JP2002081635A

JP2002081635A - 音波式清掃装置及び音波式清掃方法

Info

Publication number: JP2002081635A
Application number: JP2000271371A
Authority: JP
Inventors: Masaru Sakai; 勝坂井; Mamoru Ikesugi; 守池杉; Toshiaki Taniguchi; 寿朗谷口; Seiji Sasaki; 清治佐々木; Kiyoshi Aida; 清相田; Hidekazu Nishida; 英一西田; Hidenori Hidaka; 秀則日高; Teruaki Matsumoto; 曜明松本; Ryosuke Yamaguchi; 良祐山口
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Babcock Hitachi KK
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】共鳴効果の大きい多次元の共鳴モ−ドを励起
して効果的に伝熱管上に堆積した燃焼灰を除去する音波
式清掃装置と方法を提供すること。【解決手段】（１）熱交換装置の内部領域に存在する流
体とは音響特性が異なる伝熱管群の特性を考慮し、少な
くとも２次元以上の音響解析モデルを用いて前記内部領
域の音響固有モ−ドを高精度に解析可能とする音響固有
モ−ド解析装置８１と、（２）前記音響固有モ−ド解析
装置で得られた音響固有モ−ドの情報と、音波発生装置
の取付位置の情報から、共鳴効果の大きい共鳴モ−ド及
び共鳴周波数を推定するための、共鳴モ−ド及び共鳴周
波数推定装置８２と、（３）前記大共鳴モ−ドを励起す
るために前記音波発生装置の周波数と運転順番を指定す
る音波発生装置の運転順番指定装置８３からなる音波式
清掃装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス体を音波により振
動させて、容器又は設備の内部領域の共鳴モードを励起
し、この内部領域に存在する塵埃類を除去する音波式清
掃装置及び音波式清掃方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】例えばボイラ、独立過熱器、独立節炭器
等、各種熱交換器を備えた熱交換装置、燃焼炉、焼却炉
等の各種プラントまたは各種産業機器（以下、本発明で
はこれらのものを「容器又は設備」ということがある）
の内部に設置されている管体等の外面に付着、堆積した
塵埃類を音波により振動させたガス体によって除去する
音波式清掃装置が使用されている。以下に、一例として
ボイラを対象とした音波式清掃装置及び清掃方法を述べ
る。

【０００３】図９は、ボイラ装置の概略構成を示す図で
ある。図９に示されているように火炉１０１の後部伝熱
管部１は、その壁面を構成する後部伝熱前壁１０２と該
後部伝熱前壁１０２と直角に交わる後部伝熱側壁１０３
と後部伝熱後壁１０５によって囲まれている煙道と、後
部伝熱管部１を二つの部屋に分ける後部伝熱隔壁１０４
と、煙道内に所定の間隔をおいて燃焼ガスの流れ方向に
沿って設置されている横置過熱器１０６、横置蒸発器１
０７及び節炭器１０８などからなる。

【０００４】前記横置過熱器１０６、横置蒸発器１０７
及び節炭器１０８には、図１０に伝熱管断面図を示すよ
うに、多数本の伝熱管１０９が狭い間隔をおいて、その
長手方向が水平方向に延びるように配置されており、煙
道を流れる高温燃焼ガスＧと伝熱管１０９内を流れる流
体との間で熱交換が行われる。

【０００５】ところで、図１０に示すように、特に微粉
炭焚ボイラにおいては前記燃焼ガスＧ中に燃焼灰等が多
く含まれており、それが伝熱管１０９の壁面に付着、堆
積する。このように伝熱管１０９の壁面に燃焼灰１１０
が付着、堆積すると伝熱管１０９の伝熱性能が低下する
ため、定期的あるいは必要に応じて蒸気式のスートブロ
ワ（図示せず）を起動させて、燃焼灰を伝熱管１０９の
壁面から除去する方法がとられている。

【０００６】しかし図１０に示すように、蒸気式スート
ブロワから噴出される水蒸気Ｓは燃焼ガスＧの流れと同
じく横置きの伝熱管１０９列に沿って上から下、あるい
は下から上へ流れるため、上側の伝熱管１０９と下側の
伝熱管１０９の間に除去されない燃焼灰１１０の堆積部
分が残る。

【０００７】この問題を解決するために蒸気の代わりに
音波を用いて、むらなく燃焼灰１１０を伝熱管１０９の
壁面から除去する方法（特開平９−６１０９０号公報）
が提案されており、図１１を用いてこの方法を説明す
る。

