JPH0763324A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力波の位相干渉により燃焼騒音を低減す
る。 【構成】 燃焼騒音の変動を検出する第１の圧力検出器
１５と、騒音の変動を検出する第２の圧力検出器１６
と、第１の圧力検出器１４の信号と第２の圧力検出器１
６の信号を基に、騒音が圧力波による逆位相干渉により
抑制される圧力変動信号を計算する能動型適応制御装置
１７を備えている。これによって、燃料の圧力変動を基
に逆位相音を発生させ、燃焼部内で圧力波の位相干渉に
より騒音を大幅に低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス等の燃焼騒音を能
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】従来の燃焼装置を図８に示すガス給湯機
を用いて説明する。図８に示すように、燃焼用空気を供
給する送風機１と、燃料を制御する燃料制御装置２と、
燃料と空気を混合し混合気とするバーナ室３と、混合気
が燃焼する燃焼室４と、燃焼により発生した排気ガスを
機器外部へ排出する排気口５を備えて構成されている。
ここで、６は熱交換器である。

【０００３】上記構成において、ガス給湯機の騒音は、
大きく送風機から発生する送風騒音と、燃焼により発生
する燃焼騒音に大別される。従来、送風騒音は、吸音材
の吸音効果や本体ボディの遮音効果によって低減されい
たが、燃焼騒音は、低周波数の成分を多く含んでいるた
め、吸音材や薄板の本体ボディの遮音効果では十分に低
減されず、騒音レベルを低減することが強く望まれてい
る。

【０００４】

【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、低周波数成分を多く含んでいる燃焼騒音
は、従来の防音処理技術では小さい空間で低減すること
が困難である。よって、大きな騒音として機器外へ放射
される燃焼騒音の低減が、燃焼装置の運転騒音低減する
ための大きな課題であった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、燃焼
部内の燃焼騒音の変動を第１の圧力検出手段で検出し、
その燃焼騒音の変動を打ち消す圧力変動を燃料制御装置
で与え、その消音効果を燃焼部外に設けた第２の圧力検
出器で評価しながら消音効果が最大になるように燃料制
御装置を制御することにより燃焼騒音を大幅に低減し、
その低減効果を持続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】本発明は上記目的を達成
するため、第１の発明では、空気を供給する送風装置
と、燃料の供給を制御する燃料制御装置と、前記空気と
燃料を混合して燃焼する燃焼部と、前記燃焼部内部の圧
力変動を検出する第１の圧力検出手段と、前記燃焼部外
部の圧力変動を検出する第２の圧力検出手段と、前記第
１の圧力検出手段の信号と第２の圧力検出手段の信号を
基に、前記第２の圧力検出器で検出する信号が小さくな
るように前記燃焼部内の圧力変動を打ち消す圧力変動を
燃料制御装置によって発生させる能動型適応制御装置と
を備えたものである。

【０００７】そして、第２の発明では、第２の圧力検出
手段の信号を基に、第１の圧力検出手段で検出した信号
が小さくなるように前記燃焼部内の圧力変動を打ち消す
圧力変動を燃料制御装置によって発生させる能動型適応
制御装置を備えたものである。

【０００８】また、第３の発明では、第１の圧力検出手
段を第２の圧力検出手段で兼用した構成としたものであ
る。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成によって、燃焼騒音の圧力変
動を第１の圧力検出手段で検出し、その燃焼騒音の変動
を打ち消す圧力変動を能動型適応制御装置が燃料制御装
置を制御して与え、第２の圧力検出手段でその消音効果
を評価するものである。消音効果が少ない場合は、能動
型適応制御装置により発生させる圧力変動を修正するも
のである。

【００１０】そして、第２の発明は、燃焼騒音の圧力変
動を第２の圧力検出手段で検出し、その燃焼騒音の変動
を打ち消す圧力変動を能動型適応制御装置が燃料制御装
置を制御して与え、第１の圧力検出手段でその消音効果
を評価するものである。消音効果が少ない場合は、能動
型適応制御装置により発生させる圧力変動を修正するも
のである。

【００１１】また、第３の発明では、第１の圧力検出手
段を第２の圧力検出手段で兼用し、第２の圧力検出手段
の信号を基に、その燃焼騒音の変動を打ち消す圧力変動
を能動型適応制御装置が燃料制御装置を制御して与え、
第２の圧力検出手段でその消音効果を評価するものであ
る。消音効果が少ない場合は、能動型適応制御装置によ
り発生させる圧力変動を修正するものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例をガス給湯機を用
い、図１から図７を参照して説明する。

