CN103193033A - 安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱 - Google Patents

Abstract

安装有臭氧发生器的高压靜电场果蔬保鲜箱，包含有高压直流电源、臭氧发生器、有阴极板和阳极板的果蔬加工区以及绝缘外箱等。它利用强电场和臭氧的作用，使果蔬发生活性的变化，从而延缓果蔬后熟期，同时杀灭了微生物、细菌、病毒，对致病致癌的有机毒物进行降解，降低了腐烂率，并还提高了总糖量、还原糖、有机酸、维生素C等等的含量，以及给蔬果充上负离子，使果蔬品质有很大提高。本保鲜技术的保鲜效果明显，是属微能技术，可节省大量能源，操作方便，无二次污染，不言而喻，这项技术具有巨大的开发价值。

Description

安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱

所属技术领域

本发明涉及一种安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜装置，利用臭氧和两金属板之间的高压静电场，使果蔬活性发生变化，从而可抑制果蔬衰老，延长果蔬保藏期，同时还能给果蔬灭菌、降解有机毒物和充上负离子。 

背景技术

据几年前统计资料，我国果蔬每年在貯藏、运输和销售过程中的损失巨大，水果损失25％～30％，蔬菜损失30％～40％，年损失总值达750亿元以上。之所以造成这么巨大损失，其主要原因是没有解决保鲜问题。 

当今已有不少保鲜技术在逐步使用逐步改进之中，如气调保鲜、减压保鲜、臭氧保鲜、高温处理保鲜以及保鲜膜法和使用涂膜保鲜剂、防腐剂、吸附型保鲜剂、植物生长调节剂等等，但这些保鲜技术离成本低、简便、不影响果蔬品质，尚有很大差距。 

今在《高压静电保鲜技术》这本文献资料的启示下，运用物理学和化学上的一些基本知识，把臭氧发生器与高压静电场组装在一起，设计了“安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱”，它的功能和特点如下： 

1、能抑制果蔬本身释放的催熟剂——内源乙烯，推迟果蔬呼吸高峰的到来，而延长保藏期。 

2、能给果蔬充上负离子，使果蔬变成富含电子的负离子果蔬，把促使果蔬衰老的自由基抵消。此外，负离子果蔬人体摄入后，能防病治病促进健康长寿。 

3、能使组成果蔬的细胞周围的水，紧紧吸附在细胞壁上，而失去流动性和溶解性。因此，能有效保持果蔬中的水分，维持果蔬的硬度和外观品质。 

4、能改变果蔬内酶的活性，使营养物质，如维生素C、可溶性糖等，都比未经处理的对照组高。 

5、属于微能技术，耗电极省，用来供应静电场的电流强度，仅在0～10微安之间。 

6、安全卫生，无二次污染。 

7、臭氧对微生物、细菌、病毒等的杀灭率高，因此防腐效果也很好。 

8、臭氧能把农药残留降解。 

发明内容

安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱，包含有高压直流电源、果蔬加工区、臭氧发生器以及绝缘外箱等。所述果蔬加工区是采用并联的几对平行的上、下金属板组成，其中上面金属板的下面，紧贴着绝缘性能良好的塑料板。把上面的金属板与电源的正极相接，作为阳极；把下面的金属板与电源的负极相连，作为阴极，并与敷设良好的地线相接。于是当电源供电时，在上面金属板与下面金属板之间便形成静电场，果蔬就放在下面金属板的板面上。据几年来世界各地科学家的实践经验，这个静电场的电场强度一般都采用60000伏特/米～100000伏特/米。如果上、下金属板的间距是20厘米，则两板间所加的电势差就需用12000伏特～20000伏特。处理时间有30分钟到数小时不等，也有每天处理2小时的，如今对各种果蔬能获得最佳保鲜效果，所需的时间和电场强度正在探求之中。 

至于高压静电场对果蔬保鲜作用的原理，是利用物理学基本静电现象章节中，两平行板间的电场强度E与两板之间的电势差U和两板之间距离d的关系：E＝U/d，作为设计高压静电场的依据，即以加大两板间的电势差U，或减小两板间的距离d，或加大两板间的电势差U，同时又减小两板间的距离d，来増大电场强度E。 

E＝F/q(q为放在电场中某点的电荷的大小，F为该电荷q所受电场的作用力，E即为该点的电场强度)，为电场强度的定义式。今把E＝F/q改写成F＝q.E，就显示，任何电荷在电场中所受到的力，与该电荷所处的电场强度大小成正比。 