【０００８】この方法による灰除去装置は、後部伝熱管
部１の壁面近傍（伝熱管群２２Ａ及び２２Ｂ）に設置さ
れた電気式音波発生装置（この方法ではスピーカーを使
用しているが、空気式音波発生装置等の他の構成の音波
発生装置も使用可能である。）３Ａ、３Ｂと、音波発生
装置３Ａ、３Ｂに信号を送る周波数可変の音波発振機５
Ａ、５Ｂと、音波発振機５Ａ、５Ｂの信号をパワー増幅
する増幅率可変のパワー増幅器４Ａ、４Ｂと、壁面近傍
（伝熱管群２２Ｃ）に設置された音圧センサ７と、音圧
センサ７の出力信号に基づいて音波発振機５Ｂの周波数
を微調整するための制御信号を出力する周波数制御器８
とで基本的に構成されている。

【０００９】図１１に示す方法では、音圧センサ７で炉
内音を検出しながら音波発振機５Ａ、５Ｂによる発生音
の周波数を調整し、最も共鳴する周波数を探索するとい
う調整運転をする必要があり、負荷変動時において炉内
温度分布が変化する場合の炉内音速ならびに炉内共鳴周
波数の変化に伴う音波発振機５Ａ、５Ｂの発生音周波数
探索に時間を要していた。かつ複数の音波発生装置３
Ａ、３Ｂで運転をする際、最も共鳴効果の大きい音圧モ
ードの腹の位置にある音波発生位置から順番に運転をし
ていくのが、そのモードを励起する上で最も効率的であ
る。しかし、そのためには音圧モード形状つまり音圧モ
ードの腹と節を精度良く識別する必要があり、このため
に音圧モード次数に対応した相当な数の音圧センサ７を
用意しておく必要があった。

【００１０】これに対して炉内の温度分布を入力条件と
して、炉内共鳴モードの卓越周波数を推定し、音波発生
装置３Ａ、３Ｂの周波数を制御する方法(特開平９−６
１０８８号公報)が提案されている。図１２を用いて、
この方法を説明する。

【００１１】図１２では、炉壁１１１の空洞部１１２ａ
〜１１２ｃには燃焼ガスＧの流れ方向に沿って複数対の
音波発生装置３Ａ〜３Ｆが設置されている。この方法で
は音速が雰囲気温度によって変わることを考慮して、燃
焼ガスＧの温度によって音波発生装置３Ａ〜３Ｆの周波
数をそれぞれ異なるものとしている。具体的には、燃焼
ガス流れ方向の上流側に設置されている音波発生装置３
Ａと３Ｂに挟まれている空洞部１１２ａのガス温度は約
８２５℃であり、この空洞部１１２ａの炉幅２５ｍの方
向に一次元的なモード１１３ａが励起されるものとし
て、このモード１１３ａの卓越周波数７４．５Ｈｚに音
波発生装置の周波数を設定するようにしている。同様
に、音波発生装置３Ｃ、３Ｄの周波数は１次元モード１
１３ｂの卓越周波数５６．９Ｈｚに、音波発生装置３
Ｅ、３Ｆの卓越周波数は一次元モード１１３ｃの卓越周
波数４７．４Ｈｚに設定される。

【００１２】しかし、この図１２に示す方法は、音波発
生装置３Ａ〜３Ｆの取付け位置における一次元モード１
１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを対象として、音波発生装
置３Ａ〜３Ｆの発生周波数を調整するものであり、この
方法では、ガスの流れる方向と炉幅２５ｍの方向が連成
する音響モードを考慮していないことから、精度良く共
鳴効果の大きいモード及びその共鳴周波数を推定するこ
とが困難であった。

