(57)【要約】【課題】高熱負荷の状態にある火炉壁においても、低熱負荷の状態にある火炉壁と同等に取付制限無しに音波発振装置を火炉壁に取り付けることができ、また騒音が外部に漏れない音波式スートブロワを提供すること。【解決手段】ボイラ火炉１０に音波式スートブロワ１を設置する場合の音波投入用の火炉壁８に設ける開口部にスリット１３を設け、該スリット１３状の音波通過部を形成し、このスリット状空間からボイラ火炉１０内へ音波を発振しても音圧がスリット１３で減衰されることなく高音圧の音波を発振することができ、火炉壁８および火炉１０内の伝熱管への堆積した灰の除去および灰の堆積を抑制することことができる。また、開口部に防音用の内面スリーブ１６を設けることで音波式スートブロワ１の騒音が外部に漏れることを防げる。【選択図】　　図１
2004116798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気にて振動板を振動させて音波を発生させる音波発振部と該音波発振部で発振された音波を共振、増幅する音波増幅部を有する音波発振装置と該音波発振装置を音波発振対象装置の壁面の音波投入用開口部に設けた音波式スートブロワにおいて、
音波投入用開口部にはスリット状の音波通過部を形成したことを特徴とする音波式スートブロワ。
【請求項２】
音波発振対象装置が複数の伝熱管と該伝熱管間を接続する鋼板により構成される火炉壁を備え、該火炉壁内に伝熱管を備えた火炉である場合には、前記火炉壁の音波投入用開口部は前記火炉壁を構成する伝熱管間を接続する鋼板に設けられることを特徴とする請求項１記載の音波式スートブロワ。
【請求項３】
火炉壁の音波投入用開口部の厚み方向には防音用の内面スリーブを設けることをことを特徴とする請求項２記載の音波式スートブロワ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音波発振装置と該音波発振装置を音波発振対象装置の壁面の音波投入用開口部に設けた音波式スートブロワに関する。
【０００２】
【従来の技術】
音波発振対象装置の典型例である石炭火力発電プラントのボイラ火炉は、複数の伝熱管と該伝熱管間を接続する鋼板により構成される火炉壁を備え、該火炉壁内へも伝熱管を備えている。
ボイラ火炉の火炉壁及び火炉内に設置される伝熱管には石炭燃焼灰が堆積しやすいので、灰が堆積しないように抑制すること及び堆積した灰を除去するために高音圧の音波を炉内に発振させる音波式スートブロワが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
国際公開第０１／５３７５４号パンフレット
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−１７９３１０号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平９−６１０９０号公報
【０００６】
【特許文献４】
特開平９−６１０８９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
音波式スートブロワは火炉壁の音波投入用開口部から音波を火炉内に供給するが、前記開口部は直径約４５０ｍｍの大きな穴であり、火炉壁にこのような大きな開口部を設けるためには、火炉壁の伝熱管を曲げ加工して直径約４５０ｍｍの開口部を火炉壁の製造工場で事前に製作する必要があり、長納期、高コストとなった。
【０００８】
また、火炉の高熱負荷部に開口部を設けたとしても、直径約１００ｍｍ以上の穴をあけることができないので、前記高熱負荷部の火炉壁には音波式スートブロワの音波投入用開口部を設けるには制限があった。
【０００９】
さらに、ボイラ火炉壁の開口部と音波発振装置はそれぞれのフランジ面で接続されるが、ボイラの運転条件により火炉壁が熱膨張し、前記フランジ面に微小な隙間が発生し、高音圧の音が漏れて騒音問題を発生させるおそれがある。
【００１０】
このように上記従来技術の音波式スートブロワは、音波発振装置からの音波が通過する火炉壁に音波が通過する範囲に対して完全な開口部を設置することで対応しようとするため、取付制限や高コスト化をもたらし、どの程度の大きさで、どのような形状の開口部であれば炉内へ投入する音波の音圧を低下させないで音波を通過させることができるかの技術的な確立がなされていなかった。また、音波発振装置の取付部の高音圧漏れによる騒音問題は、取付フランジ面が加熱状態にあり、絶えず膨張、収縮変化するためフランジ面には微小な隙間が発生する現象がある点を考慮していなかった。
