JP3508959B2 - 多管式熱交換器と該熱交換器を備えた熱回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多管式熱交換器または
該多管式熱交換器を備えた熱回収装置に関し、特に唸り
を低減するに好適な防音構造を備えた多管式熱交換器ま
たは該多管式熱交換器を備えた熱回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、火力発電方式の中でガスタービン
による発電に加え、ガスタービンの排ガスの熱を回収し
て蒸気タービンで発電する、いわゆるコンバインドサイ
クル発電が注目を集め、この発電方式のプラントが数多
く建設されるようになってきた。この方式のプラント
は、発電効率が良いことや負荷調整能力が優れているこ
となど、今日の火力発電のニーズに最も適するものであ
り、今後も多くのプラントが建設される予定である。

【０００３】コンバインドサイクル発電プラントのう
ち、ガスタービンの排ガスから熱を回収する廃熱回収型
ボイラの例を図２８に示す。このボイラはドラム１０１
から、ダクト１０４の内部に設置された過熱器１０２に
水蒸気を送り、ダクト１０４の内部に流れ込む高温のガ
ス流５を過熱器１０２にあてて、水蒸気を加熱するもの
である。

【０００４】この廃熱回収型ボイラは、多くの伝熱管に
よって熱交換を行う、いわゆる多管式熱交換器である。
この熱交換器の概要を図２９、図３０およ図３１を用い
て説明する。

【０００５】まず、図２９は伝熱管１の管軸の方向から
熱交換器を見たものである。この図２９に示すように、
熱交換器の内部には伝熱管１の管群２（以下、バンク２
と言う。）が設置されている。なお、バンク２の設置や
補修を行うため、必然的に作業スペース３（以下、キャ
ビティ３）が設けられている。バンク２およびキャビテ
ィ３の周囲は、ダクト壁４ａ、４ｂによって取り囲まれ
ている。この熱交換器は、ダクトの内部を流れるガス流
５と伝熱管１の中を流れる流体との間で熱交換を行うも
のである。

【０００６】ところが、この熱交換器のバンク２では、
しばしば、ガス流５の流れが伝熱管１に当たって、いわ
ゆるカルマン渦が発生し、バンク２周辺のダクト壁４
ａ、４ｂなどの壁面によって囲まれる空間に立つ気柱の
振動モードと共鳴し、唸りが発生することが問題とな
る。このような問題に対処するため、図２９に示すよう
に複数の防音用の板状部材６（以下、単に板状部材６と
言う。）が入られている。図３０および図３１は、図２
９のガス流の流れる方向から熱交換器断面を見た斜視図
で、図３０は鉛直伝熱管の場合、図３１は水平伝熱管の
場合を表している。図３０および図３１において、前述
した板状部材６は伝熱管１の管軸に平行に設置されてい
る。

【０００７】ところで、上述した唸りは、図２９に示す
バンク２だけでなく、キャビティ３でも同様に発生する
ことが知られている。キャビティ３で発生する唸り現象
を、図３２、図３３および図３４を使って説明する。ま
ず、図３２はバンク２を管軸方向から見たものである。
バンク２では、ガス流５が伝熱管１に当たって、いわゆ
るカルマン渦７が発生する。この渦の発生振動数ｆ
_k（Ｈｚ）は式（１）により求められる。

【０００８】 ｆ_k（Ｈｚ）＝Ｓ×Ｖ／Ｄ （１） ここに、Ｖ（ｍ／ｓ）はガス流５のキャビティ３での流
速、Ｄ（ｍ）は伝熱管１の外径、Ｓはストローハル数と
呼ばれる無次元数であり、管群の配列とレイノルズ数に
より決まるものである。

【０００９】一方、図３３に示すようにキャビティ周辺
のダクト壁４ａ、４ｂなどの壁面によって囲まれる空間
には図示したような波形の気柱の振動モード８、９、１
０が形成される。なお、図３３は気柱の振動モード８、
９、１０としてキャビティ中を流れるガス流５の速度分
布を示したものである。これらの気柱振動の固有振動数
ｆ_n（Ｈｚ）は式（２）により計算できる。ここで、ｆ_n
の下添え字ｎは一次気柱振動モード８〜三次気柱振動モ
ード１０のそれぞれの次数である。

【００１０】 ｆ_n（Ｈｚ）＝ｎｃ／（２×Ｂ） （２） ここに、Ｂ（ｍ）はダクト壁４ａから４ｂまでの距離、
ｃ（ｍ／ｓ）はダクト壁４ａ、４ｂなどの壁面によって
囲まれた空間における音速である。

