房间空气调节过滤器可靠性设计探讨

程世全 莫善军

（中山大学 广州 5102752）

引言

为保证房间空调器可靠工作。其制冷系统设计成为一个全封闭系统，防止外部水分、杂质、空气进入系统内部。房间空调器制冷系统的核心部件压缩机在使用中经常出现故障，其中卡死、堵转占比超过40 %，卡死、堵转很大一部分原因是因为系统杂质进入到气缸部位，由于压缩机气缸部位最小间隙约20 μm，极易被大于20 μm的杂质卡死；电子膨胀阀、节流阀芯、毛细管作为房间空调器最主要的节流部件，它们的内部孔径也在0.3 ～1.9 mm不等，相对来说尺寸都比较小，都存在被制冷系统中的杂质堵塞隐患，所以制冷系统中过滤器的设计至关重要。过滤器的设计不但跟过滤器的过滤面积有关，还跟过滤网的目数有关，过滤器过滤面积越大，目数越大，越容易过滤掉细小系统杂质。一般认为，排量小的压缩机需要目数比较大的过滤网，排量大的压缩机，因为马力大，杂质通过率高，可以选择目数较小的过滤网[1]。如果杂质过多，超出过滤网设计的允许范围，什么形式的过滤器也会堵塞。房间空调器过滤器设计选型不合理，将会造成系统脏堵，压缩机卡缸、堵转等故障，影响房间空调器的正常使用。

本文通过量化计算制冷系统所有零部件按设计标准要求制造可能产生的最大杂质量，以及过滤器过滤面积，判断制冷系统的过滤器设计选型是否合理，同时指导制冷系统高可靠性过滤器设计，指出了设计可靠的过滤器技术方向。

1 过滤器在空调系统中的简介

过滤器是空调系统中必不可少的零件。过滤器主要是过滤杂质，防止杂质进入四通阀、压缩机、毛细管，分流器等重要制冷部件，同时也要防止杂质堵塞过滤器。所以设计过滤器就要慎重，既要起到过滤作用，提高空调产品可靠性，又要兼顾设计经济性，提高生产效率等。

一个设计合理、高可靠性系统一般有4个过滤器，分别为：排气过滤器、回气过滤器、节流部件前过滤器、节流部件后过滤器。考虑系统成本及系统大小，房间空调器一般省略了回气过滤器和排气过滤器，只保留节流部件前过滤器与节流部件后过滤器。

2 过滤网堵塞原因

造成过滤网堵塞的原因有各种各样[2]，本文分析主要有以下几种：

1）过滤网设计不合理。没有根据机组的能力段大小设计合适目数的过滤网，没有从过滤网面积、过滤网目数、过滤网形状等设计合适的过滤器。

2）空调器在生产制造环节产生较多的杂质，残留及粘结在各个零部件的中杂质经过冷媒冲刷后转移、脱落，并且经过一段时间累积，不断循环后集中在过滤网上造成系统堵塞。

3）安装、维修等环节产生较多的杂质。空调预埋管产生的杂质、多次焊接加长连接管产生杂质、维修压缩机等环节产生杂质。

造成压缩机卡缸、堵转的原因也各种各样，一般有以下几种，其中一种是系统杂质：

①压缩机机械加工、装配时残留大尺寸杂质，杂质没有被压缩机底部磁铁吸住；

②系统进水后高温下产生化学反应，气缸镀铜；

③系统设计时随意取消本应配置的过滤器；

④过滤器设计选型不合理，杂质转移到压缩机缸体；

⑤制冷部件加工杂质等。

3 空气调节调器常用过滤器情况

本文以当前房间空调器设计普遍采用的几款过滤器为载体进行解剖分析。序号为阀芯不可换带滤网节流阀1、2（过滤器）、阀芯可换带滤网节流阀3，见图1（图1为解剖图）。

1号、2号3号过滤器直径、滤网面积、滤网有效面积如表1所示。

4 房间空调器制冷系统各部件杂质理论计算及各部件实测杂质含量情况

本文参考某企业换热器、压缩机、管路部件设计标准与部件检验技术条件要求，以三匹定频柜式房间空调器，型号：KFR-71L/BP3DN1Y为计算示例，对其制冷系统中的固体杂质含量进行理论计算，并从设计、制造和安装维修三个环节探讨制冷系统的杂质来源，根据计算和测试数据，验证过滤器设计的合理性。

图1 解剖图

表1 过滤器部分参数

图2 过滤网局部放大图

4.1 制冷系统各部件固体杂质含量计算

该三匹定频柜机采用采用MZ定速旋转式压缩机（型号为PH440），阀芯不可换带滤网节流阀1(该部件同时肩负制冷系统节流与过滤作用)，室外热交换器直径Φ9.52，25根长U管，室内热交换器直径Φ7，40根长U管，室外连接管长度4 m，规格分别为Ф6×0.5/Ф16×0.75，其它配管总长度约3.5 m，规格16×0.75的铜管等配置。

