具有脉冲式电场单元的家用器具的制作方法

本发明涉及一种具有用于防止滋生微生物的pef单元或脉冲式电场单元的家用器具。

背景技术：

de102014213799a1公开了一种家用器具，其中，pef单元容纳在储存室中，以便借助于由该单元产生的电场对储存室中储存的冷藏物品的表面进行净化。pef技术从生态学角度来看具有吸引力，因为它不需要可能在食品上留下痕迹的化学试剂、能量消耗低并且冷藏物品的质地基本上不受影响。然而，到目前为止，它还未能在市场上立足，首先是由于安全问题，这涉及在储存室中产生所需强度的电场所需的高电压，其次是因为冷藏物品的介电特性对储存室中的电场具有强烈影响，并且难以确保总体上实现所需的场强而不会在储存室中的任何点处产生击穿。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种家用器具，其中，能够无安全顾虑地使用pef单元，并能够保证冷却的物品被完全消毒。

该目的通过下述家用器具来实现，所述家用器具具有pef单元，所述pef单元包括至少一对电极和用于向电极供应操作电压的网络部分，其中，操作电压的大小适于使电极之间的间隙中的材料暴露于具有至少500v/mm的场强的电场，暴露的持续时间短到足以避免击穿，水管延伸通过间隙，电极之间的间距最大为3mm。

如果这种内部水管长时间输送水并且没有以防菌方式与环境隔离，则可能在其中形成生物膜，这可能导致水质由于高细菌负载、坏的味道或气味而受影响。借助于pef单元，可以长期保证良好的水质。由于电极之间的间距很小，因此，网络部分的输出电压在个位数kv区域内就足够了，并且可以借助于节约成本的半导体电路来实现。由于水可在间隙中均匀地分布，因此间隙中的场也是均匀的，从而可在整个间隙中实现消毒效果。

为了获得强抗微生物效果，优选至少1kv/mm的场强。考虑到击穿的风险，因此，不应超过5kv/mm。

网络部分的输出电压可以选择得越低，则间隙越窄。为了同时达到与实际需求相对应的水流率，0.5mm的间隙宽度就足够了；优选的宽度在0.75和1.5mm之间。

为了限制水暴露于电场的时间范围，由网络部分施加到电极的操作电压可为脉冲式。仍可避免电击穿的脉冲持续时间与场强有关；通常不应超过1ms的脉冲持续时间。

为了确保流过水管的所有水都至少暴露至电场的影响一次，两个脉冲之间的时间优选地比水在成对的电极之间的停留时间短。

作为降低击穿风险的另外的措施，网络部分可构造成能够产生具有交变的符号的电压脉冲。水中不可避免地包含的离子在第一方向上被电压脉冲加速，因此被随后的脉冲减速，然后在相反的方向上加速。因此，没有离子可以在相同方向上被多个脉冲加速并在该过程中达到足以电离水中的分子并因此引发击穿的速度。

限制电场的停留时间的另一种可能方案是在短时间内使水移动通过场。因此，在电极在水的流动方向上的尺度与水的流速之比低于1ms时，也可连续地向电极施加操作电压。

为了得到在整个间隙宽度上保持恒定的场强并进而在水管的整个横截面上实现均匀的抗微生物效果，电极将沿与间隙中的水的流动方向正交的方向彼此平行地延伸。

在与电极的表面平行的方向上，水管的横截面积可以是各电极(20)之间的距离的倍数。

电极优选地也沿水的流动方向彼此平行地延伸，以便产生场，所述场的场强也不会沿流动方向发生变化。这在脉冲式电压的情况下尤其重要，因此经过管道的所有水在其路径上暴露至相同的最大场强至少一次。

