淺談易熔塞在多聯(lián)空調(diào)上的應(yīng)用

梁杰波

（珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司 珠海 519070）

引言

多聯(lián)機是中央空調(diào)中一種重要類型，俗稱“一拖多”，一臺室外機通過配管連接兩臺或兩臺以上室內(nèi)機，一直都占據(jù)著比較大的市場份額。出口到北美地區(qū)的產(chǎn)品需取得該地區(qū)相關(guān)認(rèn)證，其中UL、CSA安全法規(guī)規(guī)定，內(nèi)徑大于152 mm的壓力容器，應(yīng)配備著火情況下可接受泄壓的釋壓結(jié)構(gòu)，泄壓裝置應(yīng)該靠近或直接連接壓力容器且該裝置應(yīng)符合ASHRAE 15和CSA B52的要求。多聯(lián)機中通常會有油分離器、氣液分離器、儲液器等壓力容器，其中氣液分離器的內(nèi)徑一般都大于152 mm，所以需要配備泄壓裝置。

1 多聯(lián)機中的易熔塞應(yīng)用

空調(diào)中常用的泄壓裝置有安全閥、易熔塞等，其中易熔塞有結(jié)構(gòu)簡單可靠、可拆卸、經(jīng)濟實惠的優(yōu)點。易熔塞是通過裝在塞孔內(nèi)的易熔合金的流動或熔化而進(jìn)行動作、不可重復(fù)關(guān)閉、可拆卸式的壓力泄放裝置?？照{(diào)用易熔塞的結(jié)構(gòu)是一個中間帶有塞孔，塞孔內(nèi)灌注有易熔合金的塞體，塞體一端有螺紋結(jié)構(gòu)（見圖1）。易熔塞通過螺紋與焊接在空調(diào)管路中的接頭連接。在正常情況下塞孔處于關(guān)閉狀態(tài)，在給定溫度下塞孔內(nèi)的易熔合金發(fā)生流動或熔化，內(nèi)部壓力將熔化后的易熔金屬沖出，將介質(zhì)放出使壓力容器泄壓，以防止壓力容器內(nèi)介質(zhì)因升溫超壓發(fā)生事故。

圖1 易熔塞實物圖

目前多聯(lián)機多采用環(huán)保制冷劑R410a，最大設(shè)計允許工作壓力為4.3 MPa，根據(jù)制冷劑的壓力溫度特性，使用的易熔塞可熔合金設(shè)定熔點溫度為70 ℃（允差-2～+4 ℃），當(dāng)易熔塞表面溫度達(dá)到該溫度時，即熔化釋放制冷劑。易熔塞一般設(shè)置于空調(diào)外機系統(tǒng)的低壓側(cè)氣液分離器的進(jìn)管或出管上（見圖2）。

圖2 空調(diào)制冷原理簡圖

2 易熔塞在多聯(lián)機中連接結(jié)構(gòu)研究

2.1 連接管長度對易熔塞表面溫度的影響

增加易熔塞的目的是在發(fā)生火災(zāi)等極端高溫的時候為避免機組內(nèi)部壓力過大引起爆炸而主動釋放壓力。機組在正?；虻乇碓谝欢ǔ潭壬媳褚鸬母邷丨h(huán)境使用過程中我們應(yīng)極力避免因設(shè)計缺陷導(dǎo)致易熔金屬蠕變或達(dá)到易熔金屬熔點溫度觸發(fā)易熔塞動作引起制冷劑泄露導(dǎo)致機組無法正常使用的情況發(fā)生，為此需要研究易熔塞的連接結(jié)構(gòu)對易熔塞表面溫度的影響。

分別在易熔塞周圍、易熔塞表面、易熔塞過渡管中部、易熔塞過渡管根部布置熱電偶采集機組在運行中各點的溫度（如圖3）。在室外側(cè)模擬不同工況設(shè)定使用環(huán)境溫度，同步采集系統(tǒng)高壓低壓、氣液分離器的進(jìn)出管溫度這些關(guān)鍵的參數(shù)，測出的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 帶過渡管易熔塞不同位置溫度數(shù)據(jù)

圖3 帶過渡管易熔塞溫度采集示意圖

從測試數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)的高壓、氣分進(jìn)出管溫度隨著環(huán)境溫度的升高而升高，易熔塞周圍附近的溫度也隨著環(huán)境溫度的升高而升高，而且高于設(shè)定的環(huán)境溫度，這主要是易熔塞位于機組內(nèi)部靠近冷凝器的位置，機組運行過程中冷凝器換熱輻射導(dǎo)致。同樣可以看出易熔塞表面溫度接近易熔塞周圍的空氣溫度，而且溫度從易熔塞表面到過渡管中部再到過渡管根部呈現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象，過渡管根部比易熔塞表面溫度最大低15 ℃左右。

