JPH0755136A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼音を位相干渉により、燃焼装置の内部で
消音し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演算装置２０で算出し、さらに
燃焼音の周波数帯域以上がハイパスフィルタ３７により
通過し、比例弁１０に入力される。これによって比例弁
１０から逆位相の圧力変動が出力されることにより燃焼
室１４で発生する圧力変動を位相干渉により相殺すると
ともにハウリングの発生も抑制できる。また、燃焼室１
４のマイクロフォン１９の信号を基に消音量の評価も合
わせて行なうことができる。さらに適応制御により変動
する燃焼音を常に最小にし、燃焼音の低減と振動燃焼の
発生も未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス等が燃焼する際に
発生する燃焼騒音を消音する燃焼装置に関し、さらに詳
しくは、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９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り、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
が発生しやすいという課題もあった。

【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適応制御を組み込
んだ能動消音により発生騒音を根本的に抑制するととも
にハウリングの発生も抑制し、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す
るとともに、従来の燃焼装置に圧力検出器と演算装置を
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
に本発明の燃焼装置は、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
信号を基に燃焼室の圧力変動が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、圧力検出
器から燃料制御装置の間の電気信号伝達経路に濾波器を
備えたものである。

【０００６】

【作用】本発明は上記構成によって、まず燃焼によって
燃焼室内に圧力変動を生ずる。この圧力変動は燃焼室に
取り付けられた圧力検出器で検出される。この信号は演
算装置に取り込まれ、演算装置はこの信号の逆位相の信
号を算出する。算出された逆位相信号は燃料制御装置に
入力され、燃料に燃焼音とは逆位相の圧力変動を発生さ
せる。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起こり抑制される。これによ
り、燃焼により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。このとき圧力検出器か
ら燃料制御装置に到る電気信号の循環経路の間に濾波器
を設けているため消音したい周波数以外で発生するハウ
リングを抑制する。さらに、演算装置は燃焼音の消音効
果をも判断し、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、燃焼音が変化したと
きに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】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図３を用
いて説明する。

【０００８】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、ガス量を制
御する比例弁１０と、この比例弁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、混合
気を燃焼する燃焼室１４と、排気ガスを給湯機の本体１
５の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１
４に設けた圧力検出器であるマイクロフォン１９と、マ
イクロフォン１９で検出された信号の逆位相信号を計算
する演算装置２０と、比例弁１０のガス量を制御する直
流電圧を入力するＤＣ制御器２１と、この直流電圧と逆
位相信号を混合するＤＣ／ＡＣ混合器２２を備えて構成
される。

【０００９】この比例弁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２
６を連結する軸体３０とからなる。さらに上記演算装置
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３２
からの信号を二つに分配する分配器３３と、分配器３３
からの信号を基に逆特性を算出する適応フィルタ装置３
４と、燃焼音の消音量を評価するデジタルフィルタ装置
３５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３６と、燃焼音の周波数帯域を
通過させる濾波器であるハイパスフィルタ３７と、この
信号を増幅する第二の増幅器３８で構成される。

【００１０】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、音圧として直接マイクロフォ
ン１９で検出され、演算装置２０に取り込まれる。演算
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
た後、分配器３３で二つに分配され一方の信号が適応フ
ィルタ装置３４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、
Ｄ／Ａ変換器３６でアナログ信号に変換され、ハイパス
フィルタ３７により燃焼音帯域のみが通過し、第二の増
幅器３８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から逆位相の圧力変動が
ガスに出力される。すなわち、比例弁１０は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
混合された逆位相信号がコイル２９に入力されること
で、電磁力の作用により弁体２６が振動し、弁座２５と
弁体２６の間隙が変動しガスに逆位相の圧力変動が重畳
される。この逆位相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まで伝搬し位相
干渉により燃焼音が消音される。これにより、燃焼によ
り発生する火炎の振動を抑制することができるため、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。

【００１１】ここで、通常の能動消音構成では、消音量
を評価する評価マイクロフォンを別途設けなければ最適
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
変動を一つのマイクロフォン１９で消音可能であること
が確認された。

【００１２】また分配器３３で分配された圧力変動信号
は共にデジタルフィルタ装置３５に取り込まれる。デジ
タルフィルタ装置３５は燃焼音が最小になるように逆位
相信号を算出する適応フィルタ装置３４のフィルタ係数
を変更し、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。

【００１３】従来のガス給湯機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。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。

