JPH0735342A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼音と逆位相の圧力変動を比例弁から出力
する能動制御により、燃焼装置内部で消音する低騒音の
燃焼装置を実現する。 【構成】 燃焼室１４に設けたマイクロフォン１９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遅延装置２０で実現し、比例弁
１０に入力して比例弁１０から逆位相の圧力変動が出力
され、これにより燃焼室１４で発生する火炎振動を位相
干渉により相殺して消音効果を発揮することができる。

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燃焼騒音を消
音する機能を備えた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号公報に示すものがある。図１０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
ら受けて消音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、発生した騒音をスピーカにより消音するも
のであるため、騒音発生源を根本的に対策することが出
来ないという課題があった。また、騒音を抑制するため
のスピーカと、騒音を検出するマイクを二つ設けている
ため、スピーカと、マイクの設置スペース及びコストが
高くなるという課題がある。さらに、マイクにより騒音
源の音を検出しこの逆位相の信号をスピーカから再生す
る構成であるため、音響フィードバックによるハウリン
グが発生しやすい課題もあった。

【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能動消音により、
発生騒音を根本的に抑制するとともに、燃焼の負荷変動
や排気バリエーションに関わらず振動燃焼の発生を完全
に防止し、従来の燃焼装置に圧力検出器と遅延装置を付
加するだけの簡単で安価な構成で消音可能な低騒音の燃
焼装置を提供することを第一の目的としている。

【０００５】本発明の第二の目的は、ハウリングの発生
を抑制し、消音効果を飛躍的に向上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
に本発明燃焼装置の第一の技術手段は、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、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、圧力検出器の信号を遅延させる遅延装置を備えたも
のである。

【０００７】また本発明の第二の技術手段は、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、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、送風装置と燃料制御装置を制御する本体制御装
置と、燃焼音を予め記憶している記憶装置と、記憶装置
から出力される信号を遅延させる遅延装置と、遅延装置
の遅延時間を圧力検出器の信号と記憶装置の信号を比較
して調整する比較手段を備えたものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記構成によって、燃焼によって燃焼
室内に発生した圧力変動を燃焼室に取り付けた圧力検出
器で検出する。この信号を遅延装置により遅延させ、燃
料制御装置に入力する。燃料制御装置に入力された信号
は、燃料に圧力変動を発生し、燃焼室へと伝搬させる。
この時燃焼室へと伝搬した圧力変動は、圧力検出器で検
出された信号の位相と逆位相となるよう遅延装置で遅延
される。燃焼室の圧力変動は、燃料に加えられた逆位相
の圧力変動により位相干渉がおこり、燃焼に伴い発生す
る火炎の振動が抑制され、燃焼音もしくは振動燃焼が抑
制される。

【０００９】また、記憶装置に予め記憶した燃焼音を遅
延装置により遅延させ、燃焼音と逆位相となるようにし
て燃料制御装置に入力させる。逆位相の圧力変動が燃料
に与えられ、火炎の振動が抑制される。圧力検出器は遅
延装置の遅延時間を調整する信号として使用されるた
め、圧力検出器から燃料制御装置へ帰還するフィードバ
ックは回避される。

【００１０】

【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。

【００１１】図１と図３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
ガス量を制御する比例弁１０と、給湯機の出湯温度を制
御するために比例弁１０とシロッコファン９に燃焼量を
制御する信号を入力させる本体制御装置１１を備えてい
る。比例弁１０を制御する弁制御器１２と、ガスと空気
を混合するバーナ部１３と、前記した混合気を燃焼する
燃焼室１４と、排気ガスを給湯機の本体１５外部に排出
する排気通路１６と排気口１７と、燃焼による熱を水に
伝える熱交換器１８とからなる。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１４に設けた圧
力検出器であるマイクロフォン１９と、このマイクロフ
ォン１９で検出された信号を遅延させる遅延装置２０
と、比例弁１０のガス量を制御する弁制御器１２には、
直流電圧を入力するＤＣ制御器２１と、この直流電圧と
遅延装置２０により遅延された信号を混合するＤＣ／Ａ
Ｃ混合器２２を備えて構成される。

