論空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)除水工藝設計與應用

鄭榮坤

摘 ?要：本文針對空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)除水難問題進行深入研究與分析，提出一種新的空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)除水工藝設計方案并驗證可行，為未來家電產(chǎn)品測試工藝提供新的研究方向。

關鍵詞：除水工藝;工藝設計

1 課題背景

近幾年來空調(diào)行業(yè)中具有風冷、水冷等水系統(tǒng)的空調(diào)器在現(xiàn)實生活中應用越來越廣泛，客戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求日益提高，因此對此類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計、工藝開發(fā)及質(zhì)量控制提出更高的挑戰(zhàn)。而具有風冷、水冷等水系統(tǒng)的空調(diào)器在產(chǎn)品開發(fā)階段、批量生產(chǎn)等均要求通水模擬測試并需干燥除水，確保水系統(tǒng)內(nèi)部干凈、無水等。如果不進行干燥除水，長期存放空調(diào)器成品會導致水系統(tǒng)內(nèi)部生銹、腐蝕等質(zhì)量隱患，影響產(chǎn)品的可靠性及壽命等質(zhì)量。

常規(guī)的干燥除水方案是重力自然排干或加壓縮空氣強行除水（從進（出）水口吹入0.6MPA的壓縮空氣）。重力自然排干方案受限于空調(diào)器內(nèi)部水換熱零件結(jié)構(gòu)設計復雜，短時間內(nèi)難以全部排干水分，效率低下;而加壓縮空氣強行除水方案因加速殘余水蒸發(fā)會影響水系統(tǒng)中塑料等零件的質(zhì)量、壽命，且需較大的能耗來激發(fā)高溫空氣，也難以推廣應用。

2 工藝設計與驗證

2.1 方案設計

通過理論分析并結(jié)合產(chǎn)品特點，設計一整套常溫低壓條件下干燥除水系統(tǒng)方案，包含真空泵組、控制系統(tǒng)、壓縮空氣源、抽真空管道、氣源管道、真空管道閥門、壓縮空氣管道閥門1及被測機組，見圖1。

因真空泵組是整套方案的核心部件，同時為降低水系統(tǒng)內(nèi)部壓強或壓力，需滿足以下要求的抽真空設備：

1）需持續(xù)保持低壓，使殘余水有充足時間蒸發(fā)（沸騰）;

2）需足夠的動力，滿足產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍;

3）設備穩(wěn)定性及可靠性好，滿足工藝技術(shù)要求。

4）設備具有耐水、耐酸、耐腐蝕等性能。

根據(jù)以上要求，結(jié)合干式螺桿泵的工作原理及應用場景特點，初步選用干式螺桿泵設備進行驗證。

2.2 驗證

為驗證常溫低壓條件下干燥除水效果，制定實驗方案進行驗證。

2.2.1實驗方案一

1）物料準備：

常溫低壓條件下干燥除水系統(tǒng)物料準備有真空泵組、控制系統(tǒng)、壓縮空氣源、抽真空管道、氣源管道、真空管道閥門、壓縮空氣管道閥門1及被測機組。

2）操作步驟：

2.1）打開排污閥，將系統(tǒng)內(nèi)的水重力排出部分，用時t1;

2.2）將產(chǎn)品進、出水口與各管道連接，用時t2;

2.3）關閥2、開閥1，用0.6mpa壓縮空氣將殘余水進一步吹出系統(tǒng)，至無明顯水滴落，關閉排污閥，用時t3;

2.4）關閥1、開閥2，啟動泵組至壓力P，用時t4;

2.5）關泵組、關閥2，斷開管道連接，完成低壓沸騰蒸發(fā)。

根據(jù)多次試驗觀察與統(tǒng)計，在泵組啟動后系統(tǒng)壓力快速降至P1，再緩慢降至P2并在P2附近上下波動，后再過一段時間壓力值才降至P3，見圖2;

3）拆機檢查

拆開產(chǎn)品檢查發(fā)現(xiàn)：

3.1）在壓力P2時，系統(tǒng)中還存有少量水分，且原有雜質(zhì)呈牙膏狀;

3.2）在壓力P3時，系統(tǒng)中無液態(tài)水分，且原有雜質(zhì)呈粉末狀。

經(jīng)分析，從常壓降至P1時，水系統(tǒng)中空氣、水蒸氣被抽離;而P1至P2期間液態(tài)水不斷蒸發(fā)使系統(tǒng)內(nèi)壓力升高，壓力在波動一小段時間后殘余液態(tài)水也持續(xù)蒸發(fā)（因泵組持續(xù)運行動力遠大于液態(tài)水蒸發(fā)后的壓升），直到系統(tǒng)壓力降至P3后水也全部蒸發(fā)完。

2.2.2實驗方案二

因產(chǎn)線上產(chǎn)品測試時間需控制在15～20分鐘之間，通過實驗方案一的驗證計算得知空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)壓力降至P3時需20分鐘以上，再算上拆、接管道等，單純的除水工藝總時間已超過產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍，難以滿足生產(chǎn)需求。

根據(jù)圖2壓力與時間曲線分析，在空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)壓力達到P2后的一段時間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的水分理論上是已完全蒸發(fā)（假設此時壓力是P4），因此推斷P4至P3這段壓力變化期間只是單純的抽真空。

為驗證理論分析的正確與否并得出P4的具體數(shù)值，開展實驗方案二進行驗證。

1）實驗步驟：

1.1）干燥的空調(diào)器水系統(tǒng)零件，稱重并記錄為M1;

1.2）將空調(diào)器通水測試完成后重力自然排水及加壓縮空氣強排水后，稱重并記錄為M2（按多次測量并取平均值）;

1.3）空調(diào)器水系統(tǒng)內(nèi)殘余水分重量為M2- M1并記錄為M3;

1.4）取量杯并裝M3的水，放置于空調(diào)器干燥的水系統(tǒng)內(nèi);

1.5）按實驗方案一的步驟4、步驟5進行除水試驗，當壓力達到P2時記錄時間t1。

2）實驗記錄：

在時間分別為t1+1min、t1+2min、t1+3min?-?-時觀察量杯內(nèi)水分的變化直到水分全部蒸發(fā)完畢，此時記錄壓力值即為P4;而繼續(xù)觀察壓力降至P3還需要大概10分鐘，但此期間空調(diào)器系統(tǒng)內(nèi)只是純粹的抽真空時間，對除水是無效的。因此，常溫、低壓條件下水沸騰自然蒸發(fā)的除水工藝方案設計只需將系統(tǒng)內(nèi)的壓力值設定為P4即可，可實現(xiàn)測試時間縮短，以便滿足生產(chǎn)節(jié)拍。

綜上分析及實驗驗證，在常溫、低壓條件下水沸騰蒸發(fā)的除水工藝方案具有較高的可行性。

目前隨著家電行業(yè)中具有風冷、水冷等功能的產(chǎn)品不斷增加，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，對產(chǎn)品的可靠性越來越高。因此，家電產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)除水工藝越來越重要。而常溫、低壓條件下水沸騰自然蒸發(fā)的除水工藝方案具有高效、安全等優(yōu)點，又同時可與產(chǎn)品測試系統(tǒng)兼容，對于未來家電行業(yè)的各類產(chǎn)品測試的廣泛應用具有較高的可行性。

參考文獻：

[1] 黃翔.空調(diào)工程（第3版）.機械工業(yè)出版社.2017-11-01

[2] 蔡志亮，周星風，洪瑞槎.沸點計法研究及斜式沸點計[J].化工學報，1986（2）：172-182