JP2019078430A - Heat exchanger and manufacturing method of heat exchanger - Google Patents

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直樹 菅沼
修二 中江
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修二 中江
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Abstract

To provide a heat exchanger capable of reducing noise at low cost, and a manufacturing method of the heat exchanger.SOLUTION: A manufacturing method of a heat exchanger comprising a pipe in which a first fluid is circulated and a body in which the pipe is accommodated, and being configured to exchange heat of a second fluid that is circulated inside of the body with the first fluid includes: a first cutoff frequency identification step for identifying a first cutoff frequency that the heat exchanger has; a first temporary value determination step for determining a first temporary value from the first cutoff frequency that is identified in the first cutoff frequency identification step; a first numerical analysis step for calculating a cutoff enabled frequency and a noise reduction amount by performing numerical analysis on multiple first straight pipe groups which are disposed at an interval of the first temporary value that is determined in the first temporary value determination step; and a first interval determination step for determining the first temporary value as a first interval in a case where a deviation between a first cutoff enabled bottom frequency that is a lowest frequency among the cutoff enabled frequencies obtained in the first numerical analysis step and the first cutoff frequency is settled within a predetermined allowable range with respect to the first cutoff frequency.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。   The present disclosure relates to a heat exchanger and a method of manufacturing the heat exchanger.

ガスタービン、特にマイクロガスタービンで発電を行う際等の高速回転体において、高周波数域の騒音が発生する。騒音を低減するために、サイレンサを設置する場合がある。特許文献1には、温水ボイラにサイレンサを設けることが記載されている。   In high-speed rotating bodies such as when generating electricity with a gas turbine, especially a micro gas turbine, noise in a high frequency range is generated. A silencer may be installed to reduce noise. Patent Document 1 describes providing a silencer in a hot water boiler.

特開平10−259956号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-259956

しかしながら、騒音対策としてサイレンサを別途設けると、製品コストが上昇するといった問題点があった。   However, when a silencer is separately provided as a noise countermeasure, there is a problem that the product cost increases.

上述の事情に鑑みて、本開示は、低コストで騒音を低減できる熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described circumstances, the present disclosure aims to provide a heat exchanger and a method of manufacturing the heat exchanger that can reduce noise at low cost.

(1)本発明の少なくとも1つの実施形態に係る熱交換器の製造方法は、
第1流体が流通する配管と、該配管を内部に収容する胴体とを備え、前記胴体内を流通する第2流体が前記第1流体と熱交換される熱交換器の製造方法であって、
前記配管は、前記第2流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の第1直管部分であって、前記第2流体の流通方向に沿って間隔をあけて並んだ複数の第1直管部分をそれぞれ含む複数の第1直管群を備え、
前記複数の第1直管群は、前記複数の第1直管部分が延びる方向及び前記複数の第1直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに第1間隔をあけて配置され、
前記製造方法は、
前記熱交換器が有する第1遮断周波数を特定する第1遮断周波数特定ステップと、
前記第1遮断周波数をf1(Hz)、前記第2流体中を伝わる前記音波の音速をc(m/sec)、前記第1間隔の第1仮値をST1(m)とすると、以下の式(1)
ST1=c/f1 ・・・ (1)
に基づいて、前記第1遮断周波数特定ステップにおいて特定された前記第1遮断周波数から前記第1仮値を決定する第1仮値決定ステップと、
前記第1仮値決定ステップにおいて決定された前記第1仮値をあけて配置された複数の第1直管群に対して数値解析を行い、遮断可能な周波数及び減音量を求める第1数値解析ステップと、
前記第1数値解析ステップにおいて得られた遮断可能な周波数のうち最も低い周波数である第1遮断可能最低周波数と前記第1遮断周波数とのずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内である場合に、前記第1仮値を前記第1間隔と決定する第1間隔決定ステップと
を含む。
(1) A method of manufacturing a heat exchanger according to at least one embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a heat exchanger, comprising: a pipe through which a first fluid flows; and a body containing the pipe therein, wherein the second fluid flowing through the inside of the body exchanges heat with the first fluid.
The piping is a plurality of first straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the second fluid, and the plurality of pipes are arranged at intervals along the flow direction of the second fluid. A plurality of first straight pipe groups each including a first straight pipe portion,
The plurality of first straight pipe groups are arranged at a first interval mutually perpendicular to both the extending direction of the plurality of first straight pipe portions and the direction in which the plurality of first straight pipe portions are arranged. And
The manufacturing method is
A first cutoff frequency identification step of identifying a first cutoff frequency of the heat exchanger;
Assuming that the first cutoff frequency is f1 (Hz), the sound velocity of the sound wave transmitted in the second fluid is c (m / sec), and the first temporary value of the first interval is ST1 (m), the following equation (1)
ST1 = c / f1 (1)
A first temporary value determining step of determining the first temporary value from the first cut-off frequency specified in the first cut-off frequency specifying step;
A numerical analysis is performed on a plurality of first straight pipe groups arranged with the first temporary value determined in the first temporary value determining step open, and a first numerical analysis for obtaining a cuttable frequency and a volume reduction Step and
Of the cuttable frequencies obtained in the first numerical analysis step, the deviation between the lowest cuttable lowest frequency, which is the lowest frequency, and the first cut-off frequency is predetermined with respect to the first cut-off frequency And a first interval determining step of determining the first temporary value as the first interval if it is within the range.

上記(1)の方法によると、第1遮断周波数の1波長に相当する第1間隔をあけて複数の第1直管群を配置することにより、第1遮断周波数及び第1遮断周波数に付随する帯域の音波を第1直管群間で反射させる機能が熱交換器に付加されるので、第1直管群の下流側に伝達される音波のうち、第1遮断周波数及び第1遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。第1直管群間の第1間隔を調節することのみで、第1直管群の下流側に伝達される音波を低減することができるので、低コストで騒音を低減できる熱交換器を製造することができる。   According to the above method (1), by arranging the plurality of first straight pipe groups at a first interval corresponding to one wavelength of the first cut-off frequency, the first cut-off frequency and the first cut-off frequency Since the function of reflecting the sound wave in the band between the first group of straight pipes is added to the heat exchanger, of the sound waves transmitted to the downstream side of the first group of straight pipes, the first cutoff frequency and the first cutoff frequency Acoustic waves in the accompanying bands can be reduced. Since the sound wave transmitted to the downstream side of the first straight pipe group can be reduced only by adjusting the first interval between the first straight pipe groups, a heat exchanger capable of reducing noise at low cost is manufactured. can do.

(2)いくつかの実施形態では、上記(1)の方法において、
前記第1間隔決定ステップにおいて、前記第1遮断可能最低周波数と前記第1遮断周波数とのずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲を超える場合、前記ずれに基づいて前記第1仮値を修正し、修正された前記第1仮値をあけて配置された複数の第1直管群に対して数値解析を行って遮断可能な周波数及び減音量を求めることを、前記ずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内となるまで繰り返して前記第1間隔を決定する。
(2) In some embodiments, in the method of (1) above,
In the first interval determination step, when a deviation between the first lowest cutoff frequency and the first cutoff frequency exceeds a predetermined allowable range with respect to the first cutoff frequency, the first deviation may be determined based on the deviation. (1) Correcting the temporary value and performing numerical analysis on a plurality of first straight pipe groups arranged with the corrected first temporary value open to obtain a cuttable frequency and a volume reduction; The first interval is determined repeatedly until the value of is within a predetermined allowable range for the first cut-off frequency.