【００１１】図３４は、横軸に無次元化したガス流５の
速度、縦軸に無次元化した振動数をとり、ガス流５の速
度に対するカルマン渦７の振動数ｆ_kと気柱の振動数ｆ_n
との特性を示したものである。式（２）により計算され
る気柱の振動数ｆ_nは、最も低い１次の振動数をはじめ
として２次、３次の順で高次のものが存在し、ガス流５
の速度に対して一定であることが分かる。一方、カルマ
ン渦７の振動数ｆ_kは、式（１）に示すようにガス流５
の速度Ｖ（ｍ／ｓ）に依存し、速度が大きくなれば振動
数ｆ_kが大きくなることがわかる。またカルマン渦７の
振動数ｆ_kは伝熱管１の外径Ｄにも依存することがわか
る。なお、図３４では、伝熱管１の外径Ｄがある値Ｄ₁
の場合と、それを２倍した値である２Ｄ₁の場合につい
てカルマン渦７の振動数ｆ_kを示している。

【００１２】図３４によりガス速度がある値になり、カ
ルマン渦７の振動数ｆ_kと気柱のある次数の振動数ｆ_nが
一致した場合に共鳴が起こり、これが原因でバンク２ま
たはキャビティ３で唸りが発生する。なお、気柱の振動
数ｆ_nは１〜４次程度の比較的低次のものが、カルマン
渦の振動数ｆ_kと一致しやすいと言われている。

【００１３】この共鳴現象を図３５と図３６を使ってさ
らに詳しく説明する。なお、例として伝熱管１の周りに
生じるガス流５のカルマン渦７とキャビティ３での２次
の気柱振動が共鳴する場合を想定する。

【００１４】図３５（ａ）、図３６（ａ）は一つの伝熱
管１に起こるカルマン渦７を示したものであり、図３５
（ｂ）はキャビティ３に生じる二次の気柱振動モード９
（図８ｂ参照）を管軸の方向からみたものであり、図３
６（ｂ）は同様の位相をガス流５が流れる方向からみた
ものである。なお、図３３では、気柱振動モード８、
９、１０としてキャビティ３中を流れるガス流５の速度
分布を示したが、図３５（ｂ）、図３６（ｂ）は気柱振
動モード８、９、１０として圧力分布を示したものであ
り、気柱振動の位相を記号＋と−で示している。

【００１５】カルマン渦７は図３５（ａ）に示すように
位相が＋、−と交互に変わって生じるものである。一
方、気柱振動は、図３５（ｂ）に示す圧力が高い部分１
２（位相が＋の部分）と圧力が低い部分１３（位相が−
の部分）が交互に変わるものである。

【００１６】図３６に示すように、カルマン渦７の振動
の位相と気柱振動の位相は伝熱管１の管軸方向に一定で
あるため、カルマン７の渦振動と気柱振動が同期し、キ
ャビティ３で唸りが生じる。この唸りを防止するため、
従来から採られている三つの防音構造を、図３７、図３
８、図３９および図４０を使って説明する。

【００１７】第１の構造（以下、構造１と言う。）は、
図３７に示すように板状部材６をバンク２とキャビティ
３に設けたものである。図３７（ａ）はダクト４の断面
方向からの視図、図３７（ｂ）は図３７（ａ）のａ−ａ
線断面視図、図３７（ｃ）は図３７（ａ）のｃ−ｃ線断
面視図、図３７（ｄ）は図３７（ｂ）のａ−ａ線断面視
図である。ヘッダ１ａを備えた伝熱管１の管群はサポー
ト部材１ｂで支持され、同時に板状部材６ａでも支持さ
ている。さらに、キャビティ３の中に、板状部材６ｂを
配置するものである。

【００１８】第２の構造（以下、構造２と言う。）は、
図３８に示すようにバンク２内部とは別の板状部材６ｂ
をキャビティ３に設置するものである。なお、構造１お
よび構造２は一般的に公知な防音構造である。これらの
構造による防音作用の詳細を図３９に示す。なお、図３
９は、管軸方向からキャビティ３における気柱の振動モ
ード（速度分布）８、９、１０、１１を見たものであ
る。構造１および構造２は、振動モード８、９、１０、
１１の腹８ａ、９ａ、１０ａ、１１ａの位置に通常２〜
４枚程度のバンク管群サポート機能を有する板状部材６
ａの延長部または板状部材６ｂを設置し、振動モード
８、９、１０、１１が成立しないようにするものであ
る。

