JP3016972B2 - パルス燃焼器 - Google Patents

パルス燃焼器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は脈動的な爆発燃焼を繰り
返すパルス燃焼器に関し、特に、その消音技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、脈動的な爆発燃焼を繰り返し
て継続燃焼するパルス燃焼器が知られている。こうした
パルス燃焼器では、爆発燃焼による騒音が大きいため大
がかりなマフラー等の消音設備が設けられている。ここ
で、パルス燃焼器の一例を図４に示して説明する。
【０００３】パルス燃焼器は、パルス燃焼が行われる燃
焼室１と、燃焼室１からの高温燃焼排気の排出通路とな
るテールパイプ２と、テールパイプ２の下流側に設けら
れるデカプラ３と、デカプラ３の下流側に設けられる排
気マフラー４とで燃焼排気系が構成される。また、燃焼
室１への空気供給系としては、燃焼用空気を吸い込むフ
ァン５と、燃焼室１に隣接して設けられファン５により
燃焼用空気が導入されるエアチャンバ６とからなる。一
方、燃料ガス供給系は、ガス導管７から供給される燃料
ガス流路の開閉を行う電磁弁８と、エアチャンバ内６に
設けられるガスチャンバ９とからなる。
【０００４】ガスチャンバ９に供給された燃料ガスとエ
アチャンバ６に供給された燃焼用空気は、燃焼室１の吸
引側に設けられた混合室１０に送られて混合され、混合
気となってフレームトラップ１１を通り燃焼室１に供給
される。燃焼室１では、この混合気に点火して爆発的な
燃焼が行われ、それに伴って発生する爆発直後の負圧に
より燃料ガス及び燃焼用空気が自然吸引される。こうし
て周期的な爆発燃焼が開始され、燃焼室１およびテール
パイプ２の壁面の熱を利用して加熱対象物を加熱するの
である。
【０００５】こうした脈動的な燃焼を繰り返すパルス燃
焼では、燃焼圧が高いことから燃焼騒音が大きく、また
逆流防止用のフラッパバルブ（エアフラッパバルブ１
２，ガスフラッパバルブ１３）の開閉動作による騒音も
生じるため、排気通路に排気マフラー４を設けること
で、これらの騒音が外に放出されるのを低減している。
また、図示しないが、ファン５の給気口から騒音が放出
されることを防止する給気マフラーを装着する場合もあ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、マフラーには
膨張型と共鳴型とがあり、何れも消音対象となる音の周
波数が低いほどマフラーのサイズを大きくしなければな
らないことが知られている。ところがパルス燃焼器にお
いては、パルス燃焼の周波数が低い（一般に１００ｆ
ｚ）ことから、最適なマフラーを選定すると非常に大き
なものとなってしまう。当然、省スペース化を図れば十
分な消音は期待できない。また、マフラー自体が抵抗体
となって圧力損失が大きくなるため、ファンの能力を高
くしたり燃料ガスの圧力を高くしなければならない。本
発明のパルス燃焼器は上記課題を解決し、大型化するこ
となく騒音を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１のパルス燃焼器は、燃料ガスと燃焼用空気とを
混合室に供給し、その混合気を燃焼室に送って脈動的な
爆発燃焼を繰り返すと共に、その燃焼排気をテールパイ
プを経由して排気部から排出するパルス燃焼器におい
て、上記爆発燃焼の周期に同期した同期信号を発生する
同期信号発生手段と、予め消音用音波形データを記憶し
たデータ記憶手段と、上記同期信号発生手段により発生
した同期信号に同期させて、上記データ記憶手段に記憶
された消音用音波形データにより消音波信号を出力する
消音波信号出力手段と、上記消音波信号を音に変換し、
燃焼排気の排気路あるいは／および燃焼用空気の給気路
に該音を放出する発音手段とを備えたことを要旨とす
る。
【０００８】また、本発明の第２のパルス燃焼器は、燃
料ガスと燃焼用空気とを混合室に供給し、その混合気を
燃焼室に送って脈動的な爆発燃焼を繰り返すと共に、そ
の燃焼排気をテールパイプを経由して排気部から排出す
るパルス燃焼器において、上記爆発燃焼の周期に同期し
た同期信号を発生する同期信号発生手段と、上記爆発燃
焼による騒音の特性を検出する騒音特性検出手段と、上
記騒音特性に対応する複数の消音用音波形データを予め
記憶したデータ記憶手段と、上記検出された騒音特性に
対応する消音用音波形データを選択し、上記同期信号発
生手段により発生した同期信号に同期させて、その消音
用音波形データにより消音波信号を出力する消音波信号
