JP5748540B2 - 音波発生装置およびそれを使用した音波式付着物除去・抑制装置、音波式スートブロワ装置、熱交換装置、排ガス処理装置、産業機器ならびに音波発生装置の運用方法、熱交換装置の運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮気体を駆動力として振動板を駆動させて音波を発生する音波発生装置に係り、特に高音圧の音波を少ない量の圧縮気体で発生でき、しかも長寿命運転が可能な音波発生装置に関する。

例えば石炭やバイオマスなどの固体燃料を燃焼するボイラ装置においては、燃焼排ガス中に多量の燃焼灰が含まれており、この燃焼灰が火炉壁や伝熱管などに付着、堆積して伝熱機能を阻害する。このため、蒸気式スートブロワを多数設置して局部的に高速の蒸気噴流を伝熱管などに吹き付けて燃焼灰の付着、堆積を抑制していた。

しかし、この方法は蒸気噴流の速度が速いため、吹き付けられた面に燃焼排ガス中の灰が巻き込まれ、高速の灰が伝熱管と衝突する現象を引き起こしスチームエロージョンを発生して、伝熱管の耐用寿命を短くしていた。

そのため音波式スートブロワを使用して、炉内に高音圧の音波を発生することにより伝熱管上への燃焼灰の付着、堆積を抑制する方法を併用すると、蒸気式スートブロワの運用頻度を従来の１／４〜１／１０程度に低減させることができた。

図２９は従来の音波発生装置の要部断面図、図３０は図２９のＸ部の拡大断面図である。
この音波発生装置は図２９に示すように、音波発生装置本体１０１、その音波発生装置本体１０１に保持・固定され、例えば圧縮空気などの駆動用圧縮気体１０２を利用して音波を発生する金属製の振動板１０３、前記音波発生装置本体１０１の内側に設置されたマウスピース１０４、前記音波発生装置本体１０１の上部に取り付けられて、前記振動板１０３を覆う振動板カバー１０５などを備えている。

図示していないが、前記マウスピース１０４の先端部（図面においてマウスピース１０４の下端部）には共鳴筒が接続され、さらにこの共鳴筒の先端部にはホーンが接続されている。また、前記音波発生装置本体１０１に形成された圧縮気体導入口１０６には、圧縮気体１０２を送給するための供給系統が接続されている。

円板状の振動板１０３の外周部は、音波発生装置本体１０１に設けられた保持部１０７と、振動板カバー１０５に設けられた押圧部１０８の間にＯリング１０９ａ，１０９ｂを介して挟持・固定されている。図３０に示す固定端は、前記Ｏリング１０９ａ，１０９ｂによる固定端を示している。

なお図示していないが、前記Ｏリング１０９ａ，１０９ｂの代わりに、押圧部１０８により振動板１０３を押し付ける部位の上面に△状の加工を行なったり、逆に、押圧部１０８の押し付け部位を▽状に加工して、支点押圧を行なう方式もある。

前記マウスピース１０４の振動板１０３と対向する側には、振動板１０３が当接する平面形状が環状のリム１１０（図３０参照）が設けられている。音波発生装置本体１０１の軸方向１１１における前記リム１１０の上面位置は、振動板１０３が振動停止状態のときに振動板１０３を若干押し上げる状態になる位置に設定されている。

前述のように図３０は図２９のＸ部の拡大断面図で、前記リム１１０の位置を説明するための図である。同図において、音波発生装置本体１０１からマウスピース１０４がない状態で振動板１０３を前記固定端で固定し、振動板１０３が水平状態にある位置を振動板１０３の「０位置」とすると、マウスピース１０４がある状態の音波発生装置本体１０１では、マウスピース１０４の前記リム１１０が前記「０位置」よりも上方、すなわち（＋）方向にあって、図２９に示すように振動板１０３を若干押し上げている。このようにリム１１０によって押し上げられた位置が、振動板１０３のニュートラル位置である。

図２９に示すように振動板１０３をリム１１０が押上げることで振動板１０３は湾曲状態に変形し、振動板１０３が元の状態に戻ろうとする剛性力がリム１１０側に作用するため、振動板１０３とリム１１０は密着した状態になっている。