上記(2)の方法によると、上記(1)の方法で決定された第1遮断可能最低周波数と第1遮断周波数とのずれが大きい場合でも、そのずれに基づいて第1仮値を修正して数値解析を繰り返すことにより、そのずれをできる限り小さくした第1仮値、すなわち、第1間隔を決定することができるので、第1直管群の下流側に伝達される音波のうち、第1遮断周波数及び第1遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。   According to the method of (2) above, even if the deviation between the first lowest cutoff frequency and the first cutoff frequency determined by the above method of (1) is large, the first temporary value is corrected based on the deviation. By repeating the numerical analysis, it is possible to determine the first temporary value that makes the deviation as small as possible, that is, the first interval. Therefore, among the sound waves transmitted to the downstream side of the first group of straight pipes, Sound waves in a band associated with one cutoff frequency and the first cutoff frequency can be reduced.

(3)いくつかの実施形態では、上記(1)または(2)の方法において、
前記配管は、前記第2流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の第2直管部分であって、前記第2流体の流通方向に沿って間隔をあけて平行に並んだ複数の第2直管部分をそれぞれ含む複数の第2直管群を、前記第2流体の流通方向において前記第1直管群よりも上流側又は下流側にさらに備え、
前記複数の第2直管群は、前記複数の第2直管部分が延びる方向及び前記複数の第2直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに第2間隔をあけて配置され、
前記製造方法は、
前記熱交換器において減音される前記音波が有する第2遮断周波数であって、前記第1遮断周波数とは異なる周波数である第2遮断周波数を特定する第2遮断周波数特定ステップと、
前記第2遮断周波数をf2(Hz)、前記第2間隔の第2仮値をST2(m)とすると、以下の式(2)
ST2=c/f2 ・・・ (2)
に基づいて、前記第2遮断周波数特定ステップにおいて特定された前記第2遮断周波数から前記第2仮値を決定する第2仮値決定ステップと、
前記第2仮値決定ステップにおいて決定された前記第2仮値をあけて配置された複数の第2直管群に対して数値解析を行い、遮断可能な周波数及び減音量を求める第2数値解析ステップと、
前記第2数値解析ステップにおいて得られた遮断可能な周波数のうち最も低い周波数である第2遮断可能最低周波数と前記第2遮断周波数とのずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内である場合に、前記第2仮値を前記第2間隔と決定する第2間隔決定ステップと
をさらに含む。
(3) In some embodiments, in the method of (1) or (2) above,
The piping is a plurality of second straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the second fluid, and the pipes are arranged in parallel and spaced apart along the flow direction of the second fluid. A plurality of second straight pipe groups each including a plurality of second straight pipe portions are further provided upstream or downstream of the first straight pipe group in the flow direction of the second fluid,
The plurality of second straight pipe groups are arranged at a second distance from each other in the direction perpendicular to both the extending direction of the plurality of second straight pipe portions and the direction in which the plurality of second straight pipe portions are arranged. And
The manufacturing method is
A second cutoff frequency identification step of identifying a second cutoff frequency which is a second cutoff frequency of the sound wave reduced in the heat exchanger and which is different from the first cutoff frequency;
Assuming that the second cutoff frequency is f2 (Hz) and the second temporary value of the second interval is ST2 (m), the following equation (2)
ST2 = c / f2 (2)
A second temporary value determining step of determining the second temporary value from the second cut-off frequency specified in the second cut-off frequency specifying step;
A second numerical analysis is performed to perform numerical analysis on a plurality of second straight pipe groups disposed with the second temporary value determined in the second temporary value determination step, and to obtain a cuttable frequency and a volume reduction Step and
Among the cuttable frequencies obtained in the second numerical analysis step, a deviation between the second cuttable lowest frequency, which is the lowest frequency, and the second cut off frequency is predetermined to the second cut off frequency. And a second interval determining step of determining the second temporary value as the second interval if it is within the range.

上記(3)の方法によると、第2遮断周波数の1波長に相当する第2間隔をあけて複数の第2直管群をさらに配置することにより、第2遮断周波数及び第2遮断周波数に付随する帯域の音波を第2直管群間で反射させる機能が熱交換器にさらに付加されるので、第2直管群の下流側に伝達される音波のうち、第1遮断周波数及び第1遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することに加えて、第1遮断周波数とは異なる第2遮断周波数及び第2遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。すなわち、広い帯域の音波を低減することができる。第2直管群間の第2間隔も調節することで、第2直管群の下流側に伝達される音波を低減することができるので、低コストで騒音を低減できる熱交換器を製造することができる。   According to the method of the above (3), by arranging the plurality of second straight pipe groups at a second interval corresponding to one wavelength of the second cutoff frequency, the second cutoff frequency and the second cutoff frequency Since the heat exchanger is further added with the function of reflecting the sound waves in the second straight pipe group between the second straight pipe groups, the first cutoff frequency and the first cutoff of the sound waves transmitted downstream of the second straight pipe group In addition to reducing the sound waves in the band associated with the frequency, it is possible to reduce the sound waves in the band associated with the second cutoff frequency different from the first cutoff frequency and the second cutoff frequency. That is, sound waves in a wide band can be reduced. By adjusting the second distance between the second straight pipe groups as well, it is possible to reduce the sound waves transmitted to the downstream side of the second straight pipe groups, thereby manufacturing a heat exchanger capable of reducing noise at low cost. be able to.

(4)いくつかの実施形態では、上記(3)の方法において、
前記第2間隔決定ステップにおいて、前記第2遮断可能最低周波数と前記第2遮断周波数とのずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲を超える場合、前記ずれに基づいて前記第2仮値を修正し、修正された前記第2仮値をあけて配置された複数の第2直管群に対して数値解析を行って遮断可能な周波数及び減音量を求めることを、前記ずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内となるまで繰り返して前記第2間隔を決定する。
(4) In some embodiments, in the method of (3) above,
In the second interval determination step, when a deviation between the second lowest cutoff frequency and the second cutoff frequency exceeds a predetermined allowable range with respect to the second cutoff frequency, the second deviation is determined based on the deviation. (2) The deviation may be corrected by performing a numerical analysis on a plurality of second straight pipe groups arranged by correcting the two temporary values and opening the corrected second temporary values to obtain a cuttable frequency and a volume reduction The second interval is determined repeatedly until the second interval is within a predetermined allowable range for the second cutoff frequency.

上記(4)の方法によると、上記(3)の方法で決定された第2遮断可能最低周波数と第2遮断周波数とのずれが大きい場合でも、そのずれに基づいて第2仮値を修正して数値解析を繰り返すことにより、そのずれをできる限り小さくした第2仮値、すなわち、第2間隔を決定することができるので、第2直管群の下流側に伝達される音波のうち、第2遮断周波数及び第2遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。   According to the method of (4) above, even if the deviation between the second lowest cutoff frequency and the second cutoff frequency determined by the above method of (3) is large, the second temporary value is corrected based on the deviation. By repeating the numerical analysis, it is possible to determine the second temporary value, that is, the second interval, in which the deviation is made as small as possible, that is, the second of the sound waves transmitted to the downstream side of the second group of straight pipes Sound waves in a band associated with the second cutoff frequency and the second cutoff frequency can be reduced.

