論空調器系統內除水工藝設計與應用

鄭榮坤

摘 ?要：本文針對空調器系統內除水難問題進行深入研究與分析，提出一種新的空調器系統內除水工藝設計方案并驗證可行，為未來家電產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

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

常規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器內部水換熱零件結構設計復雜，短時間內難以全部排干水分，效率低下;而加壓縮空氣強行除水方案因加速殘余水蒸發會影響水系統中塑料等零件的質量、壽命，且需較大的能耗來激發高溫空氣，也難以推廣應用。

2 工藝設計與驗證

2.1 方案設計

通過理論分析并結合產品特點，設計一整套常溫低壓條件下干燥除水系統方案，包含真空泵組、控制系統、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，同時為降低水系統內部壓強或壓力，需滿足以下要求的抽真空設備：

1）需持續保持低壓，使殘余水有充足時間蒸發（沸騰）;

2）需足夠的動力，滿足產線的生產節拍;

3）設備穩定性及可靠性好，滿足工藝技術要求。

4）設備具有耐水、耐酸、耐腐蝕等性能。

根據以上要求，結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物料準備有真空泵組、控制系統、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，將系統內的水重力排出部分，用時t1;

2.2）將產品進、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，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。

根據多次試驗觀察與統計，在泵組啟動后系統壓力快速降至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

拆開產品檢查發現：

3.1）在壓力P2時，系統中還存有少量水分，且原有雜質呈牙膏狀;

3.2）在壓力P3時，系統中無液態水分，且原有雜質呈粉末狀。

經分析，從常壓降至P1時，水系統中空氣、水蒸氣被抽離;而P1至P2期間液態水不斷蒸發使系統內壓力升高，壓力在波動一小段時間后殘余液態水也持續蒸發（因泵組持續運行動力遠大于液態水蒸發后的壓升），直到系統壓力降至P3后水也全部蒸發完。

2.2.2實驗方案二

因產線上產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器系統內壓力降至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線生產節拍，難以滿足生產需求。

根據圖2壓力與時間曲線分析，在空調器系統內壓力達到P2后的一段時間內，系統內的水分理論上是已完全蒸發（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的具體數值，開展實驗方案二進行驗證。

1）實驗步驟：

1.1）干燥的空調器水系統零件，稱重并記錄為M1;

1.2）將空調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）空調器水系統內殘余水分重量為M2- M1并記錄為M3;

1.4）取量杯并裝M3的水，放置于空調器干燥的水系統內;

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?-?-時觀察量杯內水分的變化直到水分全部蒸發完畢，此時記錄壓力值即為P4;而繼續觀察壓力降至P3還需要大概10分鐘，但此期間空調器系統內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的除水工藝方案設計只需將系統內的壓力值設定為P4即可，可實現測試時間縮短，以便滿足生產節拍。

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

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

參考文獻：

[1] 黃翔.空調工程（第3版）.機械工業出版社.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