JPH07110125A

JPH07110125A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH07110125A
Application number: JP25550893A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Kondo; 正滿近藤; Yasuhiro Umekage; 康裕梅景
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼装置の燃焼音の低減を図る。【構成】燃焼室６に設けたマイクロフォン１１により
燃焼音の圧力変動を音圧として検出した信号と、燃焼時
に同定し伝搬特性を補正する固定フィルタ２５Ａを通過
した信号を基に燃焼音の逆位相信号を演算装置１２で演
算して比例弁２に入力し、比例弁２から補正された逆位
相の圧力変動が出力され、燃焼室６で発生する火炎振動
を位相干渉により相殺し、燃焼音を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス等を燃焼する燃焼
装置の燃焼騒音を、燃焼により発生した圧力変動と逆位
相の信号を計算し位相干渉により能動的に消音する機能
を備えた燃焼装置に関する。

【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号公報に示すものがある。以下その
構成について図１１を参照しながら説明する。図１１に
示すように、バーナ４１へ与える燃焼信号を燃焼操作器
４２から受けて消音する構成となっている。消音対象音
はブロワ４３およびバーナ４１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２つのマイク４４ａ、
４４ｂで検出し、２つのスピーカ４５ａ、４５ｂで能動
消音するとともに、消音制御器４６、マイク４４ａ、４
４ｂ、スピーカ４５ａ、４５ｂは給湯機の内部に組み込
まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の構
成では、発生した燃焼騒音をスピーカ４５ａ、４５ｂに
より消音するものであるため、騒音発生源の根本的な対
策と、燃焼量の変化に対応した燃焼騒音を低減すること
ができないという課題があった。

【０００４】また、給湯機から発生する騒音は、低周波
数が主帯域となる燃焼音と、中・高周波数騒音が主帯域
となる送風騒音に大別されるが、逆位相音の位相干渉に
よる能動消音のみでは、これらの騒音を同時に低減する
ことが困難であるという課題があった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、燃焼
音を低減することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１の課題解決の手段として、送風装置と、
燃料制御装置と、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、燃焼室の圧力変
動を検出する圧力検出器と、燃焼時の燃料制御装置から
圧力検出器までの圧力伝搬特性を補正する伝搬特性補正
手段と、逆位相の信号を演算する手段が適応制御則に基
づき、圧力検出器の信号と伝搬特性補正手段を通過した
圧力検出器の信号とにより、圧力検出器で実質的に逆位
相の圧力変動となる信号を演算する演算装置を備えたも
のである。

【０００７】また、本発明の第２の課題解決の手段とし
て、送風装置と、燃料制御装置と、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、排気口以外から放射する騒音を遮音する遮音手段
と、燃焼により発生する圧力変動を燃焼室で検出する第
１の圧力検出器と、排気口上部に設けた逆位相音を発生
する音波発生手段と、排気口と音波発生手段の間に近接
して設けた第２の圧力検出器と、音波発生手段から第２
の圧力検出器までの音響伝達特性を補正する伝搬特性補
正手段と、適応制御則に基づき、伝搬特性補正手段を通
過した第１の圧力検出器の信号と第２の圧力検出器の信
号とにより、燃焼音を位相干渉により相殺し、第２の圧
力検出器で検出される信号を最小にする逆位相の信号を
計算する演算装置を備えたものである。

【０００８】

【作用】本発明は第１の課題解決の手段において、まず
燃焼によって発生した燃焼室の圧力変動を圧力検出器で
検出する。検出された信号は、伝搬特性補正手段を介し
て演算装置に取り込まれ、圧力検出器で検出される信号
が最小となるように補正された逆位相の信号を演算し、
燃料制御手段に入力する。ここで伝搬特性補正手段は、
燃焼時の燃料制御装置から圧力検出器までの伝搬特性を
実現しているため、燃料制御手段から圧力検出器までの
圧力が火炎を通過するときの伝搬特性と電気−音響変換
特性を補正することができる。したがって、燃料制御手
段から燃料に加えられた逆位相の圧力変動が燃焼室へ伝
搬したときに実質的に逆位相となり、火炎振動を精度よ
く抑制し、燃焼音を大きく低減できる。また、燃焼量ご
とに伝搬特性を細かく補正することで、燃焼量に対応し
た燃焼音を低減できる。