出力手段と、上記消音波信号を音に変換し、燃焼排気の
排気路あるいは／および燃焼用空気の給気路に該音を放
出する発音手段とを備えたことを要旨とする。
【０００９】更に、本発明の第３のパルス燃焼器は、上
記第１，第２のパルス燃焼器において、上記発音手段か
ら放出する音の音圧あるいは／および位相を調整する調
整手段と、上記放出された音と騒音との合成音の音圧を
検出する音圧検出手段と、上記検出された音圧をモニタ
し、音圧が最小になるように上記調整手段を調整するフ
ィードバック制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１０】
【作用】上記構成を有する本発明のパルス燃焼器は、燃
焼室で脈動的な爆発燃焼を繰り返し、同期信号発生手段
がこの爆発燃焼の周期に同期した同期信号を出力する。
そして、これに同期して消音波信号出力手段がデータ記
憶手段に記憶された消音用音波形データにより消音波信
号を発音手段に出力して消音用の音を燃焼排気の排気路
あるいは／および燃焼用空気の給気路に放出する。こう
して、パルス燃焼により生じる騒音に消音用の音が付加
されるわけであるが、消音用の音を騒音に対して逆位相
（πラジアンずらす）となるように設定しておくことで
両者が相殺しあって低騒音化が図られる。
【００１１】また、第２発明のパルス燃焼器では、デー
タ記憶手段に騒音特性に対応する複数の消音用音波形デ
ータを記憶しており、騒音特性検出手段により検出した
爆発燃焼による騒音の特性にあったデータを選択して消
音波信号を出力するため、実際に発生する騒音に適した
消音用の音を付加することができる。このため、一層消
音効果が高まる。尚、この騒音特性は、実際の音波形を
検出してもよいが、パルス周波数や温度等に相関関係を
有することから、これらの物理量を検出してもよい。
【００１２】更に、第３発明のパルス燃焼器では、発音
手段により放出された音と騒音との合成音の音圧を音圧
検出手段で検出し、フィードバック制御手段がこの音圧
が最小となるように発音手段から放出する音の音圧や位
相を調整手段により調整するというフィードバック制御
を行う。この結果、更に消音効果が高まる。
【００１３】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明のパルス燃焼器の好適な実
施例について説明する。図１は、第１実施例としてのパ
ルス燃焼器の概略構成を表す。尚、本実施例においては
排気側からの騒音を低減するものとして説明する。
【００１４】パルス燃焼器は、燃焼器本体２０と消音装
置３０とから構成される。燃焼器本体２０は、従来技術
で説明したパルス燃焼器の排気マフラー４を省いた構成
であり、それと同等のものについては同一の符号を付し
て説明を省略する。
【００１５】消音装置３０は、エアチャンバ６内に設け
られパルス燃焼により生じる圧力変動を検出する圧力セ
ンサ３１と、圧力センサ３１の信号を入力してパルス燃
焼周期と同期した信号を出力する同期信号発生部３２
と、パルス燃焼により生じる騒音に対して同音圧かつ逆
位相の音波形データ（消音用音波形データ）を予め記憶
したメモリ部３３と、同期信号発生部３２からの同期信
号に同期させてメモリ部３３の消音用音波形データから
消音波信号を出力する消音制御部３４と、消音制御部３
４からの消音波信号を実際の音（以下、打ち消し音と呼
ぶ）に変換するスピーカ３５と、スピーカ３５からの打
ち消し音を排気管１２に導く音波伝播管３６とからな
る。
【００１６】パルス燃焼時においては、燃焼室１内で脈
動的な爆発燃焼が繰り返され、エアチャンバ６内におい
てもそれに伴って圧力変動が生じる。従って、圧力セン
サ３１からの信号に基づいて、同期信号発生部３２では
パルス燃焼周波数に応じた同期信号を出力することがで
きる。パルス燃焼により生じる騒音（燃焼音、フラッパ
バルブ開閉振動音等）を低減するには、その騒音に対し
て同音圧で逆位相の音を付加すれば互いに打ち消すこと
ができる。そこで、実際の排気管１４の騒音の音波形を
実験により求め、この音波形を逆位相にしたデータをメ
モリ部３３に記憶させておき、消音制御部３４によりパ
ルス燃焼に同期させて消音波信号を出力し、スピーカ３
５から打ち消し音を放出するのである。こうして排気管
１４を伝播する騒音に打ち消し音が付加されて、排気口
１５から放出される騒音が低減される。尚、圧力センサ
３１により得られるタイミングと、実際の騒音が排気管
１４に届くまでのタイミングとはずれるが、予めメモリ
部３３のデータの位相調整あるいは出力タイミングをず
