食品保鮮與冰箱間室溫度布局

　　摘 要： 本文著眼食品保鮮角度，淺析冰箱內室溫度分布對食品保鮮的重要性，就如何控制冰箱間室溫度均勻性的問題進行了探討。
　　關鍵詞： 食品保鮮 冰箱 溫度分布 間室布局
　　
　　一、引言
　　改革開放以來，伴隨生活水平的提高，居民對電冰箱的理解不再停留在低溫制冷儲藏上，而從食品的保鮮角度向廠家提出了更高的要求，于是抗菌保鮮、紫外除臭、電腦溫控顯示等新技術在冰箱中脫穎而出。
　　除真空保鮮儲藏技術外，其他所有保鮮儲存技術無一例外地要在合適的溫度下才能達到保鮮效果。每一種食品都有一個最佳的保存溫度范圍（見表一），溫度過高或過低都可能造成儲藏物提前變質。
　　合理的儲藏溫度是食品保鮮的關鍵，其他技術僅屬于一種從屬、輔助的手段。冰箱是當前家用電器中最為普遍的食品儲藏器具。因此冰箱間室內合適且均勻的溫度區域就成了冰箱設計和使用者最關心的焦點。
　　二、冰箱內溫度分布
　　隨著近年來電子溫控的發展和邏輯模擬電路的應用，溫度控制技術已經非常成熟，控制精度也從機械溫控的±(1-1.5)℃提高到±0.5℃甚至更高。有的廠家還采用了多感溫頭同步測量控制、比例積分調節及環境溫度測量補償控制等技術。
　　所有的這一切都是為了達到一個目的——更精確地控制冰箱間室內溫度，以達到更好保存食品的目的。盡管采用了許多先進技術提高控制精度，但由于冰箱的結構限制，在冰箱儲存間室里始終存在著較大的溫差。就目前內外銷市場上銷量較佳的幾種直冷冰箱而言（外銷BCD88，內銷歐款凡帝羅系列BCD220，等等），這些冰箱在很大程度上都存在著儲存間室里溫度分布不均的現象。
　　依據自然對流制冷原理，冷氣下沉、熱氣上升，因此冰箱間室里的溫度毫不例外地都是上暖下涼，上下垂直溫差達2-4℃，甚至達到5-10℃，與溫控器的漂移精度相比，溫差遠遠超出了溫控器的控制精度范圍。
　　冰箱內還存在縱向和烘箱溫差。箱內的熱負荷有很大一部分是通過門封條傳遞的，因此在門封條的周圍始終存在著一段高溫區域，在高溫季節，這一區域受外界環境的影響更大，加劇了冰箱間室內的溫度不均現象，極易造成常見的凝露問題，冰箱口框內外均出現不同程度珠狀、流水狀現象，直接導致該區域食物快速變質并引起整個儲藏間室內細菌萌生、異味蔓延。
　　三、改善溫度場分布的幾種方法
　　1.合理調整冷凍室蒸發器布局，減小冷凍室溫度場差異。
　　蒸發器是冰箱的冷源，在冰箱運行過程中不斷吸收冰箱間室內的熱量進行制冷。一般四星級冰箱的蒸發器溫度可達到-27-30℃，遠遠低于冷凍室的額定溫度（-18℃），是造成冰箱冷凍室溫差的主要原因。因此，如果能在均勻布置冷凍室蒸發器的基礎上，根據間室內各部位熱負荷的大小，適當增加頂端和底部及門邊四周的蒸發面積，調整蒸發器在整個間室內的布局，將會取得意想不到的效果。美的內外銷冰箱BCD-135系列冰箱已經在這一方面取得了很好的成績。
　　2.合理布置冷藏室蒸發器的走向是減小冷藏室溫差的有效方法。
　　以往直冷冰箱的冷藏室蒸發器多采用在箱體后壁垂直布置的方法（圖一a）。這樣布管雖然能夠最大限度地利用管子的有效長度，減少管材浪費，但對冷藏室內的溫度分布卻不利。
　　由于制冷劑在經過冷凍室蒸發器后，大部分制冷劑液體已經蒸發。在冷藏室蒸發器中，很長的一段管路內流的都是制冷劑過熱蒸汽，溫度隨管長的延伸不斷上升，這必然會造成左右兩側的溫差。
　　我們對圖一所示的兩種不同的蒸發器布置進行了對比試驗，結果發現，水平布置的冷藏室蒸發器不但減小了冷藏室的左右溫差，而且使冷藏室上下的垂直溫差降低了很多。
　　3.提高冷藏室蒸發器位置，減小冷藏室上下垂直溫差。
