闞苗 張啟花 任猛
合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230001
冰箱是日常生活中應(yīng)用最普遍的家用電器,也是生鮮食品從產(chǎn)地走上餐桌中的重要一環(huán)。因此,人們對(duì)冰箱的保鮮功能越來(lái)越重視。冰箱對(duì)食物的保鮮效果是其低溫和冷凍環(huán)境使細(xì)菌的繁殖與侵害作用得以抑制和延緩的外在體現(xiàn)。隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng),食品中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等物質(zhì)在細(xì)菌的作用下被分解,轉(zhuǎn)化成醇、醛、酮、有機(jī)酸等低分子物質(zhì),產(chǎn)生不良?xì)馕?。冰箱?nèi)的異味氣體不僅會(huì)引起人們感官上的不快,惡化食物的原味,而且還會(huì)在冰箱開(kāi)啟時(shí)污染室內(nèi)的空氣。
單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱,由于其制冷特點(diǎn),冷藏室與冷凍室只有一個(gè)循環(huán)系統(tǒng),通過(guò)風(fēng)扇的作用,氣流會(huì)在冷藏室與冷凍室之間循環(huán)流動(dòng),這就有可能導(dǎo)致冷凍室與冷藏室串味問(wèn)題的發(fā)生。目前,冰箱廠家在應(yīng)對(duì)串味問(wèn)題時(shí),多是在冷藏室中安裝除味裝置或模塊,力求去除冷藏室中的異味。白連社等[1]將納米二氧化鈦光催化技術(shù)應(yīng)用于冰箱除異味除菌保鮮裝置中,研究該裝置的除異味除菌效果,經(jīng)檢測(cè),風(fēng)冷冰箱中除異味裝置對(duì)異味的去除率在94%以上,對(duì)冰箱內(nèi)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的去除率在82%以上。錢(qián)梅雙等[2]研究了在冰箱冷藏室中安裝等離子體發(fā)生器能夠有效去除異味,對(duì)甲硫醇的去除率為91.2%。
盡管在冷藏室中安裝除異味模塊能有效去除異味,但仍無(wú)法避免冷藏室中的異味串至冷凍室,或者冷凍室中的異味串至冷藏室。并且僅靠冰箱制冷循環(huán)的過(guò)程,很難將冰箱中的異味清除干凈。本文研究了單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱防串味模塊,安裝方式及測(cè)試方法,建立了單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱防串味技術(shù)體系。
通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),氧化分解催化的方式較其他方式有著整潔、方便、易存放、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),因此本文采用稀貴金屬作為催化劑,氧化分解異味氣體。貴金屬元素均具有一定的催化、抗菌作用,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),鉑金具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、抗氧化力、耐高溫和催化效應(yīng)。將鉑金加工為粒徑大小為1~3nm的納米狀態(tài),鉑金就會(huì)具有近似原子的性質(zhì),因此大大提高了鉑金固有的性能。將納米鉑金催化劑附著在高表面積和多孔隙的蜂窩陶瓷紙上,增加金屬原子暴露于表面的機(jī)會(huì),提高催化效能。同時(shí),為了避免陶瓷紙因吸水而影響吸附、催化性能,故將陶瓷紙載體進(jìn)行了疏水處理,使其不親水。
圖1 防串味模塊細(xì)節(jié)圖
從圖1中可以看出,采用高表面積及多孔隙的蜂窩陶瓷紙作為載體,因納米鉑金的粒子非常微小,極易進(jìn)入到多孔質(zhì)的蜂窩陶瓷紙內(nèi)部,其負(fù)載量被最大限度地提高。經(jīng)過(guò)處理的蜂窩陶瓷紙即使在水洗、高濕度環(huán)境下使用,均不會(huì)使催化劑脫落而影響其性能。納米鉑金粒子作為催化劑,其異味去除機(jī)理如圖2所示。
甲硫醇:2CH3SH+1/2 O2→CH3-S-S-CH3(低臭)+H2O
硫化氫:H2S+3/2 O2→S or SO2(無(wú)臭或低臭)+H2O
氨:2NH3+7/2 O2→2NO2+3H2O
