摘要：随着社会经济的快速发展和人们生活质量的不断提高，厨房餐具的健康问题越来越来受到人们的关注。时至今日，消毒柜作为一种健康、卫生、安全的厨房电器，已广泛被用于厨房、食堂、医院、学校等场所。目前，市场上家用消毒柜常采用高温的物理方式对餐具进行消毒和烘干，其腔体内的不同位置的温度数值通常存在差异。当腔体内局部区域温度过高时会在工作过程中损伤餐具，区域温度过低时会存在餐具烘干不彻底。本文对市场上常见消毒柜产品进行了技术分析和研究，并针对消毒柜腔内温度值不均匀的问题提出了解决措施。
关键词：消毒柜；温度均匀；
1 引言
消毒柜是一种储存餐具且能杀灭餐具上细菌、病毒的厨房电器，其通常具有放置餐具的一个或多个腔体。消毒柜经过30多年的发展，已从最初的单门立柜衍生好几大派系，技术也越来成熟。目前消毒柜通常采用高温、臭氧、紫外线等单一或多种组合的方式进行消毒[1]。消毒和烘干效果是消毒柜性能的两个重要衡量指标。为保证消毒柜的消毒和烘干效果，消毒柜腔内通常要保持一定的温度值。而柜内的温度传感器只能检测其所在位置附近的温度值，且易受餐具摆放和元器件位置的影响，从而影响其对柜内全局温度值的检测，最终造成柜内的各点温度值差异性较大[2]。局部温度过低会达不到烘干和消毒的效果，局部温度过高会损伤餐具。因此，很有必要针对消毒柜腔内温度值不均匀的问题进行分析、研究。
2 消毒柜的分类及其工作原理
市面上的消毒柜种类繁多，其按结构形态可分为：嵌入式、台式、立式、卧式；按消毒方式可分为：电热式、臭氧式、紫外线式和组合式；按控制方式可分为：机电控制型和电脑程序型[3]。
电热式消毒柜，常称为高温消毒柜，主要利用高温使微生物的蛋白质组织产生变性而死亡的原理[4]。其通过电热元器件加热消毒柜柜内的空气，并产生热辐射，对餐具进行加热，使餐具表面达到消毒所需求的温度。高温消毒柜发展时间最早，结构简单稳定，成本低，消毒效果较好，但只适应于不锈钢、陶瓷等耐高温餐具。
臭氧式消毒柜主要利用臭氧的强氧化性破坏细菌细胞壁的原理[5]。臭氧式消毒柜通过臭氧发生器或臭氧紫外灯等元器件分离空气中的氧分子而产生臭氧，然后利用臭氧的特性进行消毒。臭氧式消毒柜对温度的要求不高，但存在异味和泄露的弊端。
紫外线式消毒柜利用波长为200~300nm的C段波紫外线的杀菌特性[6]。其常采用杀菌能力较强的253.7nm C段波紫外灯照射餐具。餐具上的细菌和病毒在被该紫外线照射后，其细胞壁和细胞核被穿透而死亡。紫外线式消毒柜具有高效、寿命长、成本低，但其缺陷是对光线照射不到的区域消毒效果较差。
组合式消毒柜是以电热消毒的同时加入紫外线消毒或臭氧消毒，以两种或三种模式联合消毒杀菌。组合式消毒柜结合了三种消毒方式，避免单一消毒方式的缺陷，能产生良好的消毒效果，已逐渐成为市场上的主流。
消毒柜主要包括消毒和烘干两种工作模式。在对市面上一些消毒柜产品进行测试时，常会发现餐具烘干不够彻底、均匀，有些地方没有烘干，有时也会发现有些陶瓷餐具会因温度过高而变色。如何在消毒柜的消毒和烘干的工作过程中产生温度合适且均匀的温度场，这是消毒柜产品设计过程中的一个重要问题。
3 消毒柜的温度场的研究方法
对于消毒柜工作的温度温度场的研究可以采用理论计算法、流固耦合仿真分析法、实验测试法这三种方法。理论计算法是利用分析数学的理论，设定物理边界条件，建立数学模型，求解该模型的偏微分方程，从而得到所需各点的流体速度、温度等函数，该方法求解结果较精确，但建立正确的数学模型难度较大，且复杂问题很难求出解析解。
流固耦合仿真分析法是利用CAE仿真软件对消毒柜的流场和温度场进行耦合分析，得出其流场和温度场分布情况，并在此基础上优化产品结构，多次循环仿真分析并优化后得出最佳结构方案。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆流固耦合仿真分析法是将CAE仿真技术应用到消毒柜产品开发过程中，在产品设计过程中不断优化结构，加快产品开发，降低实验失败率。