【００１３】また、熱交換装置の内部領域に存在するガ
ス流体とは音響特性が異なる伝熱管群２２Ａ、２２Ｂの
特性を考慮したモードの推定が行われていないことか
ら、精度良く共鳴効果の大きい多次元モード及びその共
鳴周波数を推定することが困難であった。さらに、上述
のように高精度に推定した多次元共鳴モードにおける空
間的な音圧分布の情報が得られないため、前記音波発生
装置３Ａ〜３Ｆの取付位置の情報と照らし合わせること
によって共鳴効果の大きいモ−ドを探索し、本モ−ドを
励起するための音波発生装置３Ａ〜３Ｆの周波数及び運
転の順番を推定することができなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記図１２に示す従来
技術では、熱交換装置の炉幅方向のみの共鳴モード、つ
まり一次元的なモードしか考慮しておらず、ガス流れ方
向と炉幅方向が連成するモードを考慮していないことか
ら、精度良く共鳴効果の大きいモード及びその共鳴周波
数を推定することが困難であった。また、熱交換装置の
内部領域に存在するガス流体とは音響特性が異なる伝熱
管群２２Ａ、２２Ｂの特性を考慮した共鳴モードの推定
が行われていないことから、精度良く共鳴効果の大きい
多次元モード及びその共鳴周波数を推定することが困難
であった。

【００１５】上述のように高精度に推定した多次元の共
鳴モードにおける空間的な音圧分布の情報と、前記音波
発生装置の取付位置の情報から、共鳴効果の大きい多次
元共鳴モ−ドを探索し、この共鳴効果の大きいモ−ドを
励起するための音波発生装置３Ａ〜３Ｆの周波数、及び
音波発生装置３Ａ〜３Ｆの運転の順番を推定することが
できなかった。

【００１６】本発明の課題は、共鳴効果の大きい多次元
の共鳴モ−ドを励起して効果的に容器又は設備（ボイ
ラ、独立過熱器、独立節炭器等、各種熱交換器を備えた
熱交換装置、燃焼炉、焼却炉等の各種プラントまたは各
種産業機器等）の内部に設置されている管体等の外面に
付着、堆積した塵埃類を除去する音波式清掃装置と方法
を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記本発明の課題を達成
するため、本発明では下記（１）〜（３）の装置を設け
た音波発生装置を用いることを特徴とする音波式清掃装
置と該装置を用いる音波式清掃方法である。（１）熱交換装置の内部領域に存在する流体とは音響特
性が異なる伝熱管群の特性を考慮し、少なくとも２次元
以上の音響解析モデルを用いて前記内部領域の音響固有
モ−ドを高精度に解析可能とする音響固有モ−ド解析装
置を設ける。（２）前記音響固有モ−ド解析装置で得られた音響固有
モ−ドの情報と、音波発生装置の取付位置の情報から、
共鳴効果の大きい共鳴モ−ド及び共鳴周波数を推定する
ための、共鳴モ−ド及び共鳴周波数推定装置を設ける。（３）前記大共鳴モ−ドを励起するために前記音波発生
装置の周波数と運転順番を指定する音波発生装置の運転
順番指定装置を設ける。

【００１８】

【作用】本発明を、容器又は設備としてボイラに設置さ
れる伝熱管群を備えた熱交換装置を例に説明する。前記
熱交換装置の内部領域に存在する流体とは音響特性が異
なる伝熱管群の特性を考慮し、少なくとも二次元以上の
音響解析を実施して前記内部領域の音響固有モ−ドを高
精度に解析する。そして本固有モ−ドの情報と、前記音
波発生装置の取付位置の情報から、共鳴効果の大きい共
鳴モ−ドを探索し、本共鳴モ−ドを励起するための音波
発生装置の共鳴周波数及び運転の順番の推定を可能とす
る。これにより、負荷変動等に伴う熱交換装置の内部領
域の雰囲気温度の情報に基いて実時間で前記音波発生装
置の周波数の調整と運転順番の制御を可能とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態になる
音波式清掃装置をボイラの後部伝熱管部１に適用した場
合の例を示す。ここで図１は、ボイラ後部伝熱管部１の
内部構造を示す図１１のＡ−Ａ線断面に相当する部位を
表示したものである。なお、本発明の音波式清掃装置及
び音波式清掃方法が清掃対象とする容器又は設備、さら
にそれらの容器又は設備への適用部位は、これに限定さ
れるものではなく、他の容器又は設備、さらにそれらの
容器又は設備への適用部位にも適用できる。

