膨脹閥冷媒流動音

-.z.日本機械學會論文集〔B編〕24359卷557號〔1993-1〕論文No.92-0600膨脹閥引起的冷媒氣液雙向流的流動音降噪序言目前的家用空調(diào)和店鋪機，由壓機、換熱器以及送風機組成的室外機與由換熱器、送風機以及減壓構(gòu)造組成的室機別離的別離式空調(diào)成為主流。其中安裝在房的室機，在舒適性方面對低噪音化的要求尤為強烈。從室機發(fā)出的噪音，大致分為送風音、電磁閥等機器音以及冷媒流動音。此處的冷媒流動音是冷媒在空調(diào)配管流動時發(fā)生的噪音的總稱。之前因送風音和機器音比擬大，冷媒流動音被這些聲音掩蓋了。但隨著近來技術(shù)的提高，謀求送風音和機器音的降噪的結(jié)果使冷媒流動音更加明顯。尤其是室噪音的低減，使得冷媒流動音的降噪勢在必行。一直以來，冷媒通過減壓構(gòu)造部時都會產(chǎn)生流動音，對此做過很多種研究，但主要還是以被稱作毛細管的小徑管為對象。另外，雖然進展了很多對氣液二相流引起的壓力脈動和配管振動的研究，但卻很難找到與噪音相關的研討。因此，本研究以實用膨脹閥的室機為對象，對流入膨脹閥的冷媒流動樣式與其發(fā)生的冷媒流動音的關系進展實驗性的研討。并以此結(jié)果為根底，研討膨脹閥引起的冷媒流動音的降噪方法。記號*:枯燥度Gg:飽和氣體冷媒的質(zhì)量流量〔kg/s〕G1:飽和液體冷媒的質(zhì)量流量〔kg/s〕I:枯燥度調(diào)整閥前的冷媒的比焓〔J/kg〕Ig:枯燥度調(diào)整閥后的飽和氣體冷媒的比焓〔J/kg〕Ii:枯燥度調(diào)整閥后的飽和液體冷媒的比焓〔J/kg〕T1:枯燥度調(diào)整閥前的冷媒溫度〔℃〕T2:枯燥度調(diào)整閥后的冷媒溫度〔℃〕T3:枯燥度調(diào)整閥后的冷媒壓力〔Pa〕膨脹閥引起的冷媒流動音一般來說，空調(diào)室機的送風量少、送風音小時，來自膨脹閥的冷媒流動音就會顯著?？照{(diào)的冷媒循環(huán)是由壓機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器以及連接各機器的配管構(gòu)成的。用壓機壓縮成高溫高壓的過熱氣體的冷媒，通過冷凝器冷卻，液化成高壓液化冷媒。次冷媒通過膨脹閥減壓、膨脹，變?yōu)樽銐虻陀谑铱諝鉁囟鹊臍庖憾酄顟B(tài)的冷媒。然后通過蒸發(fā)器將室空氣里相當于蒸發(fā)潛熱的熱量吸走、蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪簹怏w，再吸入壓機。此時從膨脹閥發(fā)出的冷媒流動音大致有高頻音和間歇發(fā)生的低頻音〔以下簡稱間歇流動音〕，高頻音，比方有“*IA*IA〞的聲音，這個聲音在冷媒流動時經(jīng)常發(fā)生。另一種間歇發(fā)生的低頻音，比方“POKOPOKO〞的聲音，這種聲音如它的名字一樣時而發(fā)生時而沒有。通常膨脹閥最好只流液體冷媒，但比方室機和室外機被分開設置時，因配管的流路阻力產(chǎn)生的壓力損失，冷媒就會在氣液兩相狀態(tài)下流入膨脹閥。因此，空調(diào)就可能時常發(fā)生間歇流動音，再加上它是低頻音，遮音就更加困難。由此，間歇流動音的降噪就成了室機冷媒流動音降噪里的一個大課題。因此，本研究主要研討遮音困難的低頻音即間歇流動音的降噪。作為研究對象的冷媒流動音，因其聲音是間歇性發(fā)生的，所以推測是否是氣泡流入膨脹閥時產(chǎn)生的。考慮是否與流入膨脹閥的冷媒的流動方式有關，通過以下實驗進展研討。3.間歇流動音的降噪3.1實驗裝置及實驗方法為了明確冷媒流動方式和冷媒流動音的關系，在觀察流入膨脹閥的冷媒流動方式的同時，對冷媒流動音進展了測定。

