洗菜机用扫频磁场杀菌装置及方法与流程

本发明涉及蔬菜杀菌技术领域，具体涉及一种洗菜机用扫频磁场杀菌装置及方法。

背景技术：

蔬菜清洗是蔬菜加工和净菜生产中必不可少的工序之一。现有的蔬菜清洗机通过振动喷淋和滚筒可以实现蔬菜的自动清洗。振动喷淋式蔬菜清洗机有两个清洗池，蔬菜先在振动清洗池中作往复运动，进行初步清洗，然后进入喷淋池中用清水喷淋，完成整个清洗过程。传统的洗菜机的清洗方式仅是能够清洗果菜的表面污物和泥土，对蔬菜水果表面的细菌和农药的作用不明显，部分洗菜机增加了超声技术和臭氧技术。

但是，超声灭菌技术的缺点在于：超声处理量较小，超声灭菌目前还不能用于工业化生产，超声波对食品中微生物的影响，及其最终导致的潜在安全性问题研究不足。因此，大规模应用于蔬菜杀菌也有一定的距离。超声波单独作用时，容易作用不彻底，且影响因素较多。若增加强度，会提高其灭菌率，但会造成设备的严重损耗。

臭氧灭菌技术的缺点在于：臭氧发生器产生的臭氧，具有浓重刺鼻的味道，还有氮氧化合物存在，且对果菜和洗涤水的杀菌、除去水中有害杂质及净化的综合作用不明显，难以形成互相协同作用以及杀菌范围更大的杀菌效果。

如何提高蔬菜的杀菌效率，降低设备损耗和设备成本，方便用户使用，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种洗菜机用扫频磁场杀菌装置及方法，提高蔬菜的杀菌效率，降低设备损耗和设备成本，方便用户使用。

第一方面，本发明提供一种洗菜机用磁场杀菌装置，该装置包括：进水管、清洗池和出水管，其中，清洗池设置有杀菌用磁场发生器。

本发明提供另一种洗菜机用扫频磁场杀菌装置，该装置包括依次连接的进水管、清洗池和出水管。清洗池的侧壁设有磁场线圈和脉冲磁场发生器，磁场线圈与磁场脉冲发生器连接。磁场线圈包括第一磁场线圈L1和第二磁场线圈L2。脉冲磁场发生器包括第一电路、第二电路和隔离变频器。第一电路包括输入电源(Vin)、滤波电感(Ldc)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第一体二极管(D1)、第二体二极管(D2)、第一谐振电容(Cr1)、第二谐振电容(Cr2)、第一续流电容(C1)、第二续流电容(C2)、第一保护电容(Ct1)和漏磁电感(Ls)。输入电源(Vin)的正极与滤波电感(Ldc)的第一端连接，输入电源(Vin)的负极分别与第二MOS管(S2)的漏极、第二体二极管(D2)的正极、第二谐振电容(Cr2)的第一端和第二续流电容(C2)的第一端连接。滤波电感(Ldc)的第二端分别与第一MOS管(S1)的漏极、第一体二极管(D1)的正极、第一谐振电容(Cr1)的第一端、第二MOS管(S2)的源极、第二体二极管(D2)的负极、第二谐振电容(Cr2)的第二端和第一保护电容(Ct1)的第一端连接。第一MOS管(S1)的源极分别与第一体二极管(D1)的负极、第一谐振电容(Cr1)的第二端和第一续流电容(C1)的第一端连接，第一保护电容(Ct1)的第二端与第一磁场线圈L1、漏磁电感(Ls)依次连接。第二电路包括第二保护电容(Ct2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第三体二极管(D3)、第四体二极管(D4)、第三谐振电容(Cr3)、第四谐振电容(Cr4)、第三续流电容(C3)和第四续流电容(C4)连接。第二磁场线圈L2和第二保护电容(Ct2)的第一端连接，第二保护电容(Ct2)的第二端分别与第三MOS管(S3)的漏极、第四MOS管(S4)的源极、第三体二极管(D3)的正极、第四体二极管(D4)的负极、第三谐振电容(Cr3)的第一端和第四谐振电容(Cr4)的第一端连接，第三MOS管(S3)的源极分别与第三体二极管(D3)的负极、第三谐振电容(Cr3)的第二端和第三续流电容(C3)的第一端连接，第四MOS管(S4)的漏极分别与第四体二极管(D4)的正极、第四谐振电容(Cr4)的第二端和第四续流电容(C4)的第一端连接。隔离变频器的初级绕组的第一端与漏磁电感(Ls)连接，隔离变频器的初级绕组的第二端分别与第一续流电容(C1)和第二续流电容(C2)的第二端连接，隔离变频器的次级绕组的第一端与第二磁场线圈L2连接，隔离变频器的次级绕组的第二端分别与第三续流电容(C3)和第四续流电容(C4)的第二端连接。