【００２０】図１に示す装置の特徴は、後部伝熱管部１
内の温度分布を測定するための温度センサ８０Ａ、８０
Ｂと、伝熱管群２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２
Ｅの音響特性を考慮し、少なくとも２次元以上の音響解
析を実施して後部伝熱管部１内の音圧固有モ−ドを高精
度に解析するための音響固有モード解析装置８１と、音
圧固有モ−ドと音波発生装置３Ａ〜３Ｊの取付位置の情
報から共鳴効果の大きいモ−ドを探索するための推定装
置８２と、音圧固有モードを励起するための音波発生装
置３Ａ〜３Ｊの共鳴周波数及び運転順番を指定する装置
８３を設けたところであり、これに従来からの音波発振
機５Ａ〜５Ｊと、パワー増幅器４Ａ〜４Ｊと、音波発生
装置３Ａ〜３Ｊを連結するものである。なお、本発明で
対象とする音波式清掃装置で用いられる発振５Ａ〜５Ｊ
は、電気式により発振するもの、あるいは空気式で発振
するもの等、発振体の種別は問わない。

【００２１】図２に本発明による音波式清掃方法の流れ
を示す。なお、図２中に示している部品番号は、図１中
の番号と一致している。本発明による音波式清掃方法
は、以下の７つの運転ステップで構成される。

【００２２】運転ステップ１番１０００１で、温度セン
サ８０Ａ、８０Ｂによる炉内温度分布推定を行う。運転
ステップ２番１０００２では、運転ステップ１番１００
０１で得られた炉内温度分布を音響固有モ−ド解析装置
８１に入力して炉内の音圧固有モ−ドを出力する。運転
ステップ３番１０００３では、炉内音圧固有モ−ドと音
波発生装置３Ａ〜３Ｊの取付位置の情報を共鳴モ−ド及
び共鳴周波数推定装置８２に入力して大共鳴モ−ドを推
定し、発振すべきあるいは発振すべきでない発振機５Ａ
〜５Ｊを選定する。

【００２３】運転ステップ４番１０００４では、大共鳴
モ−ド及び音波発生装置３Ａ〜３Ｊの取付位置の情報を
音波発生装置の運転順番指定装置８３に入力し、発振機
５Ａ〜５Ｊの発振順番を指定する。運転ステップ５番１
０００５では、指定された発振順番に基づき、発振機５
Ａ〜５Ｊを発振する。運転ステップ６番１０００６で
は、発振された音波を増幅器４Ａ〜４Ｊにより増幅す
る。運転ステップ７番１０００７では、増幅された音波
を、音波発生装置３Ａ〜３Ｊを介して炉内に発振する。

【００２４】なお、上記した各ステップの具体的なプロ
セスについては、本発明による各構成要素の機能の説明
とともに以下で述べる。以下、図１の構成要素の順に説
明する。まず温度センサ８０Ａ、８０Ｂについて説明す
る。本実施の形態では、燃焼灰除去の対象となる伝熱管
群２２Ａ〜２２Ｅを挟む形で、伝熱管群２２Ａ〜２２Ｅ
の位置から燃焼ガスＧの上流側の位置における温度を温
度センサ８０Ａで測定し、伝熱管群２２Ａ〜２２Ｅの位
置から燃焼ガスＧの下流側の位置における温度を温度セ
ンサ８０Ｂで測定することにより、少なくとも計２点の
温度を測定して、例えば図３のように後部伝熱管部１内
の温度分布１１８を推定するものである。この他、後部
伝熱管部１内の温度を測定するものであれば、例えば伝
熱管群２２Ａ〜２２Ｅ等の位置に温度センサ８０Ａ、８
０Ｂを設置しても良く、本発明では温度センサ８０Ａ、
８０Ｂの数は指定しない。またセンサの種類としては、
熱電対式や音波式のものなどが存在するが、本発明では
特にセンサの種類は指定しない。

【００２５】次に、図１に示す音響固有モ−ド解析装置
８１について説明する。図３のように推定された温度分
布１１８を図１に示すモード解析装置８１に入力して解
析を行うが、この内容を図４及び図５を用いて説明す
る。

【００２６】図４に示す後部伝熱管部有限要素解析モデ
ル１２１は、ボイラの炉幅方向と高さ方向の寸法を模擬
した２次元モデルである。このように解析において２次
元モデルを使用する理由は、ボイラの場合、炉幅方向と
高さ方向の音圧モ−ドの次数は、２次元モデルと３次元
モデルの間で大差がないため、解析精度、解析時間など
の面から、２次元モデルを用いることが有効であるため
である。