この状態で振動板１０３の駆動用圧縮気体１０２(圧縮気体１０２として、例えば圧縮空気が用いられる)をリム１１０と振動板１０３の間に形成されている環状の密閉空間部１１２内に供給する。すると密閉空間部１１２内の圧力が上昇し、上昇した圧縮気体圧力により振動板１０３はリム１１０から持ち上げられる。

このとき振動板１０３とリム１１０との間に隙間が形成され、圧縮気体１０２はこの隙間よりマウスピース１０４側に排気されることで、前記密閉空間部１１２内の圧縮気体圧力は低下し、振動板１０３の持ち上げ力が減少する。

このときの振動板１０３は図２９において点線１０３Ｃで示すように、それの停止状態より更に湾曲するように撓むため振動板１０３自身に元の状態（停止状態）に戻ろうとする剛性力が更に強く働き、この剛性力に対し圧縮気体圧の低下により振動板１０３は戻り動作となり、リム１１０に衝突する。この時点で再度振動板１０３とリム１１０は密着性が確保されるため、振動板１０３はリム１１０から持ち上げられ、リム１１０と振動板１０３との隙間より圧縮気体が噴出し、振動板１０３はリム１１０に衝突する。このようにして、振動板１０３が上下の微振動を開始する。

この振動板１０３の上下の微振動は、振動板１０３を押し上げた圧縮気体１０２がマウスピース１０４に排気された排気気体１０２Ａに粗密波を形成する。そして振動板１０３の下方に設置されているマウスピース１０４を通過するときに前記粗密波は増幅され、増幅した粗密波がさらに下方の共鳴筒とホーン（共に図示せず）を通過するときに、一定周波数の音波のみの共振現象により更に大きく増幅された、一定周波数の音波が生まれる。

このようにして発生した一定周波数を持つ音波は共鳴筒の入口部（マウスピース１０４側）に音圧のフィードバックが作用することで、リム１１０からの振動板１０３の持ち上げ力は（駆動用圧縮空気圧＋音圧のフィードバック）の合力にとなり、振動板１０３自身をリム１１０より上方に強く持ち上げる作用を発生する。

図中の点線１０３Ａは最大振幅時における最上点の振動板１０３の湾曲状態を示しており、また点線１０３Ｂは最大振幅時における最下点の振動板１０３の湾曲状態を示している。また点線１０３Ｃは起動初期の振動板１０３の湾曲状態を示しており、Ｃは起動初期の振幅を示している。

このようにして一度振動板１０３の微振動が発生すれば、その後は共鳴筒とホーンでの共振により増幅した音波により振動板１０３は所定の振幅１０３Ａが継続し、連続した音波発生が可能となり、生成された音波はホーンを通して外部（ボイラ装置の場合は炉内あるいは煙道内）に発振される。

なお、音波発生装置の先行技術文献に関しては、例えば下記のような特許文献１〜６などを挙げることができる。

国際公開０１／０５３７５４号公報 特開平９−６１０８９号公報 特開平９−６１０９０号公報 特開平１１−２２３３２８号公報 特開２００４−１１６７９８号公報 特開２００４−１１６７９９号公報

音波による灰堆積抑制効果は音圧が高いほど効果が得られるが、現状の例えば大型石炭焚きボイラ装置では音波発生領域の奥行きが広いため、ボイラ装置中央部の伝熱管に音波が到達するまでに音圧が減衰するという問題がある。

この音圧減衰に対処するため、音波発生音圧を高める方法（具体的には前記圧縮気体１０２の圧力を高める方法、複数台の音波発生装置から同時に同一周波数の音波を発生させ合成音圧を高める方法など）と同時に、気柱共振を発生させる周波数を選定し、選定された共振周波数で運用することでボイラ装置内での音圧を高めていた。

また、音波発生装置の構成上、振動板１０３が絶えずリム１１０に衝突するため、リム１１０に微小摩耗が発生し、振動板１０３とリム１１０との位置関係が徐々に変化し、最終的にはリム１１０の摩耗深さが許容値を超えることで、音波発生起動時に振動板１０３とリム１１０の密着性が確保できなくなり圧縮気体１０２が音波発生装置内で洩れることで、振動板を駆動できる圧力まで上昇できなくなり、音波の発振が停止する。

