洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置及方法與流程
2024-04-02 06:04:05 3
本發明涉及蔬菜殺菌技術領域，具體涉及一種洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置及方法。
背景技術：
蔬菜清洗是蔬菜加工和淨菜生產中必不可少的工序之一。現有的蔬菜清洗機通過振動噴淋和滾筒可以實現蔬菜的自動清洗。振動噴淋式蔬菜清洗機有兩個清洗池，蔬菜先在振動清洗池中作往復運動，進行初步清洗，然後進入噴淋池中用清水噴淋，完成整個清洗過程。傳統的洗菜機的清洗方式僅是能夠清洗果菜的表面汙物和泥土，對蔬菜水果表面的細菌和農藥的作用不明顯，部分洗菜機增加了超聲技術和臭氧技術。
但是，超聲滅菌技術的缺點在於：超聲處理量較小，超聲滅菌目前還不能用於工業化生產，超聲波對食品中微生物的影響，及其最終導致的潛在安全性問題研究不足。因此，大規模應用於蔬菜殺菌也有一定的距離。超聲波單獨作用時，容易作用不徹底，且影響因素較多。若增加強度，會提高其滅菌率，但會造成設備的嚴重損耗。
臭氧滅菌技術的缺點在於：臭氧發生器產生的臭氧，具有濃重刺鼻的味道，還有氮氧化合物存在，且對果菜和洗滌水的殺菌、除去水中有害雜質及淨化的綜合作用不明顯，難以形成互相協同作用以及殺菌範圍更大的殺菌效果。
如何提高蔬菜的殺菌效率，降低設備損耗和設備成本，方便用戶使用，是本領域技術人員亟需解決的問題。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置及方法，提高蔬菜的殺菌效率，降低設備損耗和設備成本，方便用戶使用。
第一方面，本發明提供一種洗菜機用磁場殺菌裝置，該裝置包括：進水管、清洗池和出水管，其中，清洗池設置有殺菌用磁場發生器。
本發明提供另一種洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，該裝置包括依次連接的進水管、清洗池和出水管。清洗池的側壁設有磁場線圈和脈衝磁場發生器，磁場線圈與磁場脈衝發生器連接。磁場線圈包括第一磁場線圈L1和第二磁場線圈L2。脈衝磁場發生器包括第一電路、第二電路和隔離變頻器。第一電路包括輸入電源(Vin)、濾波電感(Ldc)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第一體二極體(D1)、第二體二極體(D2)、第一諧振電容(Cr1)、第二諧振電容(Cr2)、第一續流電容(C1)、第二續流電容(C2)、第一保護電容(Ct1)和漏磁電感(Ls)。輸入電源(Vin)的正極與濾波電感(Ldc)的第一端連接，輸入電源(Vin)的負極分別與第二MOS管(S2)的漏極、第二體二極體(D2)的正極、第二諧振電容(Cr2)的第一端和第二續流電容(C2)的第一端連接。濾波電感(Ldc)的第二端分別與第一MOS管(S1)的漏極、第一體二極體(D1)的正極、第一諧振電容(Cr1)的第一端、第二MOS管(S2)的源極、第二體二極體(D2)的負極、第二諧振電容(Cr2)的第二端和第一保護電容(Ct1)的第一端連接。第一MOS管(S1)的源極分別與第一體二極體(D1)的負極、第一諧振電容(Cr1)的第二端和第一續流電容(C1)的第一端連接，第一保護電容(Ct1)的第二端與第一磁場線圈L1、漏磁電感(Ls)依次連接。第二電路包括第二保護電容(Ct2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第三體二極體(D3)、第四體二極體(D4)、第三諧振電容(Cr3)、第四諧振電容(Cr4)、第三續流電容(C3)和第四續流電容(C4)連接。第二磁場線圈L2和第二保護電容(Ct2)的第一端連接，第二保護電容(Ct2)的第二端分別與第三MOS管(S3)的漏極、第四MOS管(S4)的源極、第三體二極體(D3)的正極、第四體二極體(D4)的負極、第三諧振電容(Cr3)的第一端和第四諧振電容(Cr4)的第一端連接，第三MOS管(S3)的源極分別與第三體二極體(D3)的負極、第三諧振電容(Cr3)的第二端和第三續流電容(C3)的第一端連接，第四MOS管(S4)的漏極分別與第四體二極體(D4)的正極、第四諧振電容(Cr4)的第二端和第四續流電容(C4)的第一端連接。隔離變頻器的初級繞組的第一端與漏磁電感(Ls)連接，隔離變頻器的初級繞組的第二端分別與第一續流電容(C1)和第二續流電容(C2)的第二端連接，隔離變頻器的次級繞組的第一端與第二磁場線圈L2連接，隔離變頻器的次級繞組的第二端分別與第三續流電容(C3)和第四續流電容(C4)的第二端連接。
進一步地，輸入電源(Vin)為直流電源。
進一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的開關頻率為50KHz。
基於上述任意洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，進一步地，洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的磁場強度為3.5T。
