JPH06331136A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置の燃焼音を適応能動制御により消音
するとともに、振動燃焼の発生も抑制する低騒音の燃焼
装置を実現する。 【構成】 バーナ部１２に設けた第一の圧力検出器１６
により燃焼音の圧力変動を音圧として検出し、この信号
を基に燃焼音の逆位相信号を演算装置１８で算出し、排
気口１４外部に備えた音波発生手段１９から逆位相の圧
力変動を発生させ排気口１４から出る燃焼音を位相干渉
により消音する。排気口１４外部に設けた第二の圧力検
出器１７の信号を基に消音量の評価を行なう適応制御に
より、変動する燃焼音を常に最小にする。さらに、振動
燃焼の発生も比較手段２９と記憶装置２８により比較さ
れ、本体制御装置１１の指令により燃料と空気量を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼騒音により発生し
た音圧と逆位相の信号を計算し能動的に消音するととも
に、振動燃焼が発生した時にはガス量と空気量の混合比
を制御することで振動燃焼を消滅し、常に静かな燃焼音
となる燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の消音装置付き給湯機としては、実
開平４−９５２６６号に示すものが存在する。図５に示
す様に、バーナ１へ与える燃焼信号を燃焼操作器２から
受けて能動消音を開始する構成となっている。消音対象
音はブロワ３及びバーナ１の定常燃焼時に発生する騒音
であるが、これらの騒音源を二つのマイク４、５で検出
し、二つのスピーカ６、７で消音するとともに、消音制
御器８、マイク４、５、スピーカ６、７は給湯機の内部
に組み込まれており、給湯機の内部で消音している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、消音量を評価する信号を検出するマイクが
設けられていないため、変化する燃焼音に適応した消音
は不可能である。また、給湯機のように、送風装置を用
いた高負荷燃焼状態で燃焼させるときには、排気バリエ
ーションの変更や風等が排気口に当たる際に生ずる排気
抵抗の変化により振動燃焼を発生することがある。この
振動燃焼を抑制することが出来ないという課題がある。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、燃焼
装置を運転する際に発生する燃焼音を適応制御を組み込
んだ能動消音により大幅に低減するとともに、振動燃焼
が発生したときにもこれを抑制する低騒音の燃焼装置を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明燃焼装置の技術手段は、空気を供給する送風装
置と、燃料を供給する燃料制御装置と、送風装置と燃料
制御装置を制御する本体制御装置と、空気と燃料を混合
するバーナ部と、バーナ部で混合された混合気体を燃焼
する燃焼室と、燃焼室からの排気ガスを排出する排気口
と、バーナ部の音圧を検出する第一の圧力検出器と、排
気口の外部の音圧を検出する第二の圧力検出器と、燃焼
音を記憶している記憶装置と、第二の圧力検出器で検出
される音圧と記憶装置に記憶された音圧を比較する比較
手段と、第一の圧力検出器の信号と第二の圧力検出器の
信号を基に第二の圧力検出器の近傍の圧力が音波による
逆位相干渉により抑制される信号を適応制御により計算
する演算装置と、排気口の近傍に逆位相音を発生する音
波発生手段を備えたものである。

【０００６】

【作用】本発明は上記構成によって、燃焼により燃焼室
内に生じた圧力変動はバーナ部へと伝搬し、バーナ部に
取り付けられた第一の圧力検出器で検出される。そして
この信号は演算装置に取り込まれ音波として排気口の近
傍に設けた音波発生手段から発生する。排気口から放出
される燃焼音は、音波発生手段から出る逆位相音との位
相干渉により相殺され低減する。さらに、第二の圧力検
出器により、排気口外部の燃焼音が検出され、演算装置
に取り込まれる。演算装置は燃焼音の消音効果を判断
し、消音量が少ないときは逆位相信号の位相と出力を調
整し、消音量が最大となるようにする。すなわち演算装
置における信号処理は、燃焼量の変化にともなう燃焼音
変動に対しても追従するように適応制御アルゴリズムが
組み込まれており、燃焼音の逆特性をリアルタイムに計
算するものである。

【０００７】また第一の圧力検出器の信号は常に比較手
段に取り込まれ記憶装置に記憶された定常燃焼状態の燃
焼音と比較され、振動燃焼が発生した時には、本体制御
装置により燃料制御装置と送風装置を制御することで燃
料と空気量を調整し振動燃焼を抑制するものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図３に示
すガス給湯機を用いて説明する。