音圧強化のために振動板１０３の振幅を大きくすると、振動板１０３がリム１１０に衝突するときの衝突速度が増加し、そのためにリム１１０の摩耗速度が速くなり、音波発生装置の運用期間が更に短くなるという問題がある。

従来の音波式スートブロワ1台当りの音波発生音圧が大型石炭焚きボイラ装置の大きさに対して不足しているため、従来の音波式スートブロワを蒸気式スートブロワと併用することで、現状以上に蒸気式スートブロワの運用頻度を低減させ、伝熱管表面のスチームエロージョンを低減させるには、下記のような問題点がある。

（問題点１）
音波発生装置の音圧強化のために駆動用圧縮気体の駆動運用圧力を増加するためには、圧縮気体を得るための既設空気圧縮機を高圧仕様に変更したり、あるいは追設する必要があり、そのために設備費が増加し、追設の場合には設置スペースが必要となる。また、駆動運用圧力を高めることにより、圧縮気体（圧縮空気）の消費量が増えて、運用費の増加をきたす。

（問題点２）
前記音圧強化のため、複数の音波発生装置に対して同一周波数の音波を同時に発振させて、発振音波を合成させることで音圧強化を行なうが、音波発生装置の運用台数が増加することにより空気圧縮機の追設が必要となり、それらの設備費が嵩む。また、圧縮気体の消費量が増えて、運用費の増加をきたす。

（問題点３）
前記音圧強化による振動板の振幅を大きくすることにより、リムの摩耗量が増え、音波発生装置の耐用寿命が低下し、また、音波発生装置の維持管理費が増加する。

図２９に示す従来の音波発生装置を長時間運用していると、振動板１０３と衝突するリム１１０には衝突による摩耗が発生し、この摩耗の進行により音波発生起動時にリム１１０による振動板１０３の押上げ量が低下し、振動板１０３の湾曲量が減少する。この摩耗が更に進行することで、振動板１０３の湾曲による剛性力の低下をもたらし、音波発生起動時に密着性が維持できなくなる。

この状態で起動を開始すると振動板１０３とリム１１０の間に隙間があるため、密閉空間部１１２が形成されず、圧縮気体１０２を供給しても内圧の上昇量が少なく、そのため振動板１０３の押上げが不十分で、振動板１０３の微振動ができなくなり、その後のマウスピース１０４や共鳴筒とホーンでの増幅ができず、音波が発生しない。

図５中の曲線Ｄは、従来の音波発生装置で振動板１０３とリム１１０の間に隙間が形成され、密閉空間部１１２内の圧力が上昇できず、その結果、音波が発生しない状態を示している。

長時間の運用でも確実に音波を発生させるためには、音波発生装置の起動時に振動板とリムの密着状態が維持されていることが重要である。この密着性を確保するため、従来の音波発生装置ではリムにより振動板を押上げ、振動板を湾曲に変形させ、振動板の湾曲変形による剛性力を引き出して、この剛性力によりリムとの密着性を確保してきた。

従来、長期間の運用によるリム１１０の摩耗量を考慮した運用を行うため、初期のリム設定レベルは余裕を持たせた状態、すなわち、許容磨耗量が発生しても密着性が確保できるように磨耗量を加えた設定を行なうため、リム１１０による振動板１０３の押上げ量を大きく設定していた。

他方、振動板１０３自身の剛性力は湾曲量が増加すると共に強力になるため、振動板１０３の物理的仕様（直径、厚さ、材質）が一定の状態では湾曲できる範囲には物理的な制約がある。図２９中の最大湾曲時の撓み量を（Ａ）とし、振動板静止時の初期のリム押上げ設定レベルで発生した撓み量を（Ｂ）とすると、音波発生装置での最大振幅は（Ａ−Ｂ）となる。

前記最大湾曲時の撓み量（Ａ）は圧縮気体１０２の圧力、あるいは振動板１０３の厚み、直径、材質により一定となるため、音波発生装置での振動板１０３の振幅を増加させるには、振動板静止時の初期のリム押上げ設定レベルで発生した撓み量（Ｂ）を低く設定することが必要となる。