【００２７】図４に示す有限要素解析モデル１２１は、
図１の後部伝熱管部１の音響解析用モデルであり、本モ
デル１２１では伝熱管群２２Ａ〜２２Ｅの配置、音波発
生装置３Ａ〜３Ｊの位置等がモデル化されている。ま
た、伝熱管群２２Ａ〜２２Ｅに付着する燃焼灰を除去す
るのに有効な音波を検出するため、破線で示す管群周辺
部１２２内に解析上の音圧比評価点１２３を設ける。ち
なみに、この例では計２５個の音圧比評価点１２３を設
けている。

【００２８】図４に示す解析モデル１２１で最も重要な
ことは、伝熱管群２２Ａ〜２２Ｅの音響特性をモデル化
することである。具体的には、伝熱管群部２２Ａ〜２２
Ｅの音速Ｃ_Ｔが、空間部（後部伝熱管有限要素解析モデ
ル１２１中の伝熱管群部２２Ａ〜２２Ｅ以外の部分）の
音速Ｃに比べて、式（１）のように低減する効果を取り
入れる必要があることである（参考文献；Robert D. Bl
evins：Flow-InducedVibration (Second Edition)、pp.
364-366）。

【００２９】Ｃ_Ｔ＝Ｃ／（１＋σ）^１／２（１）ここで、σは、伝熱管群部２２Ａ〜２２Ｅの面積中にお
いて、伝熱管が占有する面積の比率である。

【００３０】このような解析モデル１２１により解析し
た音圧固有モードを図５に示す。実機における音波発生
装置３Ａ〜３Ｊは５０〜１５０Ｈｚの周波数帯域で運転
されることが多いため、音圧固有モードを求めるための
固有値解析は５０〜１５０Ｈｚの周波数帯域で実施す
る。上記周波数帯域には、通常２００個の音圧固有モー
ドが存在するが、図５には、そのうちの３つのモード５
０１、１２０１、１５０１を示している。音圧固有モー
ド５０１は５０Ｈｚに近い５０．４Ｈｚのモードであ
り、モード１５０１は１５０Ｈｚに近い１４９．９Ｈｚ
のモードである。また、固有モード１２０１は１２７Ｈ
ｚのモードである。図５には、モード振幅の指標５００
も示しており、同指標５００中の真黒な部分がモード振
幅の正の最大値５００Ａ（＝１）を、真白な部分がモー
ド振幅の負の最大値５００Ｃ（＝−１）を、灰色の部分
がモード振幅のゼロ値５００Ｂを示している。

【００３１】このような音圧固有モ−ド振幅指標５００
の観点から、例えば５０．４Ｈｚの固有モード５０１に
着目すると、モード振幅の正の最大値５０１Ａ及びモー
ド振幅の負の最大値５０１Ｃが、音圧固有モード５０１
の腹に相当し、モード振幅のゼロ値５０１Ｂが音圧固有
モード５０１の節に相当する。同様に、１２７Ｈｚの固
有モード１２０１に着目すると、モード振幅の正の最大
値１２０１Ａ及びモード振幅の負の最大値１２０１Ｃが
音圧固有モード１２０１の腹に相当し、モード振幅のゼ
ロ値１２０１Ｂが音圧固有モード１２０１の節に相当す
る。また、１４９．９Ｈｚの音圧固有モード１５０１に
着目すると、モード振幅の正の最大値１５０１Ａ及びモ
ード振幅の負の最大値１５０１Ｃが音圧固有モード１５
０１の腹に相当し、モード振幅のゼロ値１５０１Ｂが音
圧固有モード１５０１の節に相当する。このような各音
圧固有モード５０１、１２０１、１５０１を解析するこ
とが、図１に示すモ−ド解析装置８１の機能である次に、図１中の共鳴効果の大きいモード及び周波数推定
装置８２を、図６〜図８を用いて説明する。本装置８２
は、音圧固有モ−ド５０１、１２０１、１５０１と音波
発生装置３Ａ〜３Ｊの取付位置の情報から共鳴効果の大
きいモ−ドを探索するものであり、まずその探索方法を
図６を用いて説明する。

【００３２】図６は、図１に示すモード解析装置８１で
得られたモードであり、図５に図示された３個の音圧固
有モード５０１、１２０１、１５０１と、図４に示す解
析モデル１２１を併記したものである。なお、図６中の
解析モデル左上端位置１２１Ａ、左下端位置１２１Ｂ、
右上端位置１２１Ｃ及び右下端位置１２１Ｄは、各音圧
モ−ド５０１、１２０１、１５０１中の位置１２１Ａ、
１２１Ｂ、１２１Ｃ及び１２１Ｄにそれぞれ対応してい
る。