果蔬含大量水分，而水是具有永久偶极的极性分子，当沒有电场存在时是不规则地排列着，在电场的作用下，就以它们偶极本身的相反电荷的一端转向电场，即水分子的负极端转向电势高的极板，正极端转向电势低的极板。所处的电场强度増强，则水分子的极性也愈强。由于偶极的相同电荷的一端相斥，而相异电荷相吸，于是在电场力的作用下，果蔬中的水分子，从可以向各方向的不规则运动，而变成被束缚状态的趋向有序排列，果蔬的活性就发生了变化，而起到良好保鲜的效果。 

把臭氧发生器安装在高压静电场保鲜箱内，是既方便且又有十分重要的作用。 

由于高压静电场保鲜，设置了高压直流电源，而这个高压直流电源，也正适合于用耒作为臭氧发生器制取臭氧的电源。因此，只要在箱内适当位置，设置2块金属平行板，一块接电源正极为阳极；另一块接电源负极为阴极，并在朝向阳极板板面的阴极板上，制成有几排钉尖垂直于板面的金属钉。在调节好阴极板与阳极板的距离后，接上高压直流电源便能制取臭氧。 

制取臭氧就利用箱内空气中的氧来制取。若保鲜箱的容积是100立升，则其中氧就占21立升，应用化学计祘方法，就可知道其就拥有质量约为30克的氧。据文献资料，在100立升的保鲜箱内进行杀菌消毒.所需要的臭氧仅仅是在0.5克以下，因此，箱内消耗的氧气很少， 也就用不着另外再供应氧气或空气。 

臭氧是一种强氧化剂，早在100年前，臭氧已被认定具极强的杀菌能力，尔后证实，一般使用臭氧保持0.045mg/L～0.45mg/L剩余O₃，只需2分钟就能达刭高效消毒。若初始O₃超过1mg/L，经1分钟接触，细菌病毒去除率可达到99.9％。 

果蔬腐烂，是细菌作用所致。因此，臭氧对果蔬防腐保鲜具有极其重要的作用。 

到了二十世纪末，又被一致确认，用臭氧还可消除果蔬呼吸释放出耒的乙烯、乙醇、乙醛等有害气体，特别是能消除对果蔬起催熟作用的乙烯，这对保鲜也是起到非常重要的作用。此外，臭氧可氧化分解水体中的氰化物、硫化氢、亚硝酸盐及含氮有机物，包括腐植质、胺类、硝基化合物等。并能降解果蔬中的有机氯、有机磷农药残留。 

为了给果蔬充上电子，使食用后在人体内具抵消致病致癌的自由基。其方法是只要把果蔬保鲜架上用来放置果蔬的阴极板，与接地良好的地线相连就可以了。这是由于果蔬含有大量水分，水分子是极性分子，是弱电解质，在强电场作用下，水的电离度増大，有更多的氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH^-)电离出来，而且氢离子(H⁺)在电场力的作用下移向阴极板，这时阴极板上的电势就比大地的电势高，于是在阴极板上，与从大地传导上来的电子发生还原反应，放出氢气，即 而氢氧根离子(OH^-)在电场力的作用下，向阳极板移动，但因隔着空间和绝缘板，不能离开果蔬而到达阳极板发生氧化反应。显然，隨着阴极板上反应不断进行，果蔬内的氢离子(H⁺)不断减少，在果蔬内负离子数比正离子数就逐渐增多，果蔬便成为富含电子的果蔬。与此同时，如果在果蔬中含有重金属离子，则也会与氢离子(H⁺)一样，在电场力的作用下移向阴极板，并在阴极板上获得电子而析出重金属。因此，这个保鲜装置，也有去除会使人体细胞失去活性的重金属离子的作用。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱外形示意图。 

图2是安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱内部结构和线路联接示意图。 

图3是臭氧发生器结构示意图。 

图1-3中 1-插头，2-原线圈，3-原线圈，4-低压输出副线圈，5-高压直流电源，6-整流器，7-定时器，8-指示灯，9-电磁铁，10-衔铁，11-弹簧，12-指示灯，13-电磁铁，14-果蔬加工区，15-金属板，16-绝缘塑料板，17-金属板，18-绝缘塑料板，19-金属板，20-绝缘塑料板，21-金属板，22-绝缘支架，23-地线，24-大地，25-箱内照明灯，26-电磁继电器，27-弹簧，28-衔铁，29-臭氧发生器，30-电磁继电器，31 -整流器，32-高压输出副线圈，33-变阻器，34-定时器，35-门动开关，36-保险丝，37-总开关，38-果蔬，39-箱门，40-绝缘外箱，41-门动开关安装处，42-臭氧发生器防护笼，43-窺视窗，44-臭氧发生器接阴极板之引出线，45-臭氧发生器之阴极板，46-阴极板放电针，47-介电体，48-臭氧发生器之阳极板，49-臭氧发生器接阳极板之引出线。 