(5)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(4)のいずれかの方法において、
前記第2流体は、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)である燃焼タービンの排ガスであり、
前記第1遮断周波数f1は、以下の式(3)
f1=nR/60 ・・・ (3)
によって特定される。
(5) In some embodiments, in any of the methods (1) to (4) above,
The second fluid is an exhaust gas of a combustion turbine having n blades and having a rated rotational speed of R (rpm),
The first cutoff frequency f1 is expressed by the following equation (3)
f1 = nR / 60 ... (3)
Identified by

上記(5)の方法によると、発生する騒音を低コストで低減することができる。   According to the above method (5), the generated noise can be reduced at low cost.

(6)本発明の少なくとも1つの実施形態に係る熱交換器は、
流体が流通する配管と、
該配管を内部に収容する胴体と
を備え、前記胴体内を流通する前記排ガスが前記流体と熱交換される熱交換器であって、
前記配管は、前記排ガスと熱交換される前記流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の直管部分であって、前記流体の流通方向に沿って間隔をあけて平行に並んだ複数の直管部分をそれぞれ含む複数の直管群を備え、
前記複数の直管群は、前記複数の直管部分が延びる方向及び前記複数の直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに、前記熱交換器が有する遮断周波数に基づく間隔をあけて配置される。
(6) A heat exchanger according to at least one embodiment of the present invention,
Piping through which fluid flows,
And a body for receiving the pipe therein, wherein the exhaust gas flowing in the body is heat-exchanged with the fluid,
The piping is a plurality of straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the fluid heat-exchanged with the exhaust gas, and arranged in parallel along the flow direction of the fluid at intervals Provided with a plurality of straight pipe groups each including a plurality of straight pipe portions,
The plurality of straight pipe groups are separated from each other in the direction perpendicular to both the direction in which the plurality of straight pipe portions extend and the direction in which the plurality of straight pipe portions are arranged, a distance based on the cutoff frequency of the heat exchanger Be placed open.

遮断周波数の1波長に相当する間隔をあけて複数の直管群を配置することにより、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を直管群間で反射させる機能が熱交換器に付加されるので、直管群の下流側に伝達される音波のうち、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。直管群間の間隔を調節することのみで、直管群の下流側に伝達される音波を低減することができるので、低コストで騒音を低減することができる。   By arranging a plurality of straight pipe groups at intervals corresponding to one wavelength of the cut-off frequency, the function of reflecting the sound wave of the cut-off frequency and the band accompanying the cut-off frequency between the straight pipe groups is added to the heat exchanger Therefore, among the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe group, it is possible to reduce the cut-off frequency and the sound wave in the band associated with the cut-off frequency. By adjusting the distance between the straight pipe groups only, the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe groups can be reduced, so noise can be reduced at low cost.

この発明の少なくとも1つの実施形態によれば、遮断周波数の1波長に相当する間隔をあけて複数の直管群を配置することにより、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を直管群間で反射させる機能が熱交換器に付加されるので、直管群の下流側に伝達される音波のうち、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。直管群間の間隔を調節することのみで、直管群の下流側に伝達される音波を低減することができるので、低コストで騒音を低減することができる。   According to at least one embodiment of the present invention, by arranging a plurality of straight pipe groups at intervals corresponding to one wavelength of the cut-off frequency, the cut-off frequency and sound waves in the band associated with the cut-off frequency Since the function of reflecting between is added to the heat exchanger, it is possible to reduce the sound wave in the band associated with the cutoff frequency and the cutoff frequency among the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe group. By adjusting the distance between the straight pipe groups only, the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe groups can be reduced, so noise can be reduced at low cost.

実施形態1に係る熱交換器を備えたマイクロガスタービンの構成を示す図である。FIG. 1 is a view showing a configuration of a micro gas turbine provided with a heat exchanger according to a first embodiment. 実施形態1に係る熱交換器の内部に設けられた配管の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of piping provided in the inside of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る熱交換器の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る熱交換器の製造方法における熱交換器のFEM解析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of FEM analysis of the heat exchanger in the manufacturing method of the heat exchanger concerning Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る熱交換器の内部に設けられた配管の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of piping provided in the inside of the heat exchanger which concerns on Embodiment 2. FIG.

以下、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but merely illustrative examples.

(実施形態1)
図1に示されるように、マイクロガスタービン1は、回転軸4によって連結されたタービン2及び圧縮機3と、圧縮機3により圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼させるとともにその燃焼ガスをタービン2に供給する燃焼器5と、圧縮機3により圧縮された圧縮空気(第1流体)とタービン2の排ガス(第2流体)とを熱交換して排ガスから熱を回収するための熱交換器6と、圧縮機3に連結された発電機7とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the micro gas turbine 1 burns fuel using the turbine 2 and the compressor 3 connected by the rotating shaft 4 and the compressed air compressed by the compressor 3 and the combustion gas thereof. Heat exchange for recovering heat from exhaust gas by heat exchange between the combustor 5 supplied to the turbine 2 and the compressed air (first fluid) compressed by the compressor 3 and the exhaust gas (second fluid) of the turbine 2 And a generator 7 connected to the compressor 3.

図2に示されるように、熱交換器6は、圧縮空気が流通する配管10と、配管10を内部に収容する胴体13とを備えている。配管10は、複数の直管部分11を含む複数の直管群12を備えている。各直管部分11は、胴体13内における排ガスの流通方向Aに対して垂直な方向に沿って延びている。各直管群12において、直管部分11はそれぞれ、流通方向Aに沿って間隔SLをあけて互いに平行に並んでいる。また、直管群12はそれぞれ、各直管部分11が延びる方向及び直管部分11が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに間隔Lをあけて配置されている。尚、間隔SL及びLのいずれも、直管部分11の管中心間距離である。   As shown in FIG. 2, the heat exchanger 6 includes a pipe 10 through which the compressed air flows, and a body 13 accommodating the pipe 10 inside. The pipe 10 is provided with a plurality of straight pipe groups 12 including a plurality of straight pipe portions 11. Each straight pipe portion 11 extends in a direction perpendicular to the flow direction A of the exhaust gas in the body 13. In each group 12 of straight pipes, the straight pipe portions 11 are arranged parallel to each other at intervals SL along the flow direction A. In addition, the straight pipe groups 12 are respectively disposed at an interval L in a direction perpendicular to both the direction in which the straight pipe portions 11 extend and the direction in which the straight pipe portions 11 are arranged. Both of the intervals SL and L are distances between the pipe centers of the straight pipe portion 11.

直管部分11はそれぞれ、互いに分離された直管状の管であってもよいし、流通方向Aに沿って隣り合う直管部分11の端部同士がU字状に湾曲した図示しない連結管により連結されて、各直管群12が1本の連続した管を構成してもよい。直管群12がどのような構成であっても、直管部分11を流通する圧縮空気の流通方向と胴体13内で排ガスが流通する流通方向Aとが交差する乃至直交する形態であればよい。   The straight pipe portions 11 may be straight tubular pipes separated from each other, or by connecting pipes (not shown) in which the end portions of the straight pipe portions 11 adjacent to each other along the flow direction A are curved in a U shape. The straight pipe groups 12 may be connected to constitute one continuous pipe. No matter what configuration the straight pipe group 12 has, the flow direction of the compressed air flowing in the straight pipe portion 11 and the flow direction A in which the exhaust gas flows in the body 13 may cross or be orthogonal to each other. .