【００１１】
本発明の課題は、高熱負荷の状態にある火炉壁においても、低熱負荷の状態にある火炉壁と同等に取付制限無しに音波発振装置を火炉壁に取り付けることができ、また騒音が外部に漏れない音波式スートブロワを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の課題は、次の解決手段により達成される。
請求項１記載の発明は、圧縮空気にて振動板を振動させて音波を発生させる音波発振部と該音波発振部で発振された音波を共振、増幅する音波増幅部を有する音波発振装置と該音波発振装置を音波発振対象装置の壁面の音波投入用開口部（例えば直径約４５０ｍｍ）に設けた音波式スートブロワにおいて、音波投入用開口部にはスリット状の音波通過部を形成した音波式スートブロワである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、音波発振対象装置が複数の伝熱管と該伝熱管間を接続する鋼板により構成される火炉壁を備え、該火炉壁内に伝熱管を備えた火炉である場合には、前記火炉壁の音波投入用開口部は前記火炉壁を構成する伝熱管間を接続する鋼板に設けられる請求項１記載の音波式スートブロワである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、火炉壁の音波投入用開口部の厚み方向には防音用の内面スリーブ（例えば、内径４５０ｍｍ、肉厚９ｍｍ）を設ける請求項２記載の音波式スートブロワである。
【００１５】
【作用】
音波を発振し、炉内へ音波を投入する方法において、従来は音波が通過する経路は音波発振源から連続して同一面積となるように取付けていた。この考えは音波式スートブロワで発振した音波の音圧を減衰無しに炉内へ発振させようという考慮により要求された仕様条件であった。
【００１６】
これは音波通過断面積が変化した場合、式（１）に示すように前記断面積が変化した位置で音響インピーダンスＺが変化し、反射が発生するため音圧の減衰の発生が危惧されていた。
Ｚ＝Ｐ／ＳＶ＝ρＣ／Ｓ　　　　　　　　　　　（１）
Ｚ：音響インピーダンス
Ｐ：音圧
Ｓ：断面積
Ｖ：粒子速度
ρ：空気密度
Ｃ：音速
【００１７】
また、音波通過断面積が変化することによる音圧の減衰Ｒは次式（２）で表される。
Ｒ＝Ｌｏｇ１０｛１／４（ｍ＋１／ｍ＋２）｝　　（２）
Ｐｏ＜Ｐｉ　のとき　ｍ＝Ｓ２／Ｓ１
Ｐｏ：透過音圧
Ｐｉ：入射音圧
Ｓ１：入射側断面積
Ｓ２：透過側断面積
【００１８】
さらに従来、音響上のスリットにおいてはスリット部で気柱共振が発生し、この気柱の振動にエネルギーが使用されることで、スリットを通過する間に音波の音圧が減衰することが危惧されていた。なお、この減衰現象は特定の周波数で発生するため、音波式スートブロワの発振周波数で発生するかを確認する必要があった。
【００１９】
音波式スートブロワでは、ボイラ火炉などの音波発振対象装置の壁面には直径約４５０ｍｍの音波投入用開口部を設けないと、ボイラ火炉の火炉壁及び火炉内に設置される伝熱管に堆積した石炭燃焼灰を除去できないと考えられていた。
【００２０】
しかし、本発明では、音波投入用の開口部にスリット状の音波通過部を形成し、このスリット状の空間より音波式スートブロワからの音波発振対象装置（ボイラ火炉）内へ音波を発振しても、音圧（例えば１４５ｄＢ）がスリットで減衰されることなく、高音圧の音波を音波発振対象装置（ボイラ火炉）内に発振することができる。
【００２１】
そのため音波発振対象装置がボイラ火炉である場合には、伝熱管は火炉を構成している形状（直管部）のため、熱負荷による管内の流れ状況の変化が発生しないため熱負荷の制約がなくなり、火炉壁面および火炉内の伝熱管への堆積した灰の除去および灰の堆積を抑制することができる。また、この場合には、複数の伝熱管と該伝熱管の間に溶接接続される鋼板からなる火炉壁管の構成を現状のままとし（伝熱管の直管部分を曲げる必要がない）、前記鋼板部のみに対して音波が通過する範囲（直径約４５０ｍｍ）の音波投入用開口部を形成し、該開口部にスリット状の音波通過部を形成できる。このため、この方法においても熱負荷による管内の流れの状況の変化が発生しないため、熱負荷の制約がなくなる。
