專利名稱：預測空調器的噪聲的方法以及使用其制造空調器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種預測空調器的噪聲的方法以及一種使用該方法來制造空調器的方法，更具體地講，涉及一種預測由在空調器的室內單元中的熱交換器的后部產生的氣流導致的噪聲的方法，以及一種使用該方法設計熱交換器的方法。
背景技術：
空調器是一種用于以包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等的冷卻循環(huán)來冷卻或加熱房間的設備，并且被分為在其中所有用于冷卻循環(huán)的部件被裝配在一個單元中的一體式空調器、以及在其中室內部件和室外部件分別被裝配在不同的單元中的分體式空調器。
在分體式空調器中，壁掛式空調器具有合適的小尺寸的室內單元，從而室內單元能夠被安裝在房間的墻壁上。如圖1所示，壁掛式空調器的室內單元包括機殼10，其形成有用于吸入空氣的吸入孔10a和用于排放空氣的排放孔10b；熱交換器11，其裝配在機殼10中；和橫流風扇12，其設置在熱交換器的后部以用于產生空氣的流動力。
熱交換器11具有多個互相平行放置的翅片(fin)11a和裝配在熱交換器11中的制冷劑管11b，從而制冷劑管11b穿透翅片11a。每個翅片11a形成有制冷劑管11b通過其能夠穿透翅片11a的多個孔。為了增加熱交換器的熱傳遞效率，在孔之間形成多個狹縫11c。當吸入機殼的空氣經過熱交換器11的各個翅片11a之間的空間時，空氣吸收從流入制冷劑管11b中的制冷劑傳遞的熱量或者將熱量提供給流入制冷劑管11b中的制冷劑。
已經通過熱交換器11的空氣通過橫流風扇12被再次排放到房間中。同時，由于已經通過熱交換器11的空氣繞過設置在熱交換器11上的制冷劑管11b或狹縫11c，所以其不以恒定的速度而是根據熱交換器11上的位置以不同的速度在熱交換器的縱向方向上流過熱交換器的整個長度。這樣不均勻的氣流進入橫流風扇12，導致噪聲。
為了降低噪聲，如在第(平成)2000-292086號日本專利公開中所公開的，具有鋸齒形的翅片可以被設置在氣流的下游部分上，以限制渦流的發(fā)生，或者如第06-034154號日本專利公開中所公開的，每個翅片可以在其平面部分形成有突起，以產生從熱交換器排放的空氣的均勻速度。
然而，盡管上述傳統(tǒng)技術提供了用于改變熱交換器的后部的空氣的速度的分布的方法，但是它們沒有實際上處理空氣的速度分布和噪聲的發(fā)生之間的關系。其結果是，存在這樣的問題，在實驗在制造的空調器上被實際實施之前，不能預測噪聲的發(fā)生和程度。

發(fā)明內容
考慮到與現有技術相關的問題已經做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一方面在于提供一種在實際制造空調器之前預測在空調器中產生的噪聲的方法。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種使用該預測空調器的噪聲的方法來制造空調器的方法，由此降低用于制造熱交換器的成本和時間。
本發(fā)明的另外方面和/或優(yōu)點將在下面的描述中部分地闡明，并且從描述中部分是清楚的，或者通過本發(fā)明的實施可以被理解。
在一個示例性的實施例中，本發(fā)明提供了一種預測空調器的噪聲的方法，其包括建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、風扇的旋轉速度中的一個或多個的空調器的運行條件；根據建模的運行條件通過分析氣流來獲得空氣的速度的信息；和通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲。
通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲的步驟可以包括將空氣的速度的信息變換為時域中的空氣的速度的信息；和將時域中的空氣的速度的信息變換為頻域中的空氣的速度的信息。
根據建模的運行條件通過分析氣流而獲得的空氣的速度的信息可以被表現為從熱交換器上的翅片的后端隔開預定距離的各個位置上的空氣的速度的信息。