【００３３】図１に示す共鳴モード及び共鳴周波数推定
装置８２では、図６に示す複数の音波発生装置３Ａ〜３
Ｊのうち、どの音波発生装置３Ａ〜３Ｊから発音し、ど
の音波発生装置３Ａ〜３Ｊを発音しなくていいかという
組合せを予め準備し、固有モード５０１、１２０１、１
５０１を含む全ての周波数帯域、つまり本例では５０〜
１５０Ｈｚの帯域で周波数応答解析を実施する。この具
体的な解析内容を音圧固有モード５０１を例にして説明
するが、音圧固有モード１２０１、１５０１でも同様で
ある。

【００３４】本周波数応答解析では、モード５０１の腹
５０１Ａ、つまりモード振幅の最大値５０１Ａに位置が
近い音波発生装置３Ａ、３Ｂ、３Ｆ、３Ｇ（図中の点線
５０１Ｄの位置）で音響加振するのが共鳴効果が大き
い。逆にモ−ド５０１の節、つまりモード振幅のゼロ値
５０１Ｂに位置が近い音波発生装置３Ｅ、３Ｉ（図中の
点線５０１Ｅの位置）で音響加振しても共鳴しない。こ
のような観点から加振すべき音波発生装置３Ａ〜３Ｊと
加振すべきでない音波発生装置３Ａ〜３Ｊを選定して周
波数応答解析を実施する。

【００３５】その結果、得られた音圧比の周波数応答を
図７に示す。本図は横軸に５０〜１５０Ｈｚの帯域での
周波数を示し、縦軸に図４に示す計２５点の音圧比評価
点１２３での音圧比応答を示す。

【００３６】図７から明らかなように、いくつかの共鳴
周波数１１０２、１２０２、１３０２等が見受けられ
る。例えば、その中でも音圧比の大きい上位３個の共鳴
周波数、つまり１１５．３５Ｈｚのもの１１０２、１２
７Ｈｚのもの１２０２、１３８．５Ｈｚのもの１３０２
に着目する。これらの３個の共鳴周波数１１０２、１２
０２、１３０２に対応する音圧固有モード１２０３、１
２０１、１２０５を図８に示す。これらのモード１２０
３、１２０１、１２０５を実機で励起すべきだという指
令を、図１に示す音波発生装置３Ａ〜３Ｊの運転順番指
定装置８３に出す。なお、音圧比のランクに応じて上位
いくつまでの数のモードを選定するかは本発明では特に
指定しない。

【００３７】次に、図１に示す音波発生装置３Ａ〜３Ｊ
の運転順番指定装置８３について説明する。図８は、図
１に示す推定装置８２で得られた共鳴効果の大きい音圧
固有モードを示す。図８には解析モデル１２１における
音波発生装置３Ａ〜３Ｊの取付け位置を示した図も併記
している。

【００３８】なお、図８中の解析モデル左上端位置１２
１Ａ、左下端位置１２１Ｂ、右上端位置１２１Ｃ及び右
下端位置１２１Ｄは、各音圧モ−ド１２０１、１２０
３、１２０５中の位置１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ及
び１２１Ｄとそれぞれ対応している。

【００３９】音波発生装置３Ａ〜３Ｊの取付け位置と共
鳴モード１２０３、１２０１、１２０５の情報から、音
波発生装置３Ａ〜３Ｊから発音するかしないかを判定
し、発音する場合の順番を決定する操作は下記（１）〜
（３）に従う。（１）音圧固有モード振幅の最大値の近傍の位置に存在
する音波発生装置３Ａ〜３Ｊからは発する。（２）音圧固有モード振幅のゼロ値の近傍の位置に存在
する音波発生装置３Ａ〜３Ｊからは発しない。（３）音圧固有モードを安定して励起するために、音圧
モード振幅の最大値の面積の中心に近い位置からの音波
発生装置３Ａ〜３Ｊから加振する。