らすことで騒音と打ち消し音とを完全に逆位相とするこ
とができる。
【００１７】この結果、広いスペースを要したマフラー
が不要となり、パルス燃焼器をコンパクトにすることが
できる。また、マフラーを省くことで圧力損失が少なく
なり、ファン５の能力を高くしたり燃料ガスの圧力を高
くする必要もない。
【００１８】尚、本実施例および後述の実施例では、音
波伝播管３６を介して打ち消し音を放出することで熱や
水蒸気によるスピーカ３５の損傷防止を図っているが、
これらの影響が少なければ直接排気管１４にスピーカを
取り付けてもよい。また、パルス燃焼に同期した信号を
得るためにエアチャンバ６内に圧力センサ３１を設けた
が、パルス燃焼により圧力変動が生じる燃焼室１やデカ
プラ３等に設けてもよい。更に、圧力センサ３１に代え
て、パルス燃焼振動を検出する振動センサや、燃焼温度
変動を検出する温度センサ、燃焼室内の光度変動を検出
する光センサを用いてもよい。また、非燃焼時に誤って
打ち消し音が出力されないように、フレームロッド（図
示略）等の燃焼センサで燃焼を検出しているときのみ、
打ち消し音の出力を可能にするように条件設定回路を設
けてもよい。
【００１９】次に、第２実施例としてのパルス燃焼器に
ついて説明する。図２は、第２実施例としてのパルス燃
焼器の概略構成を表すもので、第１実施例と同等のもの
については同じ符号を付して説明を省略する。
【００２０】先に示した第１実施例では、パルス燃焼に
よる騒音が一定であるものとして、予め想定される騒音
に対する打ち消し音を付加して騒音低減を図ったが、こ
の第２実施例ではパルス燃焼の騒音特性が変動する場合
に対処させたものであり、以下、その消音装置４０につ
いて説明する。
【００２１】騒音特性は、パルス燃焼の周波数や温度等
に相関関係を有する。そこで、圧力センサ３１の出力か
らパルス周波数を求めるパルスカウンタ４１を設け、求
められた周波数に応じた打ち消し音を騒音に付加する。
このため、メモリ部４２には、各パルス燃焼周波数に応
じた消音用音波形データが記憶されている。つまり、実
験により、いろいろな燃焼周波数における騒音波形をそ
れぞれ求め、それらに対する消音用音波形データを選択
可能に記憶させるのである。消音制御部４３では、パル
スカウンタ４１により得られた周波数と同期信号発生部
３２からの同期信号とを受けて、周波数に応じた消音用
音波形データを抽出し、消音波信号に変換してパルス燃
焼に同期させてスピーカ３５に出力する。従って、騒音
特性に応じた打ち消し音が騒音に付加されて、排気口１
５から放出される騒音が低減される。
【００２２】この結果、騒音特性が変化した場合でも、
それに追従したかたちで打ち消し音が放出されるため、
第１実施例に比べて一層消音効果の高いものとなる。
尚、騒音特性は温度にも相関関係を有することから、例
えば、排気温度を温度センサで検出し、その温度に応じ
た打ち消し音を付加する構成であってもよい。
【００２３】次に、第３実施例としてのパルス燃焼器に
ついて説明する。図３は、第３実施例としてのパルス燃
焼器の概略構成を表すもので、先の実施例と同等のもの
については同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】このパルス燃焼器の消音装置５０には、上
述した圧力センサ３１、同期信号発生部３２、メモリ部
３３、スピーカ３５、音波伝播管３６のほかに、排気管
１４の音（騒音と打ち消し音との合成音）を検出するマ
イク５１と、マイク５１の出力信号に基づいて音圧レベ
ルを出力する音圧検出部５２と、消音波信号の音圧を調
整する音圧調整部５３および位相を調整する位相調整部
５４と、メモリ部３３の消音用音波形データより消音波
信号を出力すると共に検出された音圧に基づいて音圧調
整部５３，位相調整部５４を制御する消音制御部５５と
が設けられる。尚、図中５６はマイク５１を保護する音
波伝播管である。
【００２５】この構成においては、パルス燃焼に同期し
てメモリ部３３に記憶された消音用音波形データが読み
出されてスピーカ３５から打ち消し音が放出されるが、
単に打ち消し音を付加するのではなく、騒音との合成音
をマイク５１で拾ってその音圧が最小になるように調整
する。つまり、音圧検出部５２により得られた音圧をモ
ニタしつつ、その音圧が最小になるように打ち消し音の
音圧，位相を音圧調整部５３，位相調整部５４により調
整するというフィードバック制御を行うのである。従っ
て、最終的な合成音に基づいてその音圧が最小となるよ
うに調整されるため、先に示した実施例に比べて更に消
音効果の高いものとなる。
【００２６】尚、実施例２で示した騒音特性に応じて消
