特許 6847810 熱交換器及び熱交換器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6847810

(24)【登録日】2021年3月5日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】熱交換器及び熱交換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/16 20060101AFI20210315BHJP

   F24H 9/00 20060101ALI20210315BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20210315BHJP

   F02C 7/24 20060101ALI20210315BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/16 A

   F24H9/00 A

   F24H9/00 N

   F02C7/00 D

   F02C7/24 C

   F02C6/18 A

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-203808(P2017-203808)

(22)【出願日】2017年10月20日

(65)【公開番号】特開2019-78430(P2019-78430A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 直樹

(72)【発明者】

【氏名】中江 修二

(72)【発明者】

【氏名】林 健太郎

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平５−１１８４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５０５７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１４１８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０７６９４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−０６５８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２１７８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／１６

Ｆ０２Ｃ ６／１８

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｃ ７／２４

Ｆ２４Ｈ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−２５９９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の少なくとも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。

【0007】

本開示の少なくとも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。

【発明の効果】

【0008】

本開示の少なくとも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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

（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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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）。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

（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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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）。

【0031】

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

【0032】

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）。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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

【0036】

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）。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

（１）本開示の少なくとも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。

【0044】

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。

【0045】

（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。

【0046】

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。

【0047】

（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。

【0048】

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。

【0049】

（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。

【0050】

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。

【0051】

（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。

【0052】

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。

【0053】

（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。

【0054】

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。

【0055】

（７）いくつかの実施形態では、上記（６）の熱交換器において、
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。

【0056】

上記（７）の熱交換器によると、発生する騒音を低コストで低減することができる。

【符号の説明】

【0057】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】