　　由于冷空氣比重大于熱空氣，冷空氣下沉，必然造成冰箱冷藏室上部的溫度始終高于下部。因此盡可能地提高冷藏室蒸發器的位置是減小上下溫差最直接有效的方法。我們在設計中除了盡量地抬高冷藏室蒸發器的安裝位置外，還采用在冷藏室頂部加貼鋁箔的方法（見圖二），延伸了冷藏室蒸發器的有效范圍，減小了冷藏室的縱向溫差。
　　4.合理設計間室內的空氣通道，增強空氣對流傳熱。
　　限于冰箱結構的原因，空氣的自然對流總是趨向于下冷上熱、后冷前熱，有的冰箱在冷藏室下部溫度達到零下后，上部溫度可能仍然高于標準規定的10℃，無法保證食物的保鮮儲存。因此增強整個儲藏間室內的空氣流動，就成了降低溫差的關鍵。
　　為了增強空氣的對流換熱，有的廠家特意在冷藏室內安裝了一個擾動風扇，這樣設計雖然達到了較好的空氣對流效果，但增加了成本，也增加了冷藏室的熱負荷，從而增大了能耗和噪音。
　　我們通過試驗證實，如果能夠在設計中考慮冷藏室中空氣的流動狀態及速度，設計出較理想的空氣流通道路，充分利用冷熱空氣的比重所造成的微弱壓差，也能促進冷藏室內的空氣流動，得到較好的效果。
　　我們通過對多臺冰箱進行了對比試驗（溫度測點的布置如圖三所示），結果表明，在冷藏室擱架后側必須留有相應的空氣通道，以利于空氣流動。但如果該通道過大，則在冷藏室后壁形成空氣的上下對流（見圖三 a）不利于整個間室的溫度均勻；如果該通道過小，則靠近蒸發器的部位會出現溫度波動過大，而遠離蒸發器的部位溫度偏高的現象，也不利于整個間室溫度的均勻性。試驗的結果對比見表二。從表二可以看到，通過調整冷藏室擱架的位置，冷藏室上下的平均溫差從原來的2.69℃下降到1.31℃，其三個測量點的最大溫差平均值也從4.68℃下降到3.58℃。
　　5.改善門封條保溫效果，控制橫向溫差。
　　由于冰箱儲藏間室的熱負荷有15%-30%是通過門封條傳入的，間室前側靠門邊的溫度總是高于箱內溫度。現有門封條材質大多為改性PVC（聚氯乙烯樹脂）材料（滿足國內外食品完全衛生法要求），隨季節溫度變化，調整門封條硬度、硬度變化率、拉伸強度、斷裂伸長率、分子遷移，增強安裝后磁條吸合強度和加大接觸面。因此減少門封條漏冷，是控制間室橫向的關鍵。
　　6.合理設計門邊結構，杜絕局部溫度過高。
　　在門膽四周設計出一圈保溫凸緣（見圖三），雖然浪費了一些儲存空間，但減緩了門封滲熱速率，同時將熱量盡可能引入溫度較低的中、下部，避免了門邊局部溫度過高及該部位食品過早變質。
　　7.冷凍間室蒸發器由板管式改為繞管式結構。
　　現有許多冰箱直冷系統蒸發器采用冷藏、冷凍連體板管式，單系統、雙系統、多系統控制蒸發面積，間室前后溫差1-3℃，嚴重影響了多點（6點、8點測試方式）溫度測試結果。現有已經得到測試驗證的冷凍繞管蒸發器充分體現了蒸發器管路排布密集化、均勻化設計改善的效果，系統冷凍能力得到質的提升。
　　8.UV紫外光源殺菌技術。
　　UV（Ultraviolet Rays），簡稱紫外點光源。由電能轉化為光能，通過LED產生大功率波段的紫外線，是介于X射線和可見光之間的一種電磁波。通過設定不同波段，起到殺菌效果。另外LED燈的使用壽命和節能再一次將冰箱發展推向了高潮。
　　四、結語
　　本文通過對常見食品的最佳儲存溫度及保鮮期限的分析，得出結論——儲藏溫度是食品保鮮的關鍵，殺菌、節能是對保鮮技術品質品位的提升。
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　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”