【００１３】まず、第１の発明について図１から図４を
用いて説明する。図１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７と、燃料である可
燃ガスを制御する燃料制御装置としてのガス比例弁８
と、燃焼部としての可燃ガスと空気を混合した混合気を
供給するバーナ室９と、燃焼部としての混合気を燃焼す
る燃焼室１０と、燃焼による熱を水に伝える熱交換器１
１と、燃焼の排気ガスを機器本体１２外部に排出する排
気通路１３と排気口１４から構成されている。そして、
燃焼騒音の変動は、燃焼室１０から第１の圧力検出手段
であるマイクロホン１５により検出し、騒音の変動は燃
焼部外部である排気口１４近傍に設けた第２の圧力検出
手段である第２のマイクロホン１６で検出する構成とし
た。

【００１４】そして、第１のマイクロホン１５の信号を
基に、燃焼騒音を打ち消しあう逆位相の圧力を能動型適
応制御装置１７によって演算し、ガス比例弁８によって
その圧力変動を発生させる。そして、逆位相の圧力変動
による消音効果を第２のマイクロホン１６で検出して評
価するものである。その消音効果が少ない場合は、能動
型適応制御装置１７により発生させる圧力変動を修正す
るものである。ここで、能動型適応制御装置１７は、図
２に示すように第１のマイクロホン１５の信号と第２の
マイクロホン１６の信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器１８と、逆位相信号を計算する信号処理回路１
９と、信号処理回路１９により逐次パラメータを変更す
る適応型デジタルフィルター装置２０と、信号処理後の
信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２１で構成
される。そして、信号処理回路１９には、第１のマイク
ロホン１６からの信号を基に、ガス比例弁８の圧力の伝
送系の特性を考慮して燃焼音の逆位相特性を計算する第
一演算手段と、第２のマイクロホン１６から取り込まれ
た信号を基に燃焼音の消音量を評価することにより、燃
焼音の変化に対応した逆位相信号をリアルタイムに修正
させる適応制御演算手段が組み込まれている。さらに、
ガス比例弁８は図３に示すように、燃焼量を調節するた
めのガス流量制御を行うＤＣ駆動回路２２と、圧力変動
を駆動するＡＣ駆動回路２３から構成される駆動回路２
４で駆動される。ＤＣ駆動回路２２には、ガス給湯機の
本体制御回路２５からその制御信号が入力されるもので
ある。

【００１５】上記構成によれば、第１のマイクロホン１
５の信号を基に、燃焼室１０の圧力変動が低減するよう
にガスの圧力変動をガス比例弁８で与えることによっ
て、燃焼室１０の圧力変動が低減できるようになる。そ
して、燃焼部外部である排気口１４近傍に設けた第２の
マイクロホン１６からの信号により、時々刻々と変化す
る騒音に適応して適応型デジタルフィルター装置２０の
特性を変化させて消音を行なうため、消音効果を持続す
ることができ、異常燃焼騒音である振動燃焼騒音の発生
も未然に防ぐことができる。燃焼騒音は燃焼の上流側の
ガスの圧力変動が増幅されて大きくなったものであるの
で、そのガス圧の変動を燃焼騒音の変動と逆位相で制御
することによって、小さいエネルギーで燃焼騒音が低減
できるのである。そして、ガス給湯機の騒音評価に寄与
の高い排気口１４から放射される騒音を評価して消音処
理を行うため、的確に騒音を低減できる効果がある。

【００１６】また、図４に示すように、燃料制御装置で
あるガス比例弁８は、ムービングコイル式のものを用い
た構成とした。ムービングコイル式比例弁８は、弁座２
５と弁体２６でガス流量を制御するもので、ダイヤフラ
ム２７で仕切られた電磁室２８内に永久磁石２９と通電
により磁力を発生する電磁コイル３０が設けられてい
る。電流を流すことによって電磁コイル３０に発生する
電磁力と永久磁石２９の電磁力が作用し合うことによ
り、摺動自由な電磁コイル３０が変動してダイヤフラム
２７を動かし、かつ弁体２６を変動させるものである。
ここで、３１はガス入り口、３２はガス出口である。

【００１７】このような構成のガス比例弁８は、摺動部
が軽量の電磁コイル３０であるため応答性が速い特長が
ある。よって、騒音の変動のような高速変動に追随する
ことができ、低周波数はもちろんのこと、高周波数の騒
音を消音することができる。

