CN100363690C - 预测空调器的噪声的方法以及使用其制造空调器的方法 - Google Patents

Abstract

一种预测空调器的噪声的方法，包括：建模运行条件，例如热交换器或风扇的形状、风扇的旋转速度等；根据建模的运行条件通过分析气流来获得空气的速度的信息；和通过分析空气的速度的信息来预测噪声。一种制造空调器的方法，包括：建模运行条件，例如热交换器或风扇的形状、风扇的旋转速度等；通过分析建模的空调器中的热交换器的后部的空气的速度分布来预测噪声；和确定预测的噪声是否高于预定级别，接着当预测的噪声高于预定级别时重新建模运行条件，否则制造空调器。

Description

预测空调器的噪声的方法以及使用其制造空调器的方法

技术领域

本发明涉及一种预测空调器的噪声的方法以及一种使用该方法来制造空调器的方法，更具体地讲，涉及一种预测由在空调器的室内单元中的热交换器的后部产生的气流导致的噪声的方法，以及一种使用该方法设计热交换器的方法。

背景技术

空调器是一种用于以包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等的冷却循环来冷却或加热房间的设备，并且被分为在其中所有用于冷却循环的部件被装配在一个单元中的一体式空调器、以及在其中室内部件和室外部件分别被装配在不同的单元中的分体式空调器。

在分体式空调器中，壁挂式空调器具有合适的小尺寸的室内单元，从而室内单元能够被安装在房间的墙壁上。如图1所示，壁挂式空调器的室内单元包括：机壳10，其形成有用于吸入空气的吸入孔10a和用于排放空气的排放孔10b；热交换器11，其装配在机壳10中；和横流风扇12，其设置在热交换器的后部以用于产生空气的流动力。

热交换器11具有多个互相平行放置的翅片(fin)11a和装配在热交换器11中的制冷剂管11b，从而制冷剂管11b穿透翅片11a。每个翅片11a形成有制冷剂管11b通过其能够穿透翅片11a的多个孔。为了增加热交换器的热传递效率，在孔之间形成多个狭缝11c。当吸入机壳的空气经过热交换器11的各个翅片11a之间的空间时，空气吸收从流入制冷剂管11b中的制冷剂传递的热量或者将热量提供给流入制冷剂管11b中的制冷剂。

已经通过热交换器11的空气通过横流风扇12被再次排放到房间中。同时，由于已经通过热交换器11的空气绕过设置在热交换器11上的制冷剂管11b或狭缝11c，所以其不以恒定的速度而是根据热交换器11上的位置以不同的速度在热交换器的纵向方向上流过热交换器的整个长度。这样不均匀的气流进入横流风扇12，导致噪声。

为了降低噪声，如在第(平成)2000-292086号日本专利公开中所公开的，具有锯齿形的翅片可以被设置在气流的下游部分上，以限制涡流的发生，或者如第06-034154号日本专利公开中所公开的，每个翅片可以在其平面部分形成有突起，以产生从热交换器排放的空气的均匀速度。

然而，尽管上述传统技术提供了用于改变热交换器的后部的空气的速度的分布的方法，但是它们没有实际上处理空气的速度分布和噪声的发生之间的关系。其结果是，存在这样的问题，在实验在制造的空调器上被实际实施之前，不能预测噪声的发生和程度。

发明内容

考虑到与现有技术相关的问题已经做出了本发明，并且本发明的一方面在于提供一种在实际制造空调器之前预测在空调器中产生的噪声的方法。

本发明的另一方面在于提供一种使用该预测空调器的噪声的方法来制造空调器的方法，由此降低用于制造热交换器的成本和时间。

本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。

在一个示例性的实施例中，本发明提供了一种预测由空调器的室内单元中的热交换器的后部产生的气流导致的噪声的方法，其包括：建模包括热交换器的形状、风扇的形状、风扇的旋转速度中的一个或多个的空调器的运行条件；根据建模的运行条件通过分析气流来获得空气的速度的信息；和通过分析空气的速度的信息来预测噪声。

