膨胀阀冷媒流动音

-.z.日本机械学会论文集〔B编〕24359卷557号〔1993-1〕论文No.92-0600膨胀阀引起的冷媒气液双向流的流动音降噪序言目前的家用空调和店铺机，由压机、换热器以及送风机组成的室外机与由换热器、送风机以及减压构造组成的室机别离的别离式空调成为主流。其中安装在房的室机，在舒适性方面对低噪音化的要求尤为强烈。从室机发出的噪音，大致分为送风音、电磁阀等机器音以及冷媒流动音。此处的冷媒流动音是冷媒在空调配管流动时发生的噪音的总称。之前因送风音和机器音比拟大，冷媒流动音被这些声音掩盖了。但随着近来技术的提高，谋求送风音和机器音的降噪的结果使冷媒流动音更加明显。尤其是室噪音的低减，使得冷媒流动音的降噪势在必行。一直以来，冷媒通过减压构造部时都会产生流动音，对此做过很多种研究，但主要还是以被称作毛细管的小径管为对象。另外，虽然进展了很多对气液二相流引起的压力脉动和配管振动的研究，但却很难找到与噪音相关的研讨。因此，本研究以实用膨胀阀的室机为对象，对流入膨胀阀的冷媒流动样式与其发生的冷媒流动音的关系进展实验性的研讨。并以此结果为根底，研讨膨胀阀引起的冷媒流动音的降噪方法。记号*:枯燥度Gg:饱和气体冷媒的质量流量〔kg/s〕G1:饱和液体冷媒的质量流量〔kg/s〕I:枯燥度调整阀前的冷媒的比焓〔J/kg〕Ig:枯燥度调整阀后的饱和气体冷媒的比焓〔J/kg〕Ii:枯燥度调整阀后的饱和液体冷媒的比焓〔J/kg〕T1:枯燥度调整阀前的冷媒温度〔℃〕T2:枯燥度调整阀后的冷媒温度〔℃〕T3:枯燥度调整阀后的冷媒压力〔Pa〕膨胀阀引起的冷媒流动音一般来说，空调室机的送风量少、送风音小时，来自膨胀阀的冷媒流动音就会显著。空调的冷媒循环是由压机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器以及连接各机器的配管构成的。用压机压缩成高温高压的过热气体的冷媒，通过冷凝器冷却，液化成高压液化冷媒。次冷媒通过膨胀阀减压、膨胀，变为足够低于室空气温度的气液二相状态的冷媒。然后通过蒸发器将室空气里相当于蒸发潜热的热量吸走、蒸发，变为低压气体，再吸入压机。此时从膨胀阀发出的冷媒流动音大致有高频音和间歇发生的低频音〔以下简称间歇流动音〕，高频音，比方有“*IA*IA〞的声音，这个声音在冷媒流动时经常发生。另一种间歇发生的低频音，比方“POKOPOKO〞的声音，这种声音如它的名字一样时而发生时而没有。通常膨胀阀最好只流液体冷媒，但比方室机和室外机被分开设置时，因配管的流路阻力产生的压力损失，冷媒就会在气液两相状态下流入膨胀阀。因此，空调就可能时常发生间歇流动音，再加上它是低频音，遮音就更加困难。由此，间歇流动音的降噪就成了室机冷媒流动音降噪里的一个大课题。因此，本研究主要研讨遮音困难的低频音即间歇流动音的降噪。作为研究对象的冷媒流动音，因其声音是间歇性发生的，所以推测是否是气泡流入膨胀阀时产生的。考虑是否与流入膨胀阀的冷媒的流动方式有关，通过以下实验进展研讨。3.间歇流动音的降噪3.1实验装置及实验方法为了明确冷媒流动方式和冷媒流动音的关系，在观察流入膨胀阀的冷媒流动方式的同时，对冷媒流动音进展了测定。

