食品保鲜与冰箱间室温度布局

　　摘 要： 本文着眼食品保鲜角度，浅析冰箱内室温度分布对食品保鲜的重要性，就如何控制冰箱间室温度均匀性的问题进行了探讨。
　　关键词： 食品保鲜 冰箱 温度分布 间室布局
　　
　　一、引言
　　改革开放以来，伴随生活水平的提高，居民对电冰箱的理解不再停留在低温制冷储藏上，而从食品的保鲜角度向厂家提出了更高的要求，于是抗菌保鲜、紫外除臭、电脑温控显示等新技术在冰箱中脱颖而出。
　　除真空保鲜储藏技术外，其他所有保鲜储存技术无一例外地要在合适的温度下才能达到保鲜效果。每一种食品都有一个最佳的保存温度范围（见表一），温度过高或过低都可能造成储藏物提前变质。
　　合理的储藏温度是食品保鲜的关键，其他技术仅属于一种从属、辅助的手段。冰箱是当前家用电器中最为普遍的食品储藏器具。因此冰箱间室内合适且均匀的温度区域就成了冰箱设计和使用者最关心的焦点。
　　二、冰箱内温度分布
　　随着近年来电子温控的发展和逻辑模拟电路的应用，温度控制技术已经非常成熟，控制精度也从机械温控的±(1-1.5)℃提高到±0.5℃甚至更高。有的厂家还采用了多感温头同步测量控制、比例积分调节及环境温度测量补偿控制等技术。
　　所有的这一切都是为了达到一个目的——更精确地控制冰箱间室内温度，以达到更好保存食品的目的。尽管采用了许多先进技术提高控制精度，但由于冰箱的结构限制，在冰箱储存间室里始终存在着较大的温差。就目前内外销市场上销量较佳的几种直冷冰箱而言（外销BCD88，内销欧款凡帝罗系列BCD220，等等），这些冰箱在很大程度上都存在着储存间室里温度分布不均的现象。
　　依据自然对流制冷原理，冷气下沉、热气上升，因此冰箱间室里的温度毫不例外地都是上暖下凉，上下垂直温差达2-4℃，甚至达到5-10℃，与温控器的漂移精度相比，温差远远超出了温控器的控制精度范围。
　　冰箱内还存在纵向和烘箱温差。箱内的热负荷有很大一部分是通过门封条传递的，因此在门封条的周围始终存在着一段高温区域，在高温季节，这一区域受外界环境的影响更大，加剧了冰箱间室内的温度不均现象，极易造成常见的凝露问题，冰箱口框内外均出现不同程度珠状、流水状现象，直接导致该区域食物快速变质并引起整个储藏间室内细菌萌生、异味蔓延。
　　三、改善温度场分布的几种方法
　　1.合理调整冷冻室蒸发器布局，减小冷冻室温度场差异。
　　蒸发器是冰箱的冷源，在冰箱运行过程中不断吸收冰箱间室内的热量进行制冷。一般四星级冰箱的蒸发器温度可达到-27-30℃，远远低于冷冻室的额定温度（-18℃），是造成冰箱冷冻室温差的主要原因。因此，如果能在均匀布置冷冻室蒸发器的基础上，根据间室内各部位热负荷的大小，适当增加顶端和底部及门边四周的蒸发面积，调整蒸发器在整个间室内的布局，将会取得意想不到的效果。美的内外销冰箱BCD-135系列冰箱已经在这一方面取得了很好的成绩。
　　2.合理布置冷藏室蒸发器的走向是减小冷藏室温差的有效方法。
　　以往直冷冰箱的冷藏室蒸发器多采用在箱体后壁垂直布置的方法（图一a）。这样布管虽然能够最大限度地利用管子的有效长度，减少管材浪费，但对冷藏室内的温度分布却不利。
　　由于制冷剂在经过冷冻室蒸发器后，大部分制冷剂液体已经蒸发。在冷藏室蒸发器中，很长的一段管路内流的都是制冷剂过热蒸汽，温度随管长的延伸不断上升，这必然会造成左右两侧的温差。
　　我们对图一所示的两种不同的蒸发器布置进行了对比试验，结果发现，水平布置的冷藏室蒸发器不但减小了冷藏室的左右温差，而且使冷藏室上下的垂直温差降低了很多。
　　3.提高冷藏室蒸发器位置，减小冷藏室上下垂直温差。
