[發明專利]管道系統的聲學超材料噪聲控制方法和設備

在審

• 申請號: 201680084725.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN109073270A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: G·馬瑟
• 申請（專利權）人: 聲學超材料有限公司
• 主分類號: F24F13/24
• 分類號: F24F13/24;G10K11/168;G10K11/172
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

所公開技術的實施例的聲學超材料噪聲控制系統將吸收性材料與聲學超材料原理相結合，從而顯著減少HVAC管道內或從HVAC管道發出的聲輻射。擊中位于末端(空氣管道到房間/建筑物內的環境空間的終端開口)或在管道上的預定位置的噪聲控制系統的聲波使聲波反射回噪聲控制系統的開始并且還被吸收芯內的聲波吸收。這是通過使用與吸收層和氣隙以周期性方式放置的微穿孔板(MPP)來實現的，以實現各向異性條件來反射并吸收聲波從而實現最佳聲音降低。

技術領域

本公開總體涉及來自管道的降噪，并且更具體地涉及與這種降噪相關的聲學超材料使用。

背景技術

HVAC(heat,ventilating,and air conditioning，暖通空調)系統通常使用一系列管道，熱空氣或冷空氣通過該管道以加熱或冷卻建筑物。傳統上，HVAC管道系統由金屬板制成，首先安裝金屬板，然后用絕熱材料包裹金屬板作為二次操作。鍍鋅低碳鋼是制造管道系統的標準和最常用的材料。鋼板通常以連續金屬板卷提供，標準寬度為1.20至1.50米。板卷被手動展開并切割成所需長度。然后將長度一起彎曲成矩形形狀并鎖定在一起。目前可用的柔性管道(稱為彎管，flex)具有多種配置，但是對于HVAC應用，它們通常是金屬線圈上的柔性塑料，以制造圓形、柔性管道。然而，這種柔性管道具有差的噪音和隔熱特性。重量輕、出色的噪音衰減和安裝速度快是HVAC管道的主要特征。

在輕質復合材料HVAC管道中，保持輕質和柔韌性(同時增加聲阻)是一項艱巨的任務。聲音很容易通過薄的復合管壁傳播。因此，這種系統往往會產生噪音并破壞建筑物的生活質量，同時分散居住者的注意力。HVAC系統可以使用泵、壓縮機、冷卻器、空氣處理器和發電機中的任何一個或多個，它們具有移動部件或其他機械部件，從而導致噪聲從機械系統本身以及通過管道發出。由于氣流湍流，管道本身會產生額外的噪音。

用于HVAC管道系統的最常見的聲學衰減方法是消音器/消聲器。當通過使用放置在消音器單壁或雙壁外殼中的一系列穿孔的金屬板擋板(矩形消音器)或子彈(圓形消音器)將消音器直接插入導管路徑中時，消音器使聲音衰減。吸收式消音器是最常見的消音器類型。它使用隔音板內的吸收性纖維材料或帶有穿孔金屬板飾面的聲彈腔體，其使聲音能量通過并被纖維填充物吸收。相反，反應消聲器使用相消干涉和/或反射現象來降低噪聲。反應消聲器通常由一系列擴展和共振腔組成，這些腔被設計成在某些頻率下降低聲音。

在上述任何類型的消聲器中，使用穿孔管，并且當在消聲器內部存在大的流速時，穿孔管非常有益。當排氣流從消聲器內的管中排出時，通常形成流動射流。為了減輕這種影響，使用穿孔管來穩定流動并迫使流動擴展到整個腔室中。穿孔管也可以被認為是耗散元件。

穿孔板還用于衰減各種噪聲控制應用中的聲音，比如管道、排氣系統和飛機發動機。這種聲學材料的一個優點是它們的頻率共振可以根據希望實現的目標進行調整。當穿孔減小到毫米或亞毫米(微穿孔)尺寸時，這些材料可以提供非常有趣的吸聲而無需任何額外的經典吸收材料。

所需要的是一種改進HVAC管道系統中使用的現有技術消聲器的方法，以便更好地實現噪聲流量減少，同時盡可能地減少對通過管道的空氣流的破壞。

發明內容

所公開的技術通過提供與HVAC系統的空氣管道對齊以減少噪聲的超材料塊來減輕上述問題。將一堆至少三個聲學硬質材料的穿孔板放置在環境介質之間，從而形成來自或前往空氣管道的各向異性空氣流并穿過至少三個穿孔板中的每一個。環境介質可以是空氣。在所公開技術的實施例中，每個穿孔板的厚度小于或等于2mm。在所公開的技術的實施例中，每個所述穿孔板的每個穿孔的直徑在0.1和0.4mm之間。在所公開的技術的實施例中，至少三個穿孔板的每個穿孔板與至少一個其他穿孔板間隔開0.5至55mm之間。至少三個穿孔板的間隔距離和每個穿孔的直徑可以基于由具體實施方式中所列出公式定義的雅可比變換來確定。