实验测试法是在消毒柜的样机中布置多个温度探测点，通常在20个温度点以上，测试出其工作时的各探点的温度值，得出各点的温度曲线；然后分析原因，改进样机结构，多次测试改进后，使温度曲线符合设计目标。实验测试法的结果最真实可靠，但需要多次制作与改进实验样机，实验准备和测试时间长，成本高。
4 消毒柜温度均匀性影响因素的分析
对于消毒柜温度均匀性的问题，首先需要确定所需温度值和温度差异的目标范围。然后，需要确定温度场的现象，是温度过高还是过低，进一步制定实验和测试的改进方案。下面简单分析下消毒柜温度均匀性的影响因素，从这些因素入手，运用实验测试法解决问题。
1）确电器元器件选型。比如发热器件PTC加热器、石英发热管等功率是否合适，风机的风量是否合适。
2）温度传感器选型。如温度传感器热敏电阻、温控器所需要的动作温度值和误差范围是否合理。
3）程序控制逻辑。消毒柜的工作过程通常包含加热、保温、散热三个阶段。其设计难点在于保温阶段的温度控制。其主要是通过发热元器件的多次通断来实现的。这就需要合理设置发热器在保温阶段的通电、断电时长以及通断次数。
4）发热元器件位置。根据热气上升的原理，消毒柜内的发热元器件通常放置在柜内底部，但也需要根据餐具篮的位置合理设计发热元器件的位置。发热元器件位置过靠低会造成靠近发热器附近的温度超标，位置过高会造成远离发热器的餐具无法烘干。
5）餐具篮的结构设计。餐具篮的需要根据产品的市场定位合理设计。比如该产品需要放置碗、大碟、小碟、杯等数量、大小，这些需求因素都将影响餐具篮的设计。餐具篮内餐具种类、数量和摆放方式都是影响柜内温度场的重要因素。
6）风机的设计。需合理设计风扇罩的导流口形状与位置布局，使消毒柜柜内气体流向与碗篮相匹配，实现流场和温度场的完美结合。
7）温度传感器位置。现有消毒柜的温度传感器通常放置在内部后壁，但其实也可设置在内胆顶部。在发热元器件、风机、餐具篮等结构确定的情况下，通过实验测定选择一个温度曲线相对稳定的位置点布置温度传感器，用该点的温度值来控制整个消毒工作。
5 结束语
消毒柜作为给餐具带来健康和安全的家用电器，越来越受到人们的欢迎，已逐渐成为用户厨房里不可缺少的一部分。人们在享受消毒柜带来的良好体验的同时，也不断对消毒柜提出了更高的品质要求。其中，消毒柜的消毒和烘干过程中温度更加均匀，也是一项重要的需求之一。本文简单介绍了消毒柜工作原理，并对消毒柜工作时的温度不均匀的现象进行了分析，最后提供了一些解决该问题的措施，希望能对家用消毒柜的产品开发和设计有所帮助。
参考文献：
[1]王涛，马少云，姜艳青，韩震.家用消毒柜光波消毒技术的研究与应用[J].家电科技，2018（03）：24-26.
[2]王培玉.消毒柜造型设计及其烘干系统的仿真与优化[D].东南大学，2016.
[3]俞文生.消毒柜烘干和臭氧分解系统仿真与优化设计[D].东南大学，2018.
[4]倪晓俊.消毒柜烘干系统的仿真及优化设计[D].东南大学，2018.
[5]张靳.高浓度臭氧水动态传质特性的研究[D].大连海事大学，2013.
[6]姚振兴，王明泉，孙韶华，贾瑞宝.紫外线消毒技术在饮用水处理中的应用[J].城镇供水，2013（02）：14-17.
论文作者:龙灿
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
标签：消毒柜论文; 温度论文; 餐具论文; 臭氧论文; 柜内论文; 元器件论文; 紫外线论文; 《基层建设》2019年第29期论文;