次に、実施形態1に係る熱交換器6を備えたマイクロガスタービン1の動作について説明する。
図1に示されるように、燃焼器5は、圧縮機3により圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる。燃焼器5は、燃料が燃焼して生成された燃焼ガスをタービン2に供給する。タービン2において燃焼ガスは、図示しないロータを回転させる。ロータの回転は回転軸4を介して圧縮機3に伝わり、圧縮機3が空気を圧縮して圧縮空気が生成される。この際、圧縮機3によって発電機7が駆動され、発電が行われる。タービン2の排ガスと、圧縮機3によって圧縮された圧縮空気とは、熱交換器6において熱交換され、排ガスは冷却されたのちに排気され、圧縮空気は加熱されたのちに燃焼器5に供給される。
Next, the operation of the micro gas turbine 1 provided with the heat exchanger 6 according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the combustor 5 burns fuel using the compressed air compressed by the compressor 3. The combustor 5 supplies the combustion gas generated by the fuel combustion to the turbine 2. The combustion gas in the turbine 2 rotates a rotor (not shown). The rotation of the rotor is transmitted to the compressor 3 via the rotating shaft 4, and the compressor 3 compresses the air to generate compressed air. At this time, the generator 7 is driven by the compressor 3 to generate power. The exhaust gas of the turbine 2 and the compressed air compressed by the compressor 3 are heat-exchanged in the heat exchanger 6, the exhaust gas is cooled and then exhausted, and the compressed air is heated and supplied to the combustor 5 Be done.

マイクロガスタービン1で発電が行われる際等の高速回転体において、高周波数域の騒音が発生する。しかし、この実施形態1では、熱交換器6における直管群12間の間隔Lを、特定の周波数の1波長に概ね一致させるようにすることにより、特定の周波数及びその周波数に付随する帯域の音波を直管部分11間で反射させて、直管群12の下流側に伝達される音波を低減することができる。この結果、熱交換器6の上流側に設置される機器に起因する騒音が熱交換器6において低減される。   In a high-speed rotating body such as when power generation is performed by the micro gas turbine 1, noise in a high frequency range is generated. However, in the first embodiment, the distance L between the straight tube groups 12 in the heat exchanger 6 is made to substantially coincide with one wavelength of a specific frequency, whereby a specific frequency and a band associated with that frequency are obtained. The sound waves can be reflected between the straight pipe portions 11 to reduce the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe group 12. As a result, the noise caused by the equipment installed upstream of the heat exchanger 6 is reduced in the heat exchanger 6.

次に、熱交換器6の製造方法、特に、熱交換器6において直管群12間の間隔Lを決定する方法を、図1及び2を参照しながら図3のフローチャートに基づいて説明する。
まず、熱交換器6が有する遮断周波数を特定する(ステップS1)。タービン2がn枚の動翼を有し、タービン2の定格回転数がR(rpm)であるとすると、マイクロガスタービン1で発電が行われる際等の高速回転体において発生する騒音の原因となる翼通過周波数f(Hz)は、以下の式
f=nR/60
によって計算される。この翼通過周波数fを、熱交換器6が有する遮断周波数とする。
Next, a method of manufacturing the heat exchanger 6, in particular, a method of determining the distance L between the straight pipe groups 12 in the heat exchanger 6 will be described based on the flowchart of FIG. 3 with reference to FIGS.
First, the cutoff frequency of the heat exchanger 6 is specified (step S1). Assuming that the turbine 2 has n moving blades and the rated rotational speed of the turbine 2 is R (rpm), the cause of the noise generated in the high-speed rotor such as when the micro gas turbine 1 generates electric power The blade passing frequency f (Hz) is given by the following equation f = nR / 60
Calculated by This blade passing frequency f is taken as the cutoff frequency of the heat exchanger 6.

そうすると、直管群12間の間隔Lを、翼通過周波数fの1波長に一致させるようにするために、以下の式によって、間隔Lの仮値STを決定する(ステップS2)。
ST=c/f=c/(nR/60)=60c/nR
ここで、cは、胴体13内で排ガス中を伝わる音波の音速(m/sec)である。
Then, in order to make the distance L between the straight pipe groups 12 coincide with one wavelength of the blade passing frequency f, the temporary value ST of the distance L is determined by the following equation (step S2).
ST = c / f = c / (nR / 60) = 60c / nR
Here, c is the speed of sound (m / sec) of the sound wave transmitted through the exhaust gas in the body 13.

次に、ステップS2において決定された仮値STをあけて配置された複数の直管群12に対してFEM解析を行い(ステップS3)、熱交換器6において遮断可能な周波数及び減音量を求める。一例として、タービン2の動翼の枚数を25枚(n=25)、タービン2の定格回転数を3600rpm(R=3600)とすると、翼通過周波数fは、
f=nR/60=25×3600/60=1500Hz
となる。c=340m/secとすると、仮値STは、
ST=c/f=340/3600=0.227m
となる。ST=0.227mとしたFEM解析の結果を図4に示す。
Next, FEM analysis is performed on the plurality of straight pipe groups 12 arranged with the temporary value ST determined in step S2 open (step S3), and the frequency and the volume reduction that can be cut off in the heat exchanger 6 are obtained. . As an example, assuming that the number of moving blades of the turbine 2 is 25 (n = 25) and the rated rotational speed of the turbine 2 is 3600 rpm (R = 3600), the blade passing frequency f is
f = nR / 60 = 25 × 3600/60 = 1500 Hz
It becomes. Assuming that c = 340 m / sec, the temporary value ST is
ST = c / f = 340/3600 = 0.227 m
It becomes. The results of FEM analysis with ST = 0.227 m are shown in FIG.

図4からわかるように、1587Hzの周波数及びこの周波数に付随する帯域の音波に対して、周波数ごとに減音量の相違はあるものの減音が可能である。そこで、この範囲の周波数のうち最も低い周波数を遮断可能最低周波数と定義する。図4では、遮断可能最低周波数は1587Hzである。ここで、遮断周波数(1500Hz)に対する遮断可能最低周波数と遮断周波数とのずれを計算すると、
(1587−1500)/1500×100=5.8%
となる。
As can be seen from FIG. 4, for the sound wave of the frequency of 1587 Hz and a band associated with this frequency, sound reduction is possible although there is a difference in volume reduction for each frequency. Therefore, the lowest frequency in this range of frequencies is defined as the lowest frequency that can be cut off. In FIG. 4, the lowest frequency that can be shut off is 1587 Hz. Here, when the deviation between the minimum cutoff frequency and the cutoff frequency with respect to the cutoff frequency (1500 Hz) is calculated,
(1587-1500) /1500×100=5.8%
It becomes.

このずれの許容範囲を例えば±10%以内と予め決めた場合には、図4の結果はこの範囲内であるため、仮値ST=0.227mを間隔Lと決定する(ステップS4)。   If the allowable range of this deviation is determined in advance to be, for example, within ± 10%, the temporary value ST = 0.227 m is determined as the interval L (step S4) because the result of FIG. 4 is within this range.