易熔塞表面溫度與周圍溫度基本一致，說明易熔塞在這里主要是與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，并沒有與低壓側(cè)低溫制冷劑發(fā)生熱交換，此時的氣分進(jìn)管溫度比環(huán)境溫度低得多，但易熔塞并沒有通過低溫制冷劑帶走熱量而降溫。分析認(rèn)為這是易熔塞過渡管過長，過渡管內(nèi)部形成封閉區(qū)，封閉區(qū)內(nèi)的制冷劑無法流動參與循環(huán)帶走熱量，導(dǎo)致易熔塞表面溫度幾乎和附近的環(huán)境溫度相同，對此分析減短或取消易熔塞接頭的過渡管會對易熔塞表面溫度產(chǎn)生下降的效果。

新方案采用接頭直接焊接在氣分進(jìn)管的結(jié)構(gòu)（見圖4），在易熔塞周圍、易熔塞表面布置熱電偶測得各點溫度數(shù)據(jù)見表2。測試數(shù)據(jù)表明，取消過渡管易熔塞的表面溫度與周圍附近環(huán)境溫度產(chǎn)生了10℃的溫差，這說明了管路中的制冷劑封閉區(qū)已經(jīng)消失，易熔塞已經(jīng)可以和低溫制冷劑進(jìn)行熱交換從而降低易熔塞的溫度。

表2 無過渡管易熔塞不同位置溫度數(shù)據(jù)

圖4 取消過渡管易熔塞里連接結(jié)構(gòu)示意

由此可見，在機組運行過程中，易熔塞的連接管越短易熔塞受環(huán)境溫度影響越小，可靠性越高，在極端氣溫下越不容易出現(xiàn)非火災(zāi)情況下的不正常泄壓導(dǎo)致機組故障。

2.2 易熔塞連接管長度對噪音的影響

易熔塞通過連接管焊接在氣液分離器的連接管中，形成了一端開放、一端封閉的側(cè)支共振器結(jié)構(gòu)，如圖5所示。側(cè)支共振器會產(chǎn)生氣柱共振，因為管道中充滿了氣體，且氣柱可以膨脹和壓縮,因此氣柱可以看作是一個具有質(zhì)量的彈性振動系統(tǒng)，具有一系列的固有頻率。當(dāng)某一階的氣柱固有頻率與空調(diào)管路產(chǎn)生的激發(fā)頻率相接近時,系統(tǒng)就會產(chǎn)生氣柱共振，從而產(chǎn)生噪音。

圖5 側(cè)支共振器示意圖

一端為開放、一端為封閉的氣柱固有頻率計算公式如下：

式中：

n=0，1，2，3，……；

c—介質(zhì)聲速；

L—支管長度。

式中：

K—氣體絕熱指數(shù)；

R—該介質(zhì)氣體常數(shù)；

T—氣體絕對溫度。

從公式可以看出，當(dāng)介質(zhì)聲速c一定，支管長度L越大，同一階的氣柱固有頻率越小。

在機組開發(fā)中發(fā)現(xiàn)易熔塞帶過渡管的機組在制冷工況壓縮機高頻運行時存在峰值1 400 Hz左右的不連續(xù)嘯叫噪音。易熔塞過渡管長L為80 mm，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)代入公式（2）計算制冷劑聲速在150 m/s左右，代入公式（1），n值取1時，計算固有頻率為1 406.25 Hz，和實測噪音峰值頻率非常接近，所以判定該嘯叫聲為易熔塞連接結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流體流動產(chǎn)生的氣柱共振激發(fā)出的噪音。

取消過渡管采用直插式易熔塞接頭，接頭長度L為18 mm，計算理論固有頻率，當(dāng)取n=0時計算最小固有頻率為2 383.3 Hz，已經(jīng)避開機組的激發(fā)頻率，理論上不會產(chǎn)生氣柱共振激發(fā)出的噪音。

通過實驗對比也發(fā)現(xiàn)取消易熔塞過渡管采用直插式接頭后機組嘯叫聲消失，頻譜對比見圖6，從中可以看出在1 400 Hz附近的波形有明顯區(qū)別，無過渡管結(jié)構(gòu)噪音頻譜沒有了嘯叫聲特征的鋸齒波型。

圖6 易熔塞有無過渡管噪音頻譜對比

3 結(jié)論

本文通過實驗和理論計算，對易熔塞在多聯(lián)機上的應(yīng)用進(jìn)行了可靠性和舒適性的研究，主要得出的以下結(jié)論：

1）易熔塞在空調(diào)管路系統(tǒng)中的連接管越短，機組運行時制冷劑對易熔塞的降溫效果越好，受環(huán)境影響溫度影響越小，運行過程中可靠性越高；

2）易熔塞在空調(diào)管路系統(tǒng)中的連接管越短，氣柱共振固有頻率越高，越不容易產(chǎn)生氣柱共振現(xiàn)象，運行過程中舒適性越好。

以上結(jié)論基于多聯(lián)機進(jìn)行研究得出，同樣適用于需要增加易熔塞或類似結(jié)構(gòu)的空調(diào)機組。