空调自动清洗技术
2021-09-24喻倩萍
喻倩萍
(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京 100190)
空调在使用时随着时间的累积,其内部风道中会逐渐沉积灰尘或吸附空气中的其他杂质颗粒,使得吹出的风不再洁净,甚至产生怪味,容易诱发皮肤、呼吸道疾病,久而久之严重影响用户的身体健康,同时,风道中的积灰也会致使热交换器的换热性能大打折扣,降低空调的制冷制暖性能,增加耗能。为了对空调的风道内部进行除垢、净化空调送风,最佳解决方案是拆解外壳对空调内部核心结构进行清洁,但因不符合技术和安全上的要求而不具备可操作性,用户往往只能频繁地拆下外部的过滤网进行清洗,不能从根本上解决问题。
随着科技的发展和人们健康意识的提高,空调的自动清洗技术迅速地发展起来,此项技术通常是在空调中设置自清洁程序,使空调自身能够及时、自动、全面地清理内部污垢,去除病菌,从而保证室内人体健康,改善热交换效率,降低能耗[1]。
1 技术分布概况
空调自动清洗功能的实现需要空调自动判定是否满足清洗的启动条件,并借助一定的清洗方式来完成,而启动条件的判定需要依靠检测手段来提供数据支撑。以下分别从启动选择、检测手段、具体清洗方式几个方面对空调自动清洗的技术分布进行简单梳理和介绍。
1.1 启动选择
众所周知,早期的自清洁空调通常采用定时启动的方式,空调的控制器自动记录、运算空调运行的累积时间,当累计运行的时间超过预设值时即启动清洗程序,清洗完毕计时清零,以实现定期清洗。这种清洁方式的优点是以时间作为单一变量,控制相对简单。然而,空调的使用场合千变万化,不同环境下空调在相同时间内的积灰程度可能各有不同,很容易出现清洗不及时的情况。
为解决这一问题,空调中常见采用污垢实时检测技术,即在风道的重点关注部位设置传感器来实时检测风道中的脏污程度,当用于判断脏污程度的检测参数达到预设值时,及时启动清洗程序。相对于定期清洗,这种清洗方式虽然成本有所增加,但能够有效避免空调长时间在脏堵情况下低效率运行,整体上看不失为一种“一劳永逸”的办法。
1.2 检测手段
对于污垢实时检测技术中的检测手段,利用灰尘传感器或颗粒物传感器检测风道内部的积灰程度,这是最直接的一种检测方式,当传感器检测到的灰尘量大于设定值时,控制启动清洗程序,能够直观地控制风道中的积灰程度。类似的,也有空调采用图像获取装置拍摄风道中的积灰图像,通过图像处理方法获知风道中的脏污程度,继而判断脏污程度是否达到清洗启动条件。这两种方法都是通过检测装置获取风道内部本体结构的脏污情况,虽然检测较为直接,却受到检测精度的限制。
由于风道中的污垢会直接影响空调吹送的空气质量,因而利用空气质量等级传感器检测空调送风的空气质量,当空气质量降低到某一等级时判定为需要清洗风道,也是一种可行的方式。此种方式通过空气的参数间接反映风道内的脏污程度,以用户的直接感受和需求为导向,更容易获得消费者的青睐。
当风道中积聚的污垢变多时,利用由运转的风扇形成的吸力从回风口吸入的空气流经热交换器时的风阻显著增大,从而需要风扇加快运转,导致驱动风扇的电机的功率、电流、电压发生变化,因而通过检测风扇电机的功率、电流、电压等参数并对参数进行分析,也能够用于确定风道中的脏污情况。此种检测方式以空调的运行性能参数为出发点,将启动自动清洁程序的检测条件聚焦在风扇电机上,检测简单,检测精度较高,近几年来在空调中得到大量使用。
1.3 清洗方式
清洗方式是空调自动清洗技术中的核心技术手段,其直接影响到自动清洗的效果,是解决问题的关键所在。目前空调风道内部常见的清洗手段有:刷洗、喷淋洗、紫外消毒洗、静电除菌洗,以及利用空调的运行模式实现自清洁等等。
刷洗一般利用电机驱动刷子进行往复运动,从而对待清洗部件表面进行清洗,常见用于清洗空调的过滤网、热交换器,刷洗过程可配合清洗液进行湿洗,提高刷洗效果。采用刷洗需要额外设置刷子及其驱动结构,虽然清洗直接、效果好,但是刷子作为运动部件,需要占用一定风道空间,可靠性也需要得到保障。
喷淋洗是利用喷头向待清洗部件表面喷淋滴雾或气雾状清洗剂,清洗剂中可添加化学清洗药剂,使其更好地溶解表面污垢,该种清洗方式对热交换器、风扇和过滤网的清洗都适用。在喷淋清洗剂过程中,喷头在一定角度内旋转还可以有效增大受喷淋面积,对待清洗部件可进行全范围清洗。喷淋洗通常需要配合设置盛水或集水部件,避免清洗剂从空调中漏出,并且需要及时将清洗剂排空,以及更换、补充清洗剂。该种方式清洗力强,但操作上略显繁琐。
紫外消毒洗、静电除菌洗,属于传统的净化除菌方式。在空调中设置紫外消毒装置、静电除菌装置对风道气流进行清洁,可使送风得到有效净化,采用静电除菌还能同时降低灰尘的吸附,一定程度上能够减轻灰尘或颗粒物的积聚。紫外消毒、静电除菌虽然不能从根本上去除风道内部的污垢,实现彻底清洁,但因其存在对空气的净化处理而具备一定的市场前景。