ところが従来の音波発生装置では、振動板静止時の初期のリム押上げ設定レベルで発生した撓み量（Ｂ）を低くすると、発振振幅（Ａ−Ｂ）は増加するが、起動時の振動板１０３の湾曲量が低下するため、起動時の振動板１０３とリム１１０との密着性の維持ができなくなり、音波の発振停止や、初期では音波が発振できても長時間の運用によるリム１１０の摩耗進行が、許容磨耗量を超えた時点で音波の発振停止が発生していた。

このように従来の音波発生装置では運用できる最大発振振幅（Ａ−Ｂ）に制限をもつため発振音圧に限りがあることから、音波発生装置から発振できる最大音圧でも１台の音波発生装置の運用では、例えば大型石炭焚きボイラ装置の伝熱管への灰堆積抑制効果が十分に得られないという欠点があった。

本発明の主な目的は、このような従来技術の欠点を解消し、高音圧の音波を少ない量の圧縮気体で発生でき、しかも長寿命運転が可能な音波発生装置およびそれを使用した音波式付着物除去・抑制装置、音波式スートブロワ装置、熱交換装置、排ガス処理装置、産業機器ならびに音波発生装置の運用方法、熱交換装置の運用方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
振動板と、
その振動板の周縁部を保持する保持部と、
前記保持部の径方向内側において前記振動板を押し当てるリムを有するマウスピースと、
前記振動板の前記リムに接触する正面側でかつ前記マウスピースの径方向外側に設けられた蓄圧器と、
その蓄圧器に圧縮気体を供給する圧縮気体供給系統と、
前記マウスピースと共鳴筒とホーンによって形成される一連の音響導管を備え、
前記振動板はその周縁部が前記保持部に保持されており、
前記振動板を前記リムへ押し当てる力に抗して前記蓄圧器から圧縮気体がマウスピースの内側に流入することで振動板の動作が開始され、その振動板の駆動により発生した疎密波を前記音響導管を通じて増幅し、前記ホーンの開口部から音波として放射する音波発生装置において、
前記振動板の背面側から外力により当該振動板を前記マウスピースのリムへ押し当てる手段を設け、
前記押し当て手段により前記振動板を前記マウスピースのリムへ押し当てない状態において、前記マウスピースのリムと、これと対向する前記振動板の正面の間に、前記圧縮気体が流れ得る程度の隙間が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記押し当て手段により前記振動板をマウスピースのリムへ押し当てた状態での、前記振動板の正面と前記保持部との前記マウスピース軸方向沿いの距離で表される振動板の撓み量が、振動板の正面側０．０ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記振動板の撓み量が、振動板の正面側０．６ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、
前記駆動用圧縮気体の圧力が０．２ＭＰａ〜０．７ＭＰａの範囲内に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、
前記押し当て手段が、前記振動板の背面のほぼ全体を背面加圧用圧縮気体で押し付ける構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第５の手段において、
前記押し当て手段が、前記振動板の背面に形成された空洞部と通じる背面加圧用の蓄圧気室と、その蓄圧気室に背面加圧用圧縮気体を供給する供給系統を有することを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第６の手段において、
前記空洞部と蓄圧気室の間に、空洞部と蓄圧気室を連通する例えば貫通孔や切欠部などからなる貫通部が形成された振動板カバーが介在されていることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第６の手段において、
前記背面加圧用圧縮気体の供給源が、前記駆動用圧縮気体と同じの供給源であって、
前記駆動用の蓄圧器と前記背面加圧用の蓄圧気室の圧力を調整する例えば圧力調整弁などの圧力調整手段が圧縮気体の供給系統に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第１の手段において、
前記共鳴筒の長さが変更可能になっていることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、
前記押し当て手段が、前記振動板の背面のほぼ全体を圧縮気体で加圧する圧縮気体供給手段を有し、その圧縮気体の圧力が５０ＫＰａ〜８０ＫＰａの範囲内に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は前記第１の手段において、
前記マウスピースが音波発生装置本体に対して交換可能に取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明の第１２の手段は音波式付着物除去・抑制装置において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置の前記ホーンが、表面に付着物が付き易い被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とするものである。