進一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)均為N溝道增強型MOS管。
進一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的佔空比為0.5。
基於上述任意洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，進一步地，第一保護電容(Ct1)和第二保護電容(Ct2)的電容值為1uF/1500V。
基於上述任意洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，進一步地，清洗池的側壁包括由外到內依次連接的外殼、銅網、磁場線圈、絕緣層和內壁。
第二方面，本發明提供一種利用了上述洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的洗菜機用掃頻磁場殺菌方法，該方法包括：
步驟S1，控制第一MOS管(S1)和第三體二極體(D3)導通，第一電流(Id1)低於第二電流(Ir1)，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第一續流電容(C1)的第一電壓值(V1)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同；
步驟S2，控制第一MOS管(S1)關斷，控制第二MOS管(S2)導通，第三體二極體(D3)導通，第一電流(Id1)上升，第二電流(Ir1)下降至零，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)由第一電壓值(V1)下降，直至與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同；
步驟S3，控制第二MOS管(S2)和第三MOS管(S3)導通，第一電流(Id1)繼續上升，第二電流(Ir1)的極性改變，反向增大，
隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同；
步驟S4，控制第三MOS管(S3)關斷，控制第四MOS管(S4)導通，第一電流(Id1)繼續上升，第二電流(Ir1)繼續反向增大，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)由第三電壓值(V3)下降至第四電壓值(-V4)；
步驟S5，控制第一MOS管(S1)和第四MOS管(S4)導通，第一電流(Id1)下降，第二電流(Ir1)反向減小至零後正向增大，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)由第二電壓值(-V2)上升至第一電壓值(V1)，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第四續流電容(C4)的第四電壓值(-V4)相同。
本發明洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置及方法，採用四個MOS管交替通斷，使隔離變頻器產生高頻脈衝交流電壓，磁場脈衝發生器即可向磁場線圈提供強脈衝磁場，作用於清洗池中的蔬菜，將蔬菜中的細菌微生物受到強脈衝磁場的作用導致死亡，可應用於各種細菌滅殺，殺菌率高，設備體積小，便於安裝，設備成本低，節約能耗，且不易形成水垢，或產生微量疏鬆絮狀水垢，容易從出水管中排除，且不影響進水管進水。
因此，本發明洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置及方法，能夠提高蔬菜的殺菌效率，降低設備損耗和設備成本，方便用戶使用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。
圖1示出了本發明所提供的一種洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的安裝示意圖；
圖2示出了本發明所提供的一種脈衝磁場發生器與磁場線圈的連接示意圖；
圖3示出了本發明所提供的一種隔離變頻器的電壓與電流的波形圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域技術人員所理解的通常意義。
第一方面，本發明實施例提供一種洗菜機用磁場殺菌裝置，該裝置包括：進水管、清洗池和出水管，其中，清洗池設置有殺菌用磁場發生器。
