某壁掛式空調(diào)吹水問題產(chǎn)生的原因及解決措施

張郭輝

（珠海市威諾環(huán)境技術設備有限公司 珠海 519000）

引言

某型號分體式掛壁空調(diào)機在進行性能實驗測試時，發(fā)現(xiàn)有吹水現(xiàn)象發(fā)生：實驗進行過程中，出風口會不時的有細小的水珠吹出，由于導風板位于出風口，部分水珠吹落在導風板上，在導風板表面不斷堆積，并有滴露的隱患。

圖1 出風口吹水現(xiàn)象

1 凝露產(chǎn)生原理及析濕過程

凝露產(chǎn)生的機理主要是濕空氣中含有的水蒸氣凝結(jié)析出成水。研究凝露問題產(chǎn)生原因，需先研究濕空氣的性能。在此引入p-v圖2來表示凝露過程[1]：A點表示濕空氣初始點，如果濕空氣內(nèi)水蒸氣的含量保持一定，即水蒸氣分壓力Pv保持不變，當溫度逐漸降低時，此時定壓冷卻過程，狀態(tài)點將沿著定壓冷卻曲A-B與飽和蒸汽線相交于B，在B點時達到飽和狀態(tài)，B點溫度即露點溫度td，繼續(xù)冷卻就會出現(xiàn)凝露。此時溫度降低到D點的過程是沿著飽和蒸氣線的，此時水蒸氣分壓力Pv下降，同時濕空氣的含濕量也就下降，此過程即為析濕過程。

結(jié)合我們分體式空調(diào)的開發(fā)設計，實際凝露的過程可以分為如下兩個階段：

圖2 濕空氣中水蒸氣狀態(tài)的p-v圖

1）第一次析濕過程：空氣通過換熱器進行熱交換，如果換熱器溫度低于露點溫度，此時就會出現(xiàn)一次析濕過程，析濕出的凝露水順著設計好的水路流出[2]；

2）第二次析濕過程：經(jīng)過與蒸發(fā)器表面的換熱析濕，進入風場內(nèi)部的濕空氣的含濕量降低，水蒸氣分壓力下降，此時的露點溫度也會降低，如果此時的內(nèi)風場溫度依舊低于露點溫度，就會出現(xiàn)再一次的析濕過程，由于貫流風葉的構造和特點，析濕出的水會在葉片上匯聚細小的水珠，同時會隨著風葉的旋轉(zhuǎn)被甩出，造成空調(diào)內(nèi)機吹水現(xiàn)象。

由此可見，第一次析濕過程在空調(diào)器的實際工作過程當中是必然出現(xiàn)的，但通過較好的水路設計以及引流結(jié)構，是可以把凝露水順利的排出空調(diào)器；同時使用導熱系數(shù)較低的殼體材料，外殼的凝露也可以得到較好的解決。第二次析濕過程就是凝露問題的關鍵所在，影響的關鍵因素有以下方面：蒸發(fā)溫度、內(nèi)風場溫度的均勻性、內(nèi)風場的密封性、出風口風速。

2 空調(diào)凝露水特性

通常對于空調(diào)器來講，凝露水的流動，分為三種流動的狀態(tài):

1）未形成水滴前：表面張力起主要作用的濕潤性流動；主要發(fā)生在換熱器翅片的表面，冷凝水沿翅片表面的流動；

2）形成水滴：水滴的自由落體運動；主要發(fā)生在換熱器兩端起支撐作用的零件位置；

3）匯聚成流：重力起主要作用的大量冷凝水的流動，主要發(fā)生在空調(diào)器主水路部分，如換熱器表面、接水盤、排水管等位置；

空調(diào)器零部件的長度范圍橫跨較大，這也決定了其凝露水的流動包括了以上三種狀態(tài)，有時候是以上三種狀態(tài)相互作用在一起的，而水滴正好是定性區(qū)分以上三種流動的分界線，有必要知道水滴的尺寸。

微觀上，由于分子間的引力作用結(jié)果，在液體的自由表面上能夠承受極其微小的張力，即表面張力[3]，表面張力是液體分子間吸引力的宏觀表現(xiàn)。

液體的表面張力用公式表示

J—表示表面張力，單位N；

σ —表示張力系數(shù)，即單位長度上所受的張力大小，單位N/m，

l —表示液體邊界長度，單位m；

液體的表面張力約等于重力，當重力大于表面張力時，液體表面破裂，水滴開始滴落：

表面張力(J) = 重力(G)- 浮力(F)

式中：

ρ水—水的密度，1.0×103kg/m3；

ρ氣—空氣密度，1.29 kg/m3；

V—水滴體積，簡化為球狀體，單位m3；

r—水滴半徑，單位m；

水在不同溫度下的張力系數(shù)見下表，本文取σ=7.3X10-2N/m；

可推導出r=0.001 93 m≈2 mm，水滴直徑約為4 mm；

水滴在下落過程中的形狀，無論是上尖下圓形，還是類似于圓柱的橢球形，其最大直徑小于4 mm，大于3 mm。

3 問題的分析及解決

由于是出風口吹水現(xiàn)象，首先考慮是內(nèi)風場出現(xiàn)了二次析濕導致。但是對比了其它型號無此問題的機型，在蒸發(fā)溫度均勻性、出風口風速及密封性設計等方面并無較大差別，初步排除二次析濕的問題。

表1 水的表面張力

而后，考慮可能是第一次析濕導致的問題。如圖3，分析發(fā)現(xiàn)，換熱器翅片下端與后蝸舌接觸位置存在一個缺口，而缺口的尖端位置與后蝸舌的水平距離僅5 mm左右；前文分析凝露水會在換熱器表面流動，當流經(jīng)此缺口尖端位置時，由于重力的作用，水流會變成水滴滴落，而不是繼續(xù)沿換熱器表面流向后部接水槽；同時，由于內(nèi)風場風速較高（貫流風扇測試模式最高轉(zhuǎn)速接近1 600 r/min），水滴在滴落過程中，會被風扇吸向風道方向，這就導致水滴在后蝸舌上實際滴落的最小距離要小于3 mm（前文分析水滴半徑約為2 mm），甚至更小，滴落時會產(chǎn)生四濺的水花，部分落入風道內(nèi)部，隨風扇旋轉(zhuǎn)吹出。

為了驗證是否由于以上的原因產(chǎn)生此吹水問題，對蒸發(fā)器翅片下端的缺口位置粘貼了海綿，避免水滴沿缺口位置的滴落，如圖4所示。

重新進行實驗，出風口位置干爽，無明顯的吹水現(xiàn)象。因此，確認問題由于換熱器翅片缺口的存在、以及與后蝸舌距離過小產(chǎn)生，更改翅片的形狀，取消缺口基本可以消除該問題。如果翅片模具調(diào)整困難的話（考慮翅片的通用性等），可以適當調(diào)整換熱器的角度，加大翅片缺口與后蝸舌距離，也可以避免此問題的發(fā)生。

圖3 空調(diào)二維截面圖

圖4 海綿粘貼示意圖

4 結(jié)論

本文結(jié)合空調(diào)析濕過程以及凝露水特性的分析，對一種空調(diào)出風吹水現(xiàn)象的原因進行了分析驗證，提出了相應的解決方法，對后續(xù)設計及類似問題的解決具有一定的參考意義。