论空调器系统内除水工艺设计与应用

郑荣坤

摘  要：本文针对空调器系统内除水难问题进行深入研究与分析，提出一种新的空调器系统内除水工藝设计方案并验证可行，为未来家电产品测试工艺提供新的研究方向。

关键词：除水工艺;工艺设计

1 课题背景

近几年来空调行业中具有风冷、水冷等水系统的空调器在现实生活中应用越来越广泛，客户对产品的质量要求日益提高，因此对此类产品的结构设计、工艺开发及质量控制提出更高的挑战。而具有风冷、水冷等水系统的空调器在产品开发阶段、批量生产等均要求通水模拟测试并需干燥除水，确保水系统内部干净、无水等。如果不进行干燥除水，长期存放空调器成品会导致水系统内部生锈、腐蚀等质量隐患，影响产品的可靠性及寿命等质量。

常规的干燥除水方案是重力自然排干或加压缩空气强行除水（从进（出）水口吹入0.6MPA的压缩空气）。重力自然排干方案受限于空调器内部水换热零件结构设计复杂，短时间内难以全部排干水分，效率低下;而加压缩空气强行除水方案因加速残余水蒸发会影响水系统中塑料等零件的质量、寿命，且需较大的能耗来激发高温空气，也难以推广应用。

2 工艺设计与验证

2.1 方案设计

通过理论分析并结合产品特点，设计一整套常温低压条件下干燥除水系统方案，包含真空泵组、控制系统、压缩空气源、抽真空管道、气源管道、真空管道阀门、压缩空气管道阀门1及被测机组，见图1。

因真空泵组是整套方案的核心部件，同时为降低水系统内部压强或压力，需满足以下要求的抽真空设备：

1）需持续保持低压，使残余水有充足时间蒸发（沸腾）;

2）需足够的动力，满足产线的生产节拍;

3）设备稳定性及可靠性好，满足工艺技术要求。

4）设备具有耐水、耐酸、耐腐蚀等性能。

根据以上要求，结合干式螺杆泵的工作原理及应用场景特点，初步选用干式螺杆泵设备进行验证。

2.2 验证

为验证常温低压条件下干燥除水效果，制定实验方案进行验证。

2.2.1实验方案一

1）物料准备：

常温低压条件下干燥除水系统物料准备有真空泵组、控制系统、压缩空气源、抽真空管道、气源管道、真空管道阀门、压缩空气管道阀门1及被测机组。

2）操作步骤：

2.1）打开排污阀，将系统内的水重力排出部分，用时t1;

2.2）将产品进、出水口与各管道连接，用时t2;

2.3）关阀2、开阀1，用0.6mpa压缩空气将残余水进一步吹出系统，至无明显水滴落，关闭排污阀，用时t3;

2.4）关阀1、开阀2，启动泵组至压力P，用时t4;

2.5）关泵组、关阀2，断开管道连接，完成低压沸腾蒸发。

根据多次试验观察与统计，在泵组启动后系统压力快速降至P1，再缓慢降至P2并在P2附近上下波动，后再过一段时间压力值才降至P3，见图2;

3）拆机检查

拆开产品检查发现：

3.1）在压力P2时，系统中还存有少量水分，且原有杂质呈牙膏状;

3.2）在压力P3时，系统中无液态水分，且原有杂质呈粉末状。

经分析，从常压降至P1时，水系统中空气、水蒸气被抽离;而P1至P2期间液态水不断蒸发使系统内压力升高，压力在波动一小段时间后残余液态水也持续蒸发（因泵组持续运行动力远大于液态水蒸发后的压升），直到系统压力降至P3后水也全部蒸发完。

2.2.2实验方案二

因产线上产品测试时间需控制在15～20分钟之间，通过实验方案一的验证计算得知空调器系统内压力降至P3时需20分钟以上，再算上拆、接管道等，单纯的除水工艺总时间已超过产线生产节拍，难以满足生产需求。

根据图2压力与时间曲线分析，在空调器系统内压力达到P2后的一段时间内，系统内的水分理论上是已完全蒸发（假设此时压力是P4），因此推断P4至P3这段压力变化期间只是单纯的抽真空。

为验证理论分析的正确与否并得出P4的具体数值，开展实验方案二进行验证。

1）实验步骤：

1.1）干燥的空调器水系统零件，称重并记录为M1;

1.2）将空调器通水测试完成后重力自然排水及加压缩空气强排水后，称重并记录为M2（按多次测量并取平均值）;

1.3）空调器水系统内残余水分重量为M2- M1并记录为M3;

1.4）取量杯并装M3的水，放置于空调器干燥的水系统内;

1.5）按实验方案一的步骤4、步骤5进行除水试验，当压力达到P2时记录时间t1。

2）实验记录：

在时间分别为t1+1min、t1+2min、t1+3min¡­¡­时观察量杯内水分的变化直到水分全部蒸发完毕，此时记录压力值即为P4;而继续观察压力降至P3还需要大概10分钟，但此期间空调器系统内只是纯粹的抽真空时间，对除水是无效的。因此，常温、低压条件下水沸腾自然蒸发的除水工艺方案设计只需将系统内的压力值设定为P4即可，可实现测试时间缩短，以便满足生产节拍。

综上分析及实验验证，在常温、低压条件下水沸腾蒸发的除水工艺方案具有较高的可行性。

目前随着家电行业中具有风冷、水冷等功能的产品不断增加，客户对产品质量要求不断提高，对产品的可靠性越来越高。因此，家电产品系统内除水工艺越来越重要。而常温、低压条件下水沸腾自然蒸发的除水工艺方案具有高效、安全等优点，又同时可与产品测试系统兼容，对于未来家电行业的各类产品测试的广泛应用具有较高的可行性。

参考文献：

[1] 黄翔.空调工程（第3版）.机械工业出版社.2017-11-01

[2] 蔡志亮，周星风，洪瑞槎.沸点计法研究及斜式沸点计[J].化工学报，1986（2）：172-182