圖1為用于本研究的循環(huán)實驗裝置概略圖。循環(huán)由壓機、冷凝器、作為供試體的膨脹閥和蒸發(fā)器構(gòu)成，其中，壓機、冷凝器和蒸發(fā)器設置在抑制空氣溫度變動的塑料帳篷，作為供試體的膨脹閥使用電子控制膨脹閥〔圖2為其根本構(gòu)造〕，配管使用3/8英寸的管〔徑9.38mm〕，配置在隔音箱中。使用渦輪流量計測量冷媒循環(huán)流量，使用油面鏡觀察流動方式。油面鏡是長138mm的耐熱硬質(zhì)玻璃管。管徑與使用的配管的徑一樣。同時，流入膨脹閥的冷媒的流動狀態(tài)通過設置在膨脹閥上流的枯燥度調(diào)整閥〔針閥〕調(diào)整枯燥度進展設定。另外管冷媒的溫度設定使用直徑為0.3mm的銅-康銅熱電偶。同時，管冷媒的壓力測定，通過在管壁設置測壓孔，用壓力變換器和壓力表進展。噪音通過在距供試體配管50mm的位置設置噪音計麥克進展測定。另，使用的冷媒為HCFC22。膨脹閥入口的枯燥度使用枯燥度調(diào)整閥的枯燥度。即，枯燥度*為枯燥度調(diào)整閥前后的比焓，用比能表示，通過以下公式定義。但是，比焓為溫度和壓力的函數(shù)。另，枯燥度的精度為±23％。3.2使用配管模型的再現(xiàn)試驗及其研討為了降低間歇流動音，明確其發(fā)生條件很重要。如圖3所示，使用U型配管模型進展間歇流動音的再現(xiàn)試驗。此時的冷媒通過垂直上升流入膨脹閥。通過再現(xiàn)試驗，研討膨脹閥的有無與流動方式以及冷媒流量的關系。其結(jié)果如表1所示。從此表可以看出，在配管上沒有膨脹閥時不會產(chǎn)生間歇音。另外，即使裝有膨脹閥，也只在氣泡流和熔渣流這種氣相液相不連續(xù)流動時才會產(chǎn)生間歇流動音，氣泡流為“POKOPOKO〞的聲音，熔渣流為“BOKOBOKO〞的聲音。尤其是也了解了作為本次研究對象的間歇流動音的“BOKOBOKO〞的聲音，是在熔渣流流入膨脹閥時產(chǎn)生的。還有，冷媒流量對間歇流動音的發(fā)生沒有影響。以上總結(jié)的話，間歇流動音的發(fā)生條件為：〔1〕膨脹閥〔節(jié)流〕在配管系上?！?〕氣相和液相分別按不連續(xù)的流動樣式流入膨脹閥〔節(jié)流〕。如上明確了間歇流動音的發(fā)生條件后，也就明確了它的降噪方法。即，避開熔渣流這種氣相液相不連續(xù)的流動方式，按照氣相和液相分別流動的方式流入膨脹閥的話會好一些。此處著眼的是，在一樣的流量、一樣的枯燥度下，氣相和液相能夠很簡單的分別按連續(xù)流動方式進展的水平流的流動方式。通過觀察圖4的流動樣式可以看出，即使是一樣的枯燥度，垂直上升流和水平流的流動方式完全不同。且，相對于垂直上升流這種氣相和液相分別不連續(xù)流動的熔渣流，水平流是氣相和液相分別連續(xù)流動的波狀流。因此，可以考慮通過讓冷媒按波狀流的流動方式流入膨脹閥，來降低間歇流動音。如圖5所示，使用U字形配管模型，對按垂直上升流流入膨脹閥與按水平流流入的方式進展噪音比擬。另外，以圖1所示的垂直及水平方向的油面鏡的流動方式的觀察結(jié)果為根底，如圖5所示，推測膨脹閥入口配管的流動方式。其結(jié)果如圖6所示，冷媒量為1.36×kg/s(50kg/h)。從此圖可以看書，整體上水平流流入的噪音水平比擬低。此傾向在枯燥度為0.02左右時尤為明顯。另外，枯燥度在0.02左右時，垂直上升流為熔渣流的流動方式?？菰锒葹?，即，即使在只有液體冷媒流入膨脹閥的情況下，按水平流動方式流入膨脹閥時的噪音比擬低。這與流入膨脹閥的冷媒流動方式一樣，所以考慮到是受冷媒的流動方向以及膨脹閥的節(jié)流位置不同的影響。即如圖7所示，冷媒按垂直上升流流入膨脹閥時，流入方向與節(jié)流閥孔軸的方向一致，但按水平流流入時，其流入方向與節(jié)流閥孔軸的方向垂直。即，如圖7所示，按垂直上升流的方式，流入節(jié)流的冷媒通過節(jié)流后，變成直角彎曲的流動。在此彎管部因流動方向發(fā)生急劇變化而成為流動被強制打亂的主要原因。而按水平流流入方式，通過節(jié)流后的冷媒，因沒改變其流動方向流出，與垂直上升流流入方式比擬，錯亂發(fā)生的幾率變小。這一點可以通過后述圖9所示的頻率分析結(jié)果來證明。圖9枯燥度為零即僅液體流入時，在低頻域幾乎在同音壓水平，但在5kHz左右的高頻域的音壓水平垂直上升流的流入方式更大些。