ステップS4において、遮断周波数に対する遮断可能最低周波数と遮断周波数とのずれの許容範囲を例えば±5%以内と予め決めた場合には、図4の結果はこの範囲外であるため、仮値STを修正する。図4の結果では、遮断可能最低周波数の方が遮断周波数よりも大きいので、
ST=c/f
の式におけるSTとfとの関係を考慮すると、遮断可能最低周波数を小さくするために、仮値STを増加させるように修正する。
If the allowable range of the deviation between the lowest cutoff frequency and the cutoff frequency with respect to the cutoff frequency is previously determined to be, for example, within ± 5% in step S4, the result of FIG. 4 is out of this range. Fix it. In the result of FIG. 4, since the lowest cutoff frequency is higher than the cutoff frequency,
ST = c / f
In consideration of the relationship between ST and f in the equation of (4), the temporary value ST is corrected to be increased in order to reduce the minimum interruptible frequency.

修正した仮値をST’(>ST)とすると、仮値ST’をあけて配置された複数の直管群12に対してFEM解析を再び行う。再び行ったFEM解析によって得られた遮断可能最低周波数が±5%以内の許容範囲内となるまで、この動作を繰り返す。その結果、遮断可能最低周波数が±5%以内の許容範囲内となったときの仮値ST’を間隔Lと決定する。   Assuming that the corrected temporary value is ST '(> ST), FEM analysis is performed again on the plurality of straight pipe groups 12 arranged with the temporary value ST' open. This operation is repeated until the lowest cutoff frequency obtained by the repeated FEM analysis is within the tolerance of ± 5%. As a result, the temporary value ST 'when the lowest cutoff frequency falls within the allowable range of ± 5% is determined as the interval L.

このように、熱交換器6が有する遮断周波数の1波長に相当する間隔をあけて複数の直管群12を配置することにより、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を直管群12間で反射させる機能が熱交換器6に付加されるので、直管群12の下流側に伝達される音波のうち、遮断周波数及び遮断周波数に付随する帯域の音波を低減することができる。直管群12間の間隔を調節することのみで、直管群12の下流側に伝達される音波を低減することができるので、低コストで騒音を低減することができる。   Thus, by arranging the plurality of straight pipe groups 12 at intervals corresponding to one wavelength of the cut-off frequency of the heat exchanger 6, the sound wave in the band associated with the cut-off frequency and the cut-off frequency can be straight pipe group 12 Since the function of reflecting between the heat exchangers 6 is added, it is possible to reduce the cut-off frequency and the sound wave in the band associated with the cut-off frequency among the sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe group 12. The sound waves transmitted to the downstream side of the straight pipe group 12 can be reduced only by adjusting the distance between the straight pipe groups 12, so noise can be reduced at low cost.

実施形態1において、直管部分11及び直管群12のそれぞれの個数は、図2に示される個数に限定するものではなく、熱交換器6に必要とされる熱交換性能に応じて適宜変更可能である。   In the first embodiment, the number of each of the straight pipe portion 11 and the straight pipe group 12 is not limited to the number shown in FIG. 2 and may be appropriately changed according to the heat exchange performance required for the heat exchanger 6 It is possible.

実施形態1において、遮断周波数に対する遮断可能最低周波数と遮断周波数とのずれの許容範囲を±10%及び±5%としているが、これらは例示に過ぎず、許容範囲は任意に設定可能である。   In the first embodiment, the tolerance range of the deviation between the lowest cutoff frequency and the cutoff frequency with respect to the cutoff frequency is ± 10% and ± 5%, but these are only examples, and the tolerance range can be arbitrarily set.

(実施形態2)
次に、実施形態2に係る熱交換器及びその製造方法について説明する。実施形態2に係る熱交換器は、実施形態1に対して、間隔Lとは異なる間隔をあけて配置された別の複数の直管群をさらに設けたものである。尚、実施形態2において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a heat exchanger according to Embodiment 2 and a method of manufacturing the same will be described. The heat exchanger according to the second embodiment is the heat exchanger according to the first embodiment further provided with another plurality of straight pipe groups arranged at an interval different from the interval L. In the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.

図5に示されるように、配管10は、複数の第1直管部分11を含む複数の第1直管群12を備える第1管群20と、複数の第2直管部分31を含む複数の第2直管群32を備える第2管群30とを備えている。第1管群20は、実施形態1の複数の直管群12の構成と同じであり、各第1直管群12において複数の第1直管部分11は間隔SL1をあけて配置され、第1管群20において複数の第1直管群12は第1間隔L1をあけて配置されている。   As shown in FIG. 5, the pipe 10 includes a plurality of first pipe groups 20 including a plurality of first straight pipe groups 12 including a plurality of first straight pipe portions 11 and a plurality of pipes including a plurality of second straight pipe portions 31. And a second pipe group 30 including the second straight pipe group 32. The first tube group 20 is the same as the configuration of the plurality of straight tube groups 12 of the first embodiment, and the plurality of first straight tube portions 11 in each first straight tube group 12 are disposed with an interval SL1 In the one pipe group 20, the plurality of first straight pipe groups 12 are disposed at a first interval L1.

第2管群30は、排ガスの流通方向Aにおいて第1管群20の下流側に配置されている。各第2直管群32において複数の第2直管部分31は間隔SL2をあけて配置され、第2管群30において複数の第2直管群32は第2間隔L2をあけて配置されている。間隔SL2は、間隔SL1と同じでも異なってもよい。第2間隔L2は第1間隔L1と異なり、この実施形態2では、L2>L1として説明する。ただし、第2管群30において減音される音波の遮断周波数に応じて、L2<L1であってもよい。
その他の構成は、実施形態1と同じである。
The second pipe group 30 is disposed downstream of the first pipe group 20 in the flow direction A of the exhaust gas. In each second straight pipe group 32, the plurality of second straight pipe portions 31 are disposed at an interval SL2, and in the second pipe group 30, the plurality of second straight pipe groups 32 are disposed at a second distance L2. There is. The spacing SL2 may be the same as or different from the spacing SL1. The second interval L2 is different from the first interval L1, and in the second embodiment, L2> L1. However, depending on the cutoff frequency of the sound wave to be reduced in the second tube group 30, L2 <L1 may be satisfied.
The other configuration is the same as that of the first embodiment.

次に、本発明の実施形態2に係る熱交換器6を備えたマイクロガスタービン1の動作について説明する。
マイクロガスタービン1において発電が行われる動作は実施形態1と同じである。実施形態2では、実施形態1と同じ構成を有する第1管群20において、実施形態1と同じ減音効果を奏する他に、配管10が第2管群30をさらに有することにより、実施形態1で減音される帯域とは別の帯域の音波を減音することができる。実施形態2では、L2>L1であるので、実施形態1で減音される帯域よりも低い周波数の帯域の音波を減音することができる。
Next, the operation of the micro gas turbine 1 provided with the heat exchanger 6 according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
The operation of generating power in the micro gas turbine 1 is the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, in the first tube group 20 having the same configuration as the first embodiment, the pipe 10 further includes the second tube group 30 in addition to the same sound reduction effect as the first embodiment. It is possible to reduce the sound wave of the band other than the band reduced by. In the second embodiment, since L2> L1, it is possible to reduce the sound wave in a band of a lower frequency than the band reduced in the first embodiment.

