降低空調(diào)室內(nèi)機風(fēng)機運轉(zhuǎn)噪聲的專利技術(shù)綜述

李佳

摘要：空調(diào)室內(nèi)機在運轉(zhuǎn)時，空氣流動的噪聲是影響室內(nèi)舒適性的重要因素。本文通過分析國內(nèi)外有關(guān)降低空調(diào)室內(nèi)機風(fēng)扇運轉(zhuǎn)噪聲的專利文獻(xiàn)，以期為室內(nèi)機的低噪舒適運轉(zhuǎn)提供專利技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)機風(fēng)機； 運轉(zhuǎn)噪聲；氣流；專利

中圖分類號：TH43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）24-0046-03

Summary of Patent Technology for Reducing the Operating Noise of Air-conditioning Indoor Unit Fans

LI Jia

Abstract： The noise of air flow is an important factor affecting the indoor comfort when the air-conditioning indoor unit is in operation.This paper analyzed the patent literature on reducing the noise of fan operation of indoor air conditioner at home and abroad in order to provide the patent technical support for the low noise and comfortable operation of indoor air conditioner.

Key words： indoor unit fans； operating noise； flow； patent

隨著人民生活水平的不斷提高，用戶在追求高效的調(diào)溫調(diào)濕及除濕等效果的基礎(chǔ)上，還希望能夠有空調(diào)室內(nèi)機運行的舒適性體驗。家用空調(diào)室內(nèi)機的設(shè)計也趨于在滿足室內(nèi)環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)的同時，結(jié)構(gòu)越來越緊湊化、美觀化。室內(nèi)機緊湊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得室內(nèi)機的空氣流動空間變得狹小而不規(guī)則，空氣流動噪聲明顯增加，空氣流動噪聲已成為影響室內(nèi)舒適性的重要因素之一。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 19606—2004家用和類似用途電器噪聲限值》的規(guī)定，室內(nèi)空調(diào)器根據(jù)其制冷量的不同，對室內(nèi)噪聲限值的要求不同，對于分體式空調(diào)器其室內(nèi)噪聲限值應(yīng)不超過63dB，整體式空調(diào)的室內(nèi)噪聲限值不超過60dB。

1 室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)噪聲形成機理

目前空調(diào)室內(nèi)機的風(fēng)機類型一般是根據(jù)室內(nèi)機的具體形式進(jìn)行選擇的，分體壁掛機、柜機一般選用結(jié)構(gòu)緊湊的貫流風(fēng)機，吸頂式機組由于其四面出風(fēng)的特點一般選用離心式風(fēng)機。

貫流風(fēng)機（也稱橫流風(fēng)機）的主要部件包括葉輪、蝸殼、電機以及穩(wěn)定器。貫流風(fēng)機的噪聲發(fā)生機理非常復(fù)雜，具體示意可以見圖1。貫流風(fēng)機在運轉(zhuǎn)時，由于貫流風(fēng)葉表面的高速氣流脫離風(fēng)葉表面的速度邊界層以外，氣流速度的銳減造成不穩(wěn)定氣流，這些不穩(wěn)定氣流與蝸舌風(fēng)葉間隙中被帶回的氣流周期性的相互作用被增強，在蝸舌附近形成偏心渦[1-2]。人耳的聽覺對于這樣在噪聲頻譜上形成尖峰的聲音更為敏感，貫流風(fēng)機的運轉(zhuǎn)噪聲是空調(diào)噪聲的主要來源之一[1]。

由此可見，不論是貫流風(fēng)機還是離心式風(fēng)機，其運轉(zhuǎn)噪聲形成的主要原因是葉輪上空氣流壓力分布不均勻以及氣流產(chǎn)生旋渦并脫離對空氣流產(chǎn)生干擾。

2 室內(nèi)機風(fēng)機降噪的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展整體概況

對于專利申請的技術(shù)內(nèi)容一方面是對風(fēng)機結(jié)構(gòu)如風(fēng)機的葉輪、穩(wěn)流器以及出風(fēng)口結(jié)構(gòu)等風(fēng)機組成部件的優(yōu)化，如葉輪的結(jié)構(gòu)、整流部件（如貫流風(fēng)機的穩(wěn)定器或者離心風(fēng)機的整流部件）的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置方式，以及葉片支撐板的結(jié)構(gòu)設(shè)計；另一方面是通過改進(jìn)風(fēng)機內(nèi)的風(fēng)道以及風(fēng)機與室內(nèi)機組其他部件之間的布置方式對空氣流流路的優(yōu)化，如風(fēng)機內(nèi)風(fēng)道氣流流路以及換熱器與風(fēng)機之間氣流的流路優(yōu)化等。