【００１４】さらに図４に示すように、燃焼音の主帯域
より低い周波数域でおこる燃焼装置特有のハウリング現
象（燃焼により音圧が低周波数域で増幅される）を、図
５に示す特性を持つハイパスフィルタ３７をＤ／Ａ変換
器３６と第二の増幅器３８の間に設け低周波数域の電気
信号の循環経路を絶つことにより、抑制することができ
る。すなわち、燃焼作用により低周波数の音圧が増幅す
るという燃焼固有の問題により能動消音が適用困難であ
るという課題を解決することができる。

【００１５】また従来の能動消音構成では、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
ないが、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１９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
み安価に適応能動消音が実現できる。

【００１６】上記実施例において、濾波器としてハイパ
スフィルタをＤ／Ａ変換器３６と第二の増幅器３７の間
に設けたが、マイクロフォン１９と比例弁１０の電気信
号循環経路の間に設ける構成とすることで同様の効果を
発揮するものである。さらに、ハイパスフィルタの代わ
りに、燃焼音の主帯域を通過するバンドパスフィルタを
設けたとしても同様の効果を発揮するものである。

【００１７】次に本発明の他の実施例について図６から
図８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。

【００１８】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に設けたマイクロフォン１９と、この信
号を基に圧力変動が逆位相の圧力変動の位相干渉により
抑制される信号を計算する演算装置２０と、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３２からの信号を二つに分配する分配器３
３と、分配器３３からの信号を基に逆特性を算出する適
応フィルタ装置３４と、燃焼音の消音量を評価するデジ
タルフィルタ装置３５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３６と、燃焼
音の周波数帯域以上を通過させるハイパスフィルタ３７
と、燃焼音の周波数帯域内で生じる音圧増加を抑制する
バンドエルミネイトフィルタ３９と、この信号を増幅す
る第二の増幅器３７で構成される。

【００１９】上記構成によれば、マイクロフォン１９で
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た後、分配器３３
で二つに分配され一方の信号が、適応フィルタ装置３４
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、Ｄ／Ａ変換器３
６でアナログ信号に変換され、ハイパスフィルタ３７と
バンドエルミネイトフィルタ３９を通過し第二の増幅器
３７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から逆位相の圧力変動がガス
に出力される。ハイパスフィルタ３７により、密閉空間
内でおこる燃焼装置特有のハウリング現象（燃焼音の主
帯域より低い周波数）を抑制することができる。また、
図７に示すような消音効果の得られた周波数の両側帯域
で逆に音圧増加が生じてしまう現象を、図８に示す特性
を持つバンドエルミネイトフィルタ３９によりカットす
ることで、燃焼音の周波数帯域内で増加し発生するハウ
リングを抑制することができる。

【００２０】また分配器３３で分配された圧力変動信号
は共にデジタルフィルタ装置３５に取り込まれる。デジ
タルフィルタ装置３５は燃焼音が最小になるように逆位
相信号を算出する適応フィルタ装置３４のフィルタ係数
を変更し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。

【００２１】上記信号処理の作用により、燃焼音に能動
消音を適用したときに発生するハウリングを全ての周波
数に於て防止することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置
は、燃焼室内の変動する燃焼音を位相干渉により低減
し、燃焼により発生する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ともに、振動
燃焼の発生を未然に防止できる。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ため、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。また、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
圧力検出器も一つでよい為、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、安価に適応
能動消音構成を実現できる。さらに、燃料制御装置と圧
力検出器の間の信号伝達経路に濾波器を設けることで、
音響フィードバックにより発生するハウリングを抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼装置を採用したガス給
湯機の正面図

【図２】同装置の演算装置内部のブロック構成図

【図３】同装置の燃料制御装置の拡大断面図

【図４】同装置のハウリング発生時の周波数特性図

【図５】同装置の濾波器の周波数特性図

【図６】本発明の他実施例の燃焼装置を採用した演算装
置内部の構成図

【図７】同装置の消音時の音圧増加を生じた時の周波数
特性図

【図８】同装置の濾波器の周波数特性図

【図９】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 １３ バーナ部 １４ 燃焼室 １７ 排気口 １９ マイクロフォン ２０ 演算装置 ３７ ハイパスフィルタ ３９ バンドエルミネイトフィルタ

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、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
   検出器の信号を基に前記燃焼室の圧力変動が位相干渉に
   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、前記圧力検出器から前記燃料制御装置の間の電気信
   号伝達経路に濾波器とを備えた燃焼装置。