【０００９】また、第２の課題解決の手段において、ま
ず燃焼室の圧力変動を第１の圧力検出器で検出し、排気
口から放射される燃焼音を第２の圧力検出器で検出す
る。第２の圧力検出器で検出された信号と、第１の圧力
検出器で検出され伝搬特性補正手段を通過した信号が、
演算装置に取り込まれる。演算装置では、第２の圧力検
出器で検出される信号が最小となるように補正された逆
位相の信号を演算し、音波発生手段に入力する。ここで
伝搬特性補正手段は、音波発生手段から第２の圧力検出
器までの伝搬特性を実現しているため、音波発生手段か
ら第２の圧力検出器までの音響伝達特性と電気−音響変
換特性を補正することができる。音波発生手段（負音
源）を排気口（正音源）と近接して設けているため、正
負二重音源構成となり排気口から放射する低周波数の燃
焼音と逆位相の音波により位相干渉をおこし、燃焼音を
低減する。次に、送風装置から発生する高周波数の騒音
は、主に送風装置近傍から放射される。遮音手段は、送
風騒音を燃焼装置内部に閉じこめ外部への漏出を防いで
いる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例を図１および
図２に示すガス給湯機を用いて説明する。

【００１１】図１および図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１と、燃料で
あるガス流量を制御する比例弁２と、給湯機の出湯温度
を制御するために比例弁２とシロッコファン１に燃焼量
を制御する信号を加える本体制御装置３を備えている。
比例弁２を制御する弁制御器４と、ガスと空気を混合す
るバーナ部５と、前記した混合気を燃焼する燃焼室６
と、排気ガスを給湯機の本体７外部に排出する排気通路
８と排気口９と、燃焼による熱を水に伝える熱交換器１
０からなる。そして、燃焼により発生する圧力変動を取
り出すために燃焼室６に設けた圧力検出器であるマイク
ロフォン１１と、マイクロフォン１１で検出された信号
から逆位相の信号を演算する演算装置１２と、比例弁２
を制御する弁制御器４には、直流電圧を入力するＤＣ制
御器１３と、この直流電圧と演算装置１２の信号を混合
するＤＣ／ＡＣ混合器１４を備えて構成される。

【００１２】ここで比例弁２は、駆動部が軽量であり応
答特性に優れたムービングコイル式であり、図２に示す
ように、ガス流入口１５と、流出口１６と、弁座１７
と、弁体１８と、弁体１８を押し上げるスプリング１９
と、弁体１８を押し下げるための磁石２０とコイル２１
と、コイル２１と弁体１８を連結する軸体２２とからな
る。

【００１３】さらに上記演算装置１２は、図１（ｂ）に
示すように、マイクロフォン１１の信号を増幅する第１
の増幅器２３と、アナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器２４と、Ｆｉｎｉｔｅｉｍｐｕｌｓｅ
ｒｅｓｐｏｎｓｅｆｉｌｔｅｒ（以下ＦＩＲフィル
タと記す）で構成される伝搬特性補正手段である固定フ
ィルタ２５Ａと、適応処理手段２６と、デジタル信号を
アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２７と、Ｄ／Ａ変
換器２７からの信号を増幅する第２の増幅器２８で構成
される。適応処理手段２６は、係数を変更可能なＦＩＲ
フィルタで実現される適応フィルタ装置２９と、この適
応フィルタ装置２９の係数を更新する係数更新器３０で
構成される。

【００１４】上記構成によれば、固定フィルタ２５Ａ
は、予めガス給湯機を運転し燃焼させた状態で比例弁２
からマイクロフォン１１に至るまでの伝搬特性Ｃを同定
し、実現したものである。したがって、この伝搬特性Ｃ
は、比例弁２の電気信号−圧力変動の変換特性、マイク
ロフォン１１の音圧変動−電気信号の変換特性や、比例
弁２からマイクロフォン１１へ圧力が伝搬する間に生じ
る共鳴特性や、圧力変動が火炎を通過する際に発生する
位相と振幅特性の変化等を含むものである。したがっ
て、マイクロフォン１１で検出した燃焼室６の圧力変動
信号は、固定フィルタ２５Ａにより燃焼時の伝搬特性Ｃ
が補正され、この信号をもとに適応処理手段２６により
補正された逆位相の信号を演算し、比例弁２からガスに
出力することで、燃焼室６で発生する圧力変動の逆位相
の圧力変動を精度良く実現でき、位相干渉により圧力変
動を抑制し、燃焼音を根本的に低減することができる。