【００２２】
また、音波発振対象装置がボイラ火炉である場合には、火炉壁の保温材は断熱用の素材であるため、火炉壁へ取り付けられる音波式スートブロワの音波発振装置の高音圧（１４５ｄＢ）に対し、防音効果が十分に取れないため音波式スートブロワの音波発振装置と火炉壁開口部にわたり、防音用の内面スリーブ（内径４５０ｍｍ、肉厚９ｍｍ程度の鋼管）を設置することで、従来のボイラ火炉壁の構造のままで音波式スートブロワの騒音が低減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
図１にボイラ火炉開口部への音波式スートブロワの取付部の断面図を示し、図２に図１のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【００２４】
音波式スートブロワ１はホーン２、音波発振器３及び共鳴筒４などから構成され、水管６と鋼板７を備えたボイラ火炉壁８の開口部へ取付けられている。ボイラ火炉壁８の開口部へ臨むホーン２から出る音圧がボイラ火炉１０の外へ出るのを防止するための遮熱を兼ねる防音用の取付ボックス１１内にホーン２が保持されている。また、ホーン２には音波発振器３が周波数調整用の共鳴筒４を介して接続されている。また、火炉壁８と取付ボックス１１との接続部にも断熱性の覆い１２を設けている。
【００２５】
音波は圧縮空気が音波発振器３内に配置されている振動板（図示せず）を振動することにより発生するが、音波発振器３から発振された音波は共鳴筒４で発振周波数の波長が調節され、ホーン２により音圧１３８〜１４５ｄＢ（Ａ）までその音圧が増幅される。
【００２６】
また、ボイラ火炉開口部に位置する鋼板７にはスリット１３を設け、該スリット１３の空間より音波を発振させる音波式スートブロワ１を火炉壁８に取り付ける。スリット１３のボイラ火炉開口部の全面積に対する開口率は３０％〜６０％であり、これを式（２）の断面積変化として取扱うとｍ＝０．３〜０．６となる。この断面積変化による音圧減衰量Ｒを式（２）より計算すると、Ｒ＝１．５ｄＢ〜０．３ｄＢと極めて小さいことが予想された。
【００２７】
この予想が正しいかどうかを確認するため、スリット無しのボイラ火炉開口部の開口率１００％から３０％スリット構造までの複数のモデルを使用して音波発振試験を行った結果、減衰率は１％以下となり、試験結果においてはスリット通過後の音圧は音波発振源とほぼ同一の音圧が得られた。以上により、ボイラ火炉開口部にスリット部を設けた構造によっても音圧の減衰がない状態で炉内へ音波が発振できることを確認した。
【００２８】
次に直径３０ｍｍにおける伝熱管６をスリットとして考えた場合、スリット部で発生する気柱共振周波数は次のようになると考えられる。
スリット開口率３０％では共振を発生させる周波数は約２５００Ｈｚ以上
スリット開口率６０％では共振を発生させる周波数は約１０３０Ｈｚ以上
従って、音波式スートブロワ１の発振周波数１１５Ｈｚ〜１５０Ｈｚではスリット仕様に対し、波長が長すぎて減衰がない状態で音波が火炉１０内へ発振できることが確認できた。
【００２９】
ところで、音波式スートブロワ１は火炉壁開口部に設けたフランジ１５等に取付けられているが、ボイラの運用状況により火炉壁開口部のフランジ１５の加熱条件が変化するため、フランジ１５の音波式スートブロワ１の取付部には微小な隙間が発生する。このためボイラが定格負荷になった時点でフランジ１５の取付ボルト、ナット（図示せず）に対して増締めを行い、フランジ１５を音波式スートブロワ１の取付部に密着させる作業等を行っていたが、その後のボイラ運転条件の変化により、フランジ１５のブロワ１の取付部には隙間が発生してしまっていた。
【００３０】
以上の現象はボイラ等の高温の燃焼ガスが流れるダクト等の取付部においては避けられない現象であるため、このような微小な隙間が生じても限られたスペースで炉外へ出る騒音を低減するため、図１に示すように音波式スートブロワ１の炉壁開口部への取付部において火炉壁８の厚み以上の長さの内面スリーブ１６を炉壁開口部の壁断面方向の内側であって、その厚み方向に設置した。この内面スリーブ１６は肉厚９ｍｍ程度の鋼管で作られているが、通常の防音ラギングに使用されている厚さ２００ｍｍ程度のロックウールの騒音減衰量に相当する騒音低減効果を有する。