【００１９】第３の構造（以下、構造３と言う。）を図
４０に示す（実開昭５８−４６９８４号公報、特開昭５
６−６ｂ２３９６号公報参照）。これはキャビティ３の
中に、管１５を列配置するものである。

【００２０】この管１５の列によりバンク２で発生する
カルマン渦７を反射して気柱振動との共鳴を防ぎ、キャ
ビティ３での唸りを防止するか唸りを十分に弱める。

【００２１】次に、伝熱熱管群の設計で重要なもう一つ
の問題である流体励起振動について述べる。流体と伝熱
管群の相互作用によって伝熱管が自動振動を生じる現象
は複雑である。図４１に示すメカニズムはR.D. Blevins
の著作物に記述されているもので、流速条件によって異
なる３つのメカニズムが存在することを示したものであ
る。この中で、「流力弾性振動」は伝熱管１の最も大き
な振動を励起し、伝熱管１の破損を引き起こす。したが
って、伝熱管群のサポート１ｂの配置設計においては、
運転条件として与えられる流速範囲内でこの流力弾性振
動の発生を防止することを目的にサポート１ｂの配置間
隔が決定される。さらに詳細に述べると、流力弾性振動
が発生するために必要な最低流速（以下、限界流速と称
す）は図４１の下部に示す式で与えられる。

【００２２】そこで、図３７に示す管群サポート１ｂの
管軸方向ピッチｌ_sを短くし、伝熱管１の固有振動数ｆ
を増大することにより、図４１の下部に記した数式で与
えられる限界流速Ｕｃを設計最大流速以上となるように
すれば、流力弾性振動は防止できる。なお、管群サポー
ト１ｂの構造の一例を図４２に示す。伝熱管１貫通用の
半円の孔が開いた平板を溶接結合しながら組み立てて管
群サポート１ｂを形成する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、以下
のような問題があった。 （１）構造１および構造２では、板状部材６を無限に入
れることができないため、制御できる気柱振動モードの
次数には限度があり、高次の気柱振動モードが立つ場合
がある。 （２）構造３では、管１５を無限に入れることができな
いため、バンク２で発生するカルマン渦７の振動数ｆ_k
の大きさによっては、反射しきれないものも存在する。 （３）上記（１）（２）より、構造１、構造２および構
造３などの防音構造は、共鳴点での振動数を移動させる
だけのものであり、全振動数の領域、つまりガスの全流
速域での共鳴を防ぐものではない。 （４）構造１、構造２および構造３などの防音構造を設
置しても、（３）で述べたような点から唸りが発生する
ガスの限界流速が存在し、それ以下の流速で熱交換器を
運転しなければならず、場合によっては熱交換器の性能
が犠牲にならざるを得ないこともある。 （５）構造１、構造２および構造３では、通常、複数の
板状部材６（管群サポート１ａも板状部材６の一種とす
る）あるいは管１５が設置されるため、それらの板状部
材板６や管１５の圧力損失が問題となり、維持管理など
にコストがかかる。 （６）キャビティ３に板状部材６や管１５を設置するこ
とより、伝熱管１の清掃や補修のための作業性が著しく
損なわれる。また定期点検などでバンク２を解体、再設
置する場合にも板状部材６などの取り付け、取り外しに
手間を要し、長い点検期間を必要とする。

【００２４】本発明の目的は、バンク、キャビティでの
唸りをガスの全流速域で防止することにあり、それによ
って、運用方法に制限がなく、信頼性の高い多管式熱交
換器と該多管式熱交換器を配置した熱回収装置を提供す
ることである。

【００２５】また、本発明の目的は、前記唸り防止用の
板状部材の補修、点検管理などの作業性を高めることで
ある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、管群部の管軸を気
体などの流体の流れと直交する方向に配置した熱交換器
において、熱交換器内の少なくともキャビティ部に、管
群部後端から伝熱管外径の２倍以上離れた位置に、ガス
流れ方向の幅が伝熱管外径の３倍以上の板状部材を管軸
に対して傾斜して配置したことを特徴とする多管式熱交
換器である。

