空调器内机自清洁效果分析及优化改进.pdf

2952023中国家电科技年会论文集0 引言如今随着生活水平的提升，人们对居住环境的健康要求也越来越高，不再仅仅满足于普通的空调器的冷热调节功能，而是更加希望空调器能够提供舒适、健康的空气质量。现在市面上健康空调中的除菌技术1，包括：（1）材料除菌在空调器进风格栅、风向板等零部件上添加无机、有机与生物类型的杀菌剂，通过从材料中缓慢析出的杀菌剂杀死附着在抗菌材料中的微生物；（2）机器自清洁通过对空调器功能逻辑优化，利用蒸发器结霜原理，在化霜时带走蒸发器上的灰尘，更进一步地，在化霜之后，通过空调器制热功能对蒸发器翅片和盘管加热至56以上，并结合UVC深紫外洁净杀菌；（3）空间除菌包括滤网式过滤除菌、离子除菌和新风除菌等。其中，机器自清洁技术，能够清除掉蒸发器上的细菌、病毒甚至是过滤网无法过滤掉的细小灰尘2，不但提升蒸发器的换热效率3，同时防止粘附力较差的灰尘随空调送风再次进入室内，对空气进行二次污染。目前市面上具有自清洁功能的空调，其功能逻辑设计上，大多偏重于自清洁的高温杀菌阶段，对56有效灭活细菌的温控精确性及系统可靠性上重点优化改善。据此，本文针对现有的内机自清洁功能，在结露、结霜及化霜阶段提出一些优化方向。作者简介：吴灿炎，学士学位。研究方向：家用空调制冷系统设计研究。地址：中山市南头镇南头大道西59号。E-mail：。空调器内机自清洁效果分析及优化改进吴灿炎TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528427摘 要：随着空调器在生活中愈加普及，健康空调的概念也逐渐深入人心，普通空调器在使用过程中蒸发器表面不可避免的存在细菌、病毒、积灰等问题，基于此，具有内机高温杀菌及自清洁功能的空调器越来越受到消费者青睐。在现有产品的自清洁功能基础上，在额定工况和高湿工况下，通过更改自清洁功能运行过程中相关参数的设定值，过程中同步监控自清洁各阶段排水量、系统排气等参数，对比不同设定值对自清洁功能带来的优化效果，根据实验结果分析论证，提出一种较优的控制方案，进一步优化了自清洁功能空调器的自清洁效果。关键词：蒸发器；细菌；积灰；自清洁；效果Analysis and optimization of self-cleaning effect of air conditioner inner machineWU CanyanTCL Air Conditioner(Zhongshan)Co.,Ltd.Zhongshan 528427Abstract:With the increasing popularity of air conditioning in daily life,the concept of healthy air conditioning is gradually gaining popularity.In ordinary air conditioning,there are inevitable problems such as bacteria,viruses,and dust accumulation on the evaporator surface during use.Based on this,air conditioning units with high-temperature sterilization and self-cleaning functions in the interior unit are increasingly favored by consumers.Proposing an optimal control scheme to further optimize the self-cleaning effect of self-cleaning air conditioning units by changing the setting values of relevant parameters during the operation of the self-cleaning function under rated and high humidity