图1为用于本研究的循环实验装置概略图。循环由压机、冷凝器、作为供试体的膨胀阀和蒸发器构成，其中，压机、冷凝器和蒸发器设置在抑制空气温度变动的塑料帐篷，作为供试体的膨胀阀使用电子控制膨胀阀〔图2为其根本构造〕，配管使用3/8英寸的管〔径9.38mm〕，配置在隔音箱中。使用涡轮流量计测量冷媒循环流量，使用油面镜观察流动方式。油面镜是长138mm的耐热硬质玻璃管。管径与使用的配管的径一样。同时，流入膨胀阀的冷媒的流动状态通过设置在膨胀阀上流的枯燥度调整阀〔针阀〕调整枯燥度进展设定。另外管冷媒的温度设定使用直径为0.3mm的铜-康铜热电偶。同时，管冷媒的压力测定，通过在管壁设置测压孔，用压力变换器和压力表进展。噪音通过在距供试体配管50mm的位置设置噪音计麦克进展测定。另，使用的冷媒为HCFC22。膨胀阀入口的枯燥度使用枯燥度调整阀的枯燥度。即，枯燥度*为枯燥度调整阀前后的比焓，用比能表示，通过以下公式定义。但是，比焓为温度和压力的函数。另，枯燥度的精度为±23％。3.2使用配管模型的再现试验及其研讨为了降低间歇流动音，明确其发生条件很重要。如图3所示，使用U型配管模型进展间歇流动音的再现试验。此时的冷媒通过垂直上升流入膨胀阀。通过再现试验，研讨膨胀阀的有无与流动方式以及冷媒流量的关系。其结果如表1所示。从此表可以看出，在配管上没有膨胀阀时不会产生间歇音。另外，即使装有膨胀阀，也只在气泡流和熔渣流这种气相液相不连续流动时才会产生间歇流动音，气泡流为“POKOPOKO〞的声音，熔渣流为“BOKOBOKO〞的声音。尤其是也了解了作为本次研究对象的间歇流动音的“BOKOBOKO〞的声音，是在熔渣流流入膨胀阀时产生的。还有，冷媒流量对间歇流动音的发生没有影响。以上总结的话，间歇流动音的发生条件为：〔1〕膨胀阀〔节流〕在配管系上。〔2〕气相和液相分别按不连续的流动样式流入膨胀阀〔节流〕。如上明确了间歇流动音的发生条件后，也就明确了它的降噪方法。即，避开熔渣流这种气相液相不连续的流动方式，按照气相和液相分别流动的方式流入膨胀阀的话会好一些。此处着眼的是，在一样的流量、一样的枯燥度下，气相和液相能够很简单的分别按连续流动方式进展的水平流的流动方式。通过观察图4的流动样式可以看出，即使是一样的枯燥度，垂直上升流和水平流的流动方式完全不同。且，相对于垂直上升流这种气相和液相分别不连续流动的熔渣流，水平流是气相和液相分别连续流动的波状流。因此，可以考虑通过让冷媒按波状流的流动方式流入膨胀阀，来降低间歇流动音。如图5所示，使用U字形配管模型，对按垂直上升流流入膨胀阀与按水平流流入的方式进展噪音比拟。另外，以图1所示的垂直及水平方向的油面镜的流动方式的观察结果为根底，如图5所示，推测膨胀阀入口配管的流动方式。其结果如图6所示，冷媒量为1.36×kg/s(50kg/h)。从此图可以看书，整体上水平流流入的噪音水平比拟低。此倾向在枯燥度为0.02左右时尤为明显。另外，枯燥度在0.02左右时，垂直上升流为熔渣流的流动方式。枯燥度为0，即，即使在只有液体冷媒流入膨胀阀的情况下，按水平流动方式流入膨胀阀时的噪音比拟低。这与流入膨胀阀的冷媒流动方式一样，所以考虑到是受冷媒的流动方向以及膨胀阀的节流位置不同的影响。即如图7所示，冷媒按垂直上升流流入膨胀阀时，流入方向与节流阀孔轴的方向一致，但按水平流流入时，其流入方向与节流阀孔轴的方向垂直。即，如图7所示，按垂直上升流的方式，流入节流的冷媒通过节流后，变成直角弯曲的流动。在此弯管部因流动方向发生急剧变化而成为流动被强制打乱的主要原因。而按水平流流入方式，通过节流后的冷媒，因没改变其流动方向流出，与垂直上升流流入方式比拟，错乱发生的几率变小。这一点可以通过后述图9所示的频率分析结果来证明。图9枯燥度为零即仅液体流入时，在低频域几乎在同音压水平，但在5kHz左右的高频域的音压水平垂直上升流的流入方式更大些。其结果是相对于水平流流入方式，垂直上升流流入方式的枯燥度0的噪音水平更高一些。