本発明の第１３の手段は音波式スートブロワ装置において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置の前記ホーンが、表面に付着物が付き易い被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とするものである。

本発明の第１４の手段は熱交換装置において、
前記第１３の手段の音波式スートブロワ装置を設置したことを特徴とするものである。

本発明の第１５の手段は熱交換装置において、
前記第１３の手段の音波式スートブロワ装置と、前記被処理対象物に対して高圧水蒸気を噴出して付着物を除去する水蒸気式スートブロワ装置を併設したことを特徴とするものである。

本発明の第１６の手段は前記第１４または第１５の手段の熱交換装置がボイラ装置であることを特徴とするものである。

本発明の第１７の手段はガス処理用の触媒を備えた排ガス処理装置において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置の前記ホーンが、前記触媒を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とするものである。

本発明の第１８の手段は表面に付着物が付き易い被処理対象物を備えた産業機器において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置の前記ホーンが、前記被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とするものである。

本発明の第１９の手段は音波発生装置の運用方法において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置を複数台設置して、その複数台の音波発生装置から同時に音波を発生することを特徴とするものである。

本発明の第２０の手段は音波発生装置の運用方法において、
前記第１ないし第１１のいずれかの手段の音波発生装置を音波式スートブロワ装置として複数台設置して、その複数台の音波式スートブロワ装置から同時に音波を発生することを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、高音圧の音波を少ない量の圧縮気体で発生でき、しかも長寿命運転が可能な音波発生装置およびそれを使用した音波式付着物除去・抑制装置、音波式スートブロワ装置、熱交換装置、排ガス処理装置、産業機器ならびに音波発生装置の運用方法、熱交換装置の運用方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る音波発生装置の全体の断面図である。 その音波発生装置の要部の拡大断面図である。 図２Ｙ部をさらに拡大した断面図である。 その音波発生装置に用いられるマウスピースの平面図である。 第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、調節弁（Ａ）をＯＦＦからＯＮに切り替えた後の音波発生装置の内圧変化を示す特性図である。 第１実施形態に係る音波発生装置の起動時における蓄圧器の内圧特性と振動板の振幅特性を示す特性図である。 第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リム設定位置を変えた場合の振動板の振幅の変化を示す特性図である。 第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リム設定位置を変えた場合の発振音圧の変化を示す特性図である。 第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置の駆動用圧縮気体の圧力、発振音圧ならびに駆動用圧縮気体の消費量とを比較して示す図表である。 本発明の第２実施形態に係る音波発生装置の全体の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る音波発生装置において、振動板上のバネ部材の配置例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図である。 本発明の第５実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図である。 本発明の第６実施形態に係る音波式スートブロワの断面図である。 本発明の第7実施形態に係る音波式スートブロワの共鳴筒の長さを長くした状態での断面図である。 その実施形態に係る音波式スートブロワの共鳴筒の長さを短くした状態での断面図である。 その実施形態に係る音波式スートブロワの共鳴筒のスライド機構を説明するための斜視図である。 本発明の第８実施形態に係る音波式スートブロワのボイラ装置内での配置例を示す配置図である。 従来の音波式スートブロワのボイラ装置内での配置例を示す配置図である。 本発明に係る音波式スートブロワの運用例を示す図である。 従来の音波式スートブロワの運用例を示す図である。 従来の音波式スートブロワの同時運用台数と合成音圧の関係を示す特性図である。 本発明の第９実施形態に係る音波式スートブロワの脱硝装置内での配置例を示す図である。 従来の音波式スートブロワの配置例を示す図である。 発電プラントにおける排ガス処理システムの系統図である。 その排ガス処理システムに用いる本発明の第１０実施形態に係るガス−ガスヒータの概略構成図である。 第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リムに対する振動板の衝突速度を説明するための概略図である。 従来の音波発生装置の要部断面図である。 図２９のＸ部の拡大断面図である。

次に本発明の各実施形態を図と共に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る音波発生装置の全体の断面図、図２はその音波発生装置の要部の拡大断面図、図３は図２Ｙ部をさらに拡大した断面図、図４はこの音波発生装置に用いられるマウスピースの平面図である。

