔性暖手器，应采用编织的柔性铭牌，不应采用印刷铭牌，由于暖手器为人体经常接触器具，印刷铭牌不耐弯折摩擦，采用编织型铭牌能够提高关系信息的保存时间。对于硬壳及USB充电式暖手器可采用图1中所示的在器具平整表面上设置凹形铭牌粘贴区域，如图1中左侧照片所示，或者将铭牌内容模制到硬质外壳上，如图1中右侧照片所示。

铭牌粘贴于凹形平面上，边角不再直接承受外力。将铭牌模制到外壳上，产品参数等信息不会因为铭牌的脱落而丢失。两种设计能够显著的提升铭牌信息保持的长效性。

4.2 输入功率测量改进

功率的偏差直接影响电源导线的选择，如果实测值与额定值存在较大的正偏差，按照额定功率选择的电源线将发热过大，影响使用的长效性。从功率测量数据可见，标识额定功率与实际测量值存在一定的差异。器具输入功率的检验一般是直接通过功率计直接读取器具实际工作功率，如果其典型工作时期最大值及最小值均未超过标准中规定的限值，可取测量中间值为其额定功率，如果测量极值超过标准限值或测量过程中功率不够稳定，则通过计算典型工作周期中功率的平均值作为器具的额定功率。

因此生产商在标定器具的额定功率时，应当根据器具实际工作中功率的稳定情况，实测相关数据后再确定器具的额定功率，进而合理选择电源导线。

4.3 电源连接器改进

图3 电源连接器改进设计图示

市场上销售的电热暖手器，其电源线与器具的连接均采用器具输入插口，通过电源连接器与电源进行耦合的方式。器具带电源线的连接端，插口大多被设计成三端圆筒形接口，如图2左侧图例所示。由于该类连接是刚性连接，随着使用时间的增长，容易造成接触不良，从而使插脚部位在工作时容易过热，导致接口变形如图2右侧图例所示。连接器过热会造成火灾危害，连接器过热使材料变形，连接器带电部件露出，易导致触电事故的发生。

将图2中原连接器标示部分集成到器具上，将原来三极筒型刚性支撑三极插口设置成图3所示带有弹性支撑的两极插口结构，图3中设计的插口采用双片结构上层为连接电源线的良好导体，下层为带有一定弹性的金属片，该设计能够保证连接器稳定连接，降低了电极生产难度，并减少了一个电极，减少了材料的消耗，提高了电热暖手器的安全使用长效性。

此外通过对连接电源线连接器端插口处电气间隙和爬电距离的测量，发现大部分连接器插口内部带电部件与连接器外表面之间距离不满足标准中规定的安全距离要求，存在安全隐患。应当适当增加内部带电部件与外表面之间的距离，以增强元件的防触电性能。

4.4 结构设计改进

电热暖手器的特殊标准中等22.7条要求：柔性暖手器在结构上应有防止在通电过程中出现暖手器内气压过高的保护装置[4]。13个批次的柔性暖手器，仅有2个批次的产品设置了过压保护装置，对于安装有加注液体接口（部分产品说明书标注为排气口）的暖手器，考虑到内压会对接口开启有压制作用，本次检验不认为该接口具备防止内部压力过大的保护功能。比较合理的过压保护装置设计是通过感知袋体膨胀的机械开关动作起到相应过压保护。

电极加热方式在缺乏防护的情况下，由于易受挤压、碰撞及跌落的影响，使内部电极密封受损极易出现故障，且由于电化学反应，在正常使用过程中电极会出现蚀损，易引起附加的电气及物理危害，因此避免采用电极加热方式，采用电阻加热的形式能够有效提高产品的安全性和长效性。

器具的外形设计采用卡通、动物及玩具等形象，容易引起孩子的注意而被当作玩具，充电时孩子触碰会存在一定的危险，且在充满电的情况下，电热暖手器的温度通常高于70℃，相关研究表明，接触70℃的温度持续1分钟，接触60℃的温度持续5分钟，皮肤就会被烫伤，引起皮肤烫伤的最低温度为44℃[5]。经过试验验证柔性电热暖手器保持60℃的温度可达10分钟以上，因此应注意使用安全，避免让孩子接触。

5 结束语

对于全新及回收样品在安全试验中出现的问题，有些问题是由于对产品的安全要求及试验方法缺乏一定的认知，如标志信息不全，额定输入功率实测偏差较大。有些问题的出现则是由于设计的不合理造成的，如标志耐久性差，电源连接器温升过高，电气间隙爬电距离过小等。生产企业应当在熟悉相关领域安全标准的基础上，合理设计产品各个功能部件，以提高产品的安全使用长效性。