CN115240625A - 一种消声器及汽车用空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种消声器及汽车用空调器。消声器包括：外筒，开设有多个相间隔的消声腔；内筒，设置于所述外筒内，所述内筒开设有与多个所述消声腔的位置相对应的多个消声孔，每个所述消声孔与其对应的所述消声腔相连通，以形成多个亥姆霍兹共振器。本发明通过内外筒双层结构，将多个亥姆霍兹共振器集成在外筒和内筒上，使消声器可以获得更高频率范围的消声效果，同时减少消声器体积节约空间，解决了亥姆霍兹共振器的共振频率对尺寸及空间的依赖。

Description

一种消声器及汽车用空调器
技术领域
本发明涉及消声器技术领域，尤其涉及一种消声器及汽车用空调器。
背景技术
在消声降噪领域中，亥姆霍兹共振器可以使特定窄频带发生衰减，在低频消声、隔声中应用广泛，例如汽车排气及汽车空调送风管道的降噪设计中，通常由一个密闭的空腔、一个连接管与管道相连。
亥姆霍兹共振器结构简单、低频消声量高，有助于抑制噪音传播。但是亥姆霍兹共振器的消声频率选择性很强，消声频带较窄，且仅在共振频率处消声量大，偏离共振频率时的消声量衰减很快，难以适用于消声频带较宽的要求。
亥姆霍兹共振器的共振频率取决于空腔、连接管的尺寸。如果要满足实际中频率的消声需求，往往需要增大腔体容积或者连接管长度，而亥姆霍兹共振器应用于的场所，如管路系统、排气系统等场合的可利用空间往往较小，很难单纯通过增大共振器尺寸来达到降低消声频率的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种消声器及汽车用空调器。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种消声器，包括：外筒，开设有多个相间隔的消声腔；内筒，设置于所述外筒内，所述内筒开设有与多个所述消声腔的位置相对应的多个消声孔，每个所述消声孔与对应的所述消声腔相连通，以形成多个亥姆霍兹共振器。
在一些实施例中，多个所述消声腔中至少两个所述消声腔的体积不同。
在一些实施例中，多个所述消声腔的体积以等比例设置。
在一些实施例中，多个所述消声腔分为多组，多组所述消声腔沿着所述外筒的轴向间隔布置，且每组所述消声腔沿着所述外筒的周向间隔布置。
在一些实施例中，每个所述消声腔的截面呈扇形或矩形。
在一些实施例中，多个所述消声腔的扇形角度以等比或等差设置；和/或，多个所述消声腔的轴向长度以等比或等差设置。
在一些实施例中，所述扇形的角度小于等于90°。
在一些实施例中，所述消声器具有第一连接端和第二连接端，多个所述消声腔中体积最大的消声腔临近所述第一连接端，所述第一连接端用于与空调器的风道出口连接，所述第二连接端用于与空调器的吹风口连接。
在一些实施例中，在所述第一连接端设置有减震垫。
在一些实施例中，所述内筒可拆卸地设置于所述外筒内。
根据本发明还提供一种空调器，包括：如上任一实施例所述的消声器，所述消声器设置于所述空调器的风道出风口和所述空调器的吹风口之间。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
通过双层结构(内外筒结构)，将多个亥姆霍兹共振器集成在两个组件(外筒和内筒)上，使消声器可以获得更高频率范围的消声效果，同时减少消声器体积节约空间，解决了亥姆霍兹共振器的共振频率对尺寸及空间的依赖。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是根据本发明一示例性实施例示出的一种消声器分解示意图；
图2是根据本发明一示例性实施例示出的消声器截面示意图；
图3是根据本发明一示例性实施例示出的消声器共振频率分布图；
图4是根据本发明一示例性实施例示出的消声器仿真共振频率分布图；
图5是根据本发明另一示例性实施例示出的消声器仿真共振频率分布图；
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种消声器，能够应用在汽车空调器这种可利用空间有限的场景中，根据消声器可利用空间(截面尺寸、长度)反向设计消声器内亥姆霍兹共振器的具体尺寸，使亥姆霍兹共振器的共振频率在消声频率内均匀分布，以获得更宽频率范围的消声。
如图1和图2所示，本发明的消声器包括外筒10和内筒20。外筒10开设有多个相间隔的消声腔11。具体的，在外筒10的内壁开设有向内凹陷的多个消声腔11，多个消声腔11消声腔11彼此之间独立，互不交叉重叠。
内筒20设置于外筒10内，内筒20开设有与多个消声腔11的位置相对应的多个消声孔21，每个消声孔21与对应的消声腔11相连通，以形成多个亥姆霍兹共振体。具体的，多个消声腔11贯穿内筒20的内壁和外壁，消声孔21的数量可以与消声腔11的数量相同，且位置一一对应。消声腔11与消声孔21相连通，形成亥姆霍兹共振器，消声腔11相当于亥姆霍兹共振器的共振腔，消声孔21相当于连接管。
