家用冰箱化霜噪聲的控制研究與可視化模型

孫敬龍，潘毅廣，丁龍輝，張海鵬

（海信（山東）冰箱有限公司，山東 青島266071）

電冰箱已成為必需的家用電器，給人們的生活帶來了極大的便利。但冰箱運行時的噪聲有時影響人們的生活質量。冰箱運行時的噪聲源主要包括壓縮機[1]、風機風道[2]和制冷系統[3]。近年來，相關研究人員在壓縮機[4-6]、風機風道結構[2,7]減振降噪方面進行了大量探索，并給出了非常有效的減振降噪措施。針對制冷系統噪聲，相關學者研究了抑制毛細管噴發噪聲的方法[8]及降低制冷劑流動噪聲方法[9]，為制冷系統降噪奠定了基礎。

在制冷系統中，儲液器是存儲多余液態制冷劑的裝置?；A段，蒸發器底端加熱絲工作，融化掉蒸發器表面結霜。此時，儲液器中會產生制冷劑的流動聲和“咕嚕”聲。而在冷藏、冷凍階段，不存在此異常噪聲。為研究化霜階段異常噪聲產生的原因，采用石英玻璃制作可視化儲液器，復現儲液器中制冷劑的流動狀態。分析冰箱化霜、冷藏和冷凍階段儲液器中制冷劑流動的差異性，得出化霜階段制冷劑流動聲和“咕?！泵芭萋暤漠a生機理。在此基礎上，分析引起噪聲的關鍵因素，通過優化儲液器結構，有效降低制冷劑流動聲和消除冰箱儲液器“咕?！泵芭萋?，并在產品上推廣應用。

1 可視化儲液器制作

1.1 儲液器制作

采用石英玻璃制作透明儲液器，實現內部制冷劑流動可視化。儲液器尺寸與原有尺寸一致，內部結構包括回氣管、回油孔和儲液腔。由于制冷劑溫度較低，為防止石英玻璃儲液器外壁結霜影響觀察效果，同時對儲液器進行保護，在石英玻璃儲液器外設置玻璃罩，起絕熱和保護作用，如圖1所示。

圖1 儲液器結構設計示意圖

1.2 儲液器連接與檢漏

截斷與原有儲液器連接的管路，拆掉原有儲液器，將石英儲液器與制冷管路連接。采用環氧樹脂膠將儲液器上預留的管路與截斷處的管路粘結固定，形成完整回路，如圖2所示。

圖2 儲液器連接示意圖

焊接好儲液器，對系統進行檢漏和抽真空，檢漏時采用氮氣，用耐壓軟管的兩端分別連接充氮閥和壓縮機工藝口，充氮打壓至0.5 MPa，用肥皂水檢查各處有無泄漏。若無泄漏，采用真空泵抽真空，直至真空度達到10 Pa。然后灌入制冷劑，采用橡膠管連接壓縮機工藝管口與制冷劑存儲罐接口，灌入制冷劑量為68 g。

2 實驗條件與噪聲測試

2.1 實驗條件

為進行實驗對比，設置10°C和20°C兩種環境溫度，選取化霜、冷藏和冷凍3種工況。觀察相應環溫下儲液器中制冷劑的流動狀態。

2.2 噪聲測試

噪聲測試按照國家標準《GB/T 8059-2016 家用電器噪聲測定標準》。在半消聲室中測試冰箱化霜階段噪聲，采用LMS Test Lab 軟件收集數據。測試時，冰箱周圍設置6個測點，如圖3所示，取6個測點噪聲級的算術平均值作為最終噪聲值。

圖3 噪聲測試

3 實驗結果

圖4為冷藏、冷凍階段儲液器中制冷劑的流動特性。冷藏、冷凍階段制冷劑主要以氣態形式進入儲液器，儲液器中液態制冷劑沒有淹沒回氣管，儲液器中沒有出現冒泡聲。另外儲液器外壁沒有出現結霜現象，說明玻璃外罩隔熱效果良好。