音用音波形データを選択する構成を第３実施例に付加し
てもよく、この場合には、フィードフォワード制御およ
びフィードバック制御により消音効果の極めて高いもの
となる。また、消音波信号をスピーカ３５に出力する前
に、ローパスフィルタを通す構成としてもよく、この場
合には、余分なノイズがカットされ消音対象となる周波
数成分のみを出力することができる。また、スピーカ３
５への出力電流あるいは電圧が所定レベル以上になった
場合に、消音装置に異常が発生したものとして出力回路
を遮断する異常処理部を設ければ、打ち消し異常音の放
出が防止される。
【００２７】以上説明した実施例においては、排気側か
らの騒音低減を図るものであったが、給気口からの騒音
を低減する場合には、打ち消し音を給気路に出力するよ
うに構成すればよい。例えば、給気ファン５とエアチャ
ンバ６との間の給気路に打ち消し音を放出するスピーカ
を設け、エアチャンバ６から伝播される騒音を相殺する
のである。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のパルス燃
焼器によれば、パルス燃焼に同期させて消音用の音を騒
音に付加するという構成を採用することにより、従来か
ら用いられていた大きなマフラーを装着する必要がなく
なる。この結果、コンパクト化を図ることができると共
にマフラーによる圧力損失の影響が少なくなり、燃焼用
空気，燃料ガスの供給圧を高くしなくとも良好なパルス
燃焼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例としてのパルス燃焼器の概略構成図
である。
【図２】第２実施例としてのパルス燃焼器の概略構成図
である。
【図３】第３実施例としてのパルス燃焼器の概略構成図
である。
【図４】従来からのパルス燃焼器の概略構成図である。
【符号の説明】
２０…燃焼器本体、 ３０，４０，５０…消音装置、
３１…圧力センサ、３２…同期信号発生部、 ３３，４
２…メモリ部、３４，４３，５５…消音制御部、 ３５
…スピーカ、４１…パルスカウンタ、 ５１…マイク、
５２…音圧検出部、５３…音圧調整部、 ５４…位相
調整部。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガスと燃焼用空気とを混合室に供給
    し、その混合気を燃焼室に送って脈動的な爆発燃焼を繰
    り返すと共に、その燃焼排気をテールパイプを経由して
    排気部から排出するパルス燃焼器において、 上記爆発燃焼の周期に同期した同期信号を発生する同期
    信号発生手段と、 予め消音用音波形データを記憶したデータ記憶手段と、 上記同期信号発生手段により発生した同期信号に同期さ
    せて、上記データ記憶手段に記憶された消音用音波形デ
    ータにより消音波信号を出力する消音波信号出力手段
    と、 上記消音波信号を音に変換し、燃焼排気の排気路あるい
    は／および燃焼用空気の給気路に該音を放出する発音手
    段とを備えたことを特徴とするパルス燃焼器。
  2. 【請求項２】 燃料ガスと燃焼用空気とを混合室に供給
    し、その混合気を燃焼室に送って脈動的な爆発燃焼を繰
    り返すと共に、その燃焼排気をテールパイプを経由して
    排気部から排出するパルス燃焼器において、 上記爆発燃焼の周期に同期した同期信号を発生する同期
    信号発生手段と、 上記爆発燃焼による騒音の特性を検出する騒音特性検出
    手段と、 上記騒音特性に対応する複数の消音用音波形データを予
    め記憶したデータ記憶手段と、 上記検出された騒音特性に対応する消音用音波形データ
    を選択し、上記同期信号発生手段により発生した同期信
    号に同期させて、その消音用音波形データにより消音波
    信号を出力する消音波信号出力手段と、 上記消音波信号を音に変換し、燃焼排気の排気路あるい
    は／および燃焼用空気の給気路に該音を放出する発音手
    段とを備えたことを特徴とするパルス燃焼器。
  3. 【請求項３】 上記発音手段から放出する音の音圧ある
    いは／および位相を調整する調整手段と、 上記放出された音と騒音との合成音の音圧を検出する音
    圧検出手段と、 上記検出された音圧をモニタし、音圧が最小になるよう
    に上記調整手段を調整するフィードバック制御手段とを
    備えたことを特徴とする請求項１および２記載のパルス
    燃焼器。
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