【００１５】さらに、比例弁２は本体制御装置３の指令
により、ＤＣ制御器１３による直流電圧で磁石２０とコ
イル２１の電磁力の作用により軸体２２を介しスプリン
グ１９に抗して弁体１８を下方に押し下げ、弁座１７と
弁体１８の間隙を一定開度に保ち、ガスの流量を一定と
し燃焼量を制御する。この一定弁開度の状態で、ＤＣ／
ＡＣ混合器１４で混合された遅延信号がコイル２１に入
力されることで、電磁力の作用により弁体１８が振動
し、弁座１７と弁体１８の間隙が変動しガスに圧力変動
を重畳できる。すなわち、制御アクチュエータとして比
例弁２を使用しているため、燃焼量の制御と燃焼音の抑
制を兼用することが可能である。つまり、ＮＯｘやＣＯ
を排気ガス中に多量に発生する異常燃焼においては、燃
焼音が大きく発生するため、マイクロフォン１１で検出
した音圧を異常燃焼として判定した場合、ガス流量を制
御してＮＯｘやＣＯの発生を抑制することができる。つ
まり、本体制御器３の指令により、弁制御器４のＤ／Ｃ
制御器１３に加える電圧を変えガス流量を制御し、シロ
ッコファン１の回転数を制御し空気供給量を制御するこ
とで、異常燃焼の発生を防止し、ＮＯｘやＣＯの発生量
を抑制する効果を発揮することもできるものである。

【００１６】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について図３を用いて説明する。上記第１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。

【００１７】図３は第２の実施例の固定フィルタのブロ
ック図で、比例弁２からマイクロフォン１１までの伝搬
特性を補正する手段を図３に示すように、最大、中、最
小各々の燃焼時の伝搬特性を予め同定し固定フィルタ２
５Ｂ内の３つに実現したものと、本体制御装置３の指令
をもとにこれらの固定フィルタ２５Ｂを切り換える切換
手段３１として構成している。

【００１８】上記構成により、本体制御装置３の燃焼状
態に応じた信号により、切換手段３１が最大燃焼、中燃
焼、最小燃焼の伝搬特性をもった固定フィルタ２５Ｂを
切り換える。したがって、マイクロフォン１１で検出さ
れた信号が、各々の燃焼量に応じた伝搬特性を正確に補
正することができ、燃焼量が変化したときにも、精度よ
く燃焼室６の圧力変動を抑制し燃焼音を低減できる。こ
こで、３つの燃焼時の伝搬特性を補正する場合を示した
が、さらに多くの燃焼状態を補正する固定フィルタを設
けることで、全ての燃焼量に応じた最適な消音効果が得
られるものである。

【００１９】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
について図４および図５を用いて説明する。上記第１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。

【００２０】図４および図５に示すように、燃焼室６に
設けた第１のマイクロフォン１１ａと、排気口９上部に
設けた第２のマイクロフォン１１ｂと、第１のマイクロ
フォン１１ａで検出された信号を増幅する第１の増幅器
２３ａと、この信号をディジタル信号に変換する第１の
Ａ／Ｄ変換器２４ａと、第２のマイクロフォン１１ｂで
検出された信号を増幅する第３の増幅器２３ｂと、この
信号をディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器２
４ｂと、逆位相信号を出力する適応処理手段２６と、固
定フィルタ２５Ｃと、適応処理手段２６にある適応フィ
ルタ装置２９と係数更新器３０から構成される。固定フ
ィルタ２５Ｃは、燃焼時の比例弁２の電気信号−圧力変
動の変換特性、マイクロフォン１１ｂの音圧変動−電気
信号の変換特性や、比例弁２からマイクロフォン１１ｂ
へ圧力が伝搬する間に生じる共鳴特性や、圧力変動が火
炎を通過する際に発生する圧力変動特性の変化等の圧力
伝搬特性Ｄを同定し、実現している。

【００２１】上記構成により、燃焼室６で発生した圧力
変動が第１のマイクロフォン１１ａで検出され、排気口
９から放射される燃焼音が排気口９上部に設けた第２の
マイクロフォン１１ｂにより検出される。第１のマイク
ロフォン１１ａで検出された信号は固定フィルタ２５Ｃ
に取り込まれる。係数更新器３０では固定フィルタ２５
Ｃを通過した信号と第２のマイクロフォン１１ｂで検出
した信号が取り込まれ、第２のマイクロフォン１１ｂで
検出された信号が最も小さくなるように適応フィルタ２
９の係数を更新している。すなわち、燃焼音の大半が排
気口９から放射されているため、排気口９で検出される
第２のマイクロフォン１１ｂの音圧を最小となるような
制御を実行することで、排気口９からでる燃焼音を確実
に抑制することができる。

【００２２】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
について図６から図１０を用いて説明する。上記第１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
符号を付す。