【００２７】熱交換器内のキャビティ部に板状部材を配
置する場合は気体などの流体が流れる管群の直後に、管
軸に対して傾斜して配置することができる。また、管群
部の板状部材として管群サポート機能を兼ねた板状部材
を伝熱管の管軸に直交する平面に対して傾斜して配置す
るかまたは管群サポート機能部材とは別個に板状部材を
伝熱管の管軸に直交する平面に対して傾斜して配置して
も良い。また、管群サポート機能を兼ねた板状部材また
は管群サポート機能部材とは別個に管群部に配置された
板状部材を管群後流部まで延長した構成も採用できる。
また、板状部材の板厚方向に多数の貫通孔を設けた構成
としても良い。また、板状部材およびキャビティ部ダク
ト壁面に、部分的あるいは全体的に吸音材を設置するこ
ともできる。

【００２８】本発明の板状部材は平板または曲面板から
なる。本発明の多管式熱交換器は廃熱回収ボイラに限ら
ず、ガス流を横断する方向に配置される多管式熱交換器
の直後のカルマン渦が発生する可能性のある空気ダク
ト、煙道などに配置することができる。

【００２９】

【作用】本発明の熱交換器に用いる唸り防止用の板状部
材について、図３を用いて説明する。簡単のために１枚
の板状部材６を伝熱管管軸に対して傾斜して配置した場
合の作用を示したものである。図３（ａ）は、一つの伝
熱管１に起こるカルマン渦７の振動の位相を示したもの
である。図３（ｂ）は熱交換器のバンク部分あるいはキ
ャビティに配置された板状部材６の回りに生じる２次の
気柱振動（圧力分布）の位相をガス流５の流れる方向か
ら見たものである。なお、図３では、振動の位相を記号
＋と−で示しており、高圧部１２は＋記号、低圧部１３
は−記号となる。

【００３０】板状部材６を管軸に対して傾斜して配置し
た場合、気柱振動のモードと位相が図３（ｂ）に示すよ
うに、管軸方向に気柱振動モードの位相が異なる状態に
なる。これに対して、バンク、キャビティでの強い唸り
が生じるためには、排ガス流れ５から発生するカルマン
渦７の位相は図３（ａ）に示すように、伝熱管１の管軸
方向の長い領域（管直径の約１５倍以上）において同位
相となる必要がある。しかし、本発明では板状部材６が
配置されているために、カルマン渦７の振動の位相と気
柱振動の位相は管軸方向に一定にならない。そしてカル
マン渦７と気柱振動が互いに打ち消しあって、自励的な
気柱振動の成長はさまたげられ、バンク、キャビティで
の唸りは生じない。

【００３１】以上のことは全ての次数の気柱振動モード
に対して成立する。このことから、振動数の値にかかわ
りなく、全振動数域、つまりガス流５の全流速域でカル
マン渦７と気柱振動の共鳴を防ぐことができ、キャビテ
ィでの唸りを防止できる。なお、図３では１枚の板状部
材６を用いる場合で説明したが、板状部材６の枚数が増
えるに連れて防音効果がさらに増大することは明らかで
ある。

【００３２】板状部材６の枚数が増えることは先に述べ
た流力弾性振動の防止の面からも有利であるが、圧力損
失が増大するという問題がある。したがって、板状部材
６の点間距離ｌ_s（図１７参照）により決まる流力弾性
振動の限界流速が設計最大流速を上回るように板状部材
６を配置することで、圧力損失をなるべく小さく抑え、
かつ唸りや伝熱管１の振動を防止する構造が得られる。

【００３３】上記２次の気柱振動の他に、他の次数の気
柱振動も防止できる。なお、図３では鉛直伝熱管１の場
合の作用を示したが、水平伝熱管の場合についても、板
状部材６を伝熱管１の管軸に対して傾斜して配置するこ
とにより、同様の防音効果が得られる。

【００３４】ただし、上記のような防音効果を得るに
は、板状部材６のバンク部分またはキャビティ部分での
ガス流方向の幅Ｈ（図２参照）をある値以上にしなけれ
ばならない。この値は、図４に示す騒音測定結果に基づ
いて決める。図４は横軸に板状部材６の幅Ｈを伝熱管１
の外径Ｄの倍数として無次元化して表したものであり、
縦軸は無次元化した騒音音圧レベルを示している。図４
からわかるように、板状部材６の幅が広いほど、防音効
果は大きいこととがわかる。なお、実用的な防音効果を
得るには、板状部材６の幅Ｈは、伝熱管１の外径Ｄの３
倍程度以上、より好ましくは６倍程度以上とする必要が
ある。