【００１２】ここで比例弁１０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、ガス流入
口２３と、流出口２４と、弁座２５と、弁体２６と、弁
体２６を押し上げるスプリング２７と、弁体２６を押し
下げる為の磁石２８とコイル２９と、コイル２９と弁体
２６を連結する軸体３０とからなる。さらに上記遅延装
置２０は、図２に示す如く、マイクロフォン１９の信号
を増幅する第一の増幅器３１と、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２と、Ａ／Ｄ変換器３
２からの信号の位相を遅延させるディジタルシグナルプ
ロセッサ（以下ＤＳＰ）で構成される位相シフタ３３
と、遅延されたデジタル信号をアナログ信号に変換する
Ｄ／Ａ変換器３４と、Ｄ／Ａ変換器３４からの信号を増
幅する第二の増幅器３５で構成される。

【００１３】上記構成によれば、燃焼により燃焼室１４
内で発生する圧力変動は、音圧としてマイクロフォン１
９で検出され、遅延装置２０に取り込まれる。遅延装置
２０内では、取り込まれた信号を第一の増幅器３１で増
幅し、Ａ／Ｄ変換器３２でデジタル信号に変換される。
位相シフタ３３で遅延された信号は、Ｄ／Ａ変換器３４
でアナログ信号に変換され、第二の増幅器３５で増幅さ
れた後、弁制御器１２のＤＣ／ＡＣ混合器２２に入力さ
れ比例弁１０から燃焼音の位相の遅れた圧力変動がガス
に出力される。すなわち、比例弁１０は本体制御装置１
１の指令により、ＤＣ制御器２１による直流電圧で磁石
２８とコイル２９の電磁力の作用により軸体３０を介し
スプリング２７に抗して弁体２６を下方に押し下げ、弁
座２５と弁体２６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２２で混合された遅延信号がコイ
ル２９に入力されることで、電磁力の作用により弁体２
６が振動し、弁座２５と弁体２６の間隙が変動しガスに
圧力変動が重畳される。この圧力変動をともなうガスが
バーナ部１３で空気と混合された後、燃焼室１４まで伝
搬する。この伝搬した圧力変動は、図４に示すように燃
焼室で検出される燃焼音と逆位相となるように位相シフ
タ３３である遅延時間を持って遅延されているため、燃
焼室１４では位相干渉により火炎の振動が抑制される。
これにより、燃焼騒音を抑制することができ、排気口１
７から出るガス給湯機の燃焼音を低減できるとともに、
振動燃焼の発生も防止できる。

【００１４】ここで、通常の従来の適応型能動消音構成
では、消音量を評価する評価マイクロフォンを別途設
け、適応フィルタにより変動音の逆位相音を演算せねば
最適な消音効果を得ることが出来ない。しかし今回新た
に、ガス給湯機等の密閉空間内部で燃焼により発生する
圧力変動が、帯域の広い周期的騒音であることが判明し
たため、一つのマイクロフォン１９でフィードバック制
御により消音可能であることが確認された。また、消音
するためにスピーカと、二つのマイクロフォンを設けね
ばならなかったが、逆位相を発生する手段を燃料制御装
置である比例弁１０で実現できるために別途スピーカを
設ける必要がなく、燃焼音を検出するマイクロフォン１
９をひとつ設けることで消音できるため設置スペースが
少なくてすみ安価に能動消音が実現できる。

【００１５】図５に示すように、従来のガス給湯機の燃
焼音の低減手法では困難であった、燃焼音の主帯域であ
る低周波数騒音（１００から３００Ｈｚ）を消音する事
が出来る。また、排気バリエーション毎に燃焼の負荷が
変わるため、振動燃焼抑制のためのバーナ設計が必要で
あったのに対し、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。

【００１６】次に本発明の他の実施例について図６から
図１０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。

【００１７】図６と図７に示すように、燃焼室１４に設
けたマイクロフォン１９と、逆位相信号を出力する演算
装置３６と、演算装置３６にある、予め燃焼音の特性を
記憶している記憶装置３７と、比例弁１０からマイクロ
フォン１９までの音響伝達特性（Ｇ）を持ちＤＳＰで構
成される第一のＦＩＲフィルタ３８と、マイクロフォン
１９の信号と記憶装置３７の信号を比較する比較手段３
９とから構成される。さらに、記憶装置３７は図８に示
すように、最大燃焼、中燃焼、最小燃焼時の燃焼音特性
を各々予め記憶しＤＳＰで構成される第二のＦＩＲフィ
ルタ４０、第三のＦＩＲフィルタ４１、第四のＦＩＲフ
ィルタ４２と、切り換え手段４３と、インパルス出力手
段４４とから構成されている。