【００４０】この操作を、１３８．５Ｈｚの音圧固有モ
ード１２０５（１３８．５Ｈｚ）を例にとって説明す
る。本モードにおける音圧モード振幅の正の最大値１２
０５Ａの位置（点線１２０５Ｄ、１２０５Ｅの位置）に
一致する音波発生装置３Ａ、３Ｂ、３Ｆ、３Ｇから発音
し、その他の音波発生装置３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｈ、３
Ｉ、３Ｊからは発音しない。また、発音する音波発生装
置３Ａ、３Ｂ、３Ｆ、３Ｇの順としては、音圧モード振
幅の最大値１２０５Ａの中心に近い３Ａ、３Ｆそして３
Ｂ、３Ｇの順に加振する。

【００４１】このような操作を他の二つのモード１２０
３（１１５．３５Ｈｚ）、１２０１（１２７Ｈｚ）につ
いても実施し、表１に示すような共鳴周波数の設定、共
鳴モードを励起するための加振対象の音波発生装置の選
定、共鳴モードを励起するための音波発生装置３Ａ〜３
Ｊの運転順序決定を行い、図１に示す発振機５Ａ〜５Ｊ
及びパワー増幅器４Ａ〜４Ｊを介して、音波発生装置３
Ａ〜３Ｊに指示を出す。

【００４２】

【表１】以上述べた装置及び運転方法を用いることにより、負荷
変動等にともなう炉内温度変化に対応し、実時間で燃焼
灰の除去に有効な炉内共鳴を励起するための音波発生装
置の運用が可能となる。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、以下の効果が得られる。（１）容器又は設備（伝熱管群等を備えた熱交換装置な
ど）の内部領域に存在する流体（ガス体など）とは音響
特性が異なる物体（伝熱管群等の管体等）の特性を考慮
し、少なくとも２次元以上の音圧固有モ−ドの解析が可
能となる。（２）前記解析装置で得られた音圧固有モ−ドの情報と
音波発生装置の取付位置の情報から、共鳴効果の大きい
共鳴モ−ドを探索して本共鳴モ−ドを励起するための前
記音波発生装置の周波数と、前記音波発生装置の運転順
番の推定が可能となる。（３）上記（１）〜（２）に基き、負荷変動等に伴う容
器又は設備（熱交換装置等）の内部領域の雰囲気温度の
情報に基いて実時間で前記音波発生装置の周波数の調整
と運転順番を制御することが可能となり、容器又は設備
の内部領域に存在する塵埃類などの音波式清掃が効率良
く実施でき、運用コストの低減につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態になるボイラ装置の灰除
去用音波式清掃装置の概略構成図である。

【図２】図１の音波式清掃装置により清掃実施に関す
る説明図である。

【図３】図１の音波式清掃装置に用いる炉内温度分布
の推定を説明する図である。

【図４】図１の音波式清掃装置における多次元音響解
析用のモデルを示す。

【図５】図１の音波式清掃装置における多次元音響解
析モデルで解析した音響固有モードの一例である。

【図６】図１の音波式清掃装置にて解析した音響固有
モードと、音波発生装置の位置関係を比較した図であ
る。

【図７】図１の音波式清掃装置による炉内清掃に有効
な共鳴モード及びその卓越周波数を指定する装置によ
り、本共鳴モードと共鳴周波数を選定する方法を説明し
た図である。

【図８】図１の音波式清掃装置による炉内清掃有効な
共鳴モードを選定した結果を示す図である。

【図９】ボイラ装置の概略構成図である。

【図１０】図９のボイラ装置内の伝熱管に燃焼灰が付
着、堆積する状態を示す説明図である。

【図１１】従来技術（特開平９−６１０９０号公報）
によるボイラ装置の灰除去装置の概略構成図である。

【図１２】従来技術（特開平９−６１０８８号公報）
によるボイラ装置の灰除去装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ボイラ後部伝熱管部３Ａ〜３Ｊ音波
発生装置４Ａ〜４Ｊパワー増幅器５Ａ〜５Ｊ音波
発振機７音圧センサ８周波数制御器２２Ａ〜２２Ｅ伝熱管群８０Ａ、８０Ｂ
温度センサ８１音響固有モード解析装置８２共鳴モ−ド
と共鳴周波数推定装置８３音波発生装置の運転順番指定装置１０１火炉１０２後部伝熱
前壁１０３後部伝熱側壁１０４後部伝熱
隔壁１０５後部伝熱後壁１０６横置過熱
器１０７横置蒸発器１０８節炭器１０９伝熱管１１０燃焼灰１１２ａ〜１１２ｃ空洞部１１３ａ〜１１３
ｃ一次元モード１１８温度分布１２１後部伝熱管部有限要素解析モデル１２２伝熱管群周辺部１２３音圧比評
価点５０１、１２０１、１５０１音圧固有モード５００モード振幅指標１１０２、１２０２、１３０２共鳴周波数１２０３、１２０１、１２０５共鳴モード