この実施形態に係る音波発生装置は図１に示すように、音波発生装置本体１と、その音波発生装置本体１に保持・固定され、駆動用圧縮気体２を利用して音波を発生する金属製の円板状振動板３と、前記音波発生装置本体１の内側に設置されたマウスピース４と、前記音波発生装置本体１の上部に取り付けられて、前記振動板３を覆う振動板カバー５と、その振動板カバー５の背面を覆うハウジング６と、前記マウスピース４の先端部に取り付けられた共鳴筒７と、その共鳴筒７の先端部に取り付けられたラッパ状をしたホーン８などを備えている。
前記マウスピース４と共鳴筒７とホーン８によって一連の音響導管が形成されている。

またこの音波発生装置は圧縮気体供給源９を有し、本実施形態の場合は圧縮気体として圧縮空気を使用しており、図示していないが前記圧縮気体供給源９には空気圧縮機が内蔵されている。

この圧縮気体供給源９から前記音波発生装置本体１に向けて供給系統（Ａ）１０が延びており、供給系統（Ａ）１０の途中に電磁弁からなる調節弁（Ａ）１１が設置されている。前記供給系統（Ａ）１０の圧縮気体供給源９と調節弁（Ａ）１１の間からは供給系統（Ｂ）１２が分岐されており、供給系統（Ｂ）１２の先端部は前記ハウジング６に接続されている。供給系統（Ｂ）１２の途中には、調節弁（Ｂ）１３が設置されている。

前記音波発生装置本体１は有底形で円筒状をしており、音波発生装置本体１の周壁１５には1つの導入口１４が設けられている。また、周壁１５の上端内周部には、段落ちされて保持部１６が形成されている。

前記円板状の振動板３として本発明の各実施形態では直径が１５０ｍｍで厚さが１．５ｍｍのチタン板が用いられ、この振動板３の外径は前記保持部１６の内径と略同寸かあるいは若干径小になっている。

前記マウスピース４の振動板３と対向する側には、振動板３が当接する平面形状が環状のリム１７（図４参照）が設けられている。このリム１７の位置設定については、後で詳細に説明する。

マウスピース４の外径は音波発生装置本体１の周壁１５の内径よりも所定の寸法だけ短く設定されており、図１に示すようにマウスピース４を音波発生装置本体１の周壁１５の内側に設置することにより、マウスピース４と音波発生装置本体１の周壁１５の間に平面形状が環状の蓄圧器１９が形成される。この蓄圧器１９は、振動板３によって閉じられる形になっている。

マウスピース４はボルトやネジ込みなどの手段によって音波発生装置本体１に対して交換可能に装着され、マウスピース４のリム１７が所定の所まで磨耗すると、新品のマウスピース４と交換できるようになっている。なお、マウスピース４のリム１７が所定の所まで磨耗したかどうかは、音波発生装置に設置した振動解析センサー（図示せず）によって監視されている。

図１ならびに図２に示すように振動板カバー５の振動板３と対向する側には、振動板３の振動を許容するための背面空洞部２０が形成されている。この背面空洞部２０と前記ハウジング６の蓄圧気室２１を連通するための供給孔２２が、振動板カバー５の周方向に等間隔に複数本振動板カバー５の厚さ方向に貫通するように形成されている。

振動板カバー５の振動板３の外周部と対向する位置には、環状の押圧部２３が突出するように形成され、振動板カバー５を音波発生装置本体１にボルト締めすることにより、振動板３の外周部が、音波発生装置本体１に設けられた保持部１６と、振動板カバー５に設けられた押圧部２３の間で弾性を有するＯリング２４ａ，２４ｂを介して挟持・固定されている。図３に示す固定端は、前記Ｏリング２４ａ，２４ｂによる固定端を示している。

図１に示すように、前記ハウジング６は振動板カバー５の背面側に固定されており、ハウジング６の適所に背面加圧用圧縮気体２５を導入する導入口２６が設けられ、導入口２６に供給系統（Ｂ）１２が接続されている。

この供給系統（Ｂ）１２からハウジング６内に供給された圧縮気体２５は、前記振動板カバー５の供給孔２２を通して振動板３の背面に適切な外力（背圧）を作用させることになる。そのため振動板３はリム１７側へ湾曲状に撓んで押し当てられ、リム１７に押し付けられて振動板３とリム１７の密着状態が確保される。