本發明實施例提供另一種洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，結合圖1，該裝置包括依次連接的進水管1、清洗池2和出水管3。清洗池2的側壁設有磁場線圈23和脈衝磁場發生器，磁場線圈23與磁場脈衝發生器連接。結合圖2，磁場線圈23包括第一磁場線圈L1和第二磁場線圈L2。脈衝磁場發生器包括第一電路、第二電路和隔離變頻器。第一電路包括輸入電源(Vin)、濾波電感(Ldc)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第一體二極體(D1)、第二體二極體(D2)、第一諧振電容(Cr1)、第二諧振電容(Cr2)、第一續流電容(C1)、第二續流電容(C2)、第一保護電容(Ct1)和漏磁電感(Ls)，輸入電源(Vin)的正極與濾波電感(Ldc)的第一端連接，輸入電源(Vin)的負極分別與第二MOS管(S2)的漏極、第二體二極體(D2)的正極、第二諧振電容(Cr2)的第一端和第二續流電容(C2)的第一端連接，濾波電感(Ldc)的第二端分別與第一MOS管(S1)的漏極、第一體二極體(D1)的正極、第一諧振電容(Cr1)的第一端、第二MOS管(S2)的源極、第二體二極體(D2)的負極、第二諧振電容(Cr2)的第二端和第一保護電容(Ct1)的第一端連接，第一MOS管(S1)的源極分別與第一體二極體(D1)的負極、第一諧振電容(Cr1)的第二端和第一續流電容(C1)的第一端連接，第一保護電容(Ct1)的第二端與第一磁場線圈L1、漏磁電感(Ls)依次連接。第二電路包括第二保護電容(Ct2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第三體二極體(D3)、第四體二極體(D4)、第三諧振電容(Cr3)、第四諧振電容(Cr4)、第三續流電容(C3)和第四續流電容(C4)連接，第二磁場線圈L2和第二保護電容(Ct2)的第一端連接，第二保護電容(Ct2)的第二端分別與第三MOS管(S3)的漏極、第四MOS管(S4)的源極、第三體二極體(D3)的正極、第四體二極體(D4)的負極、第三諧振電容(Cr3)的第一端和第四諧振電容(Cr4)的第一端連接，第三MOS管(S3)的源極分別與第三體二極體(D3)的負極、第三諧振電容(Cr3)的第二端和第三續流電容(C3)的第一端連接，第四MOS管(S4)的漏極分別與第四體二極體(D4)的正極、第四諧振電容(Cr4)的第二端和第四續流電容(C4)的第一端連接。隔離變頻器的初級繞組的第一端與漏磁電感(Ls)連接，隔離變頻器的初級繞組的第二端分別與第一續流電容(C1)和第二續流電容(C2)的第二端連接，隔離變頻器的次級繞組的第一端與第二磁場線圈L2連接，隔離變頻器的次級繞組的第二端分別與第三續流電容(C3)和第四續流電容(C4)的第二端連接。其中，清洗池2上面是開放的，可以直接放入蔬菜；第一續流電容(C1)、第二續流電容(C2)、第三續流電容(C3)和第四續流電容(C4)為隔離變頻器的續流作用的電容，實現第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)零電壓通斷作用；漏磁電感(Ls)是隔離變頻器能量傳輸的重要元件，同時也保證了隔離變頻器的軟開關作用；第一保護電容(Ct1)和第二保護電容(Ct2)兩端的電壓紋波很小，對四個MOS管起到保護作用。
本實施例洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，採用四個MOS管交替通斷，使隔離變頻器產生高頻脈衝交流電壓，磁場脈衝發生器即可向磁場線圈23提供強脈衝磁場，作用於清洗池2中的蔬菜，將蔬菜中的細菌微生物受到強脈衝磁場的作用導致死亡，可應用於各種細菌滅殺，殺菌率高，設備體積小，便於安裝，設備成本低，節約能耗，且不易形成水垢，或產生微量疏鬆絮狀水垢，容易從出水管3中排除，且不影響進水管1進水。
因此，本實施例洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置，能夠提高蔬菜的殺菌效率，降低設備損耗和設備成本，方便用戶使用。
為了進一步提高本實施例洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的系統性能，在設備參數設定方面，輸入電源(Vin)優選為直流電源，輸出電壓為24V。第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的開關頻率優選為50KHz。第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的佔空比優選為0.5。洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的磁場強度為3.5T。該裝置能夠產生3.5T的磁場強度，能夠提高殺菌效率，且能夠降低裝置的功耗。
在器件選擇方面，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)均為N溝道增強型MOS管。第一保護電容(Ct1)和第二保護電容(Ct2)均選擇電容值為1uF/1500V的電容。採用N溝道增強型MOS管，導通電阻小，有利於降低導通損耗，且容易製造，生成量大。