通过分析空气的速度的信息来预测噪声的步骤可以包括：将空气的速度的信息变换为时域中的空气的速度的信息；和将时域中的空气的速度的信息变换为频域中的空气的速度的信息。

根据建模的运行条件通过分析气流而获得的空气的速度的信息可被表现为从热交换器上的翅片的后端隔开预定距离的各个位置的空气的速度信息。

可以使用风扇叶片的速度，通过将各个位置上的空气的速度的信息变换为在空气与风扇叶片碰撞的各个时间的空气的速度的信息，来将各个位置上的空气的速度的信息变换为时域中的空气的速度的信息。

在获得了由具有用于空气的速度的各个位置的轴和空气的速度的另一轴的坐标系统表示的速度分布图之后，可以通过用风扇叶片的线速度分割代表各个位置的轴的值，来获得时域中的空气的速度的信息。

可以通过将傅立叶变换施加到时域中的空气的速度的信息来给出速度谱。

通过分析空气的速度的信息来预测噪声的步骤还可以包括从该谱中的第一到第三峰的值预测噪声级别。

在第二示例性的实施例中，本发明提供了一种制造空调器的方法，其包括：建模包括热交换器的形状、风扇的形状、风扇的旋转速度中的一个或多个的空调器的运行条件；通过分析建模的空调器中的热交换器的后部的空气的速度分布来预测噪声；和确定预测的噪声是否高于预定级别，接着当预测的噪声高于预定级别时重新建模运行条件，否则当预测的噪声不高于预定级别时根据建模的运行条件来制造空调器。

在第三示例性的实施例中，本发明提供了一种制造空调器的方法，其包括：重复一次或多次建模包括热交换器的形状、风扇的形状、风扇的旋转速度等中的一个或多个的空调器的运行条件的过程，接着从根据运行条件制造的热交换器的后部的空气的速度分布预测噪声级别；和根据被预测为具有在通过重复建模和预测的过程而获得的结果中的最低噪声级别的模型来制造空调器。

从空气的速度分布预测噪声级别的过程包括：在将空气的速度分布变换为频域中的空气的速度的信息之后获得速度谱；和从速度谱的第一到第三峰的值预测噪声级别。

附图说明

通过结合附图，从示例性的实施例的下面描述中，本发明这些和/或其他方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是示出传统空调器的室内单元的侧截面图；

图2是与本发明第一示例性的实施例一致的预测空调器的噪声的方法的流程图；

图3是示出建模的热交换器和建模的风扇的一个例子的视图；

图4是示出在图3中的建模的热交换器的后部的气流的视图；

图5是描述从图4中的热交换器隔开预定距离D的各个点的速度分布的图形表示；

图6是描述从图5所示的速度分布变换的对时间的速度分布的图形表示；

图7是描述由图6的速度分布的傅立叶变换所给出的速度谱的图形表示；

图8是描述在根据图3的模型制造的空调器中测量的噪声的图形表示；

图9是与本发明第二示例性的实施例一致的制造空调器的方法的流程图；

图10是与本发明第三示例性的实施例一致的制造空调器的方法的流程图；

图11A是示出传统热交换器的翅片的形状的正视图；

图11B是示出另一传统热交换器的翅片的形状的俯视图；

图12A是示出改进的热交换器的翅片的形状的正视图；

图12B是示出另一改进的热交换器的翅片的形状的俯视图；

图13是描述在传统热交换器和改进的热交换器的后部的空气的速度分布的图形表示；

图14是描述在将图13中的图形表示变换为时域中的速度的信息之后通过将傅立叶变换施加到时域中的速度的信息而给出的谱的第一峰和第二峰的图形表示；

图15是描述在根据传统热交换器的形状制造的空调器中测量的噪声的图形表示；和

图16是描述在根据改进的热交换器的形状制造的空调器中测量的噪声的图形表示。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些示例性的实施例以解释本发明。