【００３５】防音効果を得るには、上述した板状部材６
の幅Ｈの他に、板状部材６を設置する位置が重要とな
る。その位置について、以下に説明する。図５は、キャ
ビティ３（図２参照）に板状部材６を設置しない場合
の、管群後端部からのガス流方向の距離と騒音音圧レベ
ルの関係を示したものである。具体的には、横軸に管群
後端部からのガス流方向の距離を表すパラメータとし
て、ガス流５（図３）の無次元速度Ｖ_dをとり、縦軸に
無次元化した騒音音圧レベルをとったものである。な
お、無次元速度Ｖ_dは式（３）で計算される値であり、
カルマン渦７の波長Ｌ_kを伝熱管１の外径Ｄで割ったも
のである。

【００３６】 Ｖ_d＝Ｌ_k／Ｄ （３） 式（３）より、図５の横軸に示した無次元速度Ｖ_dの値
は、管群後流部に連なって生じるカルマン渦７を管群後
端部に近い方から順に付けた番号に相当することがわか
る。図５において、音圧レベルが許容できる無次元速度
Ｖ_dの値は約２以下である。逆に言えば無次元速度Ｖ_dが
約２より大きい位置の騒音は許容できず、このような位
置には板状部材６を設置する必要がある。式（３）を用
いて換算すれば、管群後端部から距離にして約２Ｄ以上
離れた位置に、板状部材６を設置することが望ましい。

【００３７】なお、本出願人の先の出願発明である特開
昭６２−３２２９１号公報記載の発明がダクト内の伝熱
管１の配置との関係で板状部材６の配置位置を特定して
いないが、本発明の板状部材は伝熱管群（バンク）部分
またはバンク後部（バンク部の直後が望ましい。）のキ
ャビティ部分に配置される点で、両者の発明は異なる。

【００３８】

【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。し
かし、本発明は以下の実施例に限定されない。また、本
発明の以下の実施例の適用される廃熱回収型ボイラは図
２８〜図３１に説明したものと同一のものである。

【００３９】図１はダクト４（対向するダクト側壁面を
ダクト壁４ａとダクト壁４ｂとする）内のガス流５の流
れる方向から熱交換器のキャビティ断面を見た斜視図で
あり、図２は図１の伝熱管１の管軸方向から熱交換器を
見たものである。本実施例は、気柱振動モードの形を変
えるためにバンク２内に設ける板状部材６ａ（管群サポ
ート機能あり）の外に、キャビティ３中に板状部材６ｂ
を管軸に対して傾斜して配置するものである。

【００４０】図１および図２に示した実施例と同様の作
用をする他の実施例について以下に述べる。図１は、ガ
ス流５の流れる方向からキャビティ３に設置される板状
部材６ｂを見たものであり、１枚の板状部材６ｂを伝熱
管１の管軸に対して傾斜させ、板状部材６ｂをダクト壁
４ｂの上端とダクト壁４ａの下端に固定したものである
が、これに対して図６に示すものはキャビティにおいて
２枚の板状部材６ｂ−１、６ｂ−２を管軸に対して傾斜
させ、板状部材６ｂ−１、６ｂ−２の上端を合わせてダ
クト壁４ｃに接合し、板状部材６ｂ−１の下端とダクト
壁４ａの下端、板状部材６ｂ−２の下端とダクト壁４ｂ
の下端を、それぞれ接合したものである。

【００４１】図７に示すものは、キャビティにおいて２
枚の板状部材６ｂ−３、６ｂ−４の各一方の端を合わせ
てダクト壁４ｂに接合し、板状部材６−３の他端とダク
ト壁４ａの上端、板状部材６ｂ−４の他端とダクト壁４
ａの下端を、それぞれ接合したものである。

【００４２】図８はキャビティにおいて板状部材６ｂ−
５と６ｂ−６を交差させ、板状部材６ｂ−５はダクト壁
４ａの上端と４ｂの下端に、板状部材６ｂ−６はダクト
壁４ｂの上端と４ａの下端に接合したものである。

【００４３】また、図９は複数枚の板状部材６ｂをキャ
ビティ３に配置した実施例を示す。この図９中の板状部
材６ｂを、見る角度を変えて立体的に描いたものが、図
１０である。

【００４４】また、図１１に示す実施例は、図１に示す
板状部材６ｂの板厚方向に、多数の貫通孔６ｂ’を設け
たものである。この図１１中の貫通孔６ｂ’のある板状
部材６ｂを、見る角度を変えて立体的に描いたものが、
図１２である。図１１および図１２のように、キャビテ
ィ３（図２参照）に設置される板状部材６ｂに多数の貫
通孔６ｂ’を設けておけば、もし万が一唸りが発生した
場合、音の減衰効果が発揮できる。具体的には、音波が
貫通孔６ｂ’を通るときのせん断抵抗によって、音のエ
ネルギが熱に変換されて音が減衰される。なお、本発明
では特に貫通孔６ｂ’の形、大きさ、数を限定しない。

