某壁挂式空调吹水问题产生的原因及解决措施

张郭辉

（珠海市威诺环境技术设备有限公司 珠海 519000）

引言

某型号分体式挂壁空调机在进行性能实验测试时，发现有吹水现象发生：实验进行过程中，出风口会不时的有细小的水珠吹出，由于导风板位于出风口，部分水珠吹落在导风板上，在导风板表面不断堆积，并有滴露的隐患。

图1 出风口吹水现象

1 凝露产生原理及析湿过程

凝露产生的机理主要是湿空气中含有的水蒸气凝结析出成水。研究凝露问题产生原因，需先研究湿空气的性能。在此引入p-v图2来表示凝露过程[1]：A点表示湿空气初始点，如果湿空气内水蒸气的含量保持一定，即水蒸气分压力Pv保持不变，当温度逐渐降低时，此时定压冷却过程，状态点将沿着定压冷却曲A-B与饱和蒸汽线相交于B，在B点时达到饱和状态，B点温度即露点温度td，继续冷却就会出现凝露。此时温度降低到D点的过程是沿着饱和蒸气线的，此时水蒸气分压力Pv下降，同时湿空气的含湿量也就下降，此过程即为析湿过程。

结合我们分体式空调的开发设计，实际凝露的过程可以分为如下两个阶段：

图2 湿空气中水蒸气状态的p-v图

1）第一次析湿过程：空气通过换热器进行热交换，如果换热器温度低于露点温度，此时就会出现一次析湿过程，析湿出的凝露水顺着设计好的水路流出[2]；

2）第二次析湿过程：经过与蒸发器表面的换热析湿，进入风场内部的湿空气的含湿量降低，水蒸气分压力下降，此时的露点温度也会降低，如果此时的内风场温度依旧低于露点温度，就会出现再一次的析湿过程，由于贯流风叶的构造和特点，析湿出的水会在叶片上汇聚细小的水珠，同时会随着风叶的旋转被甩出，造成空调内机吹水现象。

由此可见，第一次析湿过程在空调器的实际工作过程当中是必然出现的，但通过较好的水路设计以及引流结构，是可以把凝露水顺利的排出空调器；同时使用导热系数较低的壳体材料，外壳的凝露也可以得到较好的解决。第二次析湿过程就是凝露问题的关键所在，影响的关键因素有以下方面：蒸发温度、内风场温度的均匀性、内风场的密封性、出风口风速。

2 空调凝露水特性

通常对于空调器来讲，凝露水的流动，分为三种流动的状态:

1）未形成水滴前：表面张力起主要作用的湿润性流动；主要发生在换热器翅片的表面，冷凝水沿翅片表面的流动；

2）形成水滴：水滴的自由落体运动；主要发生在换热器两端起支撑作用的零件位置；

3）汇聚成流：重力起主要作用的大量冷凝水的流动，主要发生在空调器主水路部分，如换热器表面、接水盘、排水管等位置；

空调器零部件的长度范围横跨较大，这也决定了其凝露水的流动包括了以上三种状态，有时候是以上三种状态相互作用在一起的，而水滴正好是定性区分以上三种流动的分界线，有必要知道水滴的尺寸。

微观上，由于分子间的引力作用结果，在液体的自由表面上能够承受极其微小的张力，即表面张力[3]，表面张力是液体分子间吸引力的宏观表现。

液体的表面张力用公式表示

J—表示表面张力，单位N；

σ —表示张力系数，即单位长度上所受的张力大小，单位N/m，

l —表示液体边界长度，单位m；

液体的表面张力约等于重力，当重力大于表面张力时，液体表面破裂，水滴开始滴落：

表面张力(J) = 重力(G)- 浮力(F)

式中：

ρ水—水的密度，1.0×103kg/m³；

ρ气—空气密度，1.29 kg/m³；

V—水滴体积，简化为球状体，单位m³；

r—水滴半径，单位m；

水在不同温度下的张力系数见下表，本文取σ=7.3X10-2N/m；

可推导出r=0.001 93 m≈2 mm，水滴直径约为4 mm；

水滴在下落过程中的形状，无论是上尖下圆形，还是类似于圆柱的椭球形，其最大直径小于4 mm，大于3 mm。

3 问题的分析及解决

由于是出风口吹水现象，首先考虑是内风场出现了二次析湿导致。但是对比了其它型号无此问题的机型，在蒸发温度均匀性、出风口风速及密封性设计等方面并无较大差别，初步排除二次析湿的问题。

表1 水的表面张力

而后，考虑可能是第一次析湿导致的问题。如图3，分析发现，换热器翅片下端与后蜗舌接触位置存在一个缺口，而缺口的尖端位置与后蜗舌的水平距离仅5 mm左右；前文分析凝露水会在换热器表面流动，当流经此缺口尖端位置时，由于重力的作用，水流会变成水滴滴落，而不是继续沿换热器表面流向后部接水槽；同时，由于内风场风速较高（贯流风扇测试模式最高转速接近1 600 r/min），水滴在滴落过程中，会被风扇吸向风道方向，这就导致水滴在后蜗舌上实际滴落的最小距离要小于3 mm（前文分析水滴半径约为2 mm），甚至更小，滴落时会产生四溅的水花，部分落入风道内部，随风扇旋转吹出。

为了验证是否由于以上的原因产生此吹水问题，对蒸发器翅片下端的缺口位置粘贴了海绵，避免水滴沿缺口位置的滴落，如图4所示。

重新进行实验，出风口位置干爽，无明显的吹水现象。因此，确认问题由于换热器翅片缺口的存在、以及与后蜗舌距离过小产生，更改翅片的形状，取消缺口基本可以消除该问题。如果翅片模具调整困难的话（考虑翅片的通用性等），可以适当调整换热器的角度，加大翅片缺口与后蜗舌距离，也可以避免此问题的发生。

图3 空调二维截面图

图4 海绵粘贴示意图

4 结论

本文结合空调析湿过程以及凝露水特性的分析，对一种空调出风吹水现象的原因进行了分析验证，提出了相应的解决方法，对后续设计及类似问题的解决具有一定的参考意义。