与本发明第一示例性的实施例一致的预测空调器的噪声的方法基于在热交换器的后部的气流的速度分布来预测噪声，并且如图2所示包括以下步骤：建模运行条件，如热交换器的形状、风扇的形状、风扇的旋转速度等(步骤S01)；根据在步骤S01中建模的运行条件通过分析气流来获得空气的速度的信息(步骤S02)；和通过分析速度的信息来预测噪声(步骤S03、步骤S04和步骤S05)。

在步骤S01中，如图3所示，建模运行条件，如构成热交换器的翅片110的形状、风扇120的形状、热交换器和风扇120之间的距离D、设置在穿过翅片110的制冷剂管111的两个相邻的截面之间的狭缝112的形状等。如下所述，在运行条件中，狭缝112的形状对于控制噪声是特别重要的因素。

此后，在获得速度的信息的步骤中(步骤S02)，根据在建模运行条件的步骤中确定的运行条件的气流被分析。即，随着空调器开始运行，以预定速度旋转风扇120，热交换器和风扇120周围的气流达到稳定状态，并且稳定状态的速度分布被计算。对稳定状态的速度分布的计算通过使用计算流体动力学(CDF)的程序的数值分析方法来被执行。通过这种计算获得气流的一个例子在图4中被示出，并且通过被建模为具有具有86mm的直径和1247rpm的旋转速度并与热交换器隔开15.5mm的距离的风扇120的运行条件被给出。从图4所示的对速度分布的计算明显的是，能够得知气流在热交换器的后部的每个位置以不同的速度流动，显示了由于与制冷剂管111或狭缝112的摩擦和干扰导致的不同的速度分布。

当这样的具有不均匀的速度分布的气流进入风扇120时，风扇叶片120a和根据风扇叶片120a的位置(或根据时间)以不同的速度流动的空气碰撞，并且预测出空气与风扇叶片120a的这种碰撞导致空调器中的噪声。因此，在气流与风扇叶片120a碰撞的各个点的空气的速度分布是主要的利害关系。

图5是图4的气流中的根据隔开从翅片110的后端到热交换器的预定距离D的位置的速度分布的图形表示，描述了在以从翅片110的下端隔开预定距离D的点为中心的X轴上的各个点在Y轴方向上的速度分布。由于气流不仅在Y轴方向上具有速度分布，而且在X轴方向上以及未示出的与图4中的X轴和Y轴垂直的Z轴方向上具有速度分布，所以在X轴方向上和在Z轴方向上的速度分布也可以是分析的对象。但是，由于在本实施例中，在Y轴方向上的气流是气流的主要方向，所以可以假设在Y轴方向上的气流具有对噪声最大的影响，并且因此在本实施例中，只有在Y轴方向上的速度分布是分析的对象。

图5所示的速度分布图(profile)是在图4中的X轴上的各个点的速度分布，即，这些位置的空气的速度的信息。

接着，在预测空气的速度的步骤中，在步骤S02中获得的速度的信息被变换为更有用的信息，然后噪声被预测。

如图4所示，风扇叶片120a沿虚线所示的圆的弧线经历圆周运动，同时顺序地从气流的下端经过到达气流的上端。同时，假设风扇叶片120a在预定的建模的截面经历近似的直线运动，其运动路径平行于X轴，并且在此时，在风扇叶片120a经过的各个位置与风扇叶片120a碰撞的空气的速度分布与图5所示的速度分布相同。因此，可以说图5是当风扇叶片120a旋转时根据风扇叶片120a的位置与风扇叶片120a碰撞的空气的速度分布。

同时，由于风扇叶片120a以预定速度旋转，所以可以通过用风扇叶片120a的线速度分割水平轴上的各个值来获得当空气与风扇叶片120a碰撞时的对时间的空气的速度的信息。即，根据时间的推移与风扇叶片120a碰撞的空气的速度分布可以被获得。风扇叶片120a的线速度是通过将风扇叶片120a的角速度与风扇叶片120a的半径相乘而获得的值，并且在以上的例子中，风扇叶片120a的线速度是11.23m/s。在图6中显示的图形描述了通过用风扇叶片120a的线速度分割图5的水平轴上的值而获得的对时间的推移的速度分布。与图5所示的速度分布相比，尽管入6中的速度分布图具有于图5所示的速度分布图相同的形状，但是这些位置的空气的速度的信息被变换为对时间的推移的空气的速度的信息。即，图6描述了时域中的空气的速度分布。