可以使用風扇葉片的速度，通過將各個位置上的空氣的速度的信息變換為在空氣與風扇葉片碰撞的各個時間的空氣的速度的信息，來將各個位置上的空氣的速度的信息變換為時域中的空氣的速度的信息。
在獲得了由具有用于空氣的速度的各個位置的軸和空氣的速度的另一軸的坐標系統(tǒng)表示的速度分布圖之后，可以通過用風扇葉片的線速度分割代表各個位置的軸的值，來獲得時域中的空氣的速度的信息。
可以通過將傅立葉變換施加到時域中的空氣的速度的信息來給出速度譜。
通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲的步驟還可以包括從該譜中的第一到第三峰的值預測噪聲級別。
在第二示例性的實施例中，本發(fā)明提供了一種制造空調器的方法，其包括建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、風扇的旋轉速度中的一個或多個的空調器的運行條件；通過分析建模的空調器中的熱交換器的后部的空氣的速度分布來預測噪聲；和確定預測的噪聲是否高于預定級別，接著當預測的噪聲高于預定級別時重新建模運行條件，否則當預測的噪聲不高于預定級別時根據建模的運行條件來制造空調器。
在第三示例性的實施例中，本發(fā)明提供了一種制造空調器的方法，其包括重復一次或多次建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、風扇的旋轉速度等中的一個或多個的空調器的運行條件的過程，接著從根據運行條件制造的熱交換器的后部的空氣的速度分布預測噪聲級別；和根據被預測為具有在通過重復建模和預測的過程而獲得的結果中的最低噪聲級別的模型來制造空調器。
從空氣的速度分布預測噪聲級別的過程包括在將空氣的速度分布變換為頻域中的空氣的速度的信息之后獲得速度譜；和從速度譜的第一到第三峰的值預測噪聲級別。


通過結合附圖，從示例性的實施例的下面描述中，本發(fā)明這些和/或其他方面及優(yōu)點將會變得清楚，并且更易于理解，其中圖1是示出傳統(tǒng)空調器的室內單元的側截面圖；圖2是與本發(fā)明第一示例性的實施例一致的預測空調器的噪聲的方法的流程圖；圖3是示出建模的熱交換器和建模的風扇的一個例子的視圖；圖4是示出在圖3中的建模的熱交換器的后部的氣流的視圖；圖5是描述從圖4中的熱交換器隔開預定距離D的各個點的速度分布的圖形表示；
圖6是描述從圖5所示的速度分布變換的對時間的速度分布的圖形表示；圖7是描述由圖6的速度分布的傅立葉變換所給出的速度譜的圖形表示；圖8是描述在根據圖3的模型制造的空調器中測量的噪聲的圖形表示；圖9是與本發(fā)明第二示例性的實施例一致的制造空調器的方法的流程圖；圖10是與本發(fā)明第三示例性的實施例一致的制造空調器的方法的流程圖；圖11A是示出傳統(tǒng)熱交換器的翅片的形狀的正視圖；圖11B是示出另一傳統(tǒng)熱交換器的翅片的形狀的俯視圖；圖12A是示出改進的熱交換器的翅片的形狀的正視圖；圖12B是示出另一改進的熱交換器的翅片的形狀的俯視圖；圖13是描述在傳統(tǒng)熱交換器和改進的熱交換器的后部的空氣的速度分布的圖形表示；圖14是描述在將圖13中的圖形表示變換為時域中的速度的信息之后通過將傅立葉變換施加到時域中的速度的信息而給出的譜的第一峰和第二峰的圖形表示；圖15是描述在根據傳統(tǒng)熱交換器的形狀制造的空調器中測量的噪聲的圖形表示；和圖16是描述在根據改進的熱交換器的形狀制造的空調器中測量的噪聲的圖形表示。
具體實施例方式
現在將詳細描述本發(fā)明的實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖來描述這些示例性的實施例以解釋本發(fā)明。
與本發(fā)明第一示例性的實施例一致的預測空調器的噪聲的方法基于在熱交換器的后部的氣流的速度分布來預測噪聲，并且如圖2所示包括以下步驟建模運行條件，如熱交換器的形狀、風扇的形狀、風扇的旋轉速度等(步驟S01)；根據在步驟S01中建模的運行條件通過分析氣流來獲得空氣的速度的信息(步驟S02)；和通過分析速度的信息來預測噪聲(步驟S03、步驟S04和步驟S05)。