【０００９】図１と図２に示すように、燃焼用空気を供
給する送風装置であるシロッコファン９と、燃料である
可燃ガス量を制御する比例弁１０と、シロッコファン９
と比例弁１０を制御し燃焼量をコントロールする本体制
御装置１１と、可燃ガスと空気を混合するバーナ部１２
と、混合気を燃焼する燃焼室１３と、燃焼ガスを機器外
部に排出する排気口１４と、燃焼による熱を水に伝える
熱交換器１５からなる。そして、燃焼により発生する圧
力変動を取り出すためにバーナ部１２の音圧を検出する
第一の圧力検出器である第一のマイクロフォン１６と、
排気口１４外部の音圧を検出する第二の圧力検出器であ
る第二のマイクロフォン１７と、第一のマイクロフォン
１６の信号と第二のマイクロフォン１７の信号を基に第
二のマイクロフォン１７の音圧が音波の位相干渉により
抑制される信号を計算する演算装置１８と、演算装置１
８の信号で逆位相の音波を発生させる音波発生手段であ
るスピーカ１９を排気口１４上部に備えて構成される。
さらに、上記演算装置１８は、図２に示す如く、第一の
マイクロフォン１６の信号を増幅する第一の増幅器２０
と、アナログ信号をデジタル信号に変換する第一のＡ／
Ｄ変換器２１と、第一のＡ／Ｄ変換器２１からの信号を
基に逆特性を算出するデジタルシグナルプロセッサ（Ｄ
ＳＰ）で構成されるデジタルフィルタ装置２２と、第二
のマイクロフォン１７の信号を増幅する第二の増幅器２
３と、第二のＡ／Ｄ変換器２４と、第二のＡ／Ｄ変換器
２４からの信号を基に燃焼音の消音量を評価するデジタ
ルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で構成される適応フィ
ルタ装置２５と、算出されたデジタル逆位相信号をアナ
ログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２６と、この信号を増
幅する第三の増幅器２７と、各燃焼量毎の定常状態の燃
焼音を記憶した記憶装置２８と、第一のＡ／Ｄ変換器２
１の信号と記憶装置２８の信号を比較する比較手段２９
で構成される。

【００１０】上記構成によれば、燃焼室１３で燃焼によ
り発生した圧力変動はバーナ部１２に伝達し、音圧とし
て第一のマイクロフォン１６で検出され、演算装置１８
に取り込まれる。演算装置１８内では、取り込まれた信
号を第一の増幅器２０で増幅し、第一のＡ／Ｄ変換器２
１でデジタル信号に変換した後、デジタルフィルタ装置
２２に取り込まれる。この信号を基に燃焼音の逆位相信
号が算出される。算出された逆位相信号は、適応フィル
タ装置２５を通り、Ｄ／Ａ変換器２６でアナログ信号に
変換され、第三の増幅器２７で増幅された後、排気口１
４上部に設けたスピーカ１９から逆位相音が出力され
る。排気口１４から出る燃焼音とこの逆位相音とが位相
干渉を起し、ガス給湯機の燃焼音を低減する。また排気
口１４外部に設けた第二のマイクロフォン１７により、
燃焼音の消音量の評価を行なっている。すなわち、第二
のマイクロフォン１７で検出された信号は、第二の増幅
器２３により増幅され、第二のＡ／Ｄ変換器２４により
デジタル信号に変換された後デジタルフィルタ装置２２
を通り適応フィルタ装置２５に取り込まれる。適応フィ
ルタ装置２５では第二のマイクロフォン１７で検出され
た燃焼音が最小になるようにフィルタ係数が変更され、
出力信号の位相とゲインを調整し、変化する燃焼音を常
に最小とする適応制御が実行される。

【００１１】さらに、第一のＡ／Ｄ変換器２１の信号は
常に比較手段２９に取り込まれており、比較手段２９で
は記憶装置２８に記憶された定常状態の燃焼音の音圧レ
ベルと第一のマイクロフォン１６の音圧レベルとが比較
され、定常燃焼音より高い音圧レベルに設定された図３
に示すようなあるしきい値よりも検出された音圧が高い
ときには、本体制御装置１１に指令を出しシロッコファ
ン９と比例弁１０を制御する。すなわち、振動燃焼等に
より燃焼室１３で発生した燃焼音がこのしきい値を越え
たときには、燃料と空気の供給量を制御し振動燃焼を抑
制する。

【００１２】従来の燃焼音の低減手法である遮音や吸音
では、燃焼音の主帯域である低周波数騒音（１００から
３００Ｈｚ）を低減するのが困難であり、排気バリエー
ション毎に振動燃焼抑制のためのバーナ設計が必要であ
った。これに対し、本発明によれば、上記作用により燃
焼音を大幅に低減できるとともに、燃焼の負荷変動や、
排気バリエーションによって発生する振動燃焼を一つの
バーナ設計で完全に抑制できる。すなわちバーナ設計に
要する時間も短縮できるものである。

【００１３】また、第一のマイクロフォン１６を燃焼室
１３や熱交換器１５に設けた構成としても、同様の効果
を発揮するものである。

【００１４】さらに、記憶装置２８並びに比較手段２９
の作用はＤＳＰで構成されるデジタルフィルタ装置２２
で実現することも可能であり、これにより能動消音構成
とは別に新たに記憶装置２８や比較手段２９を設ける必
要をなくすこともできる。