【００２３】図６から図９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１と、燃料であ
るガス流量を制御する比例弁２と、給湯機の出湯温度を
制御するために比例弁２とシロッコファン１に燃焼量を
制御する信号を加える本体制御装置３を備えている。比
例弁２を制御する弁制御器４と、ガスと空気を混合する
バーナ部５と、前記した混合気を燃焼する燃焼室６と、
排気ガスを給湯機の本体７外部に排出する排気通路８と
排気口９と、燃焼による熱を水に伝える熱交換器１０
と、これらを納める本体ケース３２と、本体ケース３２
を前面から塞ぎ内面側に遮音手段である遮音材３３を添
付したフロントパネル３４からなる。

【００２４】そして、燃焼により発生する圧力変動を取
り出すために燃焼室６に設けた第１の圧力検出器である
第１のマイクロフォン１１ａと、排気口９上部に近接し
て設けた逆位相音を発生する音波発生手段であるスピー
カ３５と、スピーカ３５の中心と排気口９の中心を結ぶ
直線の中心に設けた第２の圧力検出器である第２のマイ
クロフォン１１ｂと、第１のマイクロフォン１１ａで検
出された信号を増幅する第１の増幅器２３ａと、この信
号をディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器２４
ａと、第２のマイクロフォン１１ｂで検出された信号を
増幅する第３の増幅器２３ｂと、この信号をディジタル
信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器２４ｂと、逆位相信
号を出力する適応処理手段２６と、固定フィルタ２５Ｄ
と、適応処理手段２６に内蔵された適応フィルタ装置２
９と係数更新器３０とから構成される。固定フィルタ２
５Ｄは、スピーカ３５から第２のマイクロフォン１１ｂ
までの音響伝達特性Ｇを同定し、実現している。

【００２５】給湯機から発生する騒音は、低周波数が主
帯域となる燃焼音と、中・高周波数騒音が主帯域となる
送風騒音に大別されるが、上記構成により、送風騒音
は、フロントパネル３４の内面側に添付した遮音材３３
により本体ケース３２内部に閉じこめられる。従って、
低周波数を主帯域とする燃焼音が排気口９から空間に放
出される。この燃焼音は以下に記述する作用で低減でき
る。まず、燃焼室６で発生した圧力変動が第１のマイク
ロフォン１１ａで検出され、排気口９上部に設けた第２
のマイクロフォン１１ｂにより排気口９から放射される
燃焼音が検出される。

【００２６】固定フィルタ２５Ｄは、スピーカ３５から
第２のマイクロフォン１１ｂまでの音響伝達特性Ｇを実
現するＦＩＲフィルタで構成されている。固定フィルタ
２５Ｄを通過した信号と第２のマイクロフォン１１ｂで
検出した信号が取り込まれ、適応制御則である第２のマ
イクロフォン１１ｂで検出した信号の誤差の自乗値が最
も小さくなるように、第１のマイクロフォン１１ａで検
出された信号の位相特性を反転するように適応フィルタ
２９の係数を更新している。補正逆特性が実現された適
応フィルタ２９に第１のマイクロフォン１１ａで検出さ
れた信号が入力され、補正された逆特性のデジタル逆位
相信号がスピーカ３５から音波として出力される。ここ
で、燃焼音は波長の長い低周波数騒音であり、排気口９
を正音源とし、この波長と比較して十分短い距離に負音
源のスピーカ３５を近接して設け、これらの中心線上に
第２のマイクロフォン１１ｂを設けているため、正負二
重音源構成を実現でき、正面方向及び、上下、左右方向
など全ての方向に対して燃焼音を低減できる効果があ
る。

【００２７】したがって、図１０に示すように、低周波
数の燃焼音を適応能動制御（アクティブ消音効果）によ
り低減し、中高周波数の送風音を遮音効果により低減す
ることで、ガス給湯機を運転する際に発生する全ての騒
音を効率よく低減できる。

【００２８】ここで、遮音手段をフロントパネル３４の
内面に添付した遮音材３３としたが、本体ケース３２と
フロントパネル３４の材質そのものを遮音や制振効果の
ある材質にするとともに、通常、フロントパネル３４の
前面もしくは側面に設けている燃焼用の吸気手段である
空気取入れ口３６を、本体ケース３２の後面に設ける構
成とすることで、送風騒音を本体ケース３２内に閉じ込
め、特に前方外部に送風音が漏れることを防ぐ効果が増
し、遮音効果を向上できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置
は、伝搬特性補正手段が燃焼時の燃料制御手段から圧力
検出器までの伝搬特性を補正するため、燃焼室で実質的
に逆位相の圧力変動となり火炎の振動を精度よく抑制す
ることができ、燃焼装置の燃焼音を根本的に低減するこ
とができる。また、燃焼量に対応した燃焼騒音を補正
し、きめ細かな消音効果が得られる。