　　由于冷空气比重大于热空气，冷空气下沉，必然造成冰箱冷藏室上部的温度始终高于下部。因此尽可能地提高冷藏室蒸发器的位置是减小上下温差最直接有效的方法。我们在设计中除了尽量地抬高冷藏室蒸发器的安装位置外，还采用在冷藏室顶部加贴铝箔的方法（见图二），延伸了冷藏室蒸发器的有效范围，减小了冷藏室的纵向温差。
　　4.合理设计间室内的空气通道，增强空气对流传热。
　　限于冰箱结构的原因，空气的自然对流总是趋向于下冷上热、后冷前热，有的冰箱在冷藏室下部温度达到零下后，上部温度可能仍然高于标准规定的10℃，无法保证食物的保鲜储存。因此增强整个储藏间室内的空气流动，就成了降低温差的关键。
　　为了增强空气的对流换热，有的厂家特意在冷藏室内安装了一个扰动风扇，这样设计虽然达到了较好的空气对流效果，但增加了成本，也增加了冷藏室的热负荷，从而增大了能耗和噪音。
　　我们通过试验证实，如果能够在设计中考虑冷藏室中空气的流动状态及速度，设计出较理想的空气流通道路，充分利用冷热空气的比重所造成的微弱压差，也能促进冷藏室内的空气流动，得到较好的效果。
　　我们通过对多台冰箱进行了对比试验（温度测点的布置如图三所示），结果表明，在冷藏室搁架后侧必须留有相应的空气通道，以利于空气流动。但如果该通道过大，则在冷藏室后壁形成空气的上下对流（见图三 a）不利于整个间室的温度均匀；如果该通道过小，则靠近蒸发器的部位会出现温度波动过大，而远离蒸发器的部位温度偏高的现象，也不利于整个间室温度的均匀性。试验的结果对比见表二。从表二可以看到，通过调整冷藏室搁架的位置，冷藏室上下的平均温差从原来的2.69℃下降到1.31℃，其三个测量点的最大温差平均值也从4.68℃下降到3.58℃。
　　5.改善门封条保温效果，控制横向温差。
　　由于冰箱储藏间室的热负荷有15%-30%是通过门封条传入的，间室前侧靠门边的温度总是高于箱内温度。现有门封条材质大多为改性PVC（聚氯乙烯树脂）材料（满足国内外食品完全卫生法要求），随季节温度变化，调整门封条硬度、硬度变化率、拉伸强度、断裂伸长率、分子迁移，增强安装后磁条吸合强度和加大接触面。因此减少门封条漏冷，是控制间室横向的关键。
　　6.合理设计门边结构，杜绝局部温度过高。
　　在门胆四周设计出一圈保温凸缘（见图三），虽然浪费了一些储存空间，但减缓了门封渗热速率，同时将热量尽可能引入温度较低的中、下部，避免了门边局部温度过高及该部位食品过早变质。
　　7.冷冻间室蒸发器由板管式改为绕管式结构。
　　现有许多冰箱直冷系统蒸发器采用冷藏、冷冻连体板管式，单系统、双系统、多系统控制蒸发面积，间室前后温差1-3℃，严重影响了多点（6点、8点测试方式）温度测试结果。现有已经得到测试验证的冷冻绕管蒸发器充分体现了蒸发器管路排布密集化、均匀化设计改善的效果，系统冷冻能力得到质的提升。
　　8.UV紫外光源杀菌技术。
　　UV（Ultraviolet Rays），简称紫外点光源。由电能转化为光能，通过LED产生大功率波段的紫外线，是介于X射线和可见光之间的一种电磁波。通过设定不同波段，起到杀菌效果。另外LED灯的使用寿命和节能再一次将冰箱发展推向了高潮。
　　四、结语
　　本文通过对常见食品的最佳储存温度及保鲜期限的分析，得出结论——储藏温度是食品保鲜的关键，杀菌、节能是对保鲜技术品质品位的提升。
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　　 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”