應(yīng)用于風(fēng)幕柜的水循環(huán)加濕輔助外設(shè)

孫悅涵

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應(yīng)用于風(fēng)幕柜的水循環(huán)加濕輔助外設(shè)

孫悅涵

（武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

目前，風(fēng)幕柜廣泛應(yīng)用于超市、商店中蔬菜水果的保鮮。該裝置是一種集收集、凈化和霧化加濕于一體的冷凝水循環(huán)利用輔助外設(shè)。采用超聲波霧化，使其加濕效率高，可接近95%，工作時能耗指標(biāo)很低，具有體積小、加濕均勻的優(yōu)點。首次實現(xiàn)風(fēng)幕柜加濕的水循環(huán)，將冷凝水收集凈化并再次加以利用。

風(fēng)幕柜；超聲波空化；節(jié)能減排；超市

風(fēng)幕柜正常設(shè)定的溫度在2～8 ℃之間，在超市里主要放飲料、酸奶、牛奶，真空包裝的肉食、熟食，水果等，不適合放裸裝食品。目前，風(fēng)幕柜產(chǎn)品種類較少，應(yīng)用量較大，風(fēng)幕柜存在一定的改進(jìn)空間。

1 項目背景及研究意義

目前，人們對水果、蔬菜等食物的新鮮程度十分重視，但蔬菜、水果等因自身含水量較高，放置于展示柜中一般一兩天就會因喪失水分而枯萎、變干，很大程度上影響了銷量。將蔬果放置于風(fēng)幕柜中能延長保鮮兩三天。同時，風(fēng)幕柜具有加強(qiáng)展示效果、增加銷量等特點，在日常生活中被廣泛使用。數(shù)據(jù)顯示，2 000×800×1 000規(guī)格的風(fēng)幕柜一天能產(chǎn)生近6 L的冷凝水?，F(xiàn)有的風(fēng)幕柜的排水方式主要分為兩種：①小型的風(fēng)幕柜將冷凝水收集到一個收集箱中，經(jīng)過一段時間后將冷凝水排出；②比較大型的風(fēng)幕柜是直接將產(chǎn)生的冷凝水通過排水管道排出。以上兩種排水方式造成了冷凝水的浪費。而由于風(fēng)幕的作用，在風(fēng)幕柜中的食品表面水分仍然會被帶走，這就需要額外的水不斷加濕來保持蔬菜水果的新鮮度，現(xiàn)有的補(bǔ)水加濕方式主要是通過人工噴灑或有噴霧式的風(fēng)幕柜，但是這兩種方式都是將自來水軟化之后來對食品進(jìn)行加濕，這些方式每天會消耗5～6 L自來水。

2 項目的研究內(nèi)容和研究目標(biāo)

2.1 方案設(shè)計

根據(jù)功能需要其設(shè)計要求為：①超聲波霧化器在實現(xiàn)冷凝水霧化的同時，保證整體結(jié)構(gòu)的安全性和實用性；②為了方便消費者的使用，需要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化控制；③為讓消費者更好地接受，本項目產(chǎn)品化，便于用戶的安裝。

為此，根據(jù)設(shè)計要求，將本作品分為結(jié)構(gòu)設(shè)計和智能控制兩大模塊。結(jié)構(gòu)設(shè)計分為3個部分：冷凝水收集部分、冷凝水凈化部分、超聲波霧化部分，如圖1所示。

2.2 工作原理

由于冷凝水較為純凈，且風(fēng)幕柜內(nèi)溫度較低，冷凝水珠的表面張力較大。活動展板下層前端的親水涂層使冷凝水珠吸附于其表面，20°夾角可以使冷凝水珠沿展板下滑。當(dāng)冷凝水珠下滑到疏水涂層上時，脫離活動展板下端表面，落入聚流管道中并沿著聚流管道進(jìn)入載流管道。聚流管道中的冷凝水進(jìn)入冷凝水凈化系統(tǒng)。冷凝水經(jīng)凈化后流入冷凝水收集箱中收集，供超聲波霧化器使用。一旦位于風(fēng)幕柜中的控制系統(tǒng)判斷到濕度沒有達(dá)到80%時，即控制超聲波霧化器開始工作，使冷凝水霧化，葉輪將霧化的冷凝水吹入風(fēng)幕柜對其中的食品進(jìn)行加濕，當(dāng)濕度達(dá)到80%時，超聲波霧化器停止工作。

圖1 外設(shè)示意圖

2.3 冷凝水收集部分

冷凝水收集系統(tǒng)主要由活動展板、聚流管道，載流管道和冷凝水收集箱組成?；顒诱拱宸譃樯舷聝蓪?。上層展板水平，為商品展示板；下層展板與水平面成20°夾角，主要起支撐作用，尾端覆有疏水涂層。聚流管道位于兩個活動展板之間，緊貼背側(cè)柜壁，呈彎曲管狀。每一層的聚流管道中部與載流管道相連。載流管道位于風(fēng)幕柜背側(cè)軸線位置，緊貼柜壁。載流管道連接著冷凝水凈化系統(tǒng)。冷凝水收集箱位于進(jìn)風(fēng)口下部，呈矩形，高約8～10 cm。冷凝水收集箱通過管道與冷凝水凈化系統(tǒng)相連。