【００３０】次に、燃焼装置から発生する低周波数の燃
焼音は、排気口上部に設けた音波発生手段により全方向
で大きく低減できる。さらに、高周波数の送風騒音は、
遮音装置により燃焼装置の内部に閉じこめることで外部
への放射を抑制し、全ての周波数領域で燃焼装置から発
生する騒音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例のガス給湯機の
斜視図（ｂ）は同、演算装置内部のブロック図

【図２】同、比例弁の拡大断面図

【図３】本発明の第２の実施例の固定フィルタのブロッ
ク図

【図４】本発明の第３の実施例のガス給湯機の斜視図

【図５】同、演算装置内部のブロック図

【図６】本発明の第４の実施例のガス給湯機の斜視図

【図７】同、ガス給湯機の側面断面図

【図８】同、フロントパネルの側面断面図

【図９】同、演算装置内部のブロック図

【図１０】同、消音特性図

【図１１】従来の能動消音装置付ガス給湯機のブロック
図

【符号の説明】

１シロッコファン（送風装置）２比例弁（燃量制御装置）５バーナ部６燃焼室９排気口１１マイクロフォン（圧力検出器）１１ａ第１のマイクロフォン（第１の圧力検出器）１１ｂ第２のマイクロフォン（第２の圧力検出器）１２演算装置２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ固定フィルタ（伝搬
特性補正手段）３１切換手段３２本体ケース３３遮音材（遮音手段）３４フロントパネル３５スピーカ（音波発生手段）３６空気取入れ口（吸気手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気の供給量を制御する送風装置と、燃料
の供給量を制御する燃料制御装置と、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、前記燃焼室の圧力変動を検出する圧力検出
器と、燃焼時の前記燃料制御装置から前記圧力検出器ま
での圧力伝搬特性を補正する伝搬特性補正手段と、逆位
相の信号を演算する手段が適応制御則に基づき、前記圧
力検出器の信号と前記伝搬特性補正手段を通過した前記
圧力検出器の信号とにより、前記圧力検出器部分で実質
的に逆位相の圧力変動となる信号を演算する演算装置と
を備え、前記演算装置の信号を前記燃料制御手段に入力
させる燃焼装置。
【請求項２】燃焼量に応じた燃焼時の伝搬特性補正手段
を複数設け、前記複数の伝搬特性補正手段を各燃焼量ご
とに切り換える切換手段を備えた請求項１記載の燃焼装
置。
【請求項３】燃焼室の圧力変動を検出する第１の圧力検
出器と、排気口外部に設け排気口から放射される燃焼音
を検出する第２の圧力検出器と、燃焼時の燃料制御装置
から前記第２の圧力検出器までの圧力伝搬特性を補正す
る伝搬特性補正手段と、逆位相の信号を演算する手段が
適応制御則に基づき、前記第２の圧力検出器の信号と前
記伝搬特性補正手段を通過した前記第２の圧力検出器の
信号とにより、前記圧力検出器で実質的に逆位相の圧力
変動となる信号を演算する演算装置とを備え、前記演算
装置の信号を前記燃料制御手段に入力させる請求項１記
載の燃焼装置。
【請求項４】空気の供給量を制御する送風装置と、燃料
の供給量を制御する燃料制御装置と、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、前記排気口以外から放射する騒音を遮音す
る遮音手段と、燃焼により発生する圧力変動を燃焼室で
検出する第１の圧力検出器と、排気口上部に設けた逆位
相音を発生する音波発生手段と、前記排気口と前記音波
発生手段の間に近接して設けた第２の圧力検出器と、前
記音波発生手段から前記第２の圧力検出器までの音響伝
達特性を補正する伝搬特性補正手段と、適応制御則に基
づき、前記伝搬特性補正手段を通過した前記第１の圧力
検出器の信号と前記第２の圧力検出器の信号とにより、
燃焼音を位相干渉により相殺し、前記第２の圧力検出器
で検出される信号を最小にする逆位相の信号を計算する
演算装置とを備え、前記演算装置の信号を前記音波発生
手段から音波として出力させる燃焼装置。
【請求項５】本体ケースを前面から覆い、遮音や制振効
果をもつフロントパネルと、前記本体ケースの裏面から
燃焼に供給する空気を吸い込む吸気手段を設けた請求項
４記載の燃焼装置。