可沿水管分布多对电极，以便能够使水在通过管道的途中反复暴露于电场。

相继的电极对的电场优选地反向平行地定向，从而如上所述当具有交变符号的电压式脉冲被施加至电极对时，水的离子分别在交替的方向上被加速。

如果水管包括环形区段，水可在所述环形区段中循环流通，则至少一对电极可布置在环形区段上，使得水可重复地经过电极之间的电场。

通常这种环形区段具有流入部、流出部、连接流入部和流出部的两个支路以及泵，所述泵驱动水流在第一支路上从流入部流到流出部并在第二支路上从流出部流到流入部。电极对在此优选地布置在第一支路上，以便能够在通过管道的所有水上至少作用一次。

泵优选地相对于电极对布置在另一支路上，因此当泵静止时，电极对仍然可对水产生影响。

水管可包括贮存器。在具有固定的水连接的制冷器具的情况下，贮存器可布置在固定的水连接与水分配器之间并与蒸发器热接触，以便冷却经由固定的水连接供给的水。然而，这种贮存器也可手动填充。特别地，在第一种情况下，电极对可布置在贮存器的上游，以便防止水中携带的细菌到达贮存器并在那里繁殖。在这两种情况下，电极对都可布置在贮存器的下游，以便在贮存器暴露于细菌的情况下也确保水分配器处输出的水的卫生上无缺陷的品质。

类似地，电极对可布置在过滤器的上游以便使细菌远离过滤器，或布置在过滤器的下游以便防止活的细菌进一步扩散到过滤器外。

除了已经提到的水分配器，制冰器或蒸发器也被认为是制冷器具中的水的消耗者，所述蒸发器在制冷器具的储存室中蒸发水以便在此维持特定冷藏物品所需的高空气湿度。

附图说明

本发明的其它特征和优点参考附图由以下对示例性实施例的描述得出，附图中：

图1示出了通过根据本发明的制冷器具的示意性剖视图；

图2示出了通过可用于制冷器具中的pef单元的示意性剖视图；

图3示出了通过一替代的pef单元的示意性剖视图；以及

图4示出了根据一优选实施例的内部水管的细节。

具体实施方式

图1示出了通过作为本发明的家用器具的一个示例的制冷器具的剖视图。所述制冷器具具有隔热的外壳，其以本身已知的方式具有壳体1和门2，所述外壳围绕一个或多于一个用于冷却的物品的储存室3。储存室3中的一个容纳自动式制冰器4和用于所述制冰器4产生的冰块的收集容器5。螺旋输送机6沿收集容器的底部延伸。螺旋输送机6可被旋转地驱动，以便使收集容器5中的冰块滑动到收集容器5的位于门侧端部处的输出口7。排冰道8从所述输出口7延伸穿过门2直到位于门2的外表面上的分配器凹部9。

设置雾化器36以通过雾化水来提高蔬菜室37中的空气湿度，从而延长未包装的蔬菜保持新鲜的时间。

制冷器具的内部水管10具有入口11，所述入口11通常利用软管34连接至固定的水连接33。在壳体1中的分支点12处，内部水管分成管区段14和管区段15，所述管区段14通向制冰器4和雾化器36，所述管区段15经由嵌入门2中的贮存器16通向位于分配器凹部9的顶板下方的水分配器18的出口17。水过滤器35和pef单元19在分支点12上游布置在共用的管区段13上，以便对供给至消耗者、制冰器4、水分配器18和雾化器36的水进行过滤和消毒。图1示出pef单元19位于水过滤器35和分支点12之间，从而pef单元19作用于已经过滤的水，以便保护使用者免于接触水过滤器35中的细菌；同样可以考虑相反的顺序，以防止在水过滤器35中累积来自固定的水连接33的细菌。

图1中的pef单元19包括两个呈平板形式的电极20以及为电极20提供脉冲式电压的网络部分21，具有扁平的管横截面的水管10在所述电极之间延伸。电压脉冲的幅度与电极20之间的距离和水管10中的壁材料的介电常数有关，使得在电极20之间的管道10中的水中实现1kv/mm至3kv/mm的电场强度。在特定情况下允许电压脉冲具有的不发生水中电击穿的最大持续时间与场强有关，但是通常不应超过1ms。

