空调超声波清洗器的研制与应用*

张嘉文 赵晓辰

医院为患者提供的就医环境均装有空调，而空调的制冷、制热效果直接影响着医院工作及患者就医环境的舒适程度[1-3]。对空调室内、室外机器的清洗是医院维修科室日常保养的工作之一。目前，清理空调外机换热器的方法是通过人工利用毛刷配合高压水枪进行清理，但手握毛刷清洗时刷动幅度较大，力度难以掌控，在刷动过程中毛刷会与换热器翅片碰撞，造成换热器翅片损坏；高压水枪需连接水源，空调外机距离水源较远，清洗难度较大，且高压水枪用水量过大造成水资源浪费[4-8]。为此，本研究设计一款空调超声波清洗器，采用单一超声波振动和超声波与机械振动组合两种清洗设计方案，从而改善原有清洗过程中的不足。

1 空调超声波清洗器设计原理

空调超声波清洗器利用压电陶瓷超声换能器与毛刷相结合，压电陶瓷超声换能器所发出的超声波通过壳体传导到毛刷上，从而无需大幅度往复移动毛刷，只需让毛刷与换热器翅片贴合便能够利用超声波震落换热器上的灰尘，避免换热器在清理过程中轻易损坏的问题[9-11]。在空调清洗中，水泵能够在毛刷利用超声波清理换热器灰尘的过程中通过软管和壳体上的通孔向换热器喷水，从而使超声振动提供传导介质，达到高效清理的目的。空调超声波清洗器外观设计见图1。

2 空调超声波清洗器清洗方案设计

空调超声波清洗器无须外接水源，且用水量少，可解决现有技术存在的不足，清洗器采用单一超声波振动超声波与机械振动组合的两种设计方案。

超声波与机械振动组合清洗器是在超声波毛刷伸缩管外侧安装机械振动装置，振动装置能控制振动毛刷工作，在超声波毛刷清理换热器灰尘的同时，机械振动毛刷可利用传统振动方法清洗换热器翅片或格栅，达到更好的清洗效果。机械振动毛刷也可用于清洗空调外机表面污垢。

图1 空调超声波清洗器外观设计

2.1 单一超声波振动清洗设计方案

空调超声波清洗器包括枪柄状的容器。容器的一侧连接伸缩管，伸缩管内部与容器的内部联通，伸缩管的前端连接壳体。壳体的前端开设数个通孔，壳体前端安装毛刷。容器的内侧底部安装泵，泵的出水口连接软管的一端，软管的中部穿过伸缩管的中部，软管的另一端内部与壳体的内部联通。伸缩管的侧部安装超声波发生器，壳体的内部安装压电陶瓷超声换能器，压电陶瓷超声换能器的换能端与壳体的内壁连接。超声波发生器能够控制压电陶瓷超声换能器运行。容器内设有第一密封壳体，第一密封壳体内安装控制器。电池设有电池充电口。容器上安装按钮，电池为振动器控制装置、控制器供电。通过按动按钮能使控制器控制泵泵水及控制压电陶瓷超声换能器工作，单一超声波空调清洗器内部结构见图2。

图2 单一超声波空调清洗器内部结构

使用空调超声波清洗器清理时按动按钮向控制器发出信号，控制器通过电路启动控制泵泵水，水由容器抽出喷至毛刷处，毛刷起蓄水作用，使得待清理物体表面与壳体之间形成一条水带，压电陶瓷超声换能器能以该水带为介质将电能转化为机械能，从而实现清理除尘。泵的扬程以能泵水至毛刷处形成水带即可，无需喷出毛刷外。泵向毛刷连续输水，可将清理后的污垢冲洗掉，以进一步提高清理效果。

该清洗器利用压电陶瓷超声换能器与毛刷相结合，压电陶瓷超声换能器所发出的超声波通过壳体传导至毛刷上，从而无需大幅度使用毛刷，只需让毛刷与换热器贴合就能够利用超声波将换热器上面的灰尘震落，可避免换热器在清理过程中损坏。

2.2 超声波与机械振动组合的清洗设计方案

空调超声波清洗器在伸缩管的外侧安装振动装置。振动装置包括第一固定板，第一固定板的一侧与伸缩管连接；第一固定板的侧部连接弹簧，弹簧的一端连接第二固定板；第二固定板的前部连接数十根刷毛，第二固定板的另一侧连接振动器，第一固定板上安装振动器控制装置，振动器控制装置能控制振动器的运行，从而驱动刷毛振动用于清理空调外机表面污垢。振动器控制装置为现有的能控制单独控制振动器开关的控制机构，空调超声波清洗器内部结构见图3。

图3 超声波与机械振动组合空调清洗器内部结构

清洗空调时可根据实际需要自行选择不同毛刷清理，也可同时启动清理。振动装置能在毛刷通过超声波清理换热器灰尘的过程中，同时通过刷毛与换热器翅片或格栅接触，从而利用刷毛实现换热器灰尘的高效清理。其中弹簧能对刷毛与换热器之间的接触进行缓冲，从而避免了刷毛与换热器刚性接触，避免了换热器的损坏。

3 空调超声波清洗器应用效果

空调超声波清洗器的两种设计方案中容器的内部均安装电动推杆，电动推杆的一端连接发光二极管(light emitting diode，LED)灯。LED灯能通过电动推杆探出容器外，从而在对换热器清理的过程中对毛刷部分进行照明，可实现夜间或光线较暗区域均能正常进行清理工作[12-13]。

对医院病房楼两个中央空调机组分别用传统清洗方法与超声波清洗器进行清洗后发现，传统方法利用高压水枪对机组进行清洗，清洗完成后空调制冷效果得到改善，但经过两周使用发现空调室外机灰尘显著增多，科室空调报修量增大，空调制冷再次受影响[14]。因此，空调制冷季需用此方法清洗2～3次才能保证空调制冷效果。

使用空调清洗器清洗空调外机，利用超声波震动和清洗器中的清洗剂，将室外机散热器的灰尘与油渍清洗干净。经过两周使用发现散热器有少量灰尘覆盖，空调制冷未受影响，因此，空调制冷季对室外机清洗1次即可。传统方法与超声波清洗器的清洗效果比较见图4。

图4 传统方法与超声波清洗器的清洗效果比较

4 结语

针对医院空调保养中遇到的问题，设计两种空调超声波清洗器的方案，均依托于超声换能器用于空调室内外机清洗，该超声波清洗器利用压电陶瓷超声换能器与毛刷相结合，压电陶瓷超声换能器所发出的超声波通过壳体传导到毛刷上，从而无须大幅度移动毛刷，只需使毛刷与换热器贴合即能利用超声波震落换热器的灰尘，避免换热器在清理过程中损坏。超声波清洗器具有结构简洁、制造成本低廉和使用简便的优点，同时还可安装振动装置，通过传统机械振动完成清理工作[15]。