電場(chǎng)保鮮冰箱的場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)化

宋慧慧 高冬花 王光龍 朱忠浩 時(shí)宗凱

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

由于生活節(jié)奏的不斷加快，目前，絕大部分上班族在工作日的時(shí)間基本沒有時(shí)間去買菜，而需要利用周末的休息時(shí)間買足一周的食品原材料儲(chǔ)存在冰箱里，以供一周的烹飪之用。因此，在這種生活模式下，冰箱的保鮮功能好壞是人們?cè)谫徺I冰箱或評(píng)價(jià)冰箱好壞時(shí)一個(gè)非常重要的關(guān)注焦點(diǎn)。

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，在消費(fèi)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的推動(dòng)下，冰箱的保鮮技術(shù)也在不斷更新、優(yōu)化。當(dāng)前，冰箱的保鮮技術(shù)主要有真空保鮮[1]、速凍保鮮、光合保鮮、離子保鮮等。這幾種保鮮技術(shù)的缺點(diǎn)要么是應(yīng)用空間受限，要么是發(fā)揮作用受限、要么是有副作用。近幾年，在冰箱行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了電場(chǎng)保鮮技術(shù)。此種保鮮技術(shù)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷藏室和冷凍室的全空間保鮮。經(jīng)試驗(yàn)證明，此種保鮮技術(shù)在提升冷藏區(qū)食物保鮮效果，降低冷凍區(qū)解凍營養(yǎng)損失率方面都有明顯提升。本文主要論述在冰箱電場(chǎng)保鮮技術(shù)中，生產(chǎn)工藝對(duì)冰箱內(nèi)電場(chǎng)分布的影響。

1 電場(chǎng)保鮮原理簡(jiǎn)介

電場(chǎng)保鮮的原理為交變的高壓信號(hào)在冰箱箱體內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)不僅可以降低食物中生物酶的活性，而且可以使食物中的水分子團(tuán)變小，最終起到抑制植物呼吸、延緩衰老腐敗、降低肉類食品細(xì)胞膜損壞程度、減少營養(yǎng)流失的作用。

圖1為電場(chǎng)保鮮冰箱的控制系統(tǒng)原理圖。其中顯示板的作用是接收用戶對(duì)冰箱的設(shè)置信息，顯示冰箱當(dāng)前的狀態(tài)信息。顯示板同時(shí)對(duì)主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到對(duì)所有電器件的控制信息，并發(fā)送給控制板。主控板的作用是采集冰箱的狀態(tài)信息并發(fā)送顯示板，同時(shí)根據(jù)顯示板的發(fā)送指令對(duì)電器件如壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)、風(fēng)門等進(jìn)行控制。主控板同時(shí)為電場(chǎng)保鮮的高壓產(chǎn)生裝置提供電源。在電場(chǎng)保鮮冰箱中，高壓產(chǎn)生裝置和金屬極板是實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)保鮮功能的關(guān)鍵器件。高壓產(chǎn)生裝置的作用是產(chǎn)生定頻、高壓信號(hào)，金屬極板的作用是將高壓產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的信號(hào)以電場(chǎng)的形式分散到冰箱箱體的各個(gè)空間。

圖1 電場(chǎng)保鮮冰箱控制系統(tǒng)原理圖

2 冰箱中電場(chǎng)強(qiáng)度優(yōu)化的總體思路

在電場(chǎng)保鮮技術(shù)中，高壓發(fā)生裝置的工作頻率為50 Hz，產(chǎn)生的高壓為2 500 V左右。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在電場(chǎng)保鮮技術(shù)中，只有當(dāng)空間電場(chǎng)的強(qiáng)度不低于30 mV時(shí)[2]，才會(huì)對(duì)食品起到較好的保鮮效果。圖2為以美菱BCD-481冰箱為載體，在冰箱如圖位置放置兩塊金屬極板時(shí)冰箱空間各處測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度。由圖可知，在距離金屬極板較近的地方其場(chǎng)強(qiáng)較大，最大值為598 mV。距離金屬極板較遠(yuǎn)的地方其場(chǎng)強(qiáng)較小，最小值為1.8 mV。冰箱的右下角其電場(chǎng)強(qiáng)度小于5 mV，保鮮效果較差。需要考慮方案增大此處場(chǎng)強(qiáng)。