水管10的横截面积a和电极20的沿着水管10测量的长度l的乘积产生暴露于单个电压脉冲的水体积v。当q表示消耗者的流率时，则当该消耗者吸水时，pef单元19中的水以频率q/v被替换。为了确保没有水能够在不暴露于电压脉冲的情况下通过pef单元，脉冲的频率必须高于q/v。

为了改善消毒效果，基本上希望每个水量在通过pef单元时暴露于复数n个脉冲，即，使脉冲频率达到nq/v。如果在一次脉冲过程中，加速的离子在引入下一个脉冲之前仍然没有完全热化，则它们可以在多个脉冲过程中显著加速，从而它们使水分子本身电离，并且以这种方式显著增大的离子浓度导致击穿。因此，设置的脉冲频率越低，电极20就必须越长，以便能够使水暴露于所需数量的脉冲。为了用紧凑的pef单元实现有效的消毒，因此，网络部分21优选地输送具有交变的符号的脉冲，使得被第一脉冲沿第一方向加速的离子被之后的加速脉冲沿相反方向加速。

由于没有电流流过水，所以pef单元19的功耗很低；因此，当制冷器具运行时，pef单元19可以以固定的频率运行。然而，也可以想到将pef单元19耦接至布置在共用的管区段13上的流量传感器或耦接至制冰器的控制单元和水分配器18的阀22，以便仅当水在水管10中流动时，才以脉冲频率nq/v操作pef单元。当水静止时，可关闭网络部分21或产生频率非常低的脉冲，以防止微生物自身通过pef单元19游出。

过滤器35、例如活性炭过滤器可在pef单元19的上游或下游设置在共用的区段13上。

图2示出了pef单元19的一紧凑的实施例的剖视图。所述pef单元19的电极20以堆叠的方式布置，并且分别交替地与网络部分21的两极端子连接，使得布置在与水的流动方向成直角地延伸的间隙23的两侧的两个电极20分别形成一对24、25、26、…，网络部分21输出的电压脉冲在每个间隙23中产生电场。除了堆叠的最外面的两个电极之外，所有电极20在此都同时属于两对24、25、26、…。水管10以蜿蜒的形式延伸穿过间隙23。

图3以沿水管10的纵向方向的剖视图示出了pef单元19的一替代性设计。网络部分21在此耦接至流量传感器24或耦接至制冰器的控制单元和水分配器18的阀22，以便在超过预定的流率qmin时，向电极20输出恒定的电压。电极20形成多个对25、26、27、…，它们在沿着水管10的流动方向上彼此相继。所述电极采用杆的形式，所述杆分别彼此平行地与流动方向成直角地延伸，并限定出间隙23，水管10延伸穿过所述间隙23。成对地彼此面对的电极20之间的距离d约为1mm。电极20和水管10的与图面成直角的尺度是d的倍数，并且可以达到1cm以上。电极20的沿水的流动方向测量的长度l在此比在图1和图2中的情况下小得多，通常为1cm或更小，并且具有合适的大小，使得水在电极之间的最大停留时间v/qmin＝la/qmin不超过1ms。因此，水的移动确保了场的停留时间不足以导致击穿。

为了避免由于来自水的压力导致管10和电极20变形，管10在电极20之间仅具有上述扁平的横截面，截止阀37在pef单元19的上游布置在水管10上。由于截止阀37仅在消耗者吸水时打开时，截止阀37下游的管10可保持在比固定的水连接33的压力低的压力。

彼此相继的各对25、26、27、…的位于管道10的同一侧上的电极20各自连接至网络部分21的不同极端子，使得水在所述对25、26、27、…之间穿过时所暴露于的电场分别反向平行地定向，并且在第一电极对的场中加速的离子在随后的对的场中又被延缓并在相反方向上加速。