このように振動板３がリム１７に密着することにより蓄圧器１９が密閉空間部となる。この蓄圧器１９に圧縮気体２を供給することにより、蓄圧器１９の内圧は直線的に増加して、振動板駆動圧以上に上昇する。

図５は、本実施形態に係る音波発生装置と、従来の音波発生装置において、調節弁（Ａ）をＯＦＦからＯＮに切り替えた後の音波発生装置の内圧変化を測定した結果を示す特性図である。図中の曲線Ｃは本実施形態に係る音波発生装置の特性曲線、曲線Ｄは従来の音波発生装置の特性曲線である。

この図から明らかなように、本実施形態に係る音波発生装置は曲線Ｃで示されているように、調節弁（Ａ）１１をＯＮにすると短時間（約２０ｍｓ以内）に、蓄圧器１９の内圧は直線的に増加して、振動板駆動圧以上に達する。

これに対して従来の音波発生装置は曲線Ｄで示されているように、振動板１０３とリム１１０の間に隙間が形成されると、調節弁（Ａ）をＯＮにして圧縮気体１０２を供給しても前記隙間から洩れてしまい、密閉空間部の内圧は上昇せず、そのために音波の発振は生じない。

次に本実施形態に係る音波発生装置の振動現象について説明する。図６は音波発生装置の起動時における蓄圧器１９の内圧特性と振動板の振幅特性を示す特性図であり、図中の曲線Ｃは内圧の変化を示す特性曲線、曲線Ｅは振動板の振幅特性を示す特性曲線である。

図２ならびに図３に示すように、音波発生装置本体１の軸方向１８（図２参照）におけるマウスピース４のリム１７の上面位置は、振動板３の背面加圧が無い振動停止状態（図３の０位置の状態）のときに振動板３の下面とほぼ同じ位置か、あるいは振動板３の背面加圧が無い振動停止状態（水平状態）のときに振動板３の下面よりも蓄圧器１９の底面２６（図２参照）側に下がった位置に設定されている。

本実施形態の場合は図３に示すように、振動板３の背面加圧が無い状態での振動停止状態（図３の０位置の状態）のときに、振動板３の下面よりも蓄圧器１９の底面２６側に下がった位置、すなわち（−）位置側に設定されている。なお、本明細書において、振動板３のリム１７に接触する側を正面側、その反対側を背面側としている。

振動板３の背面加圧状態では、振動板３は外力（空気圧）により下方に湾曲し、振動板３の剛性力は上方に作用した状態となり、振動板３はリム１７に押し当てられて密閉空間部（蓄圧器１９）を形成している。

この蓄圧器１９に圧縮気体２を供給すると（電磁弁ＯＮ）、蓄圧器１９内の空気圧力が直線的に上昇し（図６の点線参照）、振動板駆動圧以上に上昇すると振動板３はリム１７から押上げられる。振動板３がリム１７から振動板カバー５側へ移動すると、振動板３とリム１７との間に隙間が形成され、圧縮気体２が隙間より瞬間的に噴出し、振動板３を押上げる力が減少する。

振動板３の背面には振動板３をリム１７側に押付けるための外力（空気圧）が掛かっているため、振動板３は元の状態に戻る方向に移動する。振動板３がリム１７に押付けられると密閉空間部が形成され、その密閉空間部への圧縮気体２の供給により内圧が増加し、振動板３を持ち上げるような微振動を行なう。この現象が図６に示されている第1段階である。

次に振動板３が微振動を起こすと振動板３を押し上げた圧縮気体２がマウスピース４に排気された後の気体２Ａに粗密波が形成され、この粗密波は振動板３の近傍に配置されているマウスピース４により増幅される。マウスピース４で増幅された排気された気体２Ａの粗密波は、マウスピース４に接続されている共鳴筒７とホーン８（図１参照）により、一定周波数の音波のみ共振現象で大きく増幅し、一定周波数の音波をホーン８の開口部から放射する。

この音波は共鳴筒７からマウスピース４側に音圧のフィードバックとして作用し、リム１７に密着している振動板３に対し「圧縮気体２の圧力」＋「音圧のフィードバック」の合力が作用することで、振動板３を上方へ第１段階以上まで強く押上げる。