conditions.During this process,synchronously monitor parameters such as drainage at each stage of self-cleaning,system exhaust,and compare the optimization effects of different setting values on the self-cleaning function.This was then analyzed and demonstrated through experimental results.Keywords:Evaporator;Bacteria;Deposition;Self-cleaning;Effect中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.067296 2023中国家电科技年会论文集1 空调自清洁理论分析及优化方向目前市场上空调器的高温杀菌及自清洁功能部分基本分为4个阶段：低温结露+低温结霜+高温化霜+高温杀菌4。具体过程如下：空调器在进入自清洁模式后，先运行制冷，由于蒸发器表面温度低于空气露点温度，空气中的水蒸气析出附着在蒸发器表面；继续降低蒸发器表面温度至0以下，蒸发器表面的凝露水结霜并蔓延，凝露水凝固膨胀，改变积灰与蒸发器表面的接触面积，减少积灰与蒸发器之间的粘附力。当蒸发器表面的霜层累积到一定厚度，空调器转入制热模式，蒸发器表面的霜层受热迅速融化并带走蒸发器表面沉积的灰尘。继续提高蒸发器表面的温度，直至管温稳定在杀菌温度57以上，并持续运行30 min，确保有效杀灭蒸发器表面的致病菌等微生物5。本文主要针对低温结露+低温结霜+高温化霜过程进行分析验证，寻找一个较为合理的方案，提高自清洁清除积灰的效果。为了对比分析每个方案的自清洁效果，需使得自清洁优化效果可视化，由于在实际测试中，无法在每次实验都创造脏污条件一模一样的蒸发器进行对比，因此，我们以结冰阶段的排水量为判断基准，结冰阶段的排水量越多，说明翅片结冰越厚，化冰后能带出来的灰尘越多，清洁效果也越好。2 提升化冰排水量的方法分析2.1 影响水量的关联要因根据空调自清洁的原理，影响化冰阶段排水量主要在低温结露和低温结霜阶段。在低温结露阶段，根据结露现象产生原因首先，湿空气遇到温度低于其露点温度的表面时，湿空气中的水蒸气从低温表面析出，因此，与湿空气接触的蒸发器表面温度越低，结露水越容易析出；其次，湿空气与低温蒸发器接触的时间越长，水蒸气也析出越多；其三，与低温表面接触的湿空气越多，那么就有越多的水蒸气从湿空气里面析出。在低温结霜阶段，根据水结霜（结冰）的原因水温低于冰点温度时，水将会结冰，即在标准大气压下，当水温低于0，水将会结冰，因此与水接触的蒸发器表面温度至少要低于0，水才会在蒸发器表面结霜，0以下维持的时间越长，结霜量越多直至附着于蒸发器表面的水全部结霜。综上，结合空调器制冷控制原理，影响水量的关联要因概括以下三点：（1）结露阶段循环风量；（2）结露阶段的时长及结冰阶段时长；（3）蒸发器内盘温度。2.2 优化路径和方法针对影响水量的三点要因，提出三个优化方向：（1）优化结露阶段风挡增加除湿循环风量；（2）优化结露时长及结冰时长：由于结冰时长受盘管低温保护，因此本文仅针对结露时间进行研究对比分析；（3）优化阀开度，维持合理内盘温度保证低于露点温度，同时防止排气过高降频。3 方案设计及实验验证3.1 优化结露阶段除湿循环风量从理论分析，当风挡提升，风量增加，在结露阶段空气中的会有更多水分附着于蒸发器凝结成水，因此在结冰阶段也会有更多水分凝结成冰。针对不同风挡下对结冰阶段排水量（化冰排水量），在高湿工况下，选取静音挡、中风挡、中高风挡进行对比。本次实验维持其他参数不变，仅调整风挡，验证数据如表1所示。实验中，因操作失误漏称重中风挡结冰阶段排水量，但对比静音挡、中风挡结冰阶段排水量以及三个风挡的总排水量，当风挡越高，总排水量越高，而且结露阶段的排水量增长比例要高于结冰阶段排水量。然而同样凝露阶段风挡越高，风量越大，相应的蒸发器盘管温度也越高，当蒸发器盘管温度高出环境露点温度时，将极难产生凝露水。