为了观察频域中的图6的速度分布，通过将傅立叶变换施加到图6的速度分布图来给出图7中显示的谱。

在此公开的本发明的申请人预测该谱的值，特别是与谱中的第一到第三峰相应的值是与噪声相关的因素，并且通过实验验证申请人的预测的图形显示在图8中。即，图8显示了对在在建模运行条件的步骤中提出的运行条件下实际上制造的空调器测量的各个频率的噪声级别。与图7所示的谱相比，能够看出在第一峰的频率(即731Hz)和在第二峰的频率(即1642Hz)的噪声级别实际上增加。具体地讲，噪声级别在该谱的第二峰的频率非常高。同时，由于在第一峰的频率的噪声被空调器的室内单元中的其它噪声淹没，所以在第一峰的频率的噪声通常不是严重的问题。根据实验的结果，可以看出该谱的第一到第三峰的值与真实的噪声级别成比例。

如上所述，可以使用作为频域中的空气的速度的信息的对于速度的谱中的第一到第三峰的值来预测噪声级别，该值以这样的方式来被获得，在提供了速度的信息并变换对于由风扇叶片120a消耗的时间的推移的空气的速度的信息之后，通过将傅立叶变换施加到对时间的推移的空气的速度的信息来给出频域中的空气的速度的信息。

与本发明第二示例性的实施例一致的制造空调器的方法将被描述如下。

与本发明第二示例性的实施例一致的制造空调器的方法涉及一种使用上述预测空调器的噪声的方法来制造最小化噪声的空调器的方法。如图9所示，根据本发明这个实施例的制造空调器的方法包括以下步骤：建模包括热交换器的形状、风扇的形状、风扇的旋转速度等的运行条件；使用上述预测空调器的噪声的方法来预测建模的空调器的噪声；确定预测的噪声是否低于预定级别；和当预测的噪声高于预定级别时，重新建模运行条件，或者当预测的噪声低于预定级别时，根据建模的运行条件来制造空调器。

如果用于预测的噪声级别的标准没有被确定，如图10所示，那么建模和预测过程被重复一次或更多次，并且根据被预测为具有在通过重复建模和预测过程而获得的结果中的最低噪声级别的模型来制造空调器。

将参照空调器的实际设计来描述制造空调器的方法。

图11A和图11B是示出传统热交换器的翅片200的形状的正视图，图12A和图12B是示出改进的热交换器的翅片300的形状的正视图。空调器被建模为具有这样的运行条件，其中，风扇具有86mm的直径和1247rpm的旋转速度，并且风扇从热交换器隔开15.5mm的距离。通过数值分析方法获得的在热交换器后部的空气的速度分布显示在图13中。图13所示的图形描述了对在热交换器的翅片上的制冷剂管之间的半截面上流动的空气的速度分布分析的结果，其中，水平轴上的原点表示制冷剂管之间的中点。在图13所示的图形中，由实线表示的速度分布图显示了根据传统热交换器的形状的速度分布，而由虚线表示的速度分布图显示了根据改进的热交换器的形状的速度分布。

在根据风扇叶片的速度将速度分布图变换为时域中的空气的速度的信息，并且接着通过将傅立叶变换施加到时域中的空气的速度的信息之后，能够获得在第一峰和第二峰的谱的值。图14显示了该谱的值，其中，在传统翅片200的情况下，在第一峰(731Hz)的谱的值为0.093，并且在第二峰(1462Hz)的谱的值为0.024，而在改进的翅片300的情况下，在第一峰(731Hz)的谱的值为0.031，并且在第二峰(1462Hz)的谱的值为0.003。因此，可以看出在改进的翅片300的情况下在第一峰的谱的值下降为在传统翅片200的情况下在第一峰的谱的值的1/3，并且在改进的翅片300的情况下在第二峰的谱的值下降为在传统翅片200的情况下在第二峰的谱的值的1/8。因此，预测出根据改进的翅片300的形状制造的空调器比根据传统翅片200的形状制造的空调器产生较小的噪声。