【００１５】次に本発明の他の実施例の燃焼装置の演算
装置１８について図４を基に説明する。上記第一の実施
例と同一構造で、かつ同一作用をする部分には同一符号
を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中心に説明す
る。第一のマイクロフォン１６の信号を増幅する第一の
増幅器２０と、第一のＡ／Ｄ変換器２１と、第一のＡ／
Ｄ変換器２１の信号を基に逆特性を算出するデジタルフ
ィルタ装置２２と、第二のマイクロフォン１７の信号を
増幅する第二の増幅器２３と、第二のＡ／Ｄ変換器２４
と、第二のＡ／Ｄ変換器２４からの信号を基に燃焼音の
消音量を評価する適応フィルタ装置２５と、算出された
デジタル逆位相信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
換器２６と、第三の増幅器２７と、定常状態の燃焼音を
記憶した記憶装置２８と、第二のＡ／Ｄ変換器２４の信
号と記憶装置２８の信号を比較する比較手段２９と、警
告するための信号を出力する警告音出力装置３０と、Ｄ
／Ａ変換器２６と第三の増幅器２７の間に設け比較手段
２９の信号により適応フィルタ装置２５の信号と警告音
出力装置３０の信号を切り換えるスイッチ３１で構成さ
れる。

【００１６】上記構成によれば、第二のＡ／Ｄ変換器２
４からの信号は常に比較手段２９にも取り込まれてお
り、比較手段２９では記憶装置２８に記憶された定常状
態の燃焼音の音圧レベルと第二のマイクロフォン１７の
音圧レベルとが比較される。第二のマイクロフォン１７
で検出される音圧が記憶された定常燃焼音より高いと
き、すなわち消音効果が得られていないときには、比較
手段２９の指令により適応フィルタ装置２５側に接続さ
れていたスイッチ３１を切り、適応フィルタ装置２５か
らの逆位相信号がスピーカ１９から出力されない。よっ
て能動消音を実行してもその効果が得られない時や、誤
動作が生じてスピーカ１９から異常音が発生したときに
は速やかにスピーカ１９からの出力を停止することがで
きる。また、この状態でガス給湯機の運転が停止した時
には本体制御装置１１の信号により比較手段２９からス
イッチ３１に指令が発せられスイッチ３１がある必要な
時間だけ警告音出力装置３０側に切り替わり、スピーカ
１９から警告音が出力され燃焼状態の異常や演算装置１
８の異常を使用者に告知する事も出来るものでる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置
は、燃焼により発生する音圧をバーナ部に設けた第一の
圧力検出器で検出し、この信号を基に第二の圧力検出器
の音圧が常に最小となるよう抑制される信号を適応制御
則により演算し、この信号に基づき音波発生手段から逆
位相音を出力することで位相干渉をおこし、排気口から
出る燃焼装置の燃焼音を低減するとともに、振動燃焼の
発生を第一の圧力検出器の信号に基づき記憶装置と比較
手段により検知し、本体制御装置により燃料と空気量を
制御し振動燃焼の発生も抑制することで非常に静かな燃
焼装置を提供することが可能となる。さらに、燃焼の負
荷変動や、排気バリエーションによって発生する振動燃
焼を一つのバーナ設計で完全に抑制できることから、バ
ーナ設計に要する時間を大幅に短縮できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃焼装置を採用した
ガス給湯機の斜視図

【図２】同装置の演算装置内部のブロック構成図

【図３】同装置の比較手段の動作を表わす概念図

【図４】本発明の他実施例における燃焼装置を採用した
演算装置内部のブロック構成図

【図５】従来の消音装置付き給湯機の制御方法を説明す
る図

【符号の説明】

９ 送風装置 １０ 燃料制御装置 １１ 本体制御装置 １２ バーナ部 １３ 燃焼室 １４ 排気口 １６ 第一の圧力検出器 １７ 第二の圧力検出器 １８ 演算装置 １９ 音波発生手段 ２８ 記憶装置 ２９ 比較手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気を供給する送風装置と、燃料を供給す
   る燃料制御装置と、前記送風装置と前記燃料制御装置を
   制御する本体制御装置と、空気と燃料を混合するバーナ
   部と、前記バーナ部で混合された混合気体を燃焼する燃
   焼室と、前記燃焼室からの排気ガスを排出する排気口
   と、前記バーナ部の音圧を検出する第一の圧力検出器
   と、前記排気口の外部の音圧を検出する第二の圧力検出
   器と、燃焼音を記憶している記憶装置と、前記第一の圧
   力検出器で検出される音圧と前記記憶装置に記憶された
   音圧を比較する比較手段と、前記第一の圧力検出器の信
   号と前記第二の圧力検出器の信号を基に前記第二の圧力
   検出器の近傍の圧力が音波による逆位相干渉により抑制
   される信号を適応制御により計算する演算装置と、前記
   排気口の近傍に前記逆位相音を発生する音波発生手段と
   を備えた燃焼装置。