2.4 超聲波霧化部分

超聲波霧化器位于集水箱中，將冷凝水霧化后給風(fēng)幕柜中的蔬果加濕。本作品不涉及對傳統(tǒng)風(fēng)幕柜本身的改造，從而保證其有較高的適用性和較好的應(yīng)用前景。

2.5 風(fēng)幕柜的加濕裝置控制模塊

控制中心采用STC89C52單片機(jī)對裝置整體進(jìn)行控制：風(fēng)幕柜的最頂端安裝有濕度傳感器，用電路制作反饋系統(tǒng)，用定時器控制傳感器的工作，每隔一分鐘申請一次定時器中斷測一次濕度，如果連續(xù)兩次測得濕度過低，就申請一次外部中斷，來啟動超聲波霧化裝置來繼續(xù)進(jìn)行加濕；反之，則申請另一中斷，關(guān)閉超聲波霧化裝置，實現(xiàn)維持濕度。

3 實施方案及擬采取研究方法和技術(shù)路線

冷凝水多半為純凈水，同時風(fēng)幕柜內(nèi)溫度低，較易冷凝，冷凝水珠的表面張力變大。沿展板下滑的冷凝水珠滑到疏水涂層時，脫離活動展板下端表面，掉落進(jìn)聚流管道中并沿聚流管道進(jìn)入載流管道。聚流管道中的冷凝水匯聚起來被凈化。冷凝水經(jīng)凈化后流入冷凝水收集箱中，供超聲波霧化器使用。風(fēng)幕柜中的控制系統(tǒng)識別到濕度沒有達(dá)到80%時，此時控制超聲波霧化器開始工作，霧化冷凝水，葉輪將霧化的冷凝水吹入風(fēng)幕柜對其中的食品進(jìn)行加濕，當(dāng)濕度達(dá)到80%或以上，超聲波霧化器停止工作。

4 項目的研究基礎(chǔ)和可行性分析

4.1 技術(shù)分析

通過超聲波霧化，冷凝水收集、循環(huán)和凈化，同時，在控制系統(tǒng)的調(diào)控下實現(xiàn)減少耗水量和耗電量，同時保證了蔬菜水果的正常保濕。

4.2 效益分析

以武漢市為例計算風(fēng)幕柜加濕能耗。選取武漢擁有風(fēng)幕柜及加濕器的大型超市，包括中百倉儲、家樂福、沃爾瑪?shù)龋约鞍N售的高校超市，武漢市共有高等院校83家，以平均每所高校擁有3家配有風(fēng)幕柜及加濕器的超市計算。常見的水果加濕器功率為300 W，耗水量為2.6 L/h，每小時耗電量耗水量如表1和表2所示。

相比傳統(tǒng)加濕方式，采用加濕器可節(jié)省耗水量51%（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)）。

武漢市每日用于人工水果加濕的耗水量為471×61.2=28 814 L，武漢市大型超市擁有風(fēng)幕柜和加濕器約471臺，超市平均營業(yè)時間為12 h，每小時耗水量以2.6 L計算，則每日耗水量為471×2.6×12=14 695 L，超聲波霧化器的功率取24 W計算，每天工作6 h，耗電量為24×6÷103=0.144 kW·h，普通的加濕器功率為300 W，每天工作6 h，耗電量為300×6÷103=1.8 kW·h，在達(dá)到相同的保濕效果的前提下，應(yīng)用本項目每天每臺風(fēng)幕柜節(jié)電約1.76 kW·h，整個武漢市每天節(jié)電可達(dá)1.76×471=828.96 kW·h，普通不加濕的水果保質(zhì)期大概3 d左右，將水果保持在一個最佳的濕度下，一般可延長水果兩三天的保鮮期。假設(shè)銷量不變，經(jīng)計算可減少蔬果損耗量達(dá)30%～35%.

表1 武漢市超市數(shù)量及耗水統(tǒng)計

超市名稱超市加濕器數(shù)量加濕器每小時總耗電量/（kW·h）加濕器每小時耗水總量/L 中百倉儲8726.1226.2 中百超市5315.9137.8 家樂福123.631.2 沃爾瑪133.933.8 麥德龍30.97.8 武商超市5416.2140.4 高校超市24974.7647.4 總計471238.81 224.6

表2 武漢市超市數(shù)量及耗水統(tǒng)計

超市類別超市加濕器數(shù)量加濕器每小時總耗電量/（kW·h）加濕器每小時耗水總量/L 大型連鎖超市22266.6577.2 高校超市24974.7647.4 總計471238.81 224.6

［1］陳蘊(yùn)光，袁秀玲.冷藏陳列柜風(fēng)幕卷吸特性的數(shù)值分析［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報，2004，38（09）：943-946.

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［4］管天，陳天及.立式開式陳列柜風(fēng)幕送風(fēng)速度對其溫度分布影響的實驗研究［J］.制冷與空調(diào)（北京），2006，6（02）：64-67.

2095－6835（2019）05－0100－02

TU995

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.100

〔編輯：張思楠〕