根據(jù)室內(nèi)風(fēng)機降噪領(lǐng)域的重要專利來梳理該領(lǐng)域的發(fā)展路線，得到如圖2所示的技術(shù)演進(jìn)路線圖。從圖2可以看出，室內(nèi)風(fēng)機降噪技術(shù)在近30年得到快速發(fā)展，以時間軸為參考，可以得出該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的大致幾個時期：1985—1990年發(fā)展的起步階段；1991—2005年蓬勃發(fā)展時期，針對各技術(shù)分支均有研究；而2005年后，發(fā)展后期，僅是針對該技術(shù)領(lǐng)域的某幾個技術(shù)分支在進(jìn)行研究。整體來看，對于風(fēng)機葉輪結(jié)構(gòu)的研究一直在進(jìn)行，且相對于其他技術(shù)分支研究較早。

在室內(nèi)風(fēng)機降噪技術(shù)的起步階段，多為針對葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，尤其是針對葉片的結(jié)構(gòu)。早期空調(diào)的研究重點在于如何提高空調(diào)機組的制熱調(diào)溫調(diào)濕。對于空調(diào)運行時室內(nèi)機的噪聲值這一舒適性指標(biāo)，是在滿足了空調(diào)機組調(diào)溫調(diào)濕性能后，逐漸被人們所關(guān)注，進(jìn)而得到研究。針對葉輪上空氣流壓力分布不均勻這一噪聲形成原因，這一時期的申請針對葉輪的組裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

在1991—2005年這蓬勃發(fā)展的15年間，空調(diào)舒適性這一指標(biāo)對于空調(diào)的市場地位影響越來越大，針對室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)噪聲的研究也越來越多，包括研究早期的技術(shù)繼續(xù)改進(jìn)葉輪的結(jié)構(gòu)，通過增加穩(wěn)壓部件、采用扭葉輪、在葉輪的內(nèi)緣或外緣開設(shè)型槽等的方式，從改進(jìn)葉輪上空氣流壓力分布不均到改善渦流的脫離與擾動，一直在持續(xù)研發(fā)中。分析原因，可能是因為葉片作為空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)時的運轉(zhuǎn)部件，其噪聲的形成很大一部分原因是由葉片的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，且針對葉片的改進(jìn)其在制作上相對于其他的部件來說能夠更加模塊化，成本相對低，因而企業(yè)針對這一技術(shù)分支的研究的投入會相對更多。其余分支，在這段時期均得到了不同程度的發(fā)展，較為突出的則是改進(jìn)穩(wěn)定器，在面對風(fēng)機葉輪的端面設(shè)置擾動氣流的部件，如凸肋、凹槽等，同時，改進(jìn)葉輪支撐板以達(dá)到風(fēng)機氣流整流的效果；以及改進(jìn)換熱器與風(fēng)機之間的空間以改進(jìn)室內(nèi)機的氣流通道，調(diào)整室內(nèi)風(fēng)機各個部件之間的間隙以改善風(fēng)機內(nèi)的氣流通道進(jìn)而改善氣流的流動，產(chǎn)生較少的空氣流亂流以達(dá)到降低風(fēng)機運轉(zhuǎn)噪聲的目的。同時，針對整流件的技術(shù)分支與風(fēng)機內(nèi)風(fēng)道的技術(shù)分支之間存在交叉的現(xiàn)象，通過整體結(jié)構(gòu)的合理化布置來實現(xiàn)氣流的整流效果，降低空氣亂流的產(chǎn)生。