为此，在额定制冷工况（内27/19，外35/24，露点温度14.74）条件下，对比在不同风挡下的内机盘管温度及各分流温度，为后续风挡选择提供依据。本次实验选取35B3毛细管系统，分别对比静音挡、低风挡、中风挡下结冰阶段内机盘管及各分流温度，实验结果如表2所示。其中，蒸进1、蒸进2、蒸出1、蒸出2位置如图1所示。从数据可以看出，当其他参数保持不变，仅调整风挡，风挡越高，内盘温度越高。当风挡温度达到中风挡时，内盘温度15.598已表1 高湿工况-结露阶段各风挡对自清洁效果影响工况（）风挡结露时间（min）节流开度（B）结露阶段排水量（g）结冰阶段排水量（化冰排水量）（g）总排水量（g）内27/24外35/24静音12 25020778285中风12 250/348中高风12 25026091351中高挡相比静音挡排水量增加比例+25.6%+16.6%+23.1%2972023中国家电科技年会论文集超过环境露点温度14.74，将不易产生凝露水。因此，在风挡选择上，即使在高湿环境下较高风挡化冰时能产生较多排水，也不能盲目提升风量，因其会导致在较低环境湿度时蒸发器翅片无法结冰。根据以上测试结果，在保证风量的基础上，尽量不选择最低风挡；同时为了避免盘管温度过高，也不建议选择较高风挡，因此针对35B1机型，建议优选低风挡作为结露阶段的风挡。3.2 优化结露时长为快速验证结露时长对结冰阶段排水量（化冰排水量）是否有影响，在现有35B1机型上，将凝露时长增加1倍，制定对比实验测试，记录结露/结冰阶段最高排气、结霜结束前的最高排气、结霜阶段的排水量、化冰结束的排水量及总排水量。对比实验结果如表3所示。其中结露时间6 min时，总排水量为67 g；结露时间为12 min时，结露阶段排水量为207 g，化冰排水量为78 g；单从化冰排水量来看，结露时间12 min的化冰量已超过结露时间6 min的总排水量，因此延长结露时间明显有利于结冰阶段排水量。从表3的第二组数据可以看出，结露时长12 min时，结露阶段排水量207 g远远大于结冰阶段排水量78 g；然而即使在普通制冷时，空调也能产生一定的凝露水，带走一定量的灰尘，在进入空调自清洁模式后，结露阶段产生过多的结露水并不能给自清洁效果提供更多帮助，根据空调自清洁原理，实际上快速化冰阶段产生的排水才是带走附着在空调翅片上积灰的主力。因此，结露时间并不需要太长，理论上，在保证结露阶段翅片上凝结足够多的水珠，并且水珠开始顺着翅片流下排出时，这时附着在翅片上的水珠已经达到最大值，这时候进入结冰阶段，凝结而成的冰霜量在一定程度上达到最大值，再继续延长时间也无法增加化冰阶段的排水量，只会对结露阶段的排水量产生积极影响。在额定工况下，根据前文所述，优选低风挡进行实验，结露时间选择10 min/12 min对比测试，对比实验中节流开度保持一致，实验结束后，分别记录结露阶段排水量、结冰阶段排水量（化冰排水量）、总排水量，如表4所示。对比表4数据，当结露时间为10 min时，结露阶段排水量为0 g；结露时间为12 min时，结露阶段排水量为37 g，说明在1012 min时间段内的某个时间点，蒸发器翅片蓄水量已达最大值，因此，结露时长选择10 min12 min之间较为合理。3.3 优化节流开度从理论上分析，当节流开度越小，系统低压越低，蒸发温度也越低，蒸发器也越容易结冰；但同样，开度减小后，系统流量减小，可能导致蒸发器过热严重，蒸发器盘管温度反而升高，影响结露结冰效果。因此，本实验在35B1系统原机基础上，更改节流开度，维持其他条件不变，对比不同开度下自清洁运行时结露阶段蒸发器盘管温度及结露/结冰阶段最高排气，如表5所示。本次实验在高湿工况下进行，从表5数据可明显看出，当节流开度越大，系统运行的最高排气越低，开度155 B的时候排气达到112.5，同时系统出现限降频，影响制冷结露效果；当开度250 B的时候排气91.1，系统运行稳定未出现限降频。