摘要：为了加强食品安全工作，国务院制定了《“十三五”国家食品安全规划》，把食品安全提上议程。“海螺姑娘”团队针对于食品安全和污染治理进行调研，开发了定时自加热便当盒，着力于解决上下班时间固定群体（如环卫工人）的用餐问题，用定时自加热便当盒代替一次性餐具，解决污染问题。定时自加热便当盒内置定时装置和加热装置，提前放入饭菜，设置加热定时，在倒计时结束后加热饭菜。当使用者在指定的时间进餐时可以直接吃到热好的饭菜，无须另行加热，节省用餐时间。
关键词：体验度；便携带；便当盒
0 引言
随着生活节奏的加快，一方面很多上班族在职场的工作节奏比较快、压力比较大，既没有时间也没有精力回家做饭，不得不选择最快最便捷的方式——外卖，以此来解决自己的午餐问题。而每年3.15总会爆出很多黑心的外卖商家，“地沟油”、“虾扯蛋”“辣条”等食品安全问题频频爆出，外卖虽然便捷但是存在很大的安全隐患，而且一次性餐具对环境也有很大的污染。很多上班族虽然担心食品卫生以及安全问题，想自己带便当但有很大的限制，保温桶虽然可以对便当进行保温，但有一定的时效性，这就需要一款定时便当盒，根据自己需要对便当盒进行定时，下班就可以吃到暖乎的便当。
而另一方面对于环卫工人来说，每天都在外边，而且经济实力有限，我们研发的这款定时加热便当盒价格便宜，很适合环卫工人，这样就可以随时随地吃到热乎乎的便当。本文设计了新型便携式加热便当盒，对其原理及结构做详细说明，并对该便当盒的创新独到进行了分析。
1背景分析
1.1 大环境分析
随着社会的发展，生活节奏的加快，人与人之间的竞争越来越激烈，与此同时人们的压力也越来越大，但是工作者的饮食水平并没有随着竞争的激烈而提高质量。中国营养学会 的一项调查显示：有35%的白领表示“没充足时间吃早餐”，60%的白领早餐“瞎对付”。而对于公司食堂的午饭，7096位左右的白领表示“吃多了比较腻”，“没有较好的营养搭配”。通过调査研究者发现，白领的工作压力与其所获得的饮食质量并没有成正相关，白领的饮食不能得到有效保障。
2方案设计
2.1现存问题概述
我们通过社会调查的方式走访了数家公司的普通员工，发现目前国内只有中大型规模或者特殊行业（如学校、医院、政府部门等）配备有食堂和餐厅。而大多数的中小型企业不具备食堂条件，这就造成了很多上班族无法很好地解决午饭问题，从而导致身体的健康受到威胁，甚至影响工作效率。
2.2解决方案概述
通过讨论，我们决定设计一款可以自行加热的饭盒，以便上班族能够高效且健康的解决午饭问题。在食品加热环节的电加热方式，电加热方式具有环保、重复利用性强、安全可靠的优点。并且二次讨论通过了为便当盒配备蓄电池的提议，扩宽了便当盒的使用场景。
2.3原理概述
自热便当盒采用低电压的热电阻进行加热，使用安全，利用内部温度传感器实现对其温度的精准控制。电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对物体进行的电加热，电阻加热分为直接电阻加热和间接电阻加热。在这里我们选用间接电阻加热，间接电阻加热是让电流通过电热元件或导电介质，例如电阻丝、热敏电阻（PTC）、电热膜等，使电热元件首先发热，然后利用电热元件产生的热量以热传导、热对流或热辐射等方式间接加热目标物体。
我们选择用电阻丝对便当盒内壁夹层里的水进行加热，然后通过加热的水对对便当盒内壁输出热量进而加热食物，从而达到均匀受热的目的。
2.4功能概述
定时加热便当盒和普通便当盒相比除了储存食品还具备两个更特殊的功能。第一，定时加热便当盒可以加热；第二，定时加热便当盒还可以定时。定时自加热便当盒内置定时装置和加热装置，提前将准备好的饭菜放入便当盒里，设置加热定时，在倒计时结束后加热饭菜。这样使用者在指定的时间进餐时可以直接吃到热好的饭菜，无须另行加热，节省用餐时间。
2.5产品外观
该便当盒由六部分组成：顶盖、储存层、隔层、加热定时装置储存层、卡扣和绑带。各部分连接处用硅胶密封，有效地阻止了热量的流失，同时也可以避免污染以及汤汁的渗透。便当盒内部增加了隔板，将饭菜分隔开，同时隔板的位置也可以根据使用者的需要来进行调节，具有一定的自主性。和灵活性。隔层侧边开口，保证进行饭菜加热时及时排出热气，避免意外的发生。卡扣和绑带的设置使便当盒整体严密性大大提高。
3技术分析
3.1内壁材料
定时加热便当盒，考虑到不锈钢耐高温，容易清洗的特点，便当盒内壁采用316不锈钢，不锈钢是由铁铬合金再掺入其他一些微量元素而制成的。由于其金属性能良好，并且比其他金属耐锈蚀，制成的器皿美观耐用。因此，越来越多的被用来制造餐具，并逐渐进入广大家庭。316不锈钢是以304不锈钢为基体，加入一定量的钼元素，成分主要是06Cr17Ni12Mo2。由于钼的加入，其耐酸碱性和耐腐蚀性都有了很大的提高，包括耐高温性，都比304提高了很多。
另外值得一提的是，我们为了食物能够均匀受热，特意设计了导热隔层（如图3.1.1），在两层不锈钢中间加入一层导热介质层，内部注水，利用水的比热容较大的原理避免部分区域高温导致的食物变质。