硫類(lèi)、氨類(lèi)的臭味成分在觸媒表面上進(jìn)行氧化分解反應(yīng)。臭味成分通過(guò)載體時(shí)被吸附,并與載體上的催化劑接觸。四周空氣中的氧氣參與發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)而生成無(wú)臭或低臭物質(zhì),并被釋放到空氣中。同時(shí),催化劑保持原有狀態(tài)重新進(jìn)入下一輪氧化還原反應(yīng)中。
設(shè)計(jì)模塊的目的是為了防止冷藏室與冷凍室之間異味的流通,因此考慮在各個(gè)間室的氣流入口處對(duì)異味進(jìn)行阻隔和降解。在冰箱進(jìn)風(fēng)口處安裝防串味模塊,能夠阻止冷凍室中的異味流通至冷藏室,在冰箱回風(fēng)口處安裝防串味模塊,能夠阻止冷藏室中的異味流通至冷凍室。安裝示意圖如圖3、圖4所示。
根據(jù)模塊設(shè)計(jì)的初衷,通過(guò)測(cè)試乙硫醇的擴(kuò)散率來(lái)評(píng)價(jià)其防串味效果。為了使測(cè)試方法具有通用性,采用密封試驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試。密封試驗(yàn)箱容積為100L,材質(zhì)為亞克力,內(nèi)含加熱片、循環(huán)風(fēng)扇、閥門(mén)等零部件。測(cè)試過(guò)程如下:
(1)取A、B試驗(yàn)箱,A、B之間有管道連接,管道中設(shè)置有防串味模塊。其中于B試驗(yàn)箱中加注5μL的乙硫醇溶液于加熱片上,開(kāi)啟加熱片,待其完全揮發(fā)后,關(guān)閉加熱片;
(2)5min后,用乙硫醇檢測(cè)管檢測(cè)試驗(yàn)箱B內(nèi)的初始濃度C0;
(3)開(kāi)啟試驗(yàn)箱A、B及管道中的循環(huán)風(fēng)機(jī),10min后用乙硫醇檢測(cè)管檢測(cè)試驗(yàn)箱A內(nèi)的殘余濃度C1;
(4)計(jì)算出試驗(yàn)箱A中乙硫醇擴(kuò)散率η1;
(5)同時(shí)于試驗(yàn)箱B進(jìn)樣孔中重新加注5μL的乙硫醇溶液于加熱片上并開(kāi)啟加熱片,待其完全揮發(fā)后,關(guān)閉加熱片;
(6)重復(fù)步驟(2)和步驟(3),計(jì)算出試驗(yàn)箱A中乙硫醇擴(kuò)散率η2;
圖2 防串味模塊化學(xué)反應(yīng)示意圖
圖3 冷藏進(jìn)風(fēng)口處模塊安裝示意圖
圖4 冷藏回風(fēng)口處模塊安裝示意圖
圖5 性能測(cè)試示意圖
圖6 乙硫醇擴(kuò)散率變化曲線(xiàn)圖
(7)重復(fù)以上步驟,整個(gè)過(guò)程持續(xù)120min,得出試驗(yàn)箱B中乙硫醇擴(kuò)散率η3、η4、……ηn;
(8)根據(jù)計(jì)算出的乙硫醇擴(kuò)散率繪制出曲線(xiàn)。
測(cè)試結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出,每加注一次乙硫醇,10min后乙硫醇擴(kuò)散率只有3%~5%,而120min后最終擴(kuò)散率為1.6%。說(shuō)明模塊對(duì)乙硫醇有很好的去除作用。若將測(cè)試時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng),則乙硫醇擴(kuò)散率遠(yuǎn)<1%,因此模塊的防串味率>99%。由此可見(jiàn),模塊的性能非常好,能夠快速防止及去除異味,達(dá)到防串味的效果。
本文針對(duì)單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱易串味的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一款適合此類(lèi)冰箱的防串味模塊。詳細(xì)介紹了此防串味模塊的設(shè)計(jì)原理,安裝方式及測(cè)試。研究結(jié)果表明,在冷藏進(jìn)風(fēng)口處與回風(fēng)口處各安裝防串味模塊,對(duì)間室的防串味率能達(dá)到99%以上,達(dá)到了防串味效果,增強(qiáng)了用戶(hù)的體驗(yàn)感。
[1] 白連社, 魏邦福, 李猛等. 冰箱除異味除菌保鮮技術(shù)研究[J]. 電器, 2012,(1):108-111.
[2] 錢(qián)梅雙, 方茂長(zhǎng), 辛海亞等. 等離子體技術(shù)在冰箱保鮮中的應(yīng)用研究[C]. 2016年中國(guó)家用電器技術(shù)大會(huì), 2016.