在步驟S01中，如圖3所示，建模運行條件，如構成熱交換器的翅片110的形狀、風扇120的形狀、熱交換器和風扇120之間的距離D、設置在穿過翅片110的制冷劑管111的兩個相鄰的截面之間的狹縫112的形狀等。如下所述，在運行條件中，狹縫112的形狀對于控制噪聲是特別重要的因素。
此后，在獲得速度的信息的步驟中(步驟S02)，根據在建模運行條件的步驟中確定的運行條件的氣流被分析。即，隨著空調器開始運行，以預定速度旋轉風扇120，熱交換器和風扇120周圍的氣流達到穩(wěn)定狀態(tài)，并且穩(wěn)定狀態(tài)的速度分布被計算。對穩(wěn)定狀態(tài)的速度分布的計算通過使用計算流體動力學(CDF)的程序的數值分析方法來被執(zhí)行。通過這種計算獲得氣流的一個例子在圖4中被示出，并且通過被建模為具有具有86mm的直徑和1247rpm的旋轉速度并與熱交換器隔開15.5mm的距離的風扇120的運行條件被給出。從圖4所示的對速度分布的計算明顯的是，能夠得知氣流在熱交換器的后部的每個位置以不同的速度流動，顯示了由于與制冷劑管111或狹縫112的摩擦和干擾導致的不同的速度分布。
當這樣的具有不均勻的速度分布的氣流進入風扇120時，風扇葉片120a和根據風扇葉片120a的位置(或根據時間)以不同的速度流動的空氣碰撞，并且預測出空氣與風扇葉片120a的這種碰撞導致空調器中的噪聲。因此，在氣流與風扇葉片120a碰撞的各個點的空氣的速度分布是主要的利害關系。
圖5是圖4的氣流中的根據隔開從翅片110的后端到熱交換器的預定距離D的位置的速度分布的圖形表示，描述了在以從翅片110的下端隔開預定距離D的點為中心的X軸上的各個點在Y軸方向上的速度分布。由于氣流不僅在Y軸方向上具有速度分布，而且在X軸方向上以及未示出的與圖4中的X軸和Y軸垂直的Z軸方向上具有速度分布，所以在X軸方向上和在Z軸方向上的速度分布也可以是分析的對象。但是，由于在本實施例中，在Y軸方向上的氣流是氣流的主要方向，所以可以假設在Y軸方向上的氣流具有對噪聲最大的影響，并且因此在本實施例中，只有在Y軸方向上的速度分布是分析的對象。
圖5所示的速度分布圖(profile)是在圖4中的X軸上的各個點的速度分布，即，這些位置的空氣的速度的信息。
接著，在預測空氣的速度的步驟中，在步驟S02中獲得的速度的信息被變換為更有用的信息，然后噪聲被預測。
如圖4所示，風扇葉片120a沿虛線所示的圓的弧線經歷圓周運動，同時順序地從氣流的下端經過到達氣流的上端。同時，假設風扇葉片120a在預定的建模的截面經歷近似的直線運動，其運動路徑平行于X軸，并且在此時，在風扇葉片120a經過的各個位置與風扇葉片120a碰撞的空氣的速度分布與圖5所示的速度分布相同。因此，可以說圖5是當風扇葉片120a旋轉時根據風扇葉片120a的位置與風扇葉片120a碰撞的空氣的速度分布。
同時，由于風扇葉片120a以預定速度旋轉，所以可以通過用風扇葉片120a的線速度分割水平軸上的各個值來獲得當空氣與風扇葉片120a碰撞時的對時間的空氣的速度的信息。即，根據時間的推移與風扇葉片120a碰撞的空氣的速度分布可以被獲得。風扇葉片120a的線速度是通過將風扇葉片120a的角速度與風扇葉片120a的半徑相乘而獲得的值，并且在以上的例子中，風扇葉片120a的線速度是11.23m/s。在圖6中顯示的圖形描述了通過用風扇葉片120a的線速度分割圖5的水平軸上的值而獲得的對時間的推移的速度分布。與圖5所示的速度分布相比，盡管入6中的速度分布圖具有于圖5所示的速度分布圖相同的形狀，但是這些位置的空氣的速度的信息被變換為對時間的推移的空氣的速度的信息。即，圖6描述了時域中的空氣的速度分布。
為了觀察頻域中的圖6的速度分布，通過將傅立葉變換施加到圖6的速度分布圖來給出圖7中顯示的譜。
在此公開的本發(fā)明的申請人預測該譜的值，特別是與譜中的第一到第三峰相應的值是與噪聲相關的因素，并且通過實驗驗證申請人的預測的圖形顯示在圖8中。即，圖8顯示了對在在建模運行條件的步驟中提出的運行條件下實際上制造的空調器測量的各個頻率的噪聲級別。與圖7所示的譜相比，能夠看出在第一峰的頻率(即731Hz)和在第二峰的頻率(即1642Hz)的噪聲級別實際上增加。具體地講，噪聲級別在該譜的第二峰的頻率非常高。同時，由于在第一峰的頻率的噪聲被空調器的室內單元中的其它噪聲淹沒，所以在第一峰的頻率的噪聲通常不是嚴重的問題。根據實驗的結果，可以看出該譜的第一到第三峰的值與真實的噪聲級別成比例。