但即使考虑其噪音水平的差，枯燥度在0.02左右时，水平流即气相和液相分别按连续流动的方式流入时的噪音变小，且“BOKOBOKO〞的间歇流动音消失。以上结果可以看出，通过水平流的方式流入膨胀阀可降低噪音水平。3.3实机使用形状的配管试验以及研讨以上述通过U型配管模型得到的见解为根底，使用下列图8显示的实机上使用的配管形状，按照其效果以及流入方式的不同研讨冷媒流动音的特点。图8中按垂直上升流流入膨胀阀的形状配管是实际用在实机上的形状。同时，按水平流流入形状的配管，在垂直配管的下流设置水平配管部，可以按水平流流入膨胀阀。在噪音的测定方面，将噪音计麦克安装在从配管上升部水平方向5cm的位置。图9显示的是冷媒流量为时的膨胀阀通过垂直上升流以及水平流流入的频率分析结果。从图中可以看书，与枯燥度=0〔单相流〕、枯燥度=0.023、0.024〔气液二相流〕，以及垂直上升流流入方式、水平流流入方式无关，在5kHz出现顶峰。而且，流动方式上，垂直上升流时为熔渣流，水平流时为波状流。另外，垂直上升流的方式仅气液二相流时在5kHz以外的低频域50～100，300Hz上出现顶峰，我们认为这是间歇流动音的频率带。这是以枯燥度=0〔单相流〕入流时不发生间歇流动音的试验结果为根底，通过比拟频率分析结果就可以推断出来的。同时，我们判断5kHz的顶峰是因冷媒在配管中流动而时常发生的冷媒流动音的频率带。它的存在与枯燥度无关，而且，所用配管的固有振动数通过打击锤进展敲打试验的调查结果，可以推测在5kHz左右不存在顶峰。另一方面，按水平流流入方式可以看出，即使在气液二相流时也不存在低频域的顶峰，其频率分析结果与单相流时类似。由此，流入膨胀阀的冷媒流动方式由垂直上升流流入方式变为水平流流入方式，即通过气相、液相分别连续流动的流动样式来降低间歇流动音〔噪音水平上降低5dB〕。图10显示的是冷媒流量在2.78×kg/s(100kg/h)时的频率分析结果。此时也与枯燥度以及流入方式无关，在5kHz存在顶峰。但假设着眼与1kHz以下的频率域，与图9显示的冷媒量为1.39×kg/s(50kg/h)时不同，垂直上升流流入方式和水平流流入方式在低频域都不存在顶峰，而且枯燥度一样的情况下，整体上保持同音压水平的值。我们认为这是冷媒流量在1.39×kg/s(50kg/h)时和在2.78×kg/s(100kg/h)时的流动方式不同引起的。即，用油面镜观察流动方式的结果，相对于冷媒流量为1.39×kg/s(50kg/h)时，垂直上升流为熔渣流，水平流为波状流的流动，冷媒流量为2.78×kg/s(100kg/h)时，垂直上升流环状流，水平流为波状流，均为气相、液相分别连续的流动方式。其结果显示了冷媒流量在2.78×kg/s(100kg/h)时，按垂直上升流流入和按水平流流入在50-300Hz为同样的频率分布。由此可以认为气相和液相分别按连续的流动方式流入对减低间歇流动音是有效的。另外，膨胀阀按图8所示的设置方向弯90度水平设置时，也与流入方向无关，与图9和图10显示的水平流流入方式时得到了一样的频率构成结果。这是通过将膨胀阀配置成水平状态，将通过节流的冷媒配管变为水平配置。其结果如图7所示，因任何一种流入方式都是气相液相分别连续流动，所以得到了与本研究所显示的水平流流入方式一样的状态。结论本研究研讨的是膨胀阀引起的冷媒流动音〔间歇流动音〕的降噪。推测该间歇流动音与流入膨胀阀的冷媒的流动方式有关，在观察流入膨胀阀的冷媒的流动方式的同时，对当时发生的冷媒流动音的关系进展了实验性的研讨。得出结论如下：〔1〕低频冷媒流动音的间歇流动音在气相液相分别按不连