静电技术在洗衣机中的应用

任猛 左秋杰

合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230001

作为常用家用电器，洗衣机种类多，常见的有滚筒和波轮洗衣机，另外还有电磁、臭氧以及超声波洗衣机等[1]。种类不同，其主要洗衣原理也不尽相同。例如：电磁洗衣机上洗涤头配有电磁圈，电磁圈产生微震，在清洗过程中，污渍与衣物之间迅速脱落；臭氧洗衣机利用臭氧泵在洗衣机中产生臭氧环境，利用臭氧的氧化作用分解污垢中的有机物分子[2]。特点是清洗过程中无需洗衣剂，能够节省使用成本，缺点是洗净度难以保证，另外臭氧浓度较高时对于身体有伤害。

随着物理学以及物理化学等学科的进步，人们发现水并不是以分子形式独立存在的，而是由氢键结合而成具有特殊构造的物质，此种结构直接影响水的表面活性[3]。本文提出的静电技术是利用高压静电条件下能够破坏水分子团之间的氢键，使水多以小分子形式存在，同时水分子在静电场条件下被电离，该状态下（水多以小分子和离子形式存在）水界面张力增大，渗透作用增强，在清洗过程中，水分子更容易渗透在衣物与污垢之间，使污垢脱落，达到清洗的目的。同时电场产生的离子环境对于异味以及细菌具有较强的去除作用，对于用户健康具有一定的保护作用。本文围绕高压静电对于水分子结构及特性的影响，讨论高压静电技术在洗衣机中的应用方法。

1 静电场对于水分子结构状态影响

1.1 静电场对于水分子结构影响

水分子是极性分子，在水中多以氢键形式连接，以动态水分子团结构存在[4]。在静电场的作用下，水分子团之间的氢键在外界电场作用下产生振动，破坏氢键，水分子团变小。同时，电场会电离水分子，产生负离子，如图1所示。

1.2 静电条件下水分子理化状态

氢键的断裂，导致水分子团变小。同时在电场的持续作用下，水分子被电离产生离子，导致分子链条较窄、较短。分子团的减小，分子结构的改变直接导致水分子之间的作用力减小，界面张力增大，渗透能力也相应增强。同时小分子水由于脱离了氢键的束缚，其溶解能力增强，如图2所示。

一般而言，小分子水以及带电水分子的稳定性较差，很难长时间独立存在。在现实应用中，可通过持续的静电场使水分子产生共振，将水划分为小分子团结构进行水的活化，进而维持小分子水的稳定性。

2 静电技术在洗衣机中应用研究

2.1 传统洗衣机存在的问题

普通洗衣机痛点：（1）使用洗衣剂作为清洗介质，多数洗衣剂中含有污染，会对环境产生污染；（2）洗衣机在使用过程中会导致异味以及细菌的积累，损害消费者身体的健康；（3）清洗时需要添加不断添加洗衣剂，综合使用成本较高。

2.2 静电技术对于传统洗衣机的改进

针对传统概念洗衣机的痛点，洗衣机静电技术是在普通洗衣机中增加静电释放装置，在洗衣机内筒形成静电场环境。在衣物清洗过程中，静电装置通电产生电场，直接作用于水，水分子在电场作用下产生共振。水分子间氢键在共振力的作用下受到破坏，分子间的作用力减小导致渗透能力增强，水更容易渗透在衣物与污垢之间，伴随着衣物的搅动，污垢脱落难度减小，同时，水的溶解性能更强能够加速污垢的溶解与脱落。与此同时，静电场在洗衣机内部形成负离子环境，负离子能够聚集并清除异味，同时对于细菌具有较强的灭杀能力，如图3所示。

图1 水分子之间氢键示意图

图2 静电条件下水分子状态

图3 静电释放装置的安放位置及测试图

图4 金属内筒对于静电场强度影响

图5 清洗效果对比（作为普通洗衣机，右为静电洗衣机）

2.3 静电装置的安装与使用

实际应用中，以滚筒洗衣机为例，洗衣机滚筒分为塑料外筒和金属内筒。当放电装置安装在洗衣机外壳以及外筒中上部位置时，电场强度为1mV左右；当放电装置安装在塑料外筒底部位置时，静电场强度为700mV以上，相差几百倍之多，主要原因是金属内筒会导致电场的屏蔽，而金属内筒底部位置往上延伸大概7cm高度为塑料材质，将电场释放装置安装在塑料外筒，靠近该位置可降低金属内筒的屏蔽效果，如图4所示。

同时在实际操作时，为避免发生安全事故，通常将放电装置表面做绝缘处理。而金属内筒的实际电场强度远低于安全电压36V，因此静电技术在洗衣机中使用安全隐患较小。

2.4 静电装置使用效果

洗净比反映洗衣机洁净衣物的能力，常作为评价洗衣机清洗能力的一个重要指标。其计算方法：洗衣机的洗净率与参比机的洗净率的比值。洗净率是衣物清洗前后反射率的比值，通常情况下，洗净比值越高，说明洗衣机的洁净程度越高。通过测试发现：使用静电技术洗衣机的洗净比为1.0以上，而普通冰箱的洗净比为0.8左右，说明静电技术在效果上可以更好的实现衣物的清洗，洗涤效果对比如图5所示。

3 结论

综上所述，静电技术在洗衣机中应用在理论上以及技术上都能够实现清洗功能。从清洗过程中进行的电压检测效果来看，静电技术安全隐患较小，耐用性较强；静电装置可实现普通洗衣机难以解决的异味以及细菌问题，同时结构简单，便于安装拆卸，在各种洗衣机均可使用，通用性好。静电技术在洗衣机中的应用可以实现传统洗衣机的替代，未来具有较好的发展前景。

[1] 夏路华. 洗衣机发展研究及控制电路设计[J]. 科技创新，2017（14）：160-163.

[2] 张继红. 臭氧技术及其在洗衣机上的应用[J]. 安徽科技，1999（05）：38.

[3] 叶春苗. 高压静电场保鲜技术原理及应用现状研究[J]. 农业科技与装备，2016（6）：58-59.

[4] 方胜，李里特. 静电场对番茄保鲜工程的影响[J]. 食品科学，1997（1）：5-9.