进一步地，输入电源(Vin)为直流电源。

进一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的开关频率为50KHz。

基于上述任意洗菜机用扫频磁场杀菌装置，进一步地，洗菜机用扫频磁场杀菌装置的磁场强度为3.5T。

进一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)均为N沟道增强型MOS管。

进一步地，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的占空比为0.5。

基于上述任意洗菜机用扫频磁场杀菌装置，进一步地，第一保护电容(Ct1)和第二保护电容(Ct2)的电容值为1uF/1500V。

基于上述任意洗菜机用扫频磁场杀菌装置，进一步地，清洗池的侧壁包括由外到内依次连接的外壳、铜网、磁场线圈、绝缘层和内壁。

第二方面，本发明提供一种利用了上述洗菜机用扫频磁场杀菌装置的洗菜机用扫频磁场杀菌方法，该方法包括：

步骤S1，控制第一MOS管(S1)和第三体二极管(D3)导通，第一电流(Id1)低于第二电流(Ir1)，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第一续流电容(C1)的第一电压值(V1)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同；

步骤S2，控制第一MOS管(S1)关断，控制第二MOS管(S2)导通，第三体二极管(D3)导通，第一电流(Id1)上升，第二电流(Ir1)下降至零，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)由第一电压值(V1)下降，直至与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同；

步骤S3，控制第二MOS管(S2)和第三MOS管(S3)导通，第一电流(Id1)继续上升，第二电流(Ir1)的极性改变，反向增大，

隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同；

步骤S4，控制第三MOS管(S3)关断，控制第四MOS管(S4)导通，第一电流(Id1)继续上升，第二电流(Ir1)继续反向增大，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)由第三电压值(V3)下降至第四电压值(-V4)；

步骤S5，控制第一MOS管(S1)和第四MOS管(S4)导通，第一电流(Id1)下降，第二电流(Ir1)反向减小至零后正向增大，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)由第二电压值(-V2)上升至第一电压值(V1)，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第四续流电容(C4)的第四电压值(-V4)相同。

本发明洗菜机用扫频磁场杀菌装置及方法，采用四个MOS管交替通断，使隔离变频器产生高频脉冲交流电压，磁场脉冲发生器即可向磁场线圈提供强脉冲磁场，作用于清洗池中的蔬菜，将蔬菜中的细菌微生物受到强脉冲磁场的作用导致死亡，可应用于各种细菌灭杀，杀菌率高，设备体积小，便于安装，设备成本低，节约能耗，且不易形成水垢，或产生微量疏松絮状水垢，容易从出水管中排除，且不影响进水管进水。

因此，本发明洗菜机用扫频磁场杀菌装置及方法，能够提高蔬菜的杀菌效率，降低设备损耗和设备成本，方便用户使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明所提供的一种洗菜机用扫频磁场杀菌装置的安装示意图；

