靜電技術在洗衣機中的應用

任猛 左秋杰

合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230001

作為常用家用電器，洗衣機種類多，常見的有滾筒和波輪洗衣機，另外還有電磁、臭氧以及超聲波洗衣機等[1]。種類不同，其主要洗衣原理也不盡相同。例如：電磁洗衣機上洗滌頭配有電磁圈，電磁圈產生微震，在清洗過程中，污漬與衣物之間迅速脫落；臭氧洗衣機利用臭氧泵在洗衣機中產生臭氧環境，利用臭氧的氧化作用分解污垢中的有機物分子[2]。特點是清洗過程中無需洗衣劑，能夠節省使用成本，缺點是洗凈度難以保證，另外臭氧濃度較高時對于身體有傷害。

隨著物理學以及物理化學等學科的進步，人們發現水并不是以分子形式獨立存在的，而是由氫鍵結合而成具有特殊構造的物質，此種結構直接影響水的表面活性[3]。本文提出的靜電技術是利用高壓靜電條件下能夠破壞水分子團之間的氫鍵，使水多以小分子形式存在，同時水分子在靜電場條件下被電離，該狀態下（水多以小分子和離子形式存在）水界面張力增大，滲透作用增強，在清洗過程中，水分子更容易滲透在衣物與污垢之間，使污垢脫落，達到清洗的目的。同時電場產生的離子環境對于異味以及細菌具有較強的去除作用，對于用戶健康具有一定的保護作用。本文圍繞高壓靜電對于水分子結構及特性的影響，討論高壓靜電技術在洗衣機中的應用方法。

1 靜電場對于水分子結構狀態影響

1.1 靜電場對于水分子結構影響

水分子是極性分子，在水中多以氫鍵形式連接，以動態水分子團結構存在[4]。在靜電場的作用下，水分子團之間的氫鍵在外界電場作用下產生振動，破壞氫鍵，水分子團變小。同時，電場會電離水分子，產生負離子，如圖1所示。

1.2 靜電條件下水分子理化狀態

氫鍵的斷裂，導致水分子團變小。同時在電場的持續作用下，水分子被電離產生離子，導致分子鏈條較窄、較短。分子團的減小，分子結構的改變直接導致水分子之間的作用力減小，界面張力增大，滲透能力也相應增強。同時小分子水由于脫離了氫鍵的束縛，其溶解能力增強，如圖2所示。

一般而言，小分子水以及帶電水分子的穩定性較差，很難長時間獨立存在。在現實應用中，可通過持續的靜電場使水分子產生共振，將水劃分為小分子團結構進行水的活化，進而維持小分子水的穩定性。

2 靜電技術在洗衣機中應用研究

2.1 傳統洗衣機存在的問題

普通洗衣機痛點：（1）使用洗衣劑作為清洗介質，多數洗衣劑中含有污染，會對環境產生污染；（2）洗衣機在使用過程中會導致異味以及細菌的積累，損害消費者身體的健康；（3）清洗時需要添加不斷添加洗衣劑，綜合使用成本較高。

2.2 靜電技術對于傳統洗衣機的改進

針對傳統概念洗衣機的痛點，洗衣機靜電技術是在普通洗衣機中增加靜電釋放裝置，在洗衣機內筒形成靜電場環境。在衣物清洗過程中，靜電裝置通電產生電場，直接作用于水，水分子在電場作用下產生共振。水分子間氫鍵在共振力的作用下受到破壞，分子間的作用力減小導致滲透能力增強，水更容易滲透在衣物與污垢之間，伴隨著衣物的攪動，污垢脫落難度減小，同時，水的溶解性能更強能夠加速污垢的溶解與脫落。與此同時，靜電場在洗衣機內部形成負離子環境，負離子能夠聚集并清除異味，同時對于細菌具有較強的滅殺能力，如圖3所示。

圖1 水分子之間氫鍵示意圖

圖2 靜電條件下水分子狀態

圖3 靜電釋放裝置的安放位置及測試圖

圖4 金屬內筒對于靜電場強度影響

圖5 清洗效果對比（作為普通洗衣機，右為靜電洗衣機）

2.3 靜電裝置的安裝與使用

實際應用中，以滾筒洗衣機為例，洗衣機滾筒分為塑料外筒和金屬內筒。當放電裝置安裝在洗衣機外殼以及外筒中上部位置時，電場強度為1mV左右；當放電裝置安裝在塑料外筒底部位置時，靜電場強度為700mV以上，相差幾百倍之多，主要原因是金屬內筒會導致電場的屏蔽，而金屬內筒底部位置往上延伸大概7cm高度為塑料材質，將電場釋放裝置安裝在塑料外筒，靠近該位置可降低金屬內筒的屏蔽效果，如圖4所示。

同時在實際操作時，為避免發生安全事故，通常將放電裝置表面做絕緣處理。而金屬內筒的實際電場強度遠低于安全電壓36V，因此靜電技術在洗衣機中使用安全隱患較小。

2.4 靜電裝置使用效果

洗凈比反映洗衣機潔凈衣物的能力，常作為評價洗衣機清洗能力的一個重要指標。其計算方法：洗衣機的洗凈率與參比機的洗凈率的比值。洗凈率是衣物清洗前后反射率的比值，通常情況下，洗凈比值越高，說明洗衣機的潔凈程度越高。通過測試發現：使用靜電技術洗衣機的洗凈比為1.0以上，而普通冰箱的洗凈比為0.8左右，說明靜電技術在效果上可以更好的實現衣物的清洗，洗滌效果對比如圖5所示。

3 結論

綜上所述，靜電技術在洗衣機中應用在理論上以及技術上都能夠實現清洗功能。從清洗過程中進行的電壓檢測效果來看，靜電技術安全隱患較小，耐用性較強；靜電裝置可實現普通洗衣機難以解決的異味以及細菌問題，同時結構簡單，便于安裝拆卸，在各種洗衣機均可使用，通用性好。靜電技術在洗衣機中的應用可以實現傳統洗衣機的替代，未來具有較好的發展前景。

[1] 夏路華. 洗衣機發展研究及控制電路設計[J]. 科技創新，2017（14）：160-163.

[2] 張繼紅. 臭氧技術及其在洗衣機上的應用[J]. 安徽科技，1999（05）：38.

[3] 葉春苗. 高壓靜電場保鮮技術原理及應用現狀研究[J]. 農業科技與裝備，2016（6）：58-59.

[4] 方勝，李里特. 靜電場對番茄保鮮工程的影響[J]. 食品科學，1997（1）：5-9.