【００３１】
なお、本発明の比較例として示す火炉壁開口部への音波式スートブロワ１の取り付け構造断面図である図５に示すように、騒音対策のために厚さ２００ｍｍの防音ラギング１９を音波式スートブロワ１の内部に取付けた場合には、直径４５０ｍｍの音波通過領域が直径５０ｍｍとなってしまい、音圧は大幅に低下してしまう。
【００３２】
また、図５に示すように厚さ２００ｍｍの防音ラギング１９を音波式スートブロワ１の取付フランジ１５の回りで、火炉壁８の外部に取付けた場合、取付フランジ１５の増締め等を行う時に防音ラギング１９を撤去し、増締め後、再度防音ラギング１９を施工することになるが、ボイラの運転状況下では作業環境が高温となり、施工が困難である。
【００３３】
これに対して、図１で示す内面スリーブ１６を施工することで、火炉１０内へ十分な音波が発振され、ボイラ運転中における取付フランジ１５部分に隙間が生じるかどうかの確認が容易となる。
【００３４】
図３には本発明の他の実施例のボイラ火炉開口部への音波式スートブロワ１の取付部の断面図を示し、図４には図３のＡ−Ａ線矢視図を示す。図３、図４は音波式スートブロワ１を既設の火炉壁面のマンホール２０に取付けた状況を示す図である。
【００３５】
火炉壁にはマンホール２０という開口部が既にあるため、音波式スートブロワ１をマンホール２０に取り付けると、音波は、このマンホール２０を通して火炉１０内に発振されるが、マンホール２０への音波式スートブロワ１の取付部に内面スリーブ１６を実装して騒音対策を実施することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、音波発振装置の取付開口部の大きさに制限がなく、該開口部にスリットを設けて音波発振対象装置（ボイラ火炉）内へ音波を発振しても音圧がスリットで減衰されることなく高音圧の音波を音波発振対象装置（ボイラ火炉）内に発振することができるため、運用効果の高い取付配置に音波式スートブロワを取り付けることができ、取付工期の短縮、取付費用の低減ができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、ボイラ火炉壁の熱負荷の大きさに制限されずに自由な位置へ音波式スートブロワが取付けられるため、運用効果の高い取付配置ができるとともに、ボイラ火炉壁に対しては従来と同様な安全性を維持して、音波式スートブロワ取付部の騒音に対しても騒音値を低く押さえ、取付工期の短縮、取付費用の低減ができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、音波式スートブロワの取付開口部を大きくしても、該開口部の厚み方向に防音用の内面スリーブを設置することで、音波式スートブロワから外部に漏れる騒音が低減効果が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のボイラ火炉開口部への音波式スートブロワの取付部の断面図を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【図３】本発明の他の実施の形態のボイラ火炉開口部への音波式スートブロワの取付部の断面図を示す。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【図５】本発明の比較例のボイラ火炉開口部への音波式スートブロワの取付部の断面図を示す。
【図６】図５のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【符号の説明】
１　音波式スートブロワ　　　　　２　ホーン
３　音波発振器　　　　　　　　　４　共鳴筒
６　水管　　　　　　　　　　　　７　鋼板
８　火炉壁　　　　　　　　　　　１０　ボイラ火炉
１１　取付ボックス　　　　　　　１２　覆い
１３　スリット　　　　　　　　　１５　フランジ
１６　内面スリーブ　　　　　　　１９　防音ラギング
２０　マンホール
【図１】
2004116798.tif 000003
【図２】
2004116798.tif 000004
【図３】
2004116798.tif 000005
【図４】
2004116798.tif 000006
【図５】
2004116798.tif 000007
【図６】
2004116798.tif 000008