降低空調室內機風機運轉噪聲的專利技術綜述

李佳

摘要：空調室內機在運轉時，空氣流動的噪聲是影響室內舒適性的重要因素。本文通過分析國內外有關降低空調室內機風扇運轉噪聲的專利文獻，以期為室內機的低噪舒適運轉提供專利技術支撐。

關鍵詞：室內機風機； 運轉噪聲；氣流；專利

中圖分類號：TH43 文獻標識碼：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溫調濕及除濕等效果的基礎上，還希望能夠有空調室內機運行的舒適性體驗。家用空調室內機的設計也趨于在滿足室內環境溫濕度調節的同時，結構越來越緊湊化、美觀化。室內機緊湊化的結構設計使得室內機的空氣流動空間變得狹小而不規則，空氣流動噪聲明顯增加，空氣流動噪聲已成為影響室內舒適性的重要因素之一。根據國家標準《GB 19606—2004家用和類似用途電器噪聲限值》的規定，室內空調器根據其制冷量的不同，對室內噪聲限值的要求不同，對于分體式空調器其室內噪聲限值應不超過63dB，整體式空調的室內噪聲限值不超過60dB。

1 室內風機運轉噪聲形成機理

目前空調室內機的風機類型一般是根據室內機的具體形式進行選擇的，分體壁掛機、柜機一般選用結構緊湊的貫流風機，吸頂式機組由于其四面出風的特點一般選用離心式風機。

貫流風機（也稱橫流風機）的主要部件包括葉輪、蝸殼、電機以及穩定器。貫流風機的噪聲發生機理非常復雜，具體示意可以見圖1。貫流風機在運轉時，由于貫流風葉表面的高速氣流脫離風葉表面的速度邊界層以外，氣流速度的銳減造成不穩定氣流，這些不穩定氣流與蝸舌風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，貫流風機的運轉噪聲是空調噪聲的主要來源之一[1]。

由此可見，不論是貫流風機還是離心式風機，其運轉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生旋渦并脫離對空氣流產生干擾。

2 室內機風機降噪的技術發展現狀

2.1 發展整體概況

對于專利申請的技術內容一方面是對風機結構如風機的葉輪、穩流器以及出風口結構等風機組成部件的優化，如葉輪的結構、整流部件（如貫流風機的穩定器或者離心風機的整流部件）的結構設計與布置方式，以及葉片支撐板的結構設計；另一方面是通過改進風機內的風道以及風機與室內機組其他部件之間的布置方式對空氣流流路的優化，如風機內風道氣流流路以及換熱器與風機之間氣流的流路優化等。

根據室內風機降噪領域的重要專利來梳理該領域的發展路線，得到如圖2所示的技術演進路線圖。從圖2可以看出，室內風機降噪技術在近30年得到快速發展，以時間軸為參考，可以得出該技術領域發展的大致幾個時期：1985—1990年發展的起步階段；1991—2005年蓬勃發展時期，針對各技術分支均有研究；而2005年后，發展后期，僅是針對該技術領域的某幾個技術分支在進行研究。整體來看，對于風機葉輪結構的研究一直在進行，且相對于其他技術分支研究較早。

在室內風機降噪技術的起步階段，多為針對葉輪的結構進行改進，尤其是針對葉片的結構。早期空調的研究重點在于如何提高空調機組的制熱調溫調濕。對于空調運行時室內機的噪聲值這一舒適性指標，是在滿足了空調機組調溫調濕性能后，逐漸被人們所關注，進而得到研究。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構進行改進。

在1991—2005年這蓬勃發展的15年間，空調舒適性這一指標對于空調的市場地位影響越來越大，針對室內風機運轉噪聲的研究也越來越多，包括研究早期的技術繼續改進葉輪的結構，通過增加穩壓部件、采用扭葉輪、在葉輪的內緣或外緣開設型槽等的方式，從改進葉輪上空氣流壓力分布不均到改善渦流的脫離與擾動，一直在持續研發中。分析原因，可能是因為葉片作為空調室內風機運轉時的運轉部件，其噪聲的形成很大一部分原因是由葉片的結構導致的，且針對葉片的改進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，因而企業針對這一技術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展，較為突出的則是改進穩定器，在面對風機葉輪的端面設置擾動氣流的部件，如凸肋、凹槽等，同時，改進葉輪支撐板以達到風機氣流整流的效果；以及改進換熱器與風機之間的空間以改進室內機的氣流通道，調整室內風機各個部件之間的間隙以改善風機內的氣流通道進而改善氣流的流動，產生較少的空氣流亂流以達到降低風機運轉噪聲的目的。同時，針對整流件的技術分支與風機內風道的技術分支之間存在交叉的現象，通過整體結構的合理化布置來實現氣流的整流效果，降低空氣亂流的產生。

在這一技術領域的發展后期，葉片的結構以及風機導風板和風機內風道的技術仍在發展，在原有的技術上進行了進一步改進。分析原因，可能是因為，對于空調室內機除了舒適性的要求以外，還對室內機的外觀、大小有要求，對于葉片的進一步改進，前面已經提到其利于成本的降低，而對于風機蝸殼的改進以改善風機內風道可利于改善風機的尺寸，使其在滿足送風性能、低噪運轉的同時結構更為緊湊。

2.2 專利申請情況

在追求空調舒適性方面，我國較日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區發展較遲，室內機降噪技術的核心技術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、美國是該技術領域的主要原創國，上述4個國家的申請量總和約占全球申請量的9成，其中日本占了全球專利申請的一半以上，分析原因，日本、韓國在家用空調領域市場份額大，而歐洲和美國的產品主要針對工業應用領域與商用領域，因此，歐美國家相對地在家用空調領域的專利申請較少。在中國家用空調市場中，日本、韓國家用空調仍然占據大部分市場份額，同時國內空調行業領頭者珠海格力、廣東美的等均在家用空調市場占有較大比例，隨著對家用空調舒適性的需要增長，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，在國內專利申請量以及全球專利申請量進行統計分析得知，申請量排名前5位的申請人分別是大金工業株式會社（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（Hitachi Ltd），這5位申請人在中國地區的申請量排名則是LG電子、三菱電機、大金工業、三星電子以及日立家用空調；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。

從圖4還可以看出，中國的申請人在空調室內風機降噪領域的專利申請幾乎都在國內進行申請，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是相當的，日本申請人三菱重工、日立家用空調、東芝開利、富士通將軍等，在中國的專利申請的數量很少。從國內家用空調的市場來看，日本申請人大金工業和國內申請人珠海格力以及廣東美的占據中國家用空調領域的大部分市場份額，但從核心專利來看，家用空調室內風機的降噪技術幾乎都掌握在日本大金工業、三菱電機，韓國LG電子和三星電子的手中，國內珠海格力以及廣東美的、海爾集團的降噪技術僅是在于專利的申請數量，在專利技術的經濟價值方面還需要投入大量的研發。

3 結語

通過對室內風機運轉降噪技術的發展演進梳理，分析該技術的專利技術文獻，可以看出，國內對于室內機低噪舒適度運行的研究發展相對于日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區比較遲，目前國內對于室內機低噪運行舒適性的研究有待進一步加強。

參考文獻：

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

[2] 邵雙全，盧大為，等.空調室內機貫流風扇流動噪音的仿真研究[J].制冷學報，2012（3）：9-13.