在這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展后期，葉片的結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機導(dǎo)風(fēng)板和風(fēng)機內(nèi)風(fēng)道的技術(shù)仍在發(fā)展，在原有的技術(shù)上進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)。分析原因，可能是因為，對于空調(diào)室內(nèi)機除了舒適性的要求以外，還對室內(nèi)機的外觀、大小有要求，對于葉片的進(jìn)一步改進(jìn)，前面已經(jīng)提到其利于成本的降低，而對于風(fēng)機蝸殼的改進(jìn)以改善風(fēng)機內(nèi)風(fēng)道可利于改善風(fēng)機的尺寸，使其在滿足送風(fēng)性能、低噪運轉(zhuǎn)的同時結(jié)構(gòu)更為緊湊。

2.2 專利申請情況

在追求空調(diào)舒適性方面，我國較日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區(qū)發(fā)展較遲，室內(nèi)機降噪技術(shù)的核心技術(shù)主要掌握在日本和韓國申請中。

從圖3可以看出，日本、中國、韓國、美國是該技術(shù)領(lǐng)域的主要原創(chuàng)國，上述4個國家的申請量總和約占全球申請量的9成，其中日本占了全球?qū)＠暾埖囊话胍陨?，分析原因，日本、韓國在家用空調(diào)領(lǐng)域市場份額大，而歐洲和美國的產(chǎn)品主要針對工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域與商用領(lǐng)域，因此，歐美國家相對地在家用空調(diào)領(lǐng)域的專利申請較少。在中國家用空調(diào)市場中，日本、韓國家用空調(diào)仍然占據(jù)大部分市場份額，同時國內(nèi)空調(diào)行業(yè)領(lǐng)頭者珠海格力、廣東美的等均在家用空調(diào)市場占有較大比例，隨著對家用空調(diào)舒適性的需要增長，專利申請量也隨之增長。

2.3 重要申請人

通過對申請人的國籍，在國內(nèi)專利申請量以及全球?qū)＠暾埩窟M(jìn)行統(tǒng)計分析得知，申請量排名前5位的申請人分別是大金工業(yè)株式會社（Daikin Industrial Ltd）、三菱電機株式會社（Matsushita Electric Industrial Co. Ltd）、LG電子株式會社（LG Electric Ltd）、三星電子株式會社（Samsung Electronics Co. Ltd）以及日立家用空調(diào)（Hitachi Ltd），這5位申請人在中國地區(qū)的申請量排名則是LG電子、三菱電機、大金工業(yè)、三星電子以及日立家用空調(diào)；而中國申請人珠海格力電器股份有限公司、廣東美的電器股份有限公司以及海爾集團(tuán)公司在中國的申請量，尤其是珠海格力與廣東美的公司的申請量，排名前5位，僅次于LG電子、三菱電機與大金工業(yè)。

從圖4還可以看出，中國的申請人在空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機降噪領(lǐng)域的專利申請幾乎都在國內(nèi)進(jìn)行申請，外籍申請人在中國專利申請量方面，韓國申請人LG電子和三星電子與日本申請人三菱電機和大金工業(yè)是相當(dāng)?shù)?，日本申請人三菱重工、日立家用空調(diào)、東芝開利、富士通將軍等，在中國的專利申請的數(shù)量很少。從國內(nèi)家用空調(diào)的市場來看，日本申請人大金工業(yè)和國內(nèi)申請人珠海格力以及廣東美的占據(jù)中國家用空調(diào)領(lǐng)域的大部分市場份額，但從核心專利來看，家用空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機的降噪技術(shù)幾乎都掌握在日本大金工業(yè)、三菱電機，韓國LG電子和三星電子的手中，國內(nèi)珠海格力以及廣東美的、海爾集團(tuán)的降噪技術(shù)僅是在于專利的申請數(shù)量，在專利技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價值方面還需要投入大量的研發(fā)。

3 結(jié)語

通過對室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)降噪技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)梳理，分析該技術(shù)的專利技術(shù)文獻(xiàn)，可以看出，國內(nèi)對于室內(nèi)機低噪舒適度運行的研究發(fā)展相對于日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區(qū)比較遲，目前國內(nèi)對于室內(nèi)機低噪運行舒適性的研究有待進(jìn)一步加強。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐勇.影響分體掛壁空調(diào)貫流風(fēng)機旋轉(zhuǎn)噪音的因素[J].硅谷，2014（2）：61-63.

[2] 邵雙全，盧大為，等.空調(diào)室內(nèi)機貫流風(fēng)扇流動噪音的仿真研究[J].制冷學(xué)報，2012（3）：9-13.