其結(jié)果是相對于水平流流入方式，垂直上升流流入方式的枯燥度0的噪音水平更高一些。但即使考慮其噪音水平的差，枯燥度在0.02左右時，水平流即氣相和液相分別按連續(xù)流動的方式流入時的噪音變小，且“BOKOBOKO〞的間歇流動音消失。以上結(jié)果可以看出，通過水平流的方式流入膨脹閥可降低噪音水平。3.3實機使用形狀的配管試驗以及研討以上述通過U型配管模型得到的見解為根底，使用下列圖8顯示的實機上使用的配管形狀，按照其效果以及流入方式的不同研討冷媒流動音的特點。圖8中按垂直上升流流入膨脹閥的形狀配管是實際用在實機上的形狀。同時，按水平流流入形狀的配管，在垂直配管的下流設置水平配管部，可以按水平流流入膨脹閥。在噪音的測定方面，將噪音計麥克安裝在從配管上升部水平方向5cm的位置。圖9顯示的是冷媒流量為時的膨脹閥通過垂直上升流以及水平流流入的頻率分析結(jié)果。從圖中可以看書，與枯燥度=0〔單相流〕、枯燥度=0.023、0.024〔氣液二相流〕，以及垂直上升流流入方式、水平流流入方式無關，在5kHz出現(xiàn)頂峰。而且，流動方式上，垂直上升流時為熔渣流，水平流時為波狀流。另外，垂直上升流的方式僅氣液二相流時在5kHz以外的低頻域50～100，300Hz上出現(xiàn)頂峰，我們認為這是間歇流動音的頻率帶。這是以枯燥度=0〔單相流〕入流時不發(fā)生間歇流動音的試驗結(jié)果為根底，通過比擬頻率分析結(jié)果就可以推斷出來的。同時，我們判斷5kHz的頂峰是因冷媒在配管中流動而時常發(fā)生的冷媒流動音的頻率帶。它的存在與枯燥度無關，而且，所用配管的固有振動數(shù)通過打擊錘進展敲打試驗的調(diào)查結(jié)果，可以推測在5kHz左右不存在頂峰。另一方面，按水平流流入方式可以看出，即使在氣液二相流時也不存在低頻域的頂峰，其頻率分析結(jié)果與單相流時類似。由此，流入膨脹閥的冷媒流動方式由垂直上升流流入方式變?yōu)樗搅髁魅敕绞?，即通過氣相、液相分別連續(xù)流動的流動樣式來降低間歇流動音〔噪音水平上降低5dB〕。圖10顯示的是冷媒流量在2.78×kg/s(100kg/h)時的頻率分析結(jié)果。此時也與枯燥度以及流入方式無關，在5kHz存在頂峰。但假設著眼與1kHz以下的頻率域，與圖9顯示的冷媒量為1.39×kg/s(50kg/h)時不同，垂直上升流流入方式和水平流流入方式在低頻域都不存在頂峰，而且枯燥度一樣的情況下，整體上保持同音壓水平的值。我們認為這是冷媒流量在1.39×kg/s(50kg/h)時和在2.78×kg/s(100kg/h)時的流動方式不同引起的。即，用油面鏡觀察流動方式的結(jié)果，相對于冷媒流量為1.39×kg/s(50kg/h)時，垂直上升流為熔渣流，水平流為波狀流的流動，冷媒流量為2.78×kg/s(100kg/h)時，垂直上升流環(huán)狀流，水平流為波狀流，均為氣相、液相分別連續(xù)的流動方式。其結(jié)果顯示了冷媒流量在2.78×kg/s(100kg/h)時，按垂直上升流流入和按水平流流入在50-300Hz為同樣的頻率分布。由此可以認為氣相和液相分別按連續(xù)的流動方式流入對減低間歇流動音是有效的。另外，膨脹閥按圖8所示的設置方向彎90度水平設置時，也與流入方向無關，與圖9和圖10顯示的水平流流入方式時得到了一樣的頻率構(gòu)成結(jié)果。這是通過將膨脹閥配置成水平狀態(tài)，將通過節(jié)流的冷媒配管變?yōu)樗脚渲?。其結(jié)果如圖7所示，因任何一種流入方式都是氣相液相分別連續(xù)流動，所以得到了與本研究所顯示的水平流流入方式一樣的狀態(tài)。結(jié)論本研究研討的是膨脹閥引起的冷媒流動音〔間歇流動音〕的降噪。推測該間歇流動音與流入膨脹閥的冷媒的流動方式有關，在觀察流入膨脹閥的冷媒的流動方式的同時，對當時發(fā)生的冷媒流動音的關系進展了實驗性的研討。得出結(jié)論如下：〔1〕低頻冷媒流動音的間歇流動音在氣相液相分別按不連