【００４５】図１３は、図１に示す板状部材６ｂと、板
状部材６ｂが設置されているダクト４の内壁に、それぞ
れ吸音材１６を設置したものである。なお、この吸音材
１６は板状部材６ｂあるいはダクト内壁に、数カ所に分
けて部分的に配置するものであってもよい。このよう
に、キャビティ３に設置される板状部材６ｂおよびその
板６ｂが設置されているダクト４の内壁に吸音材を設け
ておけば、もし万が一唸りが発生した場合でも、防音効
果が発揮できる。なお、吸音材１６はグラスウールやロ
ックウールなどが一般に用いられいるが、本発明では防
音効果が得られるものであれば特にその材質を限定しな
い。

【００４６】ところで以上述べた実施例における板状部
材６ｂの具体的設置方法の一例を図１４、図１５および
図１６を用いて説明する。図１４は図１に示す板状部材
６ｂを５分割し、それらの板状部材６ｂをダクト４の対
角線上のコーナ部に設けたガセット板１７に支持される
Ｌ型ブレース１８に溶接したものを示している。また、
図１５は図１４中の５分割した板状部材６ｂを見る角度
を変えて立体的に描いたものであり、図ｄ’はＬ型ブレ
ース１８とバッフル板６ｂを図１４中の矢印Ａ方向から
見た図である。板状部材６ｂはガス流５を受けてなびか
ないようにするため、板状部材６ｂとＬ型ブレース１８
の間を強固に溶接する。また、同様にＬ型ブレース１８
とガセット板１７とを溶接する。なお、本発明では上述
の板状部材６ｂの分割数やＬ型ブレース１８の型式には
限定がない。

【００４７】次に、説明する実施例は図１７に示すよう
に、バンク２に設けた管群サポート機能を有する板状部
材６ａを管軸に対して斜めに配置し、かつそれをキャビ
ティ３にまで延長させて設けた板状部材６の例である。
なお、図１７（ａ）はダクト４の側断面側からの視図、
図１７（ｂ）は図１７（ａ）のａ−ａ線断面視図、図１
７（ｃ）は図１７（ｂ）のｂ−ｂ線断面視図である。図
１７に示す実施例では、図４２に示す構造の管軸サポー
ト１ｂを板状部材６ａとして図１７（ｂ）に示すように
伝熱管１の管軸に直交する平面に対して傾斜して設置す
る。また、このような板状部材６ａを図１７（ａ）、あ
るいは図１７（ｃ）に示すようにバンク２の後流のキャ
ビティ３まで延長する。

【００４８】また、図１７に示す実施例と同じ効果を有
する他の実施例を図１８に示す。なお、図１８（ａ）は
ダクト断面の側面視図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の
ａ−ａ線断面視図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のｃ−
ｃ線断面視図、図１８（ｄ）は図１８（ｂ）のｂ−ｂ線
断面視図である。また、図１９には図１８（ａ）のｃ−
ｃ線断面視図の変形例を示す。

【００４９】これら図１７、図１８に示す実施例では図
４２に示す構造の管群サポート１ｂを板状部材６ａとし
て管軸に直交する平面に対して傾斜して、図２０（ａ）
に示す支持構造でダクトに設置し、バンク２の共鳴を防
止する。なお、図２０（ｂ）には従来の管軸に直交する
平面に沿って設置する支持構造を示す。

【００５０】そして、キャビティ３には別の板状部材６
ｂを設置する。この板状部材６ｂも管軸に対して傾斜し
ており、その一例として図１８（ｃ）あるいは図１９に
示すような構造がある。

【００５１】また、図２１には別の実施例を示す。図２
１（ａ）はダクト４の断面の側面視図、図２１（ｂ）は
図２１（ａ）のａ−ａ線断面視図、図２１（ｃ）は図２
１（ａ）のｃ−ｃ線断面視図、図２１（ｄ）は図２１
（ｂ）のｂ−ｂ線断面視図である。図１７〜図１９に示
す実施例ではバンク２において管群サポート機能を有す
る板状部材６ａを傾斜して配置することにより、管群サ
ポート機能と防音機能も兼ね備える仕組みとなっていた
が、図２１に示す例では管群サポート部材１ｂは管軸と
直交するように配置し、これとは別個に唸りを防止する
ための板状部材６ａを管軸に対して傾斜して配置する。
なお、キャビティ３にも板状部材６ｂを管軸に対して傾
斜して配置する。この図２１に示す実施例では管群の防
振機能、バンク２およびキャビティ３での防音機能は図
１７〜図１９に示す実施例と同等であるが、バンク２で
の圧力損失が増大するというデメリットがある。

