JP6847810B2 - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(1587−1500)/1500×100=5.8%
となる。
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。
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。
その他の構成は、実施形態1と同じである。
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。
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)。
ST1=c/f1=c/(nR/60)=60c/nR
ST2=c/f2
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。
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。
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。
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。
前記熱交換器は、互いに連結されたタービン及び圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された圧縮空気である前記第1流体を用いて燃料を燃焼させるとともにその燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器とを備えるマイクロガスタービンに含まれ、
前記熱交換器は、前記第1流体と、前記タービンの排ガスである前記第2流体とを熱交換し、
前記タービンは、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)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。
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。
前記熱交換器は、互いに連結されたタービン及び圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された圧縮空気である前記第1流体を用いて燃料を燃焼させるとともにその燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器とを備えるマイクロガスタービンに含まれ、
前記熱交換器は、前記第1流体と、前記タービンの排ガスである前記第2流体とを熱交換し、
前記タービンは、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)であり、
前記遮断周波数fは、以下の式(4)
f=nR/60 ・・・ (4)
によって特定される。
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
Claims (7)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 前記熱交換器は、互いに連結されたタービン及び圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された圧縮空気である前記第1流体を用いて燃料を燃焼させるとともにその燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器とを備えるマイクロガスタービンに含まれ、
前記熱交換器は、前記第1流体と、前記タービンの排ガスである前記第2流体とを熱交換し、
前記タービンは、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)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。 - 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。 - 前記熱交換器は、互いに連結されたタービン及び圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された圧縮空気である前記第1流体を用いて燃料を燃焼させるとともにその燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器とを備えるマイクロガスタービンに含まれ、
前記熱交換器は、前記第1流体と、前記タービンの排ガスである前記第2流体とを熱交換し、
前記タービンは、n枚の動翼を有するとともに定格回転数がR(rpm)であり、
前記遮断周波数fは、以下の式(4)
f=nR/60 ・・・ (4)
によって特定される、請求項6に記載の熱交換器。
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JP2017203808A JP6847810B2 (ja) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 熱交換器及び熱交換器の製造方法 |
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JP2017203808A JP6847810B2 (ja) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 熱交換器及び熱交換器の製造方法 |
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