图15和图16显示了在根据传统热交换器的建模的形状实际制造的空调器中测量的噪声级别。图15是描述在根据传统翅片200的形状制造的空调器中测量的噪声级别的图形表示，并且图16是描述在根据改进的翅片300的形状制造的空调器中测量的噪声级别的图形表示。如图15和图16所示，可以看出，在具有改进的翅片300的空调器中，在第二峰的噪声级别被显著降低。同时，在第一峰的噪声级别的降低是显著的，并且如上所述，这归因于在第一峰的噪声被其它噪声淹没的事实，因此没有表现出来。

如上所述，通过连续地改变热交换器上的翅片的形状，具体地讲，改变狭缝的形状，从而在谱的第一和第二峰或第三峰的值被降低，可以最小化空调器中的噪声的发生。

从以上描述中明显的是，根据预测空调器的噪声的方法，存在这样的有益效果，能够在实际制造产品之前预测噪声的发生，并且能够使用对噪声的发生的预测来制造空调器，由此降低了制造成本和时间。

虽然显示和描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对其实施例进行改变。

Claims (10)

1.一种预测由空调器的室内单元中的热交换器的后部产生的气流导致的噪声的方法，包括：

建模包括空调器室内单元的热交换器的形状、风扇的形状和风扇的旋转速度中的一个或多个的空调器的运行条件；

根据建模的运行条件通过分析气流来获得空气的速度的信息；和

通过分析空气的速度的信息来预测噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过分析空气的速度的信息来预测噪声的步骤包括：

将空气的速度的信息变换为时域中的空气的速度的信息；和

将时域中的空气的速度的信息变换为频域中的空气的速度的信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据建模的运行条件通过分析气流而获得的空气的速度的信息被表现为从所述热交换器上的翅片的后端隔开预定距离的各个位置上的空气的速度的信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用风扇叶片的速度，通过将各个位置上的空气的速度的信息变换为在各个时间与风扇叶片碰撞的空气的速度的信息，来将各个位置上的空气的速度的信息变换为时域中的空气的速度的信息。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

获得由具有用于空气的速度的各个位置的轴和空气的速度的另一轴的坐标系统表示的速度分布图；和

通过用风扇叶片的线速度分割各个位置的轴的值，来获得时域中的空气的速度的信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过将傅立叶变换施加到时域中的空气的速度的信息来给出速度谱。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过分析空气的速度的信息来预测噪声的步骤还包括从速度谱的第一到第三峰的值预测噪声级别。

8.一种制造空调器的方法，包括：

建模包括空调器室内单元的热交换器的形状、风扇的形状和风扇的旋转速度中的一个或多个的空调器的运行条件；

通过分析建模的空调器中的所述热交换器的后部的空气的速度分布来预测噪声；和

确定预测的噪声是否高于预定级别，接着当预测的噪声高于预定级别时重新建模运行条件，否则当预测的噪声不高于预定级别时根据建模的运行条件来制造空调器。

9.一种制造空调器的方法，包括：

重复一次或多次建模包括空调器的室内单元的热交换器的形状、风扇的形状、和风扇的旋转速度中的一个或多个的空调器的运行条件的过程，接着从根据运行条件制造的所述热交换器的后部的空气的速度分布预测噪声；和

根据被预测为具有在通过重复建模和预测的过程而获得的结果中的最低噪声级别的模型来制造空调器。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，从空气的速度分布预测噪声级别的步骤包括：

在将空气的速度分布变换为频域中的空气的速度的信息之后获得速度谱；和

从速度谱的第一到第三峰的值预测噪声级别。

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