如上所述，可以使用作為頻域中的空氣的速度的信息的對于速度的譜中的第一到第三峰的值來預測噪聲級別，該值以這樣的方式來被獲得，在提供了速度的信息并變換對于由風扇葉片120a消耗的時間的推移的空氣的速度的信息之后，通過將傅立葉變換施加到對時間的推移的空氣的速度的信息來給出頻域中的空氣的速度的信息。
與本發(fā)明第二示例性的實施例一致的制造空調器的方法將被描述如下。
與本發(fā)明第二示例性的實施例一致的制造空調器的方法涉及一種使用上述預測空調器的噪聲的方法來制造最小化噪聲的空調器的方法。如圖9所示，根據本發(fā)明這個實施例的制造空調器的方法包括以下步驟建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、風扇的旋轉速度等的運行條件；使用上述預測空調器的噪聲的方法來預測建模的空調器的噪聲；確定預測的噪聲是否低于預定級別；和當預測的噪聲高于預定級別時，重新建模運行條件，或者當預測的噪聲低于預定級別時，根據建模的運行條件來制造空調器。
如果用于預測的噪聲級別的標準沒有被確定，如圖10所示，那么建模和預測過程被重復一次或更多次，并且根據被預測為具有在通過重復建模和預測過程而獲得的結果中的最低噪聲級別的模型來制造空調器。
將參照空調器的實際設計來描述制造空調器的方法。
圖11A和圖11B是示出傳統(tǒng)熱交換器的翅片200的形狀的正視圖，圖12A和圖12B是示出改進的熱交換器的翅片300的形狀的正視圖?？照{器被建模為具有這樣的運行條件，其中，風扇具有86mm的直徑和1247 rpm的旋轉速度，并且風扇從熱交換器隔開15.5mm的距離。通過數值分析方法獲得的在熱交換器后部的空氣的速度分布顯示在圖13中。圖13所示的圖形描述了對在熱交換器的翅片上的制冷劑管之間的半截面上流動的空氣的速度分布分析的結果，其中，水平軸上的原點表示制冷劑管之間的中點。在圖13所示的圖形中，由實線表示的速度分布圖顯示了根據傳統(tǒng)熱交換器的形狀的速度分布，而由虛線表示的速度分布圖顯示了根據改進的熱交換器的形狀的速度分布。
在根據風扇葉片的速度將速度分布圖變換為時域中的空氣的速度的信息，并且接著通過將傅立葉變換施加到時域中的空氣的速度的信息之后，能夠獲得在第一峰和第二峰的譜的值。圖14顯示了該譜的值，其中，在傳統(tǒng)翅片200的情況下，在第一峰(731Hz)的譜的值為0.093，并且在第二峰(1462Hz)的譜的值為0.024，而在改進的翅片300的情況下，在第一峰(731Hz)的譜的值為0.031，并且在第二峰(1462Hz)的譜的值為0.003。因此，可以看出在改進的翅片300的情況下在第一峰的譜的值下降為在傳統(tǒng)翅片200的情況下在第一峰的譜的值的1/3，并且在改進的翅片300的情況下在第二峰的譜的值下降為在傳統(tǒng)翅片200的情況下在第二峰的譜的值的1/8。因此，預測出根據改進的翅片300的形狀制造的空調器比根據傳統(tǒng)翅片200的形狀制造的空調器產生較小的噪聲。
圖15和圖16顯示了在根據傳統(tǒng)熱交換器的建模的形狀實際制造的空調器中測量的噪聲級別。圖15是描述在根據傳統(tǒng)翅片200的形狀制造的空調器中測量的噪聲級別的圖形表示，并且圖16是描述在根據改進的翅片300的形狀制造的空調器中測量的噪聲級別的圖形表示。如圖15和圖16所示，可以看出，在具有改進的翅片300的空調器中，在第二峰的噪聲級別被顯著降低。同時，在第一峰的噪聲級別的降低是顯著的，并且如上所述，這歸因于在第一峰的噪聲被其它噪聲淹沒的事實，因此沒有表現出來。
如上所述，通過連續(xù)地改變熱交換器上的翅片的形狀，具體地講，改變狹縫的形狀，從而在譜的第一和第二峰或第三峰的值被降低，可以最小化空調器中的噪聲的發(fā)生。
從以上描述中明顯的是，根據預測空調器的噪聲的方法，存在這樣的有益效果，能夠在實際制造產品之前預測噪聲的發(fā)生，并且能夠使用對噪聲的發(fā)生的預測來制造空調器，由此降低了制造成本和時間。