图2示出了本发明所提供的一种脉冲磁场发生器与磁场线圈的连接示意图；

图3示出了本发明所提供的一种隔离变频器的电压与电流的波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

第一方面，本发明实施例提供一种洗菜机用磁场杀菌装置，该装置包括：进水管、清洗池和出水管，其中，清洗池设置有杀菌用磁场发生器。

本发明实施例提供另一种洗菜机用扫频磁场杀菌装置，结合图1，该装置包括依次连接的进水管1、清洗池2和出水管3。清洗池2的侧壁设有磁场线圈23和脉冲磁场发生器，磁场线圈23与磁场脉冲发生器连接。结合图2，磁场线圈23包括第一磁场线圈L1和第二磁场线圈L2。脉冲磁场发生器包括第一电路、第二电路和隔离变频器。第一电路包括输入电源(Vin)、滤波电感(Ldc)、第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第一体二极管(D1)、第二体二极管(D2)、第一谐振电容(Cr1)、第二谐振电容(Cr2)、第一续流电容(C1)、第二续流电容(C2)、第一保护电容(Ct1)和漏磁电感(Ls)，输入电源(Vin)的正极与滤波电感(Ldc)的第一端连接，输入电源(Vin)的负极分别与第二MOS管(S2)的漏极、第二体二极管(D2)的正极、第二谐振电容(Cr2)的第一端和第二续流电容(C2)的第一端连接，滤波电感(Ldc)的第二端分别与第一MOS管(S1)的漏极、第一体二极管(D1)的正极、第一谐振电容(Cr1)的第一端、第二MOS管(S2)的源极、第二体二极管(D2)的负极、第二谐振电容(Cr2)的第二端和第一保护电容(Ct1)的第一端连接，第一MOS管(S1)的源极分别与第一体二极管(D1)的负极、第一谐振电容(Cr1)的第二端和第一续流电容(C1)的第一端连接，第一保护电容(Ct1)的第二端与第一磁场线圈L1、漏磁电感(Ls)依次连接。第二电路包括第二保护电容(Ct2)、第三MOS管(S3)、第四MOS管(S4)、第三体二极管(D3)、第四体二极管(D4)、第三谐振电容(Cr3)、第四谐振电容(Cr4)、第三续流电容(C3)和第四续流电容(C4)连接，第二磁场线圈L2和第二保护电容(Ct2)的第一端连接，第二保护电容(Ct2)的第二端分别与第三MOS管(S3)的漏极、第四MOS管(S4)的源极、第三体二极管(D3)的正极、第四体二极管(D4)的负极、第三谐振电容(Cr3)的第一端和第四谐振电容(Cr4)的第一端连接，第三MOS管(S3)的源极分别与第三体二极管(D3)的负极、第三谐振电容(Cr3)的第二端和第三续流电容(C3)的第一端连接，第四MOS管(S4)的漏极分别与第四体二极管(D4)的正极、第四谐振电容(Cr4)的第二端和第四续流电容(C4)的第一端连接。隔离变频器的初级绕组的第一端与漏磁电感(Ls)连接，隔离变频器的初级绕组的第二端分别与第一续流电容(C1)和第二续流电容(C2)的第二端连接，隔离变频器的次级绕组的第一端与第二磁场线圈L2连接，隔离变频器的次级绕组的第二端分别与第三续流电容(C3)和第四续流电容(C4)的第二端连接。其中，清洗池2上面是开放的，可以直接放入蔬菜；第一续流电容(C1)、第二续流电容(C2)、第三续流电容(C3)和第四续流电容(C4)为隔离变频器的续流作用的电容，实现第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)零电压通断作用；漏磁电感(Ls)是隔离变频器能量传输的重要元件，同时也保证了隔离变频器的软开关作用；第一保护电容(Ct1)和第二保护电容(Ct2)两端的电压纹波很小，对四个MOS管起到保护作用。

本实施例洗菜机用扫频磁场杀菌装置，采用四个MOS管交替通断，使隔离变频器产生高频脉冲交流电压，磁场脉冲发生器即可向磁场线圈23提供强脉冲磁场，作用于清洗池2中的蔬菜，将蔬菜中的细菌微生物受到强脉冲磁场的作用导致死亡，可应用于各种细菌灭杀，杀菌率高，设备体积小，便于安装，设备成本低，节约能耗，且不易形成水垢，或产生微量疏松絮状水垢，容易从出水管3中排除，且不影响进水管1进水。

因此，本实施例洗菜机用扫频磁场杀菌装置，能够提高蔬菜的杀菌效率，降低设备损耗和设备成本，方便用户使用。

为了进一步提高本实施例洗菜机用扫频磁场杀菌装置的系统性能，在设备参数设定方面，输入电源(Vin)优选为直流电源，输出电压为24V。第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的开关频率优选为50KHz。第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的占空比优选为0.5。洗菜机用扫频磁场杀菌装置的磁场强度为3.5T。该装置能够产生3.5T的磁场强度，能够提高杀菌效率，且能够降低装置的功耗。

在器件选择方面，第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)均为N沟道增强型MOS管。第一保护电容(Ct1)和第二保护电容(Ct2)均选择电容值为1uF/1500V的电容。采用N沟道增强型MOS管，导通电阻小，有利于降低导通损耗，且容易制造，生成量大。

在装置的安装方面，清洗池2的侧壁包括由外到内依次连接的外壳21、铜网22、磁场线圈23、绝缘层24和内壁，确保强脉冲磁场对外界环境无影响，且保证清洗池2内的液体不会影响电路器件正常工作。