【００５２】本発明は以上述べた実施例のように、伝熱
管１の管軸に対して傾いた板状部材６を設置するもので
あれば、特にその構造を限定するものではない。また、
本発明は、板状部材６が複数の場合も対象とするもので
あり、板状部材６の枚数は特に限定しない。

【００５３】以上述べた防音構造は製作時、事故対策時
のいづれの場合をも対象とするものであり、二つの場合
で防音効果が異なるものでない。

【００５４】次に本発明のキャビティ３に配置された板
状部材６ｂの補修、維持管理等の作業性を考慮した実施
例を図２２〜図２７で説明する。図２２〜図２７の実施
例の共鳴点は、板状部材６ｂの両端を回転可能な構造で
支持し、かつ板状部材６ｂを長手方向で２分割したこと
である。

【００５５】図２２〜図２４にはガス流れ方向から見た
板状部材６ｂの構造を示す。管軸方向は水平でも鉛直で
も良い。ただし重力方向とガス流れ方向は直交してい
る。各板状部材６ｂは２枚の板６ｂ−ａ、６ｂ−ｂから
なり、連結板２１と連結ボルト２２からなる部材で連結
されている。したがって板６ｂ−ａ、６ｂ−ｂは容易に
分離、連結できる構造となっている。またこれらの板６
ｂ−ａ、６ｂ−ｂとダクト４の結合部はピン方式の連結
部材２３ａ、２３ｂで構成されている。したがって、連
結ボルト２２を取り外すと重力により、２つの板状部材
６ｂ−ａ、６ｂ−ｂは重力方向に連結部材２３ａ、２３
ｂを支点として回転し、点線で示した位置に安定に置く
ことができる。これに対し、図２５に示す実施例は板状
部材６ｂ−ａ、６ｂ−ｂが重力方向と直交する方向に回
転する場合を示す。この場合は板状部材６ｂ−ａ、６ｂ
−ｂを分解した場合には天井部のストッパ２５ａと底部
のストッパ２５ｂによりで固定する必要がある。

【００５６】このような構造の問題として、板状部材６
ｂ−ａ、６ｂ−ｂの強度、特に曲げ剛性が低下すること
が挙げられる。図２６にはこの点を解決するため、補強
ビームを板状部材６ｂ−ａ、６ｂ−ｂに取り付けた場合
を示す。補強ビーム２７ａ、２７ｂを２分割し、両者を
ターンバッフル２８で連結することにより、分解、組み
立ての作業性を損なうことなく板状部材６ｂ−ａ、６ｂ
−ｂの強度を向上できる。また、図２３に示すように板
状部材６ｂ−ａ、６ｂ−ｂを分解した状態では板状部材
６ｂ−ａ、６ｂ−ｂがダクト４の壁面に沿った状態とな
る。この時、図２７に示すようにマンホール３０がある
場合にはそのマンホール３０に対応する位置において板
状部材６ｂ−ａにマンホール対応孔３１を設けることに
より、作業者はマンホール３０の蓋３２を開けて、出入
りのための通路が容易に確保できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器内でのガス全
流速域でバンクまたはキャビティの唸りを確実に防止で
き、また、板状部材の補修、点検作業が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した断面斜視図である。

【図２】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した熱交換器の管軸方向から見た図であ
る。

【図３】 排熱回収ボイラの伝熱管付近で生じる排ガス
流のカルマン渦を説明する図（図３（ａ））と本発明に
よる一実施例の板状部材を排ガスダクト内に配置した場
合の二次の気柱振動モードの圧力分布図（図３（ｂ））
である。

【図４】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した場合の板状部材の幅と音圧レベルの関
係図である。

【図５】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した場合のガス流の速度と音圧レベルの関
係図である。