【００１８】さらに、本発明ではガス比例弁８によって
圧力変動を与えることができるため、消音用のスピーカ
等の新しい部品を付加する必要がないので機器寸法を現
状寸法内にすることができる特長がある。

【００１９】次に第２の発明について図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５に示すように、第２のマイクロホン１
６の信号を基に、燃焼騒音を打ち消しあう逆位相の圧力
を能動型適応制御装置１７によって演算し、ガス比例弁
８によってその圧力変動を発生させる。そして、逆位相
の圧力変動による消音効果を第１のマイクロホン１５で
検出して評価するものである。その消音効果が少ない場
合は、能動型適応制御装置１７により発生させる圧力変
動を修正するものである。

【００２１】上記構成によれば、第２のマイクロホン１
６の信号を基に、燃焼室１０の圧力変動が低減するよう
にガスの圧力変動をガス比例弁８で与えることによっ
て、燃焼室１０の圧力変動が低減できるようになる。そ
して、燃焼室に設けた第１のマイクロホン１５からの信
号により、時々刻々と変化する騒音に適応して適応型デ
ジタルフィルター装置２０の特性を変化させて消音を行
なうため、消音効果を持続することができ、異常燃焼騒
音である振動燃焼騒音の発生も未然に防ぐことができ
る。燃焼騒音は燃焼の上流側のガスの圧力変動が増幅さ
れて大きくなったものであるので、そのガス圧の変動を
燃焼騒音の変動と逆位相で制御することによって、小さ
いエネルギーで燃焼騒音が低減できるのである。また、
騒音源そのものである燃焼騒音を消音効果の評価として
使用するため、騒音の基から絶つ方法で確実に消音する
ことができる。

【００２２】そして、燃焼室１０外部の騒音信号を入力
して、その信号にフィルター処理して打ち消し合う信号
をガス比例弁８により発生させることによって、ガス比
例弁８の圧力変動が、第２のマイクロホン１６に回り込
むハウリング現象が抑制される効果がある。すなわち、
燃焼部の外部に信号の検出部を設けているため、燃焼部
内の圧力変動は外部に減少して伝わってくるため、ショ
ート回路内の特性が抑制されており発振共鳴現象が起こ
らないものである。よって、ガス比例弁８から発生させ
る圧力変動を十分に大きくすることが可能となり、その
結果、消音量も非常に大きく得ることができる効果があ
る。

【００２３】次に第３の発明について図６と図７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。

【００２４】上記第１の発明と第２の発明において、第
１のマイクロホン１５と第２のマイクロホン１６を一つ
の第２のマイクロホン１６で兼用することでも同様の効
果が得られるものである。

【００２５】すなわち、図６に示すように、第２のマイ
クロホン１６の信号を適応フィルター２０に入力して、
燃焼騒音を打ち消しあう逆位相の圧力をガス比例弁８に
よって発生させる。また、第２のマイクロホン１６の信
号は、信号処理回路１９にも入力し、前記逆位相圧力に
よる消音効果を評価する信号に用いることとする。

【００２６】このような構成により、第２のマイクロホ
ン１６の信号を基に、燃焼室１０の圧力変動が低減する
ようにガスの圧力変動をガス比例弁８で与えることによ
って、燃焼室１０の圧力変動が低減できるようになる。
そして、同じ第２のマイクロホン１６からの信号によ
り、時々刻々と変化する騒音に適応して適応型デジタル
フィルター装置２０の特性を変化させて消音を行なうた
め、消音効果を持続することができ、異常燃焼騒音であ
る振動燃焼騒音の発生も未然に防ぐことができる。

【００２７】そして、燃焼室１０外部の騒音信号を入力
して、その信号にフィルター処理して打ち消し合う信号
をガス比例弁８により発生させることによって、ガス比
例弁８の圧力変動が、第２のマイクロホン１６に回り込
むハウリング現象が抑制される効果がある。すなわち、
燃焼部の外部に信号の検出部を設けているため、燃焼部
内の圧力変動は外部に減少して伝わってくるため、ショ
ート回路内の特性が抑制されており発振共鳴現象が起こ
らないものである。よって、ガス比例弁８から発生させ
る圧力変動を十分に大きくすることが可能となり、その
結果、消音量も非常に大きく得ることができる効果があ
る。