雖然顯示和描述了本發(fā)明的一些實施例，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離由權利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對其實施例進行改變。
權利要求
1.一種預測空調器的噪聲的方法，包括建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、和風扇的旋轉速度中的一個或多個的空調器的運行條件；根據建模的運行條件通過分析氣流來獲得空氣的速度的信息；和通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲的步驟包括將空氣的速度的信息變換為時域中的空氣的速度的信息；和將時域中的空氣的速度的信息變換為頻域中的空氣的速度的信息。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，根據建模的運行條件通過分析氣流而獲得的空氣的速度的信息被表現為從熱交換器上的翅片的后端隔開預定距離的各個位置上的空氣的速度的信息。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，使用風扇葉片的速度，通過將各個位置上的空氣的速度的信息變換為在各個時間與風扇葉片碰撞的空氣的速度的信息，來將各個位置上的空氣的速度的信息變換為時域中的空氣的速度的信息。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括獲得由具有用于空氣的速度的各個位置的軸和空氣的速度的另一軸的坐標系統(tǒng)表示的速度分布圖；和通過用風扇葉片的線速度分割各個位置的軸的值，來獲得時域中的空氣的速度的信息。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，通過將傅立葉變換施加到時域中的空氣的速度的信息來給出速度譜。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲的步驟還包括從速度譜的第一到第三峰的值預測噪聲級別。
8.一種制造空調器的方法，包括建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、和風扇的旋轉速度中的一個或多個的空調器的運行條件；通過分析建模的空調器中的熱交換器的后部的空氣的速度分布來預測噪聲；和確定預測的噪聲是否高于預定級別，接著當預測的噪聲高于預定級別時重新建模運行條件，否則當預測的噪聲不高于預定級別時根據建模的運行條件來制造空調器。
9.一種制造空調器的方法，包括重復一次或多次建模包括熱交換器的形狀、風扇的形狀、和風扇的旋轉速度中的一個或多個的空調器的運行條件的過程，接著從根據運行條件制造的熱交換器的后部的空氣的速度分布預測噪聲；和根據被預測為具有在通過重復建模和預測的過程而獲得的結果中的最低噪聲級別的模型來制造空調器。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，從空氣的速度分布預測噪聲級別的步驟包括在將空氣的速度分布變換為頻域中的空氣的速度的信息之后獲得速度譜；和從速度譜的第一到第三峰的值預測噪聲級別。
全文摘要
一種預測空調器的噪聲的方法，包括建模運行條件，例如熱交換器或風扇的形狀、風扇的旋轉速度等；根據建模的運行條件通過分析氣流來獲得空氣的速度的信息；和通過分析空氣的速度的信息來預測噪聲。一種制造空調器的方法，包括建模運行條件，例如熱交換器或風扇的形狀、風扇的旋轉速度等；通過分析建模的空調器中的熱交換器的后部的空氣的速度分布來預測噪聲；和確定預測的噪聲是否高于預定級別，接著當預測的噪聲高于預定級別時重新建模運行條件，否則制造空調器。
文檔編號F24F13/00GK1715801SQ20051005347
公開日2006年1月4日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權日2004年7月1日
發(fā)明者崔容華, 早賴岳 申請人:三星電子株式會社