对比不同开度下蒸发器的分流效果及内盘温度，可以看出开度越小，蒸发器各分流的过热度越高，盘管温度也越高，开度155 B时表2 额定工况-不同风挡下内盘温度与露点温度对比工况（）风挡毛细管规格（mmmm）最高排气（）结露盘管温度（）蒸进1（）蒸进2（）蒸出1（）蒸出2（）内27/19外35/24静音1.445080.813.6507.4346.3295.629.503低风1.445084.514.6059.2187.4817.8811.96中风1.445089.015.5988.6728.7678.6813.83表3 高湿工况-结露时长对自清洁效果影响工况（）风挡结露时间（min）节流开度（B）最高排气（）结露结束前盘管温度（）结露阶段排水量（g）结冰阶段排水量（化冰排水量）（g）总排水量（g）内27/24外35/24静音625091.18.7/67静音1225089.77.420778285图1 蒸发器各温度点位置298 2023中国家电科技年会论文集盘管温度17.1，已经高于额定工况下的露点温度14.74。在额定工况下，继续增加开度对比实验，同时风挡选择低风挡，结露时间选择12 min，寻求35B1机型自清洁效果较优的系统参数，对比实验结果如表6所示。从本次实验数据看出，开度在250 B时，结冰阶段排水量已经达到72 g，继续增加开度，结冰阶段排水量增加不明显甚至有减少的趋势，结露阶段排水量降低明显；盘管温度基本差异不大，排气温度降低明显，说明增加开度后排气低于系统最佳排气温度导致制冷效果变差，影响结露阶段凝结水量。综上，针对35B1机型，电子膨胀阀开度250 B可视为较为合理开度。4 结论本文基于现有的内机自清洁功能，通过实验对比验证不同结露阶段循环风量、结露时长以及节流开度下的内机排水量，提出对应优化方向，提升内机自清洁效果。优化方向如下：（1）由于内机盘管温度不能高于环境露点温度，因此在保证内机盘管温度较低的情况下，增加结露阶段循环风量有利于增加与蒸发器翅片接触的水分，进而提升排水量，优化自清洁效果，建议35B1机型优选低风挡；（2）增加结露时间有利于增加自清洁过程中的总排水量，但当结露时间超过某个时长后，继续增加结露时间，蒸发器翅片上无法再积蓄更多冷凝水，因此化霜阶段的排水量也不会继续增加，此时结露时间达到最优，35B1机型建议结露时间选择10 min12 min；（3）较低的节流开度有利于降低蒸发器盘管温度，从而增加蒸发器凝结水量，然而过低的节流开度会导致蒸发器过热、排气温度过高限降频等问题，反而不利于生成凝露水，建议35B1机型结露阶段节流开度为250 B左右较为合理。参考文献1 孙齐.浅谈“健康空调”中的抗菌和除菌技术J.家用电器,2022(08):34-35.2 詹飞龙,丁国良,赵夫峰,等.空调换热器长效性能衰减的研究进展J.制冷学报,2015,36(03):17-23+40.3 鞠培玲,詹飞龙,庄大伟,等.翅片管式空调蒸发器积灰过程的实验观察A/上海市制冷学会.上海市制冷学会2017年学术年会论文集C.上海市制冷学会:上海市制冷学会,2017:6.4 赵楚燕.定频空调器高温杀菌自清洁功能浅析J.家电科技,2022(zk):674-678.5 袁前.空调高温杀菌自清洁功能的研究分析A/中国家用电器协会.2020年中国家用电器技术大会论文集C.中国家用电器协会:电器杂志社,2020:5.表6 额定工况-节流开度对自清洁效果影响工况（）风挡结露时间（min）节流开度（B）最高排气（）结露盘管温度（）结露阶段排水量（g）结冰阶段排水量（g）总排水量（g）是否限降频内27/19外35/24低风12 25085.2559.1049972171否低风12 28079.28.8613771108否低风12 32074.6649.009286290否表5 高湿工况-节流开度对自清洁效果影响工况（）风挡结露时间（min）节流开度（B）最高排气（）结露盘管温度（）蒸进1（）蒸进2（）蒸进3（）蒸出1（）蒸出2（）蒸出3（）是否限降频内27/24外35/24静音6155112.517.16.93.43.41211.418.4是静音6200106.57.910.611.88.37.912.917.1否静音6 25091.18.712.213.19.68.91015.4否表4 额定工况-结露时长对自清洁效果影响工况（）风挡结露时间（min）节流开度（B）结露阶段排水量（g）结冰阶段排水量（化冰排水量）（g）总排水量（g）内27/19低风1028003737外35/24低风122803771108