フロントページの続き (72)発明者池杉守東京都中央区銀座６丁目15番１号電源開発株式会社内 (72)発明者谷口寿朗神奈川県横浜市磯子区新磯子町37の２電源開発株式会社新磯子火力建設所内 (72)発明者佐々木清治広島県竹原市忠海長浜２丁目１番１号電源開発株式会社竹原火力発電所内 (72)発明者相田清広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者西田英一広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者日高秀則広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者松本曜明広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内 (72)発明者山口良祐広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 3B116 AA13 AB51 BC05 CC05 3K061 RA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音波によって容器又は設備の内部領域の
共鳴モードを励起し、前記内部領域に存在する塵埃類を
除去するための複数の音波発生装置を有する音波式清掃
装置において、前記容器又は設備の複数の取り付け位置にそれぞれ配置
され、発生する音波の周波数が調整可能な複数の音波発
生装置と、前記容器又は設備の内部領域に存在する流体及び物体の
音響特性を考慮した少なくとも二次元以上の音響解析モ
デルを用いて前記内部領域の音響固有モ−ドを解析する
音響固有モ−ド解析装置と、該音響固有モ−ド解析装置で得られた音響固有モ−ドの
情報及び前記複数の音波発生装置の取付位置の情報から
共鳴効果の大きい共鳴モ−ド及び共鳴周波数を推定する
共鳴モ−ド及び共鳴周波数推定装置と、該共鳴効果の大きい共鳴モ−ドを励起するために前記複
数の音波発生装置の周波数及び運転順番を指定する音波
発生装置の運転順番指定装置とを有することを特徴とす
る音波式清掃装置。
【請求項２】前記設備がガス体が流れる伝熱管群を備
えた熱交換装置であることを特徴とする請求項１記載の
音波式清掃装置。
【請求項３】前記熱交換装置内の前記伝熱管群の前記
ガス流れ上流側に位置する点と、前記熱交換装置内の前
記伝熱管群の前記ガス流れ下流側に位置する点を含む２
点以上の温度を計測する温度計測装置を有し、該温度計
測装置によって得られる温度分布に基づき、前記音響固
有モ−ド解析装置により前記伝熱管群及び該伝熱管の外
面を流れるガスの音響特性を考慮した少なくとも２次元
以上の音響解析モデルを用いて前記内部領域の音響固有
モ−ドを解析することを特徴とする請求項２に記載の音
波式清掃装置。
【請求項４】前記容器又は設備の複数の取付位置にそ
れぞれ配置された複数の音波発生装置からの音波により
容器又は設備の内部領域に存在する流体及び物体の音響
特性を考慮した少なくとも二次元以上の音響解析モデル
を用いて前記内部領域の音響固有モ−ドを解析し、得られた音響固有モ−ドの情報及び発生する音波の周波
数が調整可能な複数の音波発生装置の取付位置の情報か
ら共鳴効果の大きい共鳴モ−ド及び共鳴周波数を推定
し、該共鳴効果の大きい共鳴モ−ドを励起するために前記複
数の音波発生装置の周波数及び運転順番を指定し、前記内部領域内の雰囲気温度の情報に基いて前記複数の
音波発生装置の運転を制御し、前記音波発生装置の発生する音波により前記容器または
設備の内部領域に存在する塵埃類を除去することを特徴
とする音波式清掃方法。
【請求項５】前記設備がガス体が流れる伝熱管群を備
えた熱交換装置であることを特徴とする請求項４記載の
音波式清掃方法。
【請求項６】前記熱交換装置内の前記伝熱管群の前記
ガス流れ上流側に位置する点と、前記熱交換装置内の前
記伝熱管群の前記ガス流れ下流側に位置する点を含む２
点以上の温度を計測し、これら２点以上の温度に基づいて、前記熱交換装置の内
部領域の温度分布を推定し、この温度分布と前記伝熱管群及び該伝熱管の外面を流れ
るガスの音響特性を考慮した２次元以上の音響解析モデ
ルを用いて前記内部領域の音響固有モ−ドを解析するこ
とを特徴とする請求項５に記載の音波式清掃方法。