空調超聲波清洗器的研制與應用*

張嘉文 趙曉辰

醫院為患者提供的就醫環境均裝有空調，而空調的制冷、制熱效果直接影響著醫院工作及患者就醫環境的舒適程度[1-3]。對空調室內、室外機器的清洗是醫院維修科室日常保養的工作之一。目前，清理空調外機換熱器的方法是通過人工利用毛刷配合高壓水槍進行清理，但手握毛刷清洗時刷動幅度較大，力度難以掌控，在刷動過程中毛刷會與換熱器翅片碰撞，造成換熱器翅片損壞；高壓水槍需連接水源，空調外機距離水源較遠，清洗難度較大，且高壓水槍用水量過大造成水資源浪費[4-8]。為此，本研究設計一款空調超聲波清洗器，采用單一超聲波振動和超聲波與機械振動組合兩種清洗設計方案，從而改善原有清洗過程中的不足。

1 空調超聲波清洗器設計原理

空調超聲波清洗器利用壓電陶瓷超聲換能器與毛刷相結合，壓電陶瓷超聲換能器所發出的超聲波通過殼體傳導到毛刷上，從而無需大幅度往復移動毛刷，只需讓毛刷與換熱器翅片貼合便能夠利用超聲波震落換熱器上的灰塵，避免換熱器在清理過程中輕易損壞的問題[9-11]。在空調清洗中，水泵能夠在毛刷利用超聲波清理換熱器灰塵的過程中通過軟管和殼體上的通孔向換熱器噴水，從而使超聲振動提供傳導介質，達到高效清理的目的。空調超聲波清洗器外觀設計見圖1。

2 空調超聲波清洗器清洗方案設計

空調超聲波清洗器無須外接水源，且用水量少，可解決現有技術存在的不足，清洗器采用單一超聲波振動超聲波與機械振動組合的兩種設計方案。

超聲波與機械振動組合清洗器是在超聲波毛刷伸縮管外側安裝機械振動裝置，振動裝置能控制振動毛刷工作，在超聲波毛刷清理換熱器灰塵的同時，機械振動毛刷可利用傳統振動方法清洗換熱器翅片或格柵，達到更好的清洗效果。機械振動毛刷也可用于清洗空調外機表面污垢。

圖1 空調超聲波清洗器外觀設計

2.1 單一超聲波振動清洗設計方案

空調超聲波清洗器包括槍柄狀的容器。容器的一側連接伸縮管，伸縮管內部與容器的內部聯通，伸縮管的前端連接殼體。殼體的前端開設數個通孔，殼體前端安裝毛刷。容器的內側底部安裝泵，泵的出水口連接軟管的一端，軟管的中部穿過伸縮管的中部，軟管的另一端內部與殼體的內部聯通。伸縮管的側部安裝超聲波發生器，殼體的內部安裝壓電陶瓷超聲換能器，壓電陶瓷超聲換能器的換能端與殼體的內壁連接。超聲波發生器能夠控制壓電陶瓷超聲換能器運行。容器內設有第一密封殼體，第一密封殼體內安裝控制器。電池設有電池充電口。容器上安裝按鈕，電池為振動器控制裝置、控制器供電。通過按動按鈕能使控制器控制泵泵水及控制壓電陶瓷超聲換能器工作，單一超聲波空調清洗器內部結構見圖2。

圖2 單一超聲波空調清洗器內部結構

使用空調超聲波清洗器清理時按動按鈕向控制器發出信號，控制器通過電路啟動控制泵泵水，水由容器抽出噴至毛刷處，毛刷起蓄水作用，使得待清理物體表面與殼體之間形成一條水帶，壓電陶瓷超聲換能器能以該水帶為介質將電能轉化為機械能，從而實現清理除塵。泵的揚程以能泵水至毛刷處形成水帶即可，無需噴出毛刷外。泵向毛刷連續輸水，可將清理后的污垢沖洗掉，以進一步提高清理效果。

該清洗器利用壓電陶瓷超聲換能器與毛刷相結合，壓電陶瓷超聲換能器所發出的超聲波通過殼體傳導至毛刷上，從而無需大幅度使用毛刷，只需讓毛刷與換熱器貼合就能夠利用超聲波將換熱器上面的灰塵震落，可避免換熱器在清理過程中損壞。

2.2 超聲波與機械振動組合的清洗設計方案

空調超聲波清洗器在伸縮管的外側安裝振動裝置。振動裝置包括第一固定板，第一固定板的一側與伸縮管連接；第一固定板的側部連接彈簧，彈簧的一端連接第二固定板；第二固定板的前部連接數十根刷毛，第二固定板的另一側連接振動器，第一固定板上安裝振動器控制裝置，振動器控制裝置能控制振動器的運行，從而驅動刷毛振動用于清理空調外機表面污垢。振動器控制裝置為現有的能控制單獨控制振動器開關的控制機構，空調超聲波清洗器內部結構見圖3。

圖3 超聲波與機械振動組合空調清洗器內部結構

清洗空調時可根據實際需要自行選擇不同毛刷清理，也可同時啟動清理。振動裝置能在毛刷通過超聲波清理換熱器灰塵的過程中，同時通過刷毛與換熱器翅片或格柵接觸，從而利用刷毛實現換熱器灰塵的高效清理。其中彈簧能對刷毛與換熱器之間的接觸進行緩沖，從而避免了刷毛與換熱器剛性接觸，避免了換熱器的損壞。

3 空調超聲波清洗器應用效果

空調超聲波清洗器的兩種設計方案中容器的內部均安裝電動推桿，電動推桿的一端連接發光二極管(light emitting diode，LED)燈。LED燈能通過電動推桿探出容器外，從而在對換熱器清理的過程中對毛刷部分進行照明，可實現夜間或光線較暗區域均能正常進行清理工作[12-13]。

對醫院病房樓兩個中央空調機組分別用傳統清洗方法與超聲波清洗器進行清洗后發現，傳統方法利用高壓水槍對機組進行清洗，清洗完成后空調制冷效果得到改善，但經過兩周使用發現空調室外機灰塵顯著增多，科室空調報修量增大，空調制冷再次受影響[14]。因此，空調制冷季需用此方法清洗2～3次才能保證空調制冷效果。

使用空調清洗器清洗空調外機，利用超聲波震動和清洗器中的清洗劑，將室外機散熱器的灰塵與油漬清洗干凈。經過兩周使用發現散熱器有少量灰塵覆蓋，空調制冷未受影響，因此，空調制冷季對室外機清洗1次即可。傳統方法與超聲波清洗器的清洗效果比較見圖4。

圖4 傳統方法與超聲波清洗器的清洗效果比較

4 結語

針對醫院空調保養中遇到的問題，設計兩種空調超聲波清洗器的方案，均依托于超聲換能器用于空調室內外機清洗，該超聲波清洗器利用壓電陶瓷超聲換能器與毛刷相結合，壓電陶瓷超聲換能器所發出的超聲波通過殼體傳導到毛刷上，從而無須大幅度移動毛刷，只需使毛刷與換熱器貼合即能利用超聲波震落換熱器的灰塵，避免換熱器在清理過程中損壞。超聲波清洗器具有結構簡潔、制造成本低廉和使用簡便的優點，同時還可安裝振動裝置，通過傳統機械振動完成清理工作[15]。