次に、熱交換器6の製造方法、特に、熱交換器6において第1直管群12間の第1間隔L1及び第2直管群32間の第2間隔L2を決定する方法を、図5を参照しながら図4のフローチャートに基づいて説明する。
第1間隔L1の決定方法は実施形態1と同じで、図4のステップS1〜S4によって第1間隔L1が決定される。すなわち、
マイクロガスタービン1で発電が行われる際等の高速回転体において発生する騒音の原因となる翼通過周波数f1(Hz)は、以下の式
f1=nR/60
によって計算される。この翼通過周波数f1を、熱交換器6で遮断する第1遮断周波数とする(ステップS1)。
Next, a method of manufacturing the heat exchanger 6, in particular, a method of determining the first distance L1 between the first straight pipe group 12 and the second space L2 between the second straight pipe group 32 in the heat exchanger 6 is illustrated. A description will be given based on the flowchart of FIG. 4 with reference to FIG.
The method of determining the first interval L1 is the same as that of the first embodiment, and the first interval L1 is determined by steps S1 to S4 in FIG. That is,
The blade passing frequency f1 (Hz), which causes noise generated in high-speed rotating bodies when power is generated by the micro gas turbine 1, is given by the following equation f1 = nR / 60
Calculated by This blade passing frequency f1 is set as a first cut-off frequency cut by the heat exchanger 6 (step S1).

次に、第1直管群12間の第1間隔L1を、翼通過周波数f1の1波長に一致させるようにするために、以下の式によって、第1間隔L1の第1仮値ST1を決定する(ステップS2)。
ST1=c/f1=c/(nR/60)=60c/nR
Next, in order to make the first interval L1 between the first group of straight pipes 12 coincide with one wavelength of the blade passing frequency f1, the first temporary value ST1 of the first interval L1 is determined by the following equation (Step S2).
ST1 = c / f1 = c / (nR / 60) = 60 c / nR

次に、ステップS2において決定された第1仮値ST1をあけて配置された複数の第1直管群12に対してFEM解析を行い(ステップS3)、熱交換器6において遮断可能な周波数及び減音量を求め、遮断可能な周波数のうち最も低い周波数を第1遮断可能最低周波数とする。第1遮断周波数に対する第1遮断可能最低周波数と第1遮断周波数とのずれが予め決められた許容範囲内であれば、第1仮値ST1を第1間隔L1と決定する(ステップS4)。   Next, FEM analysis is performed on the plurality of first straight pipe groups 12 arranged with the first temporary value ST1 determined in step S2 open (step S3), and the frequencies that can be cut off by the heat exchanger 6 The volume reduction is determined, and the lowest frequency among the frequencies that can be shut off is taken as the lowest frequency that can be shut off. If the difference between the first lowest cutoff frequency and the first cutoff frequency with respect to the first cutoff frequency falls within a predetermined allowable range, the first temporary value ST1 is determined as the first interval L1 (step S4).

ステップS4において、第1遮断周波数に対する第1遮断可能最低周波数と第1遮断周波数とのずれが許容範囲外の場合には第1仮値ST1を修正する。修正した第1仮値をST1’とすると、第1仮値ST1’をあけて配置された複数の第1直管群12に対してFEM解析を再び行う。再び行ったFEM解析によって得られた第1遮断可能最低周波数が許容範囲内となるまで、この動作を繰り返す。その結果、第1遮断可能最低周波数が許容範囲内となったときの第1仮値ST1’を第1間隔L1と決定する。   In step S4, when the difference between the first lowest cutoff frequency and the first cutoff frequency with respect to the first cutoff frequency is out of the allowable range, the first temporary value ST1 is corrected. Assuming that the corrected first temporary value is ST1 ', FEM analysis is performed again on the plurality of first straight pipe groups 12 arranged with the first temporary value ST1' open. This operation is repeated until the first lowest interruptible frequency obtained by the repeated FEM analysis falls within the allowable range. As a result, the first temporary value ST1 'when the first lowest cutoff frequency falls within the allowable range is determined as the first interval L1.

第2間隔L2の決定方法も、第1間隔L1の決定方法とほぼ同じである。ステップS1では、第1管群20によって減音されない帯域の周波数の範囲で第2遮断周波数f2を特定する。この実施形態2では、第1管群20では減音されない1500Hzよりも低い周波数の帯域の音波を減音できるように第2遮断周波数f2を特定する。   The method of determining the second interval L2 is also substantially the same as the method of determining the first interval L1. In step S1, the second cutoff frequency f2 is specified in the range of the frequency of the band in which the first tube group 20 does not reduce the noise. In the second embodiment, the second cutoff frequency f2 is specified so that sound waves in a frequency band lower than 1500 Hz which are not reduced by the first tube group 20 can be reduced.

次に、第2直管群32間の第2間隔L2を、第2遮断周波数f2の1波長に一致させるようにするために、以下の式によって、第2間隔L2の第2仮値ST2を決定する(ステップS2)。
ST2=c/f2
Next, in order to make the second interval L2 between the second straight pipe groups 32 coincide with one wavelength of the second cutoff frequency f2, the second temporary value ST2 of the second interval L2 is set by the following equation It determines (step S2).
ST2 = c / f2

次に、ステップS2において決定された第2仮値ST2をあけて配置された複数の第2直管群32に対してFEM解析を行い(ステップS3)、熱交換器6において遮断可能な周波数及び減音量を求め、遮断可能な周波数のうち最も低い周波数を第2遮断可能最低周波数とする。第2遮断周波数f2に対する第2遮断可能最低周波数と第2遮断周波数f2とのずれが予め決められた許容範囲内であれば、第2仮値ST2を第2間隔L2と決定する(ステップS4)。   Next, FEM analysis is performed on the plurality of second straight pipe groups 32 arranged with the second temporary value ST2 determined in step S2 open (step S3), and the frequency that can be shut off in the heat exchanger 6 The volume reduction is determined, and the lowest frequency among the frequencies that can be shut off is taken as the second lowest cutoff frequency. If the difference between the second lowest cutoff frequency and the second cutoff frequency f2 with respect to the second cutoff frequency f2 falls within a predetermined allowable range, the second temporary value ST2 is determined as the second interval L2 (step S4) .

ステップS4において、第2遮断周波数f2に対する第2遮断可能最低周波数と第2遮断周波数f2とのずれが許容範囲外の場合には第2仮値ST2を修正する。修正した第2仮値をST2’とすると、第2仮値ST2’をあけて配置された複数の第2直管群32に対してFEM解析を再び行う。再び行ったFEM解析によって得られた第2遮断可能最低周波数が許容範囲内となるまで、この動作を繰り返す。その結果、第2遮断可能最低周波数が許容範囲内となったときの第2仮値ST2’を第2間隔L2と決定する。   In step S4, if the difference between the second lowest cutoff frequency f2 and the second lowest cutoff frequency f2 with respect to the second cutoff frequency f2 is out of the allowable range, the second temporary value ST2 is corrected. Assuming that the corrected second temporary value is ST2 ', FEM analysis is performed again on the plurality of second straight pipe groups 32 arranged with the second temporary value ST2' open. This operation is repeated until the second lowest cutoff frequency obtained by the repeated FEM analysis falls within the allowable range. As a result, the second temporary value ST2 'when the second lowest cutoff frequency falls within the allowable range is determined as the second interval L2.