【００２８】本能動制御は、図７に示すように、圧力の
伝達特性Ｈを能動型適応制御装置１７によって推定し、
推定特性Ｈ’を適応型デジタルフィルター２０で実現す
るものであり、入力信号ｘに対して、消音されなかった
信号をエラー信号としてｅで検出し、このエラー信号ｅ
が小さくなるように適応型デジタルフィルター２０の特
性を修正するものである。よって、エラー信号ｅは消音
の効果だけを検出するものであり、時間要素は考慮しな
くて良いことから、本燃焼装置のように密閉された閉空
間では、入力信号ｘとエラー信号ｅを同一の信号で与え
ることができる。

【００２９】このように、ひとつの圧力検出手段である
マイクロホンの信号で適応型の能動制御を行うことによ
って、部品点数を減らし製造性を向上すると共に、新し
い部品を付加する必要がないので機器寸法を現状寸法内
にすることができる効果がある。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明の燃焼装
置は、ガス比例弁による燃焼室内での圧力波の位相干渉
により火炎の変動が抑制され、燃焼騒音が低減できると
ともに、時々刻々と変化する騒音に適応して消音を行な
うため、その消音効果を持続することができる。そし
て、燃焼騒音そのものでなく上流側のガスの圧力変動を
制御することによって、小さいエネルギーで燃焼騒音が
低減でき、かつ消音用のスピーカ等の新しい部品を付加
する必要がないので機器寸法を現状寸法内にすることが
できる。ガス比例弁として、ムービングコイル型を用い
ることによって、応答性を高速にすることができ、高周
波数の騒音変動も消音することができる。

【００３１】第２発明の燃焼装置も同様に、ガス比例弁
による燃焼室内での圧力波の位相干渉により、火炎の変
動が抑制され燃焼騒音が低減できるとともに、その消音
効果を持続することができるものである。そして、燃焼
騒音そのものでなく上流側の空気や混合気の圧力変動を
制御することによって、小さいエネルギーで燃焼騒音が
低減できる。さらに、燃焼部外部に圧力検出手段を設け
ているため、ハウリング現象を抑制することができ、逆
位相の圧力変動を大きく与えることができ、消音量を大
きく得ることができる効果がある。

【００３２】第３の発明の燃焼装置も同様な消音効果が
得られると共に、特に本発明では部品点数を減らし製造
性を向上すると共に、新しい部品を付加する必要がない
ので機器寸法を現状寸法内にすることができる効果があ
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
ガス給湯機に応用した場合の側面断面図

【図２】同装置の能動型適応制御装置のブロック図

【図３】同装置の燃料制御装置の制御ブロック図

【図４】同装置の燃料制御装置の側面断面図

【図５】本発明の他の実施例における燃焼装置をガス給
湯機に応用した場合のブロック図

【図６】同装置の能動型適応制御装置のブロック図

【図７】本発明の燃焼装置における信号処理の原理図

【図８】従来のガス給湯機の側面断面図

【符号の説明】

７ 送風装置 ８ 燃料制御装置 ９ 燃焼部としてのバーナ室 １０ 燃焼部としての燃焼室 １５ 第１の圧力検出手段 １６ 第２の圧力検出手段 １７ 能動型適応制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気を供給する送風装置と、燃料の供給を
   制御する燃料制御装置と、前記空気と燃料を混合して燃
   焼する燃焼部と、前記燃焼部の内部の圧力変動を検出す
   る第１の圧力検出手段と、前記燃焼部の外部の圧力変動
   を検出する第２の圧力検出手段と、前記第１の圧力検出
   手段の信号と前記第２の圧力検出手段の信号を基に、前
   記第２の圧力検出器で検出する信号が小さくなるように
   前記燃焼部の内部の圧力変動を打ち消す圧力変動を発生
   させる能動型適応制御装置とを備えた燃焼装置。
2. 【請求項２】空気を供給する送風装置と、燃料の供給を
   制御する燃料制御装置と、前記空気と燃料を混合して燃
   焼する燃焼部と、前記燃焼部の内部の圧力変動を検出す
   る第１の圧力検出手段と、前記燃焼部の外部の圧力変動
   を検出する第２の圧力検出手段と、前記第２の圧力検出
   手段の信号を基に、前記第１の圧力検出手段で検出した
   信号が小さくなるように前記燃焼部の内部の圧力変動を
   打ち消す圧力変動を発生させる能動型適応制御装置を備
   えた燃焼装置。
3. 【請求項３】第１の圧力検出手段を第２の圧力検出手段
   で兼用した構成の請求項１または請求項２記載の燃焼装
   置。