淺談易熔塞在多聯空調上的應用

梁杰波

（珠海格力節能環保制冷技術研究中心有限公司 珠海 519070）

引言

多聯機是中央空調中一種重要類型，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機，一直都占據著比較大的市場份額。出口到北美地區的產品需取得該地區相關認證，其中UL、CSA安全法規規定，內徑大于152 mm的壓力容器，應配備著火情況下可接受泄壓的釋壓結構，泄壓裝置應該靠近或直接連接壓力容器且該裝置應符合ASHRAE 15和CSA B52的要求。多聯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徑一般都大于152 mm，所以需要配備泄壓裝置。

1 多聯機中的易熔塞應用

空調中常用的泄壓裝置有安全閥、易熔塞等，其中易熔塞有結構簡單可靠、可拆卸、經濟實惠的優點。易熔塞是通過裝在塞孔內的易熔合金的流動或熔化而進行動作、不可重復關閉、可拆卸式的壓力泄放裝置。空調用易熔塞的結構是一個中間帶有塞孔，塞孔內灌注有易熔合金的塞體，塞體一端有螺紋結構（見圖1）。易熔塞通過螺紋與焊接在空調管路中的接頭連接。在正常情況下塞孔處于關閉狀態，在給定溫度下塞孔內的易熔合金發生流動或熔化，內部壓力將熔化后的易熔金屬沖出，將介質放出使壓力容器泄壓，以防止壓力容器內介質因升溫超壓發生事故。

圖1 易熔塞實物圖

目前多聯機多采用環保制冷劑R410a，最大設計允許工作壓力為4.3 MPa，根據制冷劑的壓力溫度特性，使用的易熔塞可熔合金設定熔點溫度為70 ℃（允差-2～+4 ℃），當易熔塞表面溫度達到該溫度時，即熔化釋放制冷劑。易熔塞一般設置于空調外機系統的低壓側氣液分離器的進管或出管上（見圖2）。

圖2 空調制冷原理簡圖

2 易熔塞在多聯機中連接結構研究

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生火災等極端高溫的時候為避免機組內部壓力過大引起爆炸而主動釋放壓力。機組在正常或地表在一定程度上暴曬引起的高溫環境使用過程中我們應極力避免因設計缺陷導致易熔金屬蠕變或達到易熔金屬熔點溫度觸發易熔塞動作引起制冷劑泄露導致機組無法正常使用的情況發生，為此需要研究易熔塞的連接結構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）。在室外側模擬不同工況設定使用環境溫度，同步采集系統高壓低壓、氣液分離器的進出管溫度這些關鍵的參數，測出的數據如表1所示。

表1 帶過渡管易熔塞不同位置溫度數據

圖3 帶過渡管易熔塞溫度采集示意圖

從測試數據可以看出，系統的高壓、氣分進出管溫度隨著環境溫度的升高而升高，易熔塞周圍附近的溫度也隨著環境溫度的升高而升高，而且高于設定的環境溫度，這主要是易熔塞位于機組內部靠近冷凝器的位置，機組運行過程中冷凝器換熱輻射導致。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逐漸降低的現象，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境進行熱交換，并沒有與低壓側低溫制冷劑發生熱交換，此時的氣分進管溫度比環境溫度低得多，但易熔塞并沒有通過低溫制冷劑帶走熱量而降溫。分析認為這是易熔塞過渡管過長，過渡管內部形成封閉區，封閉區內的制冷劑無法流動參與循環帶走熱量，導致易熔塞表面溫度幾乎和附近的環境溫度相同，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生下降的效果。

新方案采用接頭直接焊接在氣分進管的結構（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據見表2。測試數據表明，取消過渡管易熔塞的表面溫度與周圍附近環境溫度產生了10℃的溫差，這說明了管路中的制冷劑封閉區已經消失，易熔塞已經可以和低溫制冷劑進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據

圖4 取消過渡管易熔塞里連接結構示意

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境溫度影響越小，可靠性越高，在極端氣溫下越不容易出現非火災情況下的不正常泄壓導致機組故障。

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、一端封閉的側支共振器結構，如圖5所示。側支共振器會產生氣柱共振，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量的彈性振動系統，具有一系列的固有頻率。當某一階的氣柱固有頻率與空調管路產生的激發頻率相接近時,系統就會產生氣柱共振，從而產生噪音。

圖5 側支共振器示意圖

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—介質聲速；

L—支管長度。

式中：

K—氣體絕熱指數；

R—該介質氣體常數；

T—氣體絕對溫度。

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

在機組開發中發現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左右的不連續嘯叫噪音。易熔塞過渡管長L為80 mm，根據系統參數代入公式（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構和內部流體流動產生的氣柱共振激發出的噪音。

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，當取n=0時計算最小固有頻率為2 383.3 Hz，已經避開機組的激發頻率，理論上不會產生氣柱共振激發出的噪音。

通過實驗對比也發現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別，無過渡管結構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 結論

本文通過實驗和理論計算，對易熔塞在多聯機上的應用進行了可靠性和舒適性的研究，主要得出的以下結論：

1）易熔塞在空調管路系統中的連接管越短，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）易熔塞在空調管路系統中的連接管越短，氣柱共振固有頻率越高，越不容易產生氣柱共振現象，運行過程中舒適性越好。

以上結論基于多聯機進行研究得出，同樣適用于需要增加易熔塞或類似結構的空調機組。