振動板３は湾曲状態に撓むため、振動板３自身に元の状態に戻ろうとする剛性力の方向と、振動板３の背面への圧縮気体２５による外力の方向が同一方向のため合力が働き、戻り動作となりリム１７に更に激しく衝突する。

このことで発生した排気気体２Ａの粗密波はマウスピース４による増幅、共鳴筒７とホーン８により一定周波数のみ共振現象で大きく増幅され一定の周波数を持った音波として発振され、順次振幅を増加させる。この現象が図６に示されている第２段階である。

このように一度共鳴筒７とホーン８による一定周波数の共振現象が発生した後は安定した一定周波数の音波の発振が継続でき、振動板３の湾曲限界（最大撓み量）まで押し上げられるため振幅も安定した運用となる。リム１７の当り面を振動板３より下方に設定した状態でも確実に起動でき、安定した高音圧の音波を発生できることになる。この現象が図６に示されている第３段階である。

図６において、領域Ｆは振動板３がリム１７に衝突したときの状態を示しており、点Ｇは運用条件における振動板３の湾曲限界点（最大撓み量）となり、振動板３の最大振幅点を示している。

また図２において点Ａは振動板３の最大撓み量、点Ｂは振動板３がリム１７に衝突した時点の位置または音波発生起動前の位置となる最小撓み量を示している。振動板３の厚み、直径、材質ならびに圧縮気体２の圧力を従来の音波発生装置（図２９参照）と同じにした場合、振動板３（１０３）の最大撓み量（Ａ）は同じである。ところが、音波発生起動前の静止時のリム１１０による振動板押上げによる撓み量（＋Ｂ）を振動板背面加圧によりリム１７と振動板３が密着できるため、それよりも下方に設定（−Ｂ）することで、振動板３の最大振幅は従来の最大振幅＝（Ａ−Ｂ）から最大振幅＝（Ａ−（−Ｂ））＝（Ａ＋Ｂ）となる。

その結果、図２９に示す振動板１０３の振幅と図２に示す振動板３の振幅を比較して明らかなように、同一仕様（振動板の厚み、直径、材質ならびに駆動用圧縮気体の圧力など）の音波発生装置においても、本発明により確実な起動と大きな振幅を得ることが可能となった。

図７は、本実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リム設定位置（停止状態で振動板に撓みが発生しない状態の振動板下面に対するリムの位置）を変えた場合の振動板の振幅の変化を示す特性図である。

なお、図７、８に示す各特性試験において、振動板はチタン製の金属円板を使用し、厚みは１．５ｍｍ、直径は１５０ｍｍである。駆動用圧縮気体として圧縮機で得られた圧縮空気を使用し、共鳴筒やホーンなどは全て同一仕様である。

図中の点Ｈ（黒菱形印）は従来の音波発生装置で圧縮気体の圧力（駆動圧力）を０．７ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｉ〜Ｎは本実施形態に係る音波発生装置の特性曲線で、曲線Ｉ（×印）は駆動圧力を０．２ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｊ（白菱形印）は駆動圧力を０．３ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｋ（黒三角印）は駆動圧力を０．４ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｌ（白三角印）は駆動圧力を０．５ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｍ（白四角印）は駆動圧力を０．６ＭＰａにした場合の特性曲線、曲線Ｎ（黒四角印）は駆動圧力を０．７ＭＰａにした場合の特性曲線である。

この図から明らかなように、リム設定位置を（＋）０．８０ｍｍに設定した曲線Ｈの従来の音波発生装置では、駆動圧力を０．７ＭＰａにしても振動板の振幅は２．１ｍｍ程度しか得られない。

これに対して本実施形態に係る音波発生装置では、リム設定位置を（−）０．６０ｍｍ〜（−）１．４ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．２ＭＰａにした曲線Ｉの音波発生装置でも、前記従来の音波発生装置とほぼ同じ振動板の振幅を得ることができる。なお、曲線Ｉの音波発生装置においてリム設定位置を（−）０．６０ｍｍに設定したものは、振動板の振幅が若干小さい傾向にあるが、駆動圧力