电场保鲜冰箱的场强优化

2021-04-09宋慧慧高冬花王光龙朱忠浩时宗凯

日用电器 2021年2期

宋慧慧高冬花王光龙朱忠浩时宗凯

（长虹美菱股份有限公司合肥 230601）

引言

由于生活节奏的不断加快，目前，绝大部分上班族在工作日的时间基本没有时间去买菜，而需要利用周末的休息时间买足一周的食品原材料储存在冰箱里，以供一周的烹饪之用。因此，在这种生活模式下，冰箱的保鲜功能好坏是人们在购买冰箱或评价冰箱好坏时一个非常重要的关注焦点。

进入二十一世纪后，在消费升级和产业升级的推动下，冰箱的保鲜技术也在不断更新、优化。当前，冰箱的保鲜技术主要有真空保鲜[1]、速冻保鲜、光合保鲜、离子保鲜等。这几种保鲜技术的缺点要么是应用空间受限，要么是发挥作用受限、要么是有副作用。近几年，在冰箱行业内出现了电场保鲜技术。此种保鲜技术可同时实现冷藏室和冷冻室的全空间保鲜。经试验证明，此种保鲜技术在提升冷藏区食物保鲜效果，降低冷冻区解冻营养损失率方面都有明显提升。本文主要论述在冰箱电场保鲜技术中，生产工艺对冰箱内电场分布的影响。

1 电场保鲜原理简介

电场保鲜的原理为交变的高压信号在冰箱箱体内产生的电场不仅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团变小，最终起到抑制植物呼吸、延缓衰老腐败、降低肉类食品细胞膜损坏程度、减少营养流失的作用。

图1为电场保鲜冰箱的控制系统原理图。其中显示板的作用是接收用户对冰箱的设置信息，显示冰箱当前的状态信息。显示板同时对主控板发送的数据信息进行逻辑运算，得到对所有电器件的控制信息，并发送给控制板。主控板的作用是采集冰箱的状态信息并发送显示板，同时根据显示板的发送指令对电器件如压缩机、风扇电机、风门等进行控制。主控板同时为电场保鲜的高压产生装置提供电源。在电场保鲜冰箱中，高压产生装置和金属极板是实现电场保鲜功能的关键器件。高压产生装置的作用是产生定频、高压信号，金属极板的作用是将高压产生装置产生的信号以电场的形式分散到冰箱箱体的各个空间。

图1 电场保鲜冰箱控制系统原理图

2 冰箱中电场强度优化的总体思路

在电场保鲜技术中，高压发生装置的工作频率为50 Hz，产生的高压为2 500 V左右。根据实验测试，在电场保鲜技术中，只有当空间电场的强度不低于30 mV时[2]，才会对食品起到较好的保鲜效果。图2为以美菱BCD-481冰箱为载体，在冰箱如图位置放置两块金属极板时冰箱空间各处测得的电场强度。由图可知，在距离金属极板较近的地方其场强较大，最大值为598 mV。距离金属极板较远的地方其场强较小，最小值为1.8 mV。冰箱的右下角其电场强度小于5 mV，保鲜效果较差。需要考虑方案增大此处场强。

图2 未优化时冰箱空间各处的电场强度

根据以往的相关研究，工频电场的特点如下：

1）电力线的表现形式为起始于正电荷、终止于负电荷的非闭合曲线；

2）工频电场基本由电荷产生，而与磁场几乎无关；

3）由电场的变化产生的磁场可忽略不计；

4）工频电磁波波长约为6 000 km～5 000 km，其设备系统的最大尺度远小于波长，产生的电磁辐射可忽略不计；

5）可以采用静电场的计算方法进行计算。

基于以上研究成果，冰箱中电场的研究可用研究静电场的方法来开展。静电场强度的公式：E=kQ/r2。其中E是电场强度，k是静电力常量，Q是源电荷的电量，r是源电荷与测试点的距离。由于k是静电力常量，因此为了增大电场强度，可以增大源电荷Q、或者减小测试点与源电荷之间的距离r。

3 冰箱中电场强度优化的具体措施及优化结果

3.1 具体优化措施

在冰箱中，金属极板可以看成是无数点电荷的集合。冰箱内电场强度符合：E=kQ/r2。为了优化418冰箱的电场强度，电场优化方案主要思路是：利用静电感应将电荷Q在冰箱空间内重新分布，同时缩短分布后电荷Q’与冰箱内有效空间点之间的距离，以达到增强空间内电场强度的目的，其原理如图3所示。为了达到以上目的，具体实施时，在综合考虑安全、生产效率、成本等因素的基础上，采用在冰箱生产时在冰箱内胆发泡层侧缠绕铝箔胶带的措施。