由此可见，制造安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱所需材料非常简单。如高压直流电源(5)和与其相关所有之零部件：包含插头(1)、定时器(7)、定时器(34)、电磁继电器(26)、电磁继电器(30)、箱内照明灯(25)、变阻器(33)、总开关(37)，地线(23)，臭氧发生器接阴极板之引出线(44)以及臭氧发生器接阳极板之引出线(49)等，在市场上都极易采购得到。指示灯(8)和指示灯(12)就采用价廉物美的发光二极管。至于门动开关 

(35)，可仿照常见的微波炉或电冰箱制作，使箱门(39)关闭时，高压直流电源(5)对果蔬加工区(14)供电，当箱门(39)开启时即切断电源，便可保证安全操作。臭氧发生器之阴极板(45)和臭氧发生器之阳极板(48)，可以用不锈钢片制作，阴极板放电针(46)可用小钢针制得。介电体(47)一般采用硼玻璃，或用介电常数比较大的材料制得，其厚度约1-3mm。臭氧发生器防护笼(42)可用几条不锈钢丝编成，窥视窗(43)可以开得大一些，采用有机玻璃，由此观察臭氧发生器运作时呈现的藍紫色电晕，如果出现电弧或没有电晕，则属于异常，可立即用变阻器(33)进行调整。 

当门动开关(35)开启，或门动开关(35)闭合而定时器(34)置于零，箱内照明灯(25)都是会亮着，这就显示果蔬加工区内沒有高压电，就起到了对果蔬加工区内静电场存在与否的監视作用。 

在箱内照明灯(25)亮着时，就可透过窥视窗(43)来察看箱内安放的果蔬，如果打开箱门(39)察看，在箱内已制成的臭氧(O₃)就要逸出到箱外，影响果蔬加工。 

至于绝缘外箱(40)的设计，首先要把安全放在第一位，要选用优质绝缘材料，再考慮使用方便和美观。 

下面通过实施例作进一步说明： 

用插头(1)接上市电，闭合总开关(37)，这时，若开启箱门(39)，即门动开关(35)打开，高压直流电源(5)就因断电而不运作，电磁继电器(26)中，因无电流通过电磁铁(13)，所以衔铁(28)不能被电磁铁(13)吸引，衔铁(28)而受弹簧(27)的拉力作用把B₂、B₂接通，形成：在插头(1)-总开关(37)-保险丝(36)-衔铁(28)-照明灯(25)-插头(1)的迴路上有电流通过，箱内便被照明灯(25)照亮，而果蔬加工区(14)上沒有电，操作人员可以安全地存放或提取果蔬。 

如果把插头(1)接上市电，闭合总开关(37)，这时若闭合箱门(39)，即门动开关(35) 闭合，并把定时器(34)设置于需用高压直流电的时间，这时整个线路的运作情况是： 

【1】在插头(1)-总开关(37)-保险丝(36)-门动开关(35)-定时器(34)-变阻器(33)-原线圈(2)-插头(1)的迴路上有电流通过。 

【2】在插头(1)-总开关(37)-保险丝(36)-门动开关(35)-定时器(34)-原线圈(3)-插头(1)的迴路上有电流通过。 

【3】在低压输出副线圈(4)-整流器(6)-低压输出副线圈(4)的迴路上有电流通过。 

【4】在高压输出副线圈(32)-整流器(31)-高压输出副线圈(32)的迴路上有电流通过。 

【5】在整流器(6)-指示灯(12)-整流器(6)的迴路上有电流通过。 

【6】在整流器(6)-电磁铁(13)-整流器(6)的迴路上有电流通过。、 

【7】在整流器(6)-定时器(7)-指示灯(8)-整流器(6)的迴路上，有电流通过。 

【8】在整流器(6)-定时器(7)-电磁铁(9)-整流器(6)的迴路上，有电流通过。 

从这些迴路上便可看出，当门动开关(35)闭合时，若定时器(34)导通，则衔铁(28)被电磁铁(13)吸引，弹簧(27)被拉长，A₂、A₂两点间就导通。于是金属板(15)和金属板(19)便接上了高压电源(5)的正极，金属板(17)和金属板(21)便接上了高压电源(5)的负极，金属板(15)与金属板(17)之间和金属板(19)与金属板(21)之间就形成静电场。若定时器(34)置于零，则衔铁(28)被弹簧(27)拉回，A₂、A₂两点间就断路。这时B₂、B₂两点间导通，照明灯(25)发光，果蔬加工区(14)就沒有高压电。这时，透过窥视窗(43)看到箱内照明灯(25)亮着，就可知道定时器(34)是置于零。也可察看一下箱内安放着哪些果蔬，如果打开箱门(39)察看，则在箱内若已经有臭氧(O₃)制造出来的话，臭氧(O₃)就要逸出到箱外，影响保鲜加工。 