圖2 未優(yōu)化時(shí)冰箱空間各處的電場(chǎng)強(qiáng)度

根據(jù)以往的相關(guān)研究，工頻電場(chǎng)的特點(diǎn)如下：

1）電力線的表現(xiàn)形式為起始于正電荷、終止于負(fù)電荷的非閉合曲線；

2）工頻電場(chǎng)基本由電荷產(chǎn)生，而與磁場(chǎng)幾乎無關(guān)；

3）由電場(chǎng)的變化產(chǎn)生的磁場(chǎng)可忽略不計(jì)；

4）工頻電磁波波長約為6 000 km～5 000 km，其設(shè)備系統(tǒng)的最大尺度遠(yuǎn)小于波長，產(chǎn)生的電磁輻射可忽略不計(jì)；

5）可以采用靜電場(chǎng)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

基于以上研究成果，冰箱中電場(chǎng)的研究可用研究靜電場(chǎng)的方法來開展。靜電場(chǎng)強(qiáng)度的公式：E=kQ/r2。其中E是電場(chǎng)強(qiáng)度，k是靜電力常量，Q是源電荷的電量，r是源電荷與測(cè)試點(diǎn)的距離。由于k是靜電力常量，因此為了增大電場(chǎng)強(qiáng)度，可以增大源電荷Q、或者減小測(cè)試點(diǎn)與源電荷之間的距離r。

3 冰箱中電場(chǎng)強(qiáng)度優(yōu)化的具體措施及優(yōu)化結(jié)果

3.1 具體優(yōu)化措施

在冰箱中，金屬極板可以看成是無數(shù)點(diǎn)電荷的集合。冰箱內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度符合：E=kQ/r2。為了優(yōu)化418冰箱的電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)優(yōu)化方案主要思路是：利用靜電感應(yīng)將電荷Q在冰箱空間內(nèi)重新分布，同時(shí)縮短分布后電荷Q’與冰箱內(nèi)有效空間點(diǎn)之間的距離，以達(dá)到增強(qiáng)空間內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的目的，其原理如圖3所示。為了達(dá)到以上目的，具體實(shí)施時(shí)，在綜合考慮安全、生產(chǎn)效率、成本等因素的基礎(chǔ)上，采用在冰箱生產(chǎn)時(shí)在冰箱內(nèi)膽發(fā)泡層側(cè)纏繞鋁箔膠帶的措施。

圖3 靜電感應(yīng)及電場(chǎng)分布

冰箱生產(chǎn)時(shí)，對(duì)纏繞的鋁箔膠帶要求：

1）冷藏室箱膽：從金屬極板位置處貼鋁箔膠帶，沿箱膽外壁邊沿纏繞至冷藏室箱膽外壁頂部，在頂部往深度的方向上延伸兩道鋁箔膠帶。特別注意不能覆蓋冷藏膽頂部的轉(zhuǎn)梁波動(dòng)塊預(yù)吸坑（詳見圖4）。

2）冷凍室箱膽：從金屬極板位置處貼鋁箔膠帶，沿箱膽外壁邊沿纏繞至冷凍室箱膽外壁底部，在底部往深度的方向上延伸兩道鋁箔膠帶（詳見圖4）。

圖4 在冷藏室和冷凍室箱膽上纏繞鋁箔膠帶

3）纏繞的鋁箔膠帶所形成的的路徑不能出現(xiàn)斷開；

冰箱生產(chǎn)時(shí)，對(duì)冰箱組裝的要求：

鋁箔膠帶與地絕緣，即箱殼、蒸發(fā)器及其管道、冷凝器及其管道、其他與地連接的金屬件不與纏繞鋁箔膠帶接觸。

3.2 優(yōu)化結(jié)果

由圖5和圖6可以看出，由于在冰箱內(nèi)膽周邊纏繞了鋁箔膠帶，由靜電感應(yīng)導(dǎo)致冰箱空間的電場(chǎng)重新分布。最終不僅使冰箱空間電場(chǎng)強(qiáng)度由原來的最小值1.8 mV提高到了43 mV，而且使冰箱內(nèi)整個(gè)空間的電場(chǎng)分布均勻性有了明顯提高。

圖5 優(yōu)化后冰箱空間各處的電場(chǎng)強(qiáng)度

圖6 優(yōu)化前后電場(chǎng)分布均勻性仿真對(duì)比圖

4 總結(jié)

食品保鮮是冰箱最基本也是最重要的功能，如何提高冰箱的保鮮效果是冰箱技術(shù)中最核心的技術(shù)之一。本文論述了在近年來出現(xiàn)的電場(chǎng)保鮮技術(shù)中如何通過生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提升保鮮電場(chǎng)空間分布。經(jīng)試驗(yàn)證明，此種方法不僅提高了空間電場(chǎng)的最小值，同時(shí)提升了空間電場(chǎng)的分布均勻性。