在裝置的安裝方面，清洗池2的側壁包括由外到內依次連接的外殼21、銅網22、磁場線圈23、絕緣層24和內壁，確保強脈衝磁場對外界環境無影響，且保證清洗池2內的液體不會影響電路器件正常工作。
第二方面，本發明實施例提供一種利用了上述洗菜機用掃頻磁場殺菌裝置的洗菜機用掃頻磁場殺菌方法，該方法主要為周期性控制第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的導通與關閉，使隔離變頻器產生一個如圖3所示的高頻脈衝交流電壓，具體步驟如下：
步驟S1，控制第一MOS管(S1)和第三體二極體(D3)導通，第一電流(Id1)低於第二電流(Ir1)，
隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第一續流電容(C1)的第一電壓值(V1)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同，如圖3的t1時段所示；
步驟S2，控制第一MOS管(S1)關斷，控制第二MOS管(S2)導通，第三體二極體(D3)導通，第一電流(Id1)上升，第二電流(Ir1)下降至零，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)由第一電壓值(V1)下降，直至與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同，具體變化如圖3的t2時段所示，
其中，第一MOS管(S1)關斷，第一諧振電容(Cr1)、第二諧振電容(Cr2)和漏磁電感(Ls)開始諧振，使得第二諧振電容(Cr2)兩邊的電壓由V1+V2開始下降，第一保護電容(Ct1)被充電。充放電的快慢取決於在t1時段結束時刻，第一電流(Id1)和第二電流(Ir1)的差值。當第二諧振電容(Cr2)兩邊的電壓下降到零時，第二MOS管(S2)的第二體二極體(D2)導通,第一諧振電容(Cr1)的電壓被充電到V1+V2。在此期間,第二MOS管(S2)在ZVS條件下導通。同時，第一電流(Id1)大於第二電流(Ir1)，由第二體二極體(D2)導通轉移為第二MOS管(S2)導通。
步驟S3，控制第二MOS管(S2)和第三MOS管(S3)導通，第一電流(Id1)繼續上升，第二電流(Ir1)的極性改變，反向增大，由第三體二極體(D3)導通轉移為第三MOS管(S3)導通，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與第三續流電容(C3)的第三電壓值(V3)相同，如圖3的t3時段所示；
步驟S4，控制第三MOS管(S3)關斷，控制第四MOS管(S4)導通，第一電流(Id1)繼續上升，第二電流(Ir1)繼續反向增大，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)與第二續流電容(C2)的第二電壓值(-V2)相同，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)由第三電壓值(V3)下降至第四電壓值(-V4)，具體變化如圖3的t4時段所示，
其中，第三MOS管(S3)關斷，第三諧振電容(Cr3)和第四諧振電容(Cr4)進行充放電，充放電的快慢取決於在t4時段第二電流(Ir1)的大小。當第四諧振電容(Cr4)的電壓下降到零時，第四體二極體(D4)開始導通。在此期間，第四MOS管(S4)在ZVS條件下導通；
步驟S5，控制第一MOS管(S1)和第四MOS管(S4)導通，第一電流(Id1)下降，第二電流(Ir1)反向減小至零後正向增大，隔離變頻器的初級繞組電壓值(Vr1)由第二電壓值(-V2)上升至第一電壓值(V1)，隔離變頻器的次級繞組電壓值(Vr2)與所述第四續流電容(C4)的第四電壓值(-V4)相同，如圖3的t5時段所示，
其中，第二MOS管(S2)關斷，第一諧振電容(Cr1)、第二諧振電容(Cr2)和漏磁電感(Ls)開始諧振，使得第一諧振電容(Cr1)兩邊的電壓由V1+V2開始下降，充放電的快慢取決於在之期間第一電流(Id1)和第二電流(Ir1)的總和。當第一諧振電容Cr1兩邊的電壓V1+V2開始下降到零時，第一體二極體(D1)開始導通。第二電流(Ir1)也開始方向減小，直到為零。在此期間，第一MOS管(S1)在ZVS條件下導通。
本實施例洗菜機用掃頻磁場殺菌方法，採用四個MOS管交替通斷，使隔離變頻器產生高頻脈衝交流電壓，磁場脈衝發生器即可向磁場線圈提供強脈衝磁場，作用於清洗池中的蔬菜，將蔬菜中的細菌微生物受到強脈衝磁場的作用導致死亡，可應用於各種細菌滅殺，殺菌率高，設備體積小，便於安裝，設備成本低，節約能耗，且不易形成水垢，或產生微量疏鬆絮狀水垢，容易從出水管中排除，且不影響進水管進水。
因此，本實施例洗菜機用掃頻磁場殺菌方法，能夠提高蔬菜的殺菌效率，降低設備損耗和設備成本，方便用戶使用。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的範圍當中。