【図６】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した断面斜視図である。

【図７】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した側面斜視図である。

【図８】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した側面斜視図である。

【図９】 本発明による一実施例の板状部材を排ガスダ
クト内に配置した側面図である。

【図１０】 図９の板状部材を排ガスダクト内に配置し
た部分の斜視図である。

【図１１】 本発明による一実施例の板状部材を排ガス
ダクト内に配置した断面斜視図である。

【図１２】 図１１の斜視図である。

【図１３】 本発明による一実施例の板状部材を排ガス
ダクト内に配置した断面斜視図である。

【図１４】 本発明による一実施例の板状部材を排ガス
ダクト内に配置した断面視図である。

【図１５】 図１４の斜視図である。

【図１６】 図１４の矢印Ａ方向からの視図である。

【図１７】 本発明による一実施例の板状部材の配置構
造図である。

【図１８】 本発明による一実施例の板状部材の配置構
造図である。

【図１９】 図１８の板状部材の変形例である。

【図２０】 図２０（ａ）は図１７、図１８に示す実施
例の板状部材の支持構造体の図であり、図２０（ｂ）に
は従来の管軸に直交する平面に沿って設置する支持構造
体の図である。

【図２１】 本発明による一実施例の板状部材の配置構
造を示す図である。

【図２２】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材のガス流れれ方向から見た構造を示す図
である。

【図２３】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材のガス流れれ方向から見た構造を示す図
である。

【図２４】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材のガス流れれ方向から見た構造を示す図
である。

【図２５】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材のガス流れに直交する方向から見た構造
を示す図である。

【図２６】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材の補強部材の取り付け構造を示す図であ
る。

【図２７】 本発明による一実施例のキャビティに配置
された板状部材のガス流れ断面方向から見た構造を示す
図である。

【図２８】 多管式熱交換器を用いた廃熱回収型ボイラ
の概要を示した図である。

【図２９】 図２８の熱交換器の管軸方向から見た図で
ある。

【図３０】 図２９のガス流の方向から見た図である。

【図３１】 図２９のガス流の方向から見た図である。

【図３２】 伝熱管付近でガス流によりカルマン渦振動
の発生する機構を示した図である。

【図３３】 図３２の気柱振動モードの概要を示したも
のである。

【図３４】 図３２のカルマン渦振動と気柱振動の共鳴
現象を説明した図である。

【図３５】 図３２のカルマン渦振動と気柱振動の共鳴
現象を説明した図である。

【図３６】 図３２のカルマン渦振動と気柱振動の共鳴
現象を説明した図である。

【図３７】 従来の多管式熱交換器を用いた廃熱回収型
ボイラの防音対策を示した図である。

【図３８】 従来の多管式熱交換器を用いた廃熱回収型
ボイラの防音対策を示した図である。

【図３９】 従来の多管式熱交換器を用いた廃熱回収型
ボイラの防音対策を示した図である。

【図４０】 従来の多管式熱交換器を用いた廃熱回収型
ボイラの防音対策を示した図である。

【図４１】 流体と伝熱管群の相互作用で伝熱管に励起
される振動の種類を説明する図である。

【図４２】 従来の多管式熱交換器の管群サポート構造
を示す図である。

【符号の説明】

１ 伝熱管 ２ バンク ３ キャビティ ４ ダクト ５ ガス流 ６ 板状部材 ７ カルマン渦 ８〜１１ 気柱振
動モード １６ 吸音材 １７ ガセット板 １８ Ｌ型ブレース ２１ 連結板 ２２ 連結ボルト ２３ａ、２３ｂ
ピン方式の連結部材 ２５ａ、２５ｂ ストッパ ２７ａ、２７ｂ
補強ビーム ２８ ターンバッフル ３０ マンホール ３１ マンホール対応孔 ３２ 蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高鷹 生男 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 斉藤 隆行 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 実開 昭58−46984（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−32291（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−46986（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−46985（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 9/00 - 9/26

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管群部の管軸を気体などの流体の流れと
   直交する方向に配置した熱交換器において、熱交換器内
   の少なくともキャビティ部に、管群部後端から伝熱管外
   径の２倍以上離れた位置に、ガス流れ方向の幅が伝熱管
   外径の３倍以上の板状部材を管軸に対して傾斜して配置
   したことを特徴とする多管式熱交換器。
2. 【請求項２】 板状部材の一端または両端の支持部の構
   造を回転可能として板状部材を折り畳み可能としたこと
   を特徴とする請求項１記載のいずれかに多管式熱交換
   器。
3. 【請求項３】 板状部材がその長手方向で二分割されて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の多管式熱
   交換器。
4. 【請求項４】 板状部材がターンバックルを有する梁で
   補強された構造を有することを特徴とする請求項３記載
   の多管式熱交換器。