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图3.1.1 导热隔层设计
3.2外壳材料
我们研究决定选用一种耐高温、轻便且符合食品安全要求的材料作为便当盒的外壳，于是密胺树脂走进了我们的视野。密胺餐具又称仿瓷餐具，由密胺树脂粉加热加压压制成型。固化后的三聚氰胺甲醛树脂无色透明，在沸水中稳定，甚至可以在150℃使用，且具有自熄性、抗电弧性和良好的力学性能。密胺餐具以其轻巧、美观、能耐低温、不易碎等性能，被用于餐饮业及儿童饮食业等。
初期我们讨论直接使用不锈钢作为便当盒外壳，但考虑到便当盒要对食物进行加热，其电阻丝产生大量的热量，而不锈钢具有金属的导热性，会将热量传导至外壳，从而容易对使用者造成烫伤等危害。于是我们开始寻求耐温且热传导性差的隔热材料，首先我们想到的是工业塑料，但是后期因为塑料具有毒性，不符合食品安全的各项指标也别我们否决调。最终我们选择了密胺树脂作为外壳材料。
3.3定时器选择
为了实现自动加热的目的，定时加热便当盒需安装定时器，在此我们选择普通的通电延时定时器，在倒计时结束后接通电源，电阻丝工作进行加热。定时器使用机械转盘进行时间设置，方便操作，可靠性高。
3.4电阻丝选择
电阻丝是一种一般将电能转化为内能的电气元件。一般地说，温度上升It寸金属的阻照增加；碳元素、半导体或者电解液则相反。温度上升时阻值减少。这样，在一定温度范围内，我们可以认为温度变化与阻值变化成线性关系，因而就能够将温度变化转换为阻值的变化。
目前主流的电热丝主要有铁铬铝合金和镍铬电热合金。铁铬铝合金系列主要优点是其使用温度高，最高使用温度可达1400度，（0Cr21A16Nb、0Cr27A17Mo2等)，使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、电阻率高，价格便宜等。但缺点是高温强度低，随着使用温度升高其塑性增大，元件易变形，不易弯曲和修复。镍铬电热合金系列主要优点是高温强度较铁铬铝高，高温使用下不易变形，其结构不易改变，塑性较好，易修复，其辐射率高，无磁性，耐腐蚀性强，使用寿命长等。缺点是由于采用较稀缺的镍金属材料制成，故该系列产品价格高出铁铬铝最多达几倍，使用温度较铁铬铝低。
我们考虑到便当盒的工作温度不会过高，同时兼顾经济实用性，选用铁铬铝合金系列电阻丝。
3.5温度传感器的选择
为了更好的控制加热温度，我们需要在导热层内部加装温度控制电路，当隔热层达到一定温度时，加热主电路断开，电热丝停止工作，当隔热层温度低于设定温度时，主电路接通，电阻丝继续工作。
温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两种，在此我们考虑经济效益和实用性，选用接触式温度传感器。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，其通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。
为了更好的配合控制电路的使用，我们选择热电偶温度传感器。热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。
3.6电池的选择
为了提升定时加热便当盒的安全性和便携性，我们选择锂电池进行供电，方便在无电源的环境下使用。锂电池具有能量比较高、使用寿命长、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率很低、重量轻、高低温适应性强（可以在-20℃--60℃的环境下使用）、绿色环保等诸多优点。
3.7主电路设计
电源与定时模块、温度传感模块、加热模块串联，当满足定时器定时结束、温度传感器未检测到温度过高时，电路导通，电阻丝工作。当定时器为结束定时和主动关闭或温度传感器达到限定温度时，电路断开，电阻丝停止工作。主电路设计如图3.7.1。
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图3.7.1 主电路设计
4总结
我们针对于食品安全和污染治理进行调研，开发了定时自加热便当盒，着力于解决上下班时间固定群体的用餐问题，用定时自加热便当盒代替一次性餐具，解决污染问题。定时自加热便当盒内置定时装置和加热装置，提前放入饭菜，设置加热定时，在倒计时结束后加热饭菜。当使用者在指定的时间进餐时可以直接吃到热好的饭菜，无须另行加热，节省用餐时间。
参考文献
[1]《2017年秋季中国雇主需求与白领人才供给报告》2]罗伯特.K.殷：案例研究一设计与方法MJ（美）。重庆大学出版社
[2]关怀：当代便当盒的设计调研设计。艺术与理论，2017.
[3]张金玲，叶云鹤，韩天泉，等：浅谈如何设计和实现新型可温控环保便当盒。价值工程2015.
作者简介
张玉华，汉族，1999年1月，青岛黄海学院 学前教育学院 学前教育专业 本科在读。