果蔬经静电场作用，果蔬内所含的水，电离度增大，氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH^-)増加，它们受电场力的作用，氢离子(H⁺)移向金属板(17)或金属板(21)，并与大地(24)通过地线(23)传导上来的电子发生还原反应，即 

氢氧根离子(OH^-)受空间和绝缘板(16)或绝缘板(20)的阻隔而不能离开果蔬而到达金属板(15)或金属板(19)发生氧化反应。于是果蔬内负离子多于正离子，便成了负离子果蔬。 

如果果蔬内含重金属离子，因它们都带正电荷，在电场力的用下，也移向金属板(17)或金属板(21)，与从大地(24)通过地线(23)传导上来的电子发生还原反应，而在金属板(17)或金属板(21)上析出。 

臭氧发生器(31)是安置在被称为臭氧发生器防护笼(42)内，如果需制取臭氧，只要在插头(1)接上市电后，把总开关(37)合上，把箱门(39)关上，定时器(34)置于果蔬加工区(14)所需形成静电场的较长的时间。再把定时器(7)从0设置调到所需时间，在整流器(6)-定时器(7)-指示灯(8)-整流器(6)和整流器(6)-定时器(7)-电磁铁(9)-整流器(6)的迴路上就有电流通过，这时，指示灯(8)发出亮光，电磁铁(9)便把衔铁(10)吸引，把弹簧(11)拉长，衔铁(10)离开B₁、B₁两接触点，便与A₁、A₁两点接通，于是臭氧发生器(31)便开始运作。 

关于臭氧发生器(31)制作的一些必要须知： 

1、臭氧的产率与电极电压成正比。 

2、臭氧的产率与介电体的介电常数成正比，与介电体厚度成反比，一般采用1～3mm厚硼玻璃作为介电体。 

3、要控制好两极间的距离，使其形成均匀的藍紫色电晕，不能出现电弧，这可通过窥视窗(43)观察和调节变阻器(33)来实现。有资料介绍，尖端状电极在20000伏特，相距15.5mm为击穿时距 

利用这一数据可以进行参考和估算。 

参考资料 

《高压静电保鲜技术》  生吉萍 申琳主编    化学工业出版社 

《普通物理学》  【原苏联】福里斯 季莫列娃 著    商务印书馆 

《电化学基礎》  高颖 邬冰 主编    化学工业出版社 

《水处理新技术原理与应用》  苑宝玲  王洪杰 主编    化学工业出版社。 

Claims (6)

1.一种安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱，包含设有连接市电的插头(1)、总开关(37)、保险丝(36)、门动开关(35)、定时器(34)、变阻器(33)、高压直流电源(5)、定时器(7)、指示灯(8)、电磁继电器(30)、指示灯(12)、电磁继电器(26)、金属板(15)、绝缘塑料板(16)、金属板(17)、绝缘塑料板(18)、金属板(19)、绝缘塑料板(20)、金属板(21)、绝缘支架(22)、地线(23)、箱内照明灯(25)、绝缘外箱(40)、臭氧发生器防护笼(42)、窥视窗(43)、臭氧发生器(29)等。

2.根据权利要求1所述的安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱，其特征在于金属板(15)和金属板(19)都与高压直流电源(5)之整流器(31)输出端的正极相连；金属板(17)和金属板(21)都与整流器(31)输出端的负极相连。

3.根据权利要求1所述的安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱，其特征在于金属板(17)和金属板(21)通过地线(23)与大地(24)相连接。

4.根据权利要求1所述的安装有臭氧发生器的高压静电场果蔬保鲜箱，其特征在于在金属板(15)下面紧贴着一块绝缘塑料板(16)；在金属板(19)下面也紧贴着一块绝缘塑料板(20)。

5.根据权利要求1所述的安装有臭氧发生器的高压静电果蔬保鲜箱，其特征在于绝缘外箱(40)上设有窥视窗(43)。

6.根据权利要求1所述的安装有臭氧发生器的高压静电果蔬保鲜箱，其特征在于高压直流电源(5)之原线圈(2)的前面设置了变阻器(33)。

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