在热交换器的清洗技术中,利用空调自身的制冷模式、制暖模式、送风模式这三者的组合来去除表面污垢,是一种行之有效的便捷清洗方式[2]。该清洗方式首先使空调在制冷模式下以预设转速运行一定时长,以使室内换热器的表面产生冷凝水。一部分冷凝水流动带走室内换热器表面的灰尘,对室内换热器表面进行第一次清洗,一部分冷凝水停留在室内换热器的表面,然后,降低所述室内换热器的蒸发温度或者降低所述室内风机的转速,使停留在室内换热器表面的冷凝水凝结成霜或者结成冰。同时,空气中的水分也会凝结在室内换热器的表面结成霜或者结成冰,随着制冷模式的运行,室内换热器表面凝结越来越多的冰霜,相当于储存了越来越多的水,当其程度达到预设条件时,控制空调器切换为制热模式运行,使室内换热器表面的冰霜快速融化,而冰霜融化成液态水的过程中,液态水覆盖整个换热器表面,可以溶解和带走灰尘,从而对室内换热器进行了进一步清洗,待化霜完成后,还可开启送风模式将清洗剂和污垢的混合物强制吹落,并吹干热交换器表面,从而达到清洗的目的。这种方式由于无需设置额外的清洗部件,只需调整空调的程序设置即可实现,不仅经济而且有效,成为目前空调中清洗热交换器的主流技术手段。
空调风道中的各个部件,包括过滤网、风扇、热交换器,都是灰尘可能的集聚之地,针对这些部件可以分别设置不同的清洗方式,或是根据需要将以上多种清洗方式组合使用,各种方式之间相互补偿,共同提升清洁效力。
2 专利申请概况
创新是引领发展的第一动力,保护知识产权就是保护创新。当前,我国正在从知识产权引进大国向知识产权创造大国转变,知识产权工作正在从追求数量向提高质量转变。专利作为知识产权中的重要一项,在各个产业中发挥着促进作用,以下从专利申请角度对我国的空调自动清洗技术进行统计、分析和总结。
作者在中国专利摘要库中利用IPC分类号F24F(涉及空调),结合关键词“自清洁”“自动”“清洁”“清洗”“除垢”进行检索并获取专利信息,命中2710余篇相关专利文献(不含外观设计专利),其中发明专利申请1644篇,占比约为60%,实用新型专利申请1066篇,占比约为40%。该检索结果基本能够在总体上反映空调自动清洗专利技术的现状和趋势,本文以该检索结果作为分析的数据样本,检索截止时间为2021年6月。
2.1 专利申请量分布
为清楚地了解空调自动清洗技术的技术发展状况,作者对上述数据样本按申请时间进行了统计,结果显示该项技术在2000年以前的专利申请量非常少,仅为零星申请,这一阶段的空调鲜少具备自动清洗功能。自2000年开始,相关专利的申请量出现明显增加。图1显示了2000年至2020年这一时间段,空调自动清洗技术中国专利申请的申请量变化趋势,从图1可以看出,空调自动清洗技术从2000年开始稳步发展,到2014年申请量突破100件,2014年以后增长趋势逐年加大,直至2018年申请量达到峰值,为550件。2018年以后申请量又有所下降,逐年递减,该项技术热度稍有降低。可见,空调自动清洗技术从2000年发展至今,已经逐渐趋于成熟和饱和。
图1 空调自动清洗中国专利申请量的时间分布
2.2 主要申请人分布
统计上述样本数据中专利申请的申请人,得到排名在前的6位主要申请人数据,按照其申请专利的数量排序依次为:海尔440件、格力241件、美的233件、奥克斯82件、海信32件、LG(含“乐金“公司)31件,6位主要申请人在该项技术的专利申请占有量达到样本数据总体的40%。图2显示了各主要申请人在样本数据中的占比。其中,专利申请量最大的海尔在样本数据中的占比达到16.2%,紧随其后的格力、美的的占比分别约为8.9%、8.6%,三者均为国内空调行业的领军企业,这三家企业在空调自动清洗技术专利的总申请量在样本数据总体中占比高达1/3。可见,国内企业在该项技术上具有突出的优势,为该项技术的后续发展和改进打下了稳固的基础。日韩企业虽然在空调领域具有整体上的先驱领先地位,但在空调自动清洗细分领域中涉及相对略少。
图2 空调自动清洗中国专利申请主要申请人分布
3 结束语
空调自动清洗技术能够实现对空调的彻底清洁,减少空调病的发生,从而提高空调使用的安全性及用户体验,为消费者提供技术性保障支撑。空调自动清洗技术发展至今,技术思路已经基本成熟,各知名空调企业亦已基本完成了国内的专利布局。随着空调产业的多元化、智能化发展,消费者可能会对空调自动清洗技术提出新的要求。从该项技术的发展脉络来看,在未来的一段时间内,其改进可能集中在空调自动清洗的过程控制方面。空调自动清洗的过程可以变化多样,清洗过程中单一步骤的持续时间、执行次数,以及不同步骤之间的组合、循环次数,均可能对清洗效果带来可观的影响,如何控制清洗过程实现最优化的清洗效率,可能会成为空调自动清洗技术的突破口。本文从启动选择、检测手段、具体清洗手段几个方面总结了空调自动清洗的技术分布概况,并对空调自动清洗技术的专利申请进行了统计和分析,希望能够给相关领域的企业和工作人员提供有价值的参考。