按照某企业设计规范和部件检验技术条件要求，计算制冷系统允许的最大杂质含量。

1）压缩机杂志含量：MZ定速旋转式压缩机型号为PH440，《压缩机选型设计规范》标准、GB/T 15765《房间空气调节器用全封闭电动机-压缩机》以及PH440压缩机规格书求，其内部含尘量≤45 mg。

计算取杂质量为45 mg。

2）室外热交换器：室外热交换器长U管直径为Φ9.52，25根，每根长度2 m，共50 m，根据其内部螺纹结构形式，计算展开内表面积为2.1 m2。

按照《热交换器设计规范》标准清洁度要求固体杂质含量≤14 mg/m2，故其最大允许固体杂质含量为14×2.1=29.4 mg。

3）机内配管：按规格Ф16×0.75铜管计算，长度3.5 m，其内表面积为0.16 m2。《铜制管路通用件技术条件》清洁度标准要求固体杂质≤38 mg/m2，

按照标准计算管路固体杂质最大含量总共为1.6×38=6.1 mg。

4）室内外连接管：室内外连接管长度4 m，规格分别为Ф6×0.5/Ф16×0.75，计算内表面积分别0.063 m2与0.182 m2，《连接管铜管技术条件》标准清洁度要求固体杂质≤15 mg/ m2，连接管最大允许固体杂质含量为（0.182+0.063）×15=1.22 mg。

5）室内热交换器，Φ7长U管40根，每根长度0.91 m，展开内表面1.20 m2。《热交换器设计规范》标准清洁度要求固体杂质含量≤14 mg/m2，该蒸发器杂质重量为1.2×14=16.8 mg。

4.2 总杂质量计算

经过分析压缩机、室外热交换器、室内热交换器、机内配管、室内外连接管固体内杂质成分中包含Cu、Fe、CuO、Fe3O4、绝缘纸及其它，主要成分以Cu、Fe、CuO、Fe3O4材料。根据以上杂质含量计算，该三匹定频柜机压缩机、室外热交换器、室内热交换器、机内配管、室内外连接管固体总杂质最大含量为（45+29.4+6.1+1.22+16.8）=98.52mg。为简化计算，同时提高过滤器设计安全系数，假设所有的杂质都是CuO，查得氧化铜的密度约为6.5g/cm3，因此制冷系统固体杂质的总体积为98.52/6.5=15.16mm3。

所选样机采用阀芯不可换带滤网节流阀1，钢丝滤网目数100目，钢丝直径0.064 mm，网孔通空边长（0.254-0.064）=0.19 mm，假设杂质均匀地堵住网孔，理论上直径大于0.19 mm的颗粒就可以堵住一个滤网通孔，本案例假设杂质最大化，所有的杂质厚度取0.2 mm的立方体，计算杂质占用面积如表2。

以上看基本上按照标准生产的产品，如果按照每个部件的杂质取标准允许最大值的话，1号过滤网已经被杂质占97 %，3号其次，2好最好。

表2 杂质计算图表

表3 杂质量抽查表

4.3 实物杂质量抽查

结合某工厂对以上部件的杂质量抽查，40多个批次，800多个样件，超标的有，见表3。

经过统计数据分析（次数据略），实际杂质总量计算跟理论计算非常接近，有部分还是会超标（如表3的21个数据）。由此得出，取标准允许杂质量上限是有依据的、客观存在的。过滤器必须过余量设计，需要加大2-3倍是基本合理的，而且要尽量余量大。

4.4 安装和维修过程产生杂质

1）安装时连接有预埋管和管穿墙，如果不封住连接管口，容易导致杂物进到连接管里。此处杂质量的多少跟安装时的防杂质保护关系很大。

2）内外机的长连接管，大部分操作都是直接采用火焰焊接，维修时换压缩机、维修四通阀、阀门等制冷系统零部件基本没有充氮保护，会产生大量氧化皮。特别是有压缩机油附属在焊接的铜管上时更容易产生碳化物杂质。

以上这两部分不能量化，本文暂时不作定量分析。

5 总结

从以上分析看出：1号过滤器设计余量明显不足，3号过滤器设计在临界状态，2号过滤器还是比较安全可靠。

本文假设设计的杂质最大化，并且从实际零部件抽查上证明，部件杂质量超标使存在的，假设是有意义的。实际使用的过滤面积要比理论设计的过滤面积大，建议定为2到3倍的安全系数。