当管道10中的水的流率低于qmin但不等于零时，例如，因为制冰器4在其冰块模具被填充时具有的流率明显低于水分配器18在出口17处放水时具有的流率，则电极20上存在的直流电压可能导致击穿。为了避免击穿并且在这种情况下仍然保证水的消毒，可使网络部分21在0至qmin的流率的情况下输送脉冲式输出电压。

替代地，pef单元19可单独地设置在每个管区段14、15上而不是设置在共用的管区段13上，并且尺寸分别调整成适应由其供应的消耗者4、36或18。更确切地说，在这种情况下，与管区段15上的pef单元相比，管区段14上的pef单元的横截面积a和电极长度l较小，两个pef单元可彼此独立地操作，从而当制冰器4或雾化器36吸水时pef单元仅在管区段14上操作，而当阀22打开时pef单元仅在管区段15上操作，在这两种情况下水在电极对的场中的停留时间至多为1ms。

pef单元19与水管10的优选类型的附接在图4中示出。水管10在此包括具有两个支路28、29的环形区段，所述支路通过流入部30连接至固定的水连接33并且通过流出部31与分配器凹部9中的出口17连接。pef单元19和贮存器16位于同一支路28中。泵32布置在另一支路29中。只要泵32不工作，它就会堵塞支路29，从而当阀22打开时，水仅经由支路28流动并在到达出口17之前由pef单元19消毒。

为了防止在水于贮存器16中停留较长时间的情况下在此形成大量细菌，泵32不时地开始运转，使得环形区段中的水循环流通并且在此过程中可在pef单元19中被处理。

由于在图4的实施例中，水可以以需要的频率穿过pef单元19，因此，不一定使各份水在第一次通过pef单元19时就暴露于一个或多于一个电压脉冲。因此，该pef单元19的电极20可以比为单个水通道设计的单元的电极更紧凑，并且也不一定需要彼此相继的多个电极对24、25、26、…。由于通过贮存器16的内部设计或通过当相对热的水经由管道10流入贮存器16中时形成的热分层可防止第一次通过pef单元19时未经处理的水与出口17处输出的冷却的水混合，因此其品质保持不受影响，而立即放出的水量不会增加贮存器16的容纳量，如果阀22再次关闭，则再次到达贮存器16的水可进行抗微生物处理。

图4中所示的环形区段可完全布置在管区段15内；在这种情况下，供应到制冰器4和雾化器36的水只能通过位于共用的管区段13中或位于管区段14中的第二pef单元进行消毒。然而，还可以想到的是，在支路28中于pef单元19的下游设置分支点12。因此，可从贮存器16向制冰器4和雾化器36供应水，所述水可通过多次穿过pef单元19来消毒。

由于在冰块模具被填充时制冰器4的流率q和雾化器36的流率q明显低于在出口17处放水时的阀22的流率，所以图4中的pef单元19的电极20的尺寸可调节成使得电极20的尺寸不足以在阀22的流率的情况下完全处理水，但是在制冰器4的流率的情况下是足够的。然后，如图4中的虚线所示，分支点12可在pef单元19的下游设置在pef单元19与支路28中的贮存器16之间，使得可以在任何时间向制冰器4供应在pef单元19中完全处理过的水。

制冰器4和阀22的流率q尤其可相互协调，使得水通过pef单元19的流速高到当阀22打开时足以允许向电极施加直流电压，而在制冰器4被填充时，向电极20施加脉冲式电压。雾化器36的流率q可能还低于制冰器4的流率q，可以通过网络部分21产生的电压脉冲的频率来考虑雾化器36的流率q，该频率与相应的流率成比例。

附图标记列表

1壳体

2门

3储存室

4制冰器

5收集容器

6螺旋输送机

7输出口

8排冰道

9分配器凹部

10水管

11入口

12分支点

13共用的管区段

14管区段

15管区段

16贮存器

17出口

18水分配器

19pef单元

20电极

21网络部分

22阀

23间隙

24流量传感器

25电极对

26电极对

27电极对

28支路

29支路

30流入部

31流出部

32泵

33固定的水连接

34软管

35过滤器

36雾化器

37截止阀