本发明的消声器，通过双层结构(内外筒结构)，将多个亥姆霍兹共振器集成在两个组件(外筒10和内筒20)上，使消声器可以获得更高频率范围的消声效果，同时减少消声器体积节约车内空间。解决了亥姆霍兹共振器的共振频率对尺寸及空间的依赖，且在不影响风量的前提下，保证了制热制冷性能，同时降低了车内噪音，提高了乘客舒适性。
在一些实施例中，外筒10上的多个消声腔11中至少两个消声腔的体积不同。例如可以是多个消声腔11的体积均不同，这样可以获得多个频率的消声效果。
在一些实施例中，消声器具有第一连接端和第二连接端，多个消声腔11中体积最大的消声腔11临近第一连接端，第一连接端11用于与空调器的风道出口连接，第二连接端用于吹风口连接。由于空调器的风道出口风速较大，噪音也相对大，将多个消声腔11中体积最大的消声腔11设置在临近第一连接端，可有效降低风道出口处的风噪。
进一步的，在消声器的第一连接端设置有减震垫12，通过减震垫12与风道出口连接，起到消声、隔振的作用。
在一些实施例中，内筒20可拆卸地设置于外筒10内。通过双层内筒可拆卸的结构，消声器外筒10中设置空腔作为共振器腔体，消声器内筒20设置圆孔作为共振器连接管，与外层壁的空腔连通。该结构可以简化复杂消声器制造，方便消声器装配。
在一些实施例中，外筒10上的多个消声腔11可以沿着外筒10的周向等间距布置，也可以沿着外筒10的轴向等间距布置。对应的，内筒20上的消声孔21可以沿着内筒20的周向等间距布置，也可以沿着内筒20的轴向等间距布置。
在一示例中，多个消声腔11分为多组，多组消声腔11沿着外筒10的轴向间隔布置，且每组消声腔11沿着外筒的周向布置。对应的，多组消声孔21沿着内筒21的轴向间隔布置，且每组消声孔21沿着内筒20的周向布置。
例如，多个消声腔11可以分为三组，每组消声腔11可以为六个，三组消声腔11可以沿着外筒10的轴向等间距布置，每组中的六个消声腔11可以沿着外筒10的周向等间距布置。值得注意的是，每组中的六个消声腔11的体积可以不同。
对应的，消声孔21可以分为三组，每组消声孔21可以为六个，三组消声孔21可以沿着内筒20的轴向等间距布置，每组中的六个消声孔21可以沿着内筒20的周向等间距布置。
上述消声腔11和消声孔21的数量以及布置位置为示例性的，可以根据消声频率的需要，适当调整。
在一些实施例中，本发明的消声器，外筒10上的每个消声腔11的截面呈扇形。由于在汽车空调器吹风口与风道出风口之间的空间有限，消声器的整体尺寸也受到限制，为了更大化利用消声器的有限尺寸，获得更宽频范围的消声效果，本发明通过在消声器的外筒10的消声腔11设置为扇形，能够最大化的利用外筒10可利用空间，以满足多个亥姆霍兹共振器的共振频率，从而获得更宽频的消声效果。
多个消声腔11的扇形角度不同；和/或，多个消声腔11的轴向长度不同。具体的，消声腔11呈扇形，多个消声腔11的扇形角度以等比或等差设置；和/或，多个消声腔11的轴向长度以等比或等差设置。
根据图4和图5所示的考虑仿真结果显示扇形角度过大并不能降低共振腔的共振频率，故扇形角度最大设置为90°，沿圆周方向共可设置6个；共振腔(消声腔11)的共振频率与共振腔尺寸相关，故扇形角度沿圆周方向按等差设置，沿圆轴方向按等比设置，考虑消声器长度问题故沿圆轴方向可设置3组；经过理论计算及仿真结果，该结构可以使消声器在100hz～1000hz频率范围内多个共振频率处实现消声效果。
在其他实施例中，消声腔11的形状也可以为矩形或者其他形状。
作为一个示例，本发明的消声器在应用于汽车空调器的场景中，根据实际汽车空调风道分析在0hz～1000hz范围内，风机噪音在200hz左右达到峰值后然后维持在45dB左右，故本发明针对这一示例，消声器共振频率范围据此进行如下设计：
根据相关声学理论，传输损耗定义为:
Figure BDA0003712192730000061
其中，Pin为入口处的平均压力，Pout为出口处的平均压力，TL单位为dB。
根据集中参数理论亥姆霍兹共振器的共振频率为：
Figure BDA0003712192730000071
其中，c0为声速，V为空腔体积，leff＝l+1.7a为连接管有效长度，S为连接管截面面积。