【００１８】上記構成により、まず本体制御装置１１か
らガス給湯機の燃焼状態に応じた信号がシロッコファン
９と比例弁１０に出力されるが、この信号が記憶装置３
７の切り換え手段４３に入力される。切り換え手段４３
では、この燃焼量に対応してインパルス出力手段４４か
らの信号を最大燃焼、中燃焼、最小燃焼の燃焼音特性を
もった第二から第四のＦＩＲフィルタ４０、４１、４２
への出力を切り換える。ここで、インパルス出力が各々
第二から第四のＦＩＲフィルタ４０、４１、４２のいず
れかを通過することにより図９に示すような燃焼音特性
が実現できる。

【００１９】この記憶装置３７から出力される燃焼音特
性は、位相シフタ３３によりある時間だけ遅延されて比
例弁１０から圧力変動として出力される。この圧力変動
をともなうガスがバーナ部１３で空気と混合された後、
燃焼室１４まで伝搬する。この伝搬した圧力変動は、図
４に示すように燃焼音と逆位相となるように位相シフタ
３３で、ある遅延時間を持って遅延されているため、燃
焼室１４では位相干渉により火炎の振動が抑制される。

【００２０】この遅延時間は、以下の作用によって実現
される。記憶装置３７から出力された信号は比例弁１０
からマイクロフォン１９までの伝搬特性Ｇをもつ第一の
ＦＩＲフィルタ３８を通過し比較手段３９に取り込まれ
る。比較手段３９では、マイクロフォン１９で検出され
た燃焼音と上記第一のＦＩＲフィルタ３８を通過した燃
焼音との差を最小自乗則により誤差を最小とし、マイク
ロフォン１９で検出される音圧が最小となるよう位相シ
フタ３３の遅延時間を調節する適応制御が作用する。遅
延時間は燃焼室１４で発生する燃焼音と逆位相となるよ
う調整される。

【００２１】これにより、燃焼騒音を抑制することがで
き、排気口１７から出るガス給湯機の燃焼音を低減でき
るとともに、振動燃焼の発生も未然に防止できる。さら
に、逆位相音を予め記憶した燃焼音で実現できるため、
密閉空間内でおこる適応能動制御特有のハウリング現象
は全く発生しない。

【００２２】ここで、燃焼音特性を最大、中、最小の三
パターンとしたが、さらにきめ細かな燃焼音特性を多数
のＦＩＲフィルタで実現することで、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。

【００２３】

【発明の効果】以上実施例で説明したように本発明の燃
焼装置は、逆位相の圧力変動を燃料に与えることで火炎
の振動を抑制することができるため、燃焼装置の燃焼音
を低減するとができる。また、振動燃焼の発生も未然に
防止できる。さらに、騒音を抑制するためのスピーカを
新たに設ける必要がなく、逆位相を実現するために圧力
検出器と遅延装置だけでよい為、設置スペースを小さく
でき従来の燃焼装置にそのまま搭載可能であり、安価に
能動消音構成を実現できる。

【００２４】さらに、記憶装置に記憶した燃焼音に基づ
き逆位相音を実現する構成では、音響フィードバックに
より発生する適応能動制御特有のハウリング現象を完全
に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明燃焼装置の一実施例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構成図

【図３】同装置の燃料制御装置の拡大断面図

【図４】同装置の逆特性を実現するインパルス応答波形
図

【図５】同装置の消音時の周波数特性図

【図６】本発明燃焼装置の他の実施例を採用したガス給
湯機の斜視図

【図７】同装置の演算装置内部の構成図

【図８】同装置の記憶装置の構成図

【図９】同装置の燃焼音特性を表わす周波数特性図

【図１０】従来の能動消音装置付ガス給湯機の構成図

【符号の説明】

９ シロッコファン １０ 比例弁 １１ 本体制御装置 １３ バーナ部 １４ 燃焼室 １７ 排気口 １９ マイクロフォン ２０ 遅延装置 ３７ 記憶装置 ３９ 比較手段

Claims (2)

【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、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、前記圧力
   検出器の信号を遅延させる遅延装置と、前記遅延装置の
   信号を前記燃料制御装置に入力させる燃焼装置。
2. 【請求項２】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、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、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、燃
   焼音を予め記憶している記憶装置と、前記記憶装置から
   出力される信号を遅延させる遅延装置と、前記遅延装置
   の遅延時間を前記圧力検出器の信号と前記記憶装置の信
   号を比較して調整する比較手段と、前記遅延装置の信号
   を前記燃料制御装置に入力させる燃焼装置。