家用冰箱化霜噪声的控制研究与可视化模型

孙敬龙，潘毅广，丁龙辉，张海鹏

（海信（山东）冰箱有限公司，山东 青岛266071）

电冰箱已成为必需的家用电器，给人们的生活带来了极大的便利。但冰箱运行时的噪声有时影响人们的生活质量。冰箱运行时的噪声源主要包括压缩机[1]、风机风道[2]和制冷系统[3]。近年来，相关研究人员在压缩机[4-6]、风机风道结构[2,7]减振降噪方面进行了大量探索，并给出了非常有效的减振降噪措施。针对制冷系统噪声，相关学者研究了抑制毛细管喷发噪声的方法[8]及降低制冷剂流动噪声方法[9]，为制冷系统降噪奠定了基础。

在制冷系统中，储液器是存储多余液态制冷剂的装置。化霜阶段，蒸发器底端加热丝工作，融化掉蒸发器表面结霜。此时，储液器中会产生制冷剂的流动声和“咕噜”声。而在冷藏、冷冻阶段，不存在此异常噪声。为研究化霜阶段异常噪声产生的原因，采用石英玻璃制作可视化储液器，复现储液器中制冷剂的流动状态。分析冰箱化霜、冷藏和冷冻阶段储液器中制冷剂流动的差异性，得出化霜阶段制冷剂流动声和“咕噜”冒泡声的产生机理。在此基础上，分析引起噪声的关键因素，通过优化储液器结构，有效降低制冷剂流动声和消除冰箱储液器“咕噜”冒泡声，并在产品上推广应用。

1 可视化储液器制作

1.1 储液器制作

采用石英玻璃制作透明储液器，实现内部制冷剂流动可视化。储液器尺寸与原有尺寸一致，内部结构包括回气管、回油孔和储液腔。由于制冷剂温度较低，为防止石英玻璃储液器外壁结霜影响观察效果，同时对储液器进行保护，在石英玻璃储液器外设置玻璃罩，起绝热和保护作用，如图1所示。

图1 储液器结构设计示意图

1.2 储液器连接与检漏

截断与原有储液器连接的管路，拆掉原有储液器，将石英储液器与制冷管路连接。采用环氧树脂胶将储液器上预留的管路与截断处的管路粘结固定，形成完整回路，如图2所示。

图2 储液器连接示意图

焊接好储液器，对系统进行检漏和抽真空，检漏时采用氮气，用耐压软管的两端分别连接充氮阀和压缩机工艺口，充氮打压至0.5 MPa，用肥皂水检查各处有无泄漏。若无泄漏，采用真空泵抽真空，直至真空度达到10 Pa。然后灌入制冷剂，采用橡胶管连接压缩机工艺管口与制冷剂存储罐接口，灌入制冷剂量为68 g。

2 实验条件与噪声测试

2.1 实验条件

为进行实验对比，设置10°C和20°C两种环境温度，选取化霜、冷藏和冷冻3种工况。观察相应环温下储液器中制冷剂的流动状态。

2.2 噪声测试

噪声测试按照国家标准《GB/T 8059-2016 家用电器噪声测定标准》。在半消声室中测试冰箱化霜阶段噪声，采用LMS Test Lab 软件收集数据。测试时，冰箱周围设置6个测点，如图3所示，取6个测点噪声级的算术平均值作为最终噪声值。

图3 噪声测试

3 实验结果

图4为冷藏、冷冻阶段储液器中制冷剂的流动特性。冷藏、冷冻阶段制冷剂主要以气态形式进入储液器，储液器中液态制冷剂没有淹没回气管，储液器中没有出现冒泡声。另外储液器外壁没有出现结霜现象，说明玻璃外罩隔热效果良好。

图5为化霜阶段储液器中制冷剂的流动特性。化霜开始时储液器中液态制冷剂占储液器容积的一半，制冷剂液面没有淹没回气管。随着化霜进行，间室温度升高，系统压力也升高，液态制冷剂回流进入储液器。化霜进行到300 s时，液态制冷剂淹没回气管，此时气态制冷剂由回气管排出时产生冒泡声。

图6为化霜阶段噪声测试结果。可以看到化霜阶段持续了900 s，化霜开始阶段系统压力升高，液态制冷剂回流产生流动声。化霜进行到300 s时，液态制冷剂淹没回气管，气态制冷剂由回气管排出时产生冒泡声。化霜阶段由于制冷剂流动复杂性，噪声曲线上存在较多峰，峰值噪声47 dB(A)，平均噪声30.2 dB(A)。

4 储液器结构优化设计

4.1 储液器结构优化设计

化霜阶段制冷剂回流淹没回气管，气态制冷剂由回气管排出时产生冒泡声。针对此问题，有3 种解决方案，一是增加回气管的长度，二是增加储液器容积，三是安装微型球阀限流。本文将回气管由27 mm 增加到42 mm，储液器内径由40 mm 增加到55 mm，球阀设置如图7所示。

图4 冷藏、冷冻阶段制冷剂流动特性

图5 化霜阶段制冷剂流动特性

图6 改善前化霜阶段噪声测试结果

4.2 降噪效果验证

图8为增加回气管长度后制冷剂的流动特性和噪声测试结果。化霜开始阶段出现制冷剂流动声，化霜进行到480 s 时，液态制冷剂淹没回气弯管，然后产生“咕噜”冒泡声。因此增加回气管长度不能消除“咕噜”声。相较于改善前的储液器，噪声测试曲线上仍然存在较多的峰值噪声，峰值噪声为48 dB(A)。整个化霜阶段的平均声功率级下降为29.1 dB(A)，制冷剂流动声没有得到较好的改善。

图7 设置球阀后储液器结构示意图

图8 增加回气管长度后噪声测试结果

图9为增加储液器容积后制冷剂的流动特性和噪声测试结果。将储液器内径由40 mm 增加到55 mm 后，实验观测到整个化霜阶段液态制冷剂不会淹没回气弯管，因此不会产生“咕噜”声。但由于蒸发器内压力增大，迫使制冷剂流动，仍然存在制冷剂流动声。峰值噪声明显减少，整个化霜阶段的噪声有了明显下降，声功率级降低为26.1 dB(A)。

图10为设置球阀后制冷剂的流动特性和噪声测试结果。整个化霜阶段液态制冷剂不会淹没回气弯管，气态制冷剂排出稳定，异常噪声峰值大大减少。相对于增加回气管长度和增加储液器容积，增设球阀能更好的降低噪声水平，可将化霜阶段的声功率级降低到24.4 dB(A)。

图9 增加储液器容积后噪声测试结果

图10 设置球阀后噪声测试结果

5 结语

本文通过制作可视化储液器，观测到了冷藏、冷冻和化霜工况下储液器中制冷剂的流动特性，得到了化霜阶段流动声和“咕噜”冒泡声的产生机理，并提出了抑制方法。结论如下：

（1）冷藏、冷冻阶段，制冷剂主要以气态形式流动。储液器中液态制冷剂没有淹没回气弯管，储液器中噪声较小，无异常噪声。

（2）化霜阶段，蒸发器内部分液态制冷剂流入储液器，淹没回气管。气态制冷剂由回气弯管排出时，产生“咕噜”冒泡声。

（3）增加回气管长度不能消除流动声“咕噜”冒泡声。增加储液器容积和设置微型球阀可以消除“咕噜”冒泡声，并可以有效改善化霜阶段制冷剂流动噪声。设置微型球阀对改善制冷剂流动噪声的效果更为明显。