外筒10的壁厚尽可能的满足空腔加工需要，外筒10的壁厚尽可能的薄，在不影响风量的前提下，保证制热制冷性能。考虑到车内空间有限，消声器最大外径设计为15cm，内径为10cm。外筒10的壁厚可以为2～4cm，内筒的壁厚可以为4～10mm。风道出口直径约10cm。根据共振频率公式，为提高消声器在低频范围内的消声性能，减小连接管尺寸，将连接管高度设置为5mm，直径设置为4mm。为高效利用空间，亥姆霍兹共振器的空腔截面采用扇形。根据仿真结果，为实现多个共振频率的消声，设计扇形角度不大于90°，例如72°。角度设定一定的比例，为6：5：4：3：2：1设置，其中1在10～15°，例如可以取72°、60°、48°、36°、24°、12°，扇形面间距离采取等间距分布；长度设定一定的比例，为1:3:9(等比)设置，其中1在3～10mm，考虑到车加工、组装环节，取整后分别为10cm、1.5cm、0.5cm。计算设计消声器的共振频率主要在100hz～1000hz内分布，根据公式解出亥姆霍兹共振器的理论长度，根据公式，该消声器的共振频率分别为163hz、179hz、200hz、231hz、283hz、401hz、422hz、463hz、517hz、597hz、732hz、732hz、802hz、896hz、1035hz、1035hz、1268hz、1793hz(图3所示)。
进一步对该消声器进行仿真，计算并输出该消声器在50hz～2000hz内TL值，仿真计算结果如图4所示。根据仿真结果，消声器的仿真共振频率分布与理论共振频率分布较为吻合，达到了设计预期，具有50hz～2000hz频率范围内的多个共振频率的消声作用。
同时将本发明的消声器的消声腔11长度设定一定的比例，为1:2:3(等差)设置，取整后分别为2cm、4cm、6cm。进行仿真计算，计算结果如图5所示。比较图4和图5，可以发现按照等比长度设置的消音器比等差长度设置的消音器共振频率更为均匀，且低频处吸收噪音效果更好。
本发明还提供一种汽车用空调器，包括空调器风道、与空调器风道连通的空调器吹风口、以及如上任一实施例所述的消声器，消声器设置于空调器风道出风口和空调器吹风口之间。
本发明的汽车用空调器，通过设置上述消声器结构，使消声器可以获得更高频率范围的消声效果，同时减少消声器体积节约车内空间。解决了亥姆霍兹共振器的共振频率对尺寸及空间的依赖，且在不影响风量的前提下，保证了制热制冷性能，同时降低了车内噪音，提高了乘客舒适性。
如上所述，消声器具有第一连接端和第二连接端，多个消声腔11中体积最大的消声腔11临近第一连接端，第一连接端11用于与空调器的风道出口连接，第二连接端用于吹风口连接。由于空调器的风道出口风速较大，噪音也相对大，将多个消声腔11中体积最大的消声腔11设置在临近第一连接端，可有效降低风道出口处的风噪。进一步的，在消声器的第一连接端设置有减震垫12，通过减震垫12与风道出口连接，起到消声、隔振的作用。
进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利范围来限制。

Claims (13)

1.一种消声器，其特征在于，包括：
外筒，设有多个相间隔的消声腔；
内筒，设置于所述外筒内，所述内筒开设有与多个所述消声腔的位置相对应的多个消声孔，每个所述消声孔与其对应的所述消声腔相连通，以形成多个亥姆霍兹共振器。
2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，
多个所述消声腔中至少两个所述消声腔的体积不同。
3.根据权利要求2所述的消声器，其特征在于，
多个所述消声腔的体积以等比例设置。
4.根据权利要求2所述的消声器，其特征在于，
多个所述消声腔分为多组，每组包含多个消声腔，其中，多组所述消声腔沿着所述外筒的轴向间隔布置，且每组所述消声腔沿着所述外筒的周向间隔布置。
5.根据权利要求2所述的消声器，其特征在于，
每个所述消声腔在所述外筒径向上的截面呈扇形或矩形。
6.根据权利要求2或3所述的消声器，其特征在于，
所述消声腔呈扇形，多个所述消声腔的扇形角度以等比或等差设置；和/或，
多个所述消声腔的轴向长度以等比或等差设置。
7.根据权利要求5所述的消声器，其特征在于，
所述扇形的角度小于等于90°。
8.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，
所述外筒的壁厚为2～4cm,所述内筒的壁厚为4～10mm,所述消声孔的直径为2～4cm。
9.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，
所述消声器具有第一连接端和第二连接端，多个所述消声腔中体积最大的消声腔临近所述第一连接端，所述第一连接端用于与空调器的风道出口连接，所述第二连接端用于与空调器的吹风口连接。
10.根据权利要求9所述的消声器，其特征在于，
在所述第一连接端设置有减震垫。
11.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，
所述内筒可拆卸地设置于所述外筒内。
12.一种汽车用空调器，其特征在于，包括：
如权利要求1-11中任一项所述的消声器，所述消声器连接于所述汽车用空调器的风道出风口和所述空调器的吹风口之间。
13.根据权利要求12所述的汽车用空调器，其特征在于，
所述消声器的第一连接端嵌套于汽车用空调器的风道外部。
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