第二方面，本发明实施例提供一种利用了上述洗菜机用扫频磁场杀菌装置的洗菜机用扫频磁场杀菌方法，该方法主要为周期性控制第一MOS管(S1)、第二MOS管(S2)、第三MOS管(S3)和第四MOS管(S4)的导通与关闭，使隔离变频器产生一个如图3所示的高频脉冲交流电压，具体步骤如下：

步骤S1，控制第一MOS管(S1)和第三体二极管(D3)导通，第一电流(Id1)低于第二电流(Ir1)，

隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第一续流电容(C1)的第一电压值(V1)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同，如图3的t1时段所示；

步骤S2，控制第一MOS管(S1)关断，控制第二MOS管(S2)导通，第三体二极管(D3)导通，第一电流(Id1)上升，第二电流(Ir1)下降至零，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)由第一电压值(V1)下降，直至与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同，具体变化如图3的t2时段所示，

其中，第一MOS管(S1)关断，第一谐振电容(Cr1)、第二谐振电容(Cr2)和漏磁电感(Ls)开始谐振，使得第二谐振电容(Cr2)两边的电压由V₁+V₂开始下降，第一保护电容(Ct1)被充电。充放电的快慢取决于在t₁时段结束时刻，第一电流(Id1)和第二电流(Ir1)的差值。当第二谐振电容(Cr2)两边的电压下降到零时，第二MOS管(S2)的第二体二极管(D2)导通,第一谐振电容(Cr1)的电压被充电到V₁+V₂。在此期间,第二MOS管(S2)在ZVS条件下导通。同时，第一电流(Id1)大于第二电流(Ir1)，由第二体二极管(D2)导通转移为第二MOS管(S2)导通。

步骤S3，控制第二MOS管(S2)和第三MOS管(S3)导通，第一电流(Id1)继续上升，第二电流(Ir1)的极性改变，反向增大，由第三体二极管(D3)导通转移为第三MOS管(S3)导通，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与第三续流电容(C3)的第三电压值(V3)相同，如图3的t3时段所示；

步骤S4，控制第三MOS管(S3)关断，控制第四MOS管(S4)导通，第一电流(Id1)继续上升，第二电流(Ir1)继续反向增大，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)与第二续流电容(C2)的第二电压值(-V2)相同，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)由第三电压值(V3)下降至第四电压值(-V4)，具体变化如图3的t4时段所示，

其中，第三MOS管(S3)关断，第三谐振电容(Cr3)和第四谐振电容(Cr4)进行充放电，充放电的快慢取决于在t₄时段第二电流(Ir1)的大小。当第四谐振电容(Cr4)的电压下降到零时，第四体二极管(D4)开始导通。在此期间，第四MOS管(S4)在ZVS条件下导通；

步骤S5，控制第一MOS管(S1)和第四MOS管(S4)导通，第一电流(Id1)下降，第二电流(Ir1)反向减小至零后正向增大，隔离变频器的初级绕组电压值(Vr1)由第二电压值(-V2)上升至第一电压值(V1)，隔离变频器的次级绕组电压值(Vr2)与所述第四续流电容(C4)的第四电压值(-V4)相同，如图3的t5时段所示，

其中，第二MOS管(S2)关断，第一谐振电容(Cr1)、第二谐振电容(Cr2)和漏磁电感(Ls)开始谐振，使得第一谐振电容(Cr1)两边的电压由V₁+V₂开始下降，充放电的快慢取决于在之期间第一电流(Id1)和第二电流(Ir1)的总和。当第一谐振电容C_r1两边的电压V₁+V₂开始下降到零时，第一体二极管(D1)开始导通。第二电流(Ir1)也开始方向减小，直到为零。在此期间，第一MOS管(S1)在ZVS条件下导通。

本实施例洗菜机用扫频磁场杀菌方法，采用四个MOS管交替通断，使隔离变频器产生高频脉冲交流电压，磁场脉冲发生器即可向磁场线圈提供强脉冲磁场，作用于清洗池中的蔬菜，将蔬菜中的细菌微生物受到强脉冲磁场的作用导致死亡，可应用于各种细菌灭杀，杀菌率高，设备体积小，便于安装，设备成本低，节约能耗，且不易形成水垢，或产生微量疏松絮状水垢，容易从出水管中排除，且不影响进水管进水。

因此，本实施例洗菜机用扫频磁场杀菌方法，能够提高蔬菜的杀菌效率，降低设备损耗和设备成本，方便用户使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。