圖5為化霜階段儲液器中制冷劑的流動特性?；_始時儲液器中液態制冷劑占儲液器容積的一半，制冷劑液面沒有淹沒回氣管。隨著化霜進行，間室溫度升高，系統壓力也升高，液態制冷劑回流進入儲液器?；M行到300 s時，液態制冷劑淹沒回氣管，此時氣態制冷劑由回氣管排出時產生冒泡聲。

圖6為化霜階段噪聲測試結果?？梢钥吹交A段持續了900 s，化霜開始階段系統壓力升高，液態制冷劑回流產生流動聲?；M行到300 s時，液態制冷劑淹沒回氣管，氣態制冷劑由回氣管排出時產生冒泡聲?；A段由于制冷劑流動復雜性，噪聲曲線上存在較多峰，峰值噪聲47 dB(A)，平均噪聲30.2 dB(A)。

4 儲液器結構優化設計

4.1 儲液器結構優化設計

化霜階段制冷劑回流淹沒回氣管，氣態制冷劑由回氣管排出時產生冒泡聲。針對此問題，有3 種解決方案，一是增加回氣管的長度，二是增加儲液器容積，三是安裝微型球閥限流。本文將回氣管由27 mm 增加到42 mm，儲液器內徑由40 mm 增加到55 mm，球閥設置如圖7所示。

圖4 冷藏、冷凍階段制冷劑流動特性

圖5 化霜階段制冷劑流動特性

圖6 改善前化霜階段噪聲測試結果

4.2 降噪效果驗證

圖8為增加回氣管長度后制冷劑的流動特性和噪聲測試結果。化霜開始階段出現制冷劑流動聲，化霜進行到480 s 時，液態制冷劑淹沒回氣彎管，然后產生“咕?！泵芭萋?。因此增加回氣管長度不能消除“咕?！甭暋Ｏ噍^于改善前的儲液器，噪聲測試曲線上仍然存在較多的峰值噪聲，峰值噪聲為48 dB(A)。整個化霜階段的平均聲功率級下降為29.1 dB(A)，制冷劑流動聲沒有得到較好的改善。

圖7 設置球閥后儲液器結構示意圖

圖8 增加回氣管長度后噪聲測試結果

圖9為增加儲液器容積后制冷劑的流動特性和噪聲測試結果。將儲液器內徑由40 mm 增加到55 mm 后，實驗觀測到整個化霜階段液態制冷劑不會淹沒回氣彎管，因此不會產生“咕?！甭?。但由于蒸發器內壓力增大，迫使制冷劑流動，仍然存在制冷劑流動聲。峰值噪聲明顯減少，整個化霜階段的噪聲有了明顯下降，聲功率級降低為26.1 dB(A)。

圖10為設置球閥后制冷劑的流動特性和噪聲測試結果。整個化霜階段液態制冷劑不會淹沒回氣彎管，氣態制冷劑排出穩定，異常噪聲峰值大大減少。相對于增加回氣管長度和增加儲液器容積，增設球閥能更好的降低噪聲水平，可將化霜階段的聲功率級降低到24.4 dB(A)。

圖9 增加儲液器容積后噪聲測試結果

圖10 設置球閥后噪聲測試結果

5 結語

本文通過制作可視化儲液器，觀測到了冷藏、冷凍和化霜工況下儲液器中制冷劑的流動特性，得到了化霜階段流動聲和“咕?！泵芭萋暤漠a生機理，并提出了抑制方法。結論如下：

（1）冷藏、冷凍階段，制冷劑主要以氣態形式流動。儲液器中液態制冷劑沒有淹沒回氣彎管，儲液器中噪聲較小，無異常噪聲。

（2）化霜階段，蒸發器內部分液態制冷劑流入儲液器，淹沒回氣管。氣態制冷劑由回氣彎管排出時，產生“咕?！泵芭萋暋?/p>

（3）增加回氣管長度不能消除流動聲“咕?！泵芭萋?。增加儲液器容積和設置微型球閥可以消除“咕?！泵芭萋暎⒖梢杂行Ц纳苹A段制冷劑流動噪聲。設置微型球閥對改善制冷劑流動噪聲的效果更為明顯。