JPH0755137A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼音の逆位相の圧力変動を応用し燃焼装置
の内部で消音して低騒音にする。 【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で算出し比例弁１
０に入力する。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で発生する火炎振動を位相
干渉により相殺する。また、マイクロフォン１９で検出
される信号と、逆位相信号に比例弁１０からマイクロフ
ォン１９までの伝達特性を実現した固定フィルタ４０を
介した信号を差動増幅器３４で混合し演算装置に取り込
むことにより、ハウリングの発生も抑制できる。また、
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、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、ガス等が燃焼する際発
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４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、燃料制御
装置から圧力検出器へ伝わる伝達特性を実現する固定フ
ィルタと、演算装置の逆位相信号を固定フィルタを介し
て圧力検出器の信号と混合する差動増幅器を備えたもの
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、
差動増幅器を介して演算装置に取り込まれ逆位相の信号
に算出され燃料制御装置に入力される。燃料制御装置に
入力された逆位相信号は、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る。これ
により、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。この時算出された
逆位相信号を分配し、燃料制御装置から圧力検出器への
伝達特性を実現した固定フィルタを介して再び差動増幅
器に入力することで、燃料制御装置から圧力検出器へと
循環する電気信号がキャンセルされ、演算装置では燃焼
により発生する圧力変動のみが検出される。すなわち、
燃料制御装置から圧力検出器の間で発生するハウリング
は防止される。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１４
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第一の分配器３３と、第一
の分配器３３の一方の信号（音源信号）に基づき差動増
幅器３４と第二の分配器３５を介して逆特性を算出する
適応フィルタ装置３６と、燃焼音の消音量を評価するデ
ジタルフィルタ装置３７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３８と、Ｄ
／Ａ変換器３８と適応フィルタ装置３６の間に設け逆位
相信号を分配する第三の分配器３９と、第三の分配器３
９と差動増幅器３４の間に設け比例弁１０からマイクロ
フォン１９までの伝達特性（Ｃ）を同定し実現する固定
フィルタ４０と、Ｄ／Ａ変換器３８からの信号を増幅す
る第二の増幅器４１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、第一の分配器３３で二つに分配され音源信号が差
動増幅器３４と第二の分配器３５を介して適応フィルタ
装置３６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、第二の増幅器３
８で増幅された後、弁制御器１２のＤＣ／ＡＣ混合器２
２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
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】また第一の分配器３３で分配された他方の
圧力変動信号（誤差評価信号）と第二の分配器３５で分
配された音源信号はデジタルフィルタ装置３７に取り込
まれる。デジタルフィルタ装置３７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３６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】さらに、第三の分配器３９で分配された逆
位相信号は、比例弁１０からマイクロフォン１９までの
伝達特性（Ｃ）をもつ固定フィルタ４０を介して再び音
源信号とともに差動増幅器３４へ入力される。すなわ
ち、比例弁１０を駆動しマイクロフォン１９で検出され
た信号は、固定フィルタ４０と差動増幅器３４とを通過
した逆位相信号によりキャンセルされるため、適応フィ
ルタ装置３６では火炎の振動により発生する圧力変動の
みが取り込まれることになり、比例弁１０からマイクロ
フォン１９へフィードバックして発生するハウリングを
防止することができる。

【００１４】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。さらに、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）を固定フィルタ４０と差動増幅器３４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】

【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、燃焼装置で特に発
生しやすい音響フィードバックによ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】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 ３４ 差動増幅器 ４０ 固定フィルタ

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、前記燃料制御装置から前記圧力検出器へ伝わる伝達
   特性を実現する固定フィルタと、前記演算装置の逆位相
   信号を前記固定フィルタを介して前記圧力検出器の信号
   と混合する差動増幅器とを備えた燃焼装置。