このように、第1管群20によって第1遮断周波数及び第1遮断周波数に付随する帯域の音波を低減できるとともに、第2管群30によって、第1遮断周波数とは異なる第2遮断周波数及び第2遮断周波数に付随する帯域の音波を低減できるので、広い帯域の音波を低減することができる。   Thus, the first tube group 20 can reduce the sound wave in the band associated with the first cutoff frequency and the first cutoff frequency, and the second tube group 30 can reduce the second cutoff frequency and the second cutoff frequency different from the first cutoff frequency. Since the sound waves in the band associated with the two cutoff frequencies can be reduced, the sound waves in a wide band can be reduced.

実施形態2では、第2管群30は、排ガスの流通方向Aにおいて第1管群20の下流側に配置されているが、排ガスの流通方向Aにおいて第1管群20の上流側に配置されてもよい。また、排ガスの流通方向Aにおいて第1管群20の上流側又は下流側若しくは第2管群30の上流側又は下流側の少なくともいずれかに、少なくとも1つの別の第3管群が設けられてもよい。この場合、第3管群の複数の第3直管群間の距離の決定方法は、第2管群30の場合と同様である。   In the second embodiment, the second pipe group 30 is disposed downstream of the first pipe group 20 in the flow direction A of the exhaust gas, but is disposed upstream of the first pipe group 20 in the flow direction A of the exhaust gas. May be In addition, at least one other third pipe group is provided on at least one of the upstream side or the downstream side of the first pipe group 20 or the upstream side or the downstream side of the second pipe group 30 in the flow direction A of the exhaust gas It is also good. In this case, the method of determining the distance between the plurality of third straight pipe groups of the third pipe group is the same as that of the second pipe group 30.

実施形態2において、第1直管部分11及び第2直管部分31並びに第1直管群12及び第2直管群32のそれぞれの個数は、図5に示される個数に限定するものではなく、熱交換器6に必要とされる熱交換性能に応じて適宜変更可能である。   In the second embodiment, the number of each of the first straight pipe portion 11 and the second straight pipe portion 31 and the number of the first straight pipe group 12 and the second straight pipe group 32 is not limited to the number shown in FIG. The heat exchanger 6 can be appropriately changed according to the heat exchange performance required for the heat exchanger 6.

実施形態1及び2ではそれぞれ、熱交換器6は、マイクロガスタービン1のタービン2の排ガスから熱を回収するための熱交換器であったが、この形態に限定するものではない。大型のガスタービンのタービンから熱を回収するための熱交換器であってもよい。また、任意の目的の熱交換器に本発明を適用することができる。例えば、ボイラに用いられる熱交換器の場合には、ファンから発生する騒音を減音するために、本発明を適用することができる。   In Embodiments 1 and 2, although the heat exchanger 6 is a heat exchanger for recovering heat from the exhaust gas of the turbine 2 of the micro gas turbine 1, the present invention is not limited to this form. It may be a heat exchanger to recover heat from the turbine of a large gas turbine. Moreover, the present invention can be applied to a heat exchanger for any purpose. For example, in the case of a heat exchanger used in a boiler, the present invention can be applied to reduce the noise generated from the fan.

実施形態1における間隔L並びに実施形態2における第1間隔L1及び第2間隔L2によっては、熱交換器6の熱交換性能が当初の想定通りに得られない場合がある。この場合には、直管部分11並びに第1直管部分11及び第2直管部分31にフィンを設けたり、フィンの形状を変更したり、直管部分11並びに第1直管部分11及び第2直管部分31の本数で調整したりして、熱交換器6の熱交換性能を補完することができる。   Depending on the space L in the first embodiment and the first space L1 and the second space L2 in the second embodiment, the heat exchange performance of the heat exchanger 6 may not be obtained as originally expected. In this case, the straight pipe portion 11 and the first straight pipe portion 11 and the second straight pipe portion 31 may be provided with fins, the shape of the fins may be changed, or the straight pipe portion 11 and the first straight pipe portion 11 and the first The heat exchange performance of the heat exchanger 6 can be complemented by adjusting the number of the two straight pipe portions 31 or the like.

1 マイクロガスタービン
2 タービン
3 圧縮機
4 回転軸
5 燃焼器
6 熱交換器
7 発電機
10 配管
11 直管部分(第1直管部分)
12 直管群(第1直管群)
13 胴体
20 第1管群
30 第2管群
31 第2直管部分
32 第2直管群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro gas turbine 2 Turbine 3 Compressor 4 Rotor shaft 5 Combustor 6 Heat exchanger 7 Generator 10 Piping 11 Straight pipe part (1st straight pipe part)
12 straight tube group (1st straight tube group)
13 body 20 first pipe group 30 second pipe group 31 second straight pipe portion 32 second straight pipe group

Claims (6)

第1流体が流通する配管と、該配管を内部に収容する胴体とを備え、前記胴体内を流通する第2流体が前記第1流体と熱交換される熱交換器の製造方法であって、
前記配管は、前記第2流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の第1直管部分であって、前記第2流体の流通方向に沿って間隔をあけて並んだ複数の第1直管部分をそれぞれ含む複数の第1直管群を備え、
前記複数の第1直管群は、前記複数の第1直管部分が延びる方向及び前記複数の第1直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに第1間隔をあけて配置され、
前記製造方法は、
前記熱交換器が有する第1遮断周波数を特定する第1遮断周波数特定ステップと、
前記第1遮断周波数をf1(Hz)、前記第2流体中を伝わる前記音波の音速をc(m/sec)、前記第1間隔の第1仮値をST1(m)とすると、以下の式(1)
ST1=c/f1 ・・・ (1)
に基づいて、前記第1遮断周波数特定ステップにおいて特定された前記第1遮断周波数から前記第1仮値を決定する第1仮値決定ステップと、
前記第1仮値決定ステップにおいて決定された前記第1仮値をあけて配置された複数の第1直管群に対して数値解析を行い、遮断可能な周波数及び減音量を求める第1数値解析ステップと、
前記第1数値解析ステップにおいて得られた遮断可能な周波数のうち最も低い周波数である第1遮断可能最低周波数と前記第1遮断周波数とのずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内である場合に、前記第1仮値を前記第1間隔と決定する第1間隔決定ステップと
を含む熱交換器の製造方法。
A method of manufacturing a heat exchanger, comprising: a pipe through which a first fluid flows; and a body containing the pipe therein, wherein the second fluid flowing through the inside of the body exchanges heat with the first fluid.
The piping is a plurality of first straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the second fluid, and the plurality of pipes are arranged at intervals along the flow direction of the second fluid. A plurality of first straight pipe groups each including a first straight pipe portion,
The plurality of first straight pipe groups are arranged at a first interval mutually perpendicular to both the extending direction of the plurality of first straight pipe portions and the direction in which the plurality of first straight pipe portions are arranged. And
The manufacturing method is
A first cutoff frequency identification step of identifying a first cutoff frequency of the heat exchanger;
Assuming that the first cutoff frequency is f1 (Hz), the sound velocity of the sound wave transmitted in the second fluid is c (m / sec), and the first temporary value of the first interval is ST1 (m), the following equation (1)
ST1 = c / f1 (1)
A first temporary value determining step of determining the first temporary value from the first cut-off frequency specified in the first cut-off frequency specifying step;
A numerical analysis is performed on a plurality of first straight pipe groups arranged with the first temporary value determined in the first temporary value determining step open, and a first numerical analysis for obtaining a cuttable frequency and a volume reduction Step and
Of the cuttable frequencies obtained in the first numerical analysis step, the deviation between the lowest cuttable lowest frequency, which is the lowest frequency, and the first cut-off frequency is predetermined with respect to the first cut-off frequency And a first interval determining step of determining the first temporary value as the first interval if it is within the range.
前記第1間隔決定ステップにおいて、前記第1遮断可能最低周波数と前記第1遮断周波数とのずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲を超える場合、前記ずれに基づいて前記第1仮値を修正し、修正された前記第1仮値をあけて配置された複数の第1直管群に対して数値解析を行って遮断可能な周波数及び減音量を求めることを、前記ずれが前記第1遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内となるまで繰り返して前記第1間隔を決定する、請求項1に記載の熱交換器の製造方法。   In the first interval determination step, when a deviation between the first lowest cutoff frequency and the first cutoff frequency exceeds a predetermined allowable range with respect to the first cutoff frequency, the first deviation may be determined based on the deviation. (1) Correcting the temporary value and performing numerical analysis on a plurality of first straight pipe groups arranged with the corrected first temporary value open to obtain a cuttable frequency and a volume reduction; The method for manufacturing a heat exchanger according to claim 1, wherein the first interval is determined repeatedly until the value of t falls within a predetermined allowable range for the first cutoff frequency. 前記配管は、前記第2流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の第2直管部分であって、前記第2流体の流通方向に沿って間隔をあけて平行に並んだ複数の第2直管部分をそれぞれ含む複数の第2直管群を、前記第2流体の流通方向において前記第1直管群よりも上流側又は下流側にさらに備え、
前記複数の第2直管群は、前記複数の第2直管部分が延びる方向及び前記複数の第2直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに第2間隔をあけて配置され、
前記製造方法は、
前記熱交換器において減音される前記音波が有する第2遮断周波数であって、前記第1遮断周波数とは異なる周波数である第2遮断周波数を特定する第2遮断周波数特定ステップと、
前記第2遮断周波数をf2(Hz)、前記第2間隔の第2仮値をST2(m)とすると、以下の式(2)
ST2=c/f2 ・・・ (2)
に基づいて、前記第2遮断周波数特定ステップにおいて特定された前記第2遮断周波数から前記第2仮値を決定する第2仮値決定ステップと、
前記第2仮値決定ステップにおいて決定された前記第2仮値をあけて配置された複数の第2直管群に対して数値解析を行い、遮断可能な周波数及び減音量を求める第2数値解析ステップと、
前記第2数値解析ステップにおいて得られた遮断可能な周波数のうち最も低い周波数である第2遮断可能最低周波数と前記第2遮断周波数とのずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内である場合に、前記第2仮値を前記第2間隔と決定する第2間隔決定ステップと
をさらに含む、請求項1または2に記載の熱交換器の製造方法。
The piping is a plurality of second straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the second fluid, and the pipes are arranged in parallel and spaced apart along the flow direction of the second fluid. A plurality of second straight pipe groups each including a plurality of second straight pipe portions are further provided upstream or downstream of the first straight pipe group in the flow direction of the second fluid,
The plurality of second straight pipe groups are arranged at a second distance from each other in the direction perpendicular to both the extending direction of the plurality of second straight pipe portions and the direction in which the plurality of second straight pipe portions are arranged. And
The manufacturing method is
A second cutoff frequency identification step of identifying a second cutoff frequency which is a second cutoff frequency of the sound wave reduced in the heat exchanger and which is different from the first cutoff frequency;
Assuming that the second cutoff frequency is f2 (Hz) and the second temporary value of the second interval is ST2 (m), the following equation (2)
ST2 = c / f2 (2)
A second temporary value determining step of determining the second temporary value from the second cut-off frequency specified in the second cut-off frequency specifying step;
A second numerical analysis is performed to perform numerical analysis on a plurality of second straight pipe groups disposed with the second temporary value determined in the second temporary value determination step, and to obtain a cuttable frequency and a volume reduction Step and
Among the cuttable frequencies obtained in the second numerical analysis step, a deviation between the second cuttable lowest frequency, which is the lowest frequency, and the second cut off frequency is predetermined to the second cut off frequency. The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 1, further comprising: a second interval determining step of determining the second temporary value as the second interval if it is within the range.
前記第2間隔決定ステップにおいて、前記第2遮断可能最低周波数と前記第2遮断周波数とのずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲を超える場合、前記ずれに基づいて前記第2仮値を修正し、修正された前記第2仮値をあけて配置された複数の第2直管群に対して数値解析を行って遮断可能な周波数及び減音量を求めることを、前記ずれが前記第2遮断周波数に対して予め決められた許容範囲内となるまで繰り返して前記第2間隔を決定する、請求項3に記載の熱交換器の製造方法。   In the second interval determination step, when a deviation between the second lowest cutoff frequency and the second cutoff frequency exceeds a predetermined allowable range with respect to the second cutoff frequency, the second deviation is determined based on the deviation. (2) The deviation may be corrected by performing a numerical analysis on a plurality of second straight pipe groups arranged by correcting the two temporary values and opening the corrected second temporary values to obtain a cuttable frequency and a volume reduction The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 3, wherein the second interval is determined repeatedly until the second interval is within a predetermined allowable range for the second cutoff frequency. 前記第2流体は、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)である燃焼タービンの排ガスであり、
前記第1遮断周波数f1は、以下の式(3)
f1=nR/60 ・・・ (3)
によって特定される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
The second fluid is an exhaust gas of a combustion turbine having n blades and having a rated rotational speed of R (rpm),
The first cutoff frequency f1 is expressed by the following equation (3)
f1 = nR / 60 ... (3)
The manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claims 1-4 specified by these.
流体が流通する配管と、
該配管を内部に収容する胴体と
を備え、前記胴体内を流通する前記排ガスが前記流体と熱交換される熱交換器であって、
前記配管は、前記排ガスと熱交換される前記流体の流通方向に対して垂直な方向に沿って延びる複数の直管部分であって、前記流体の流通方向に沿って間隔をあけて平行に並んだ複数の直管部分をそれぞれ含む複数の直管群を備え、
前記複数の直管群は、前記複数の直管部分が延びる方向及び前記複数の直管部分が並ぶ方向の両方に対して垂直な方向に互いに、前記熱交換器が有する遮断周波数に基づく間隔をあけて配置される熱交換器。
Piping through which fluid flows,
And a body for receiving the pipe therein, wherein the exhaust gas flowing in the body is heat-exchanged with the fluid,
The piping is a plurality of straight pipe portions extending along a direction perpendicular to the flow direction of the fluid heat-exchanged with the exhaust gas, and arranged in parallel along the flow direction of the fluid at intervals Provided with a plurality of straight pipe groups each including a plurality of straight pipe portions,
The plurality of straight pipe groups are separated from each other in the direction perpendicular to both the direction in which the plurality of straight pipe portions extend and the direction in which the plurality of straight pipe portions are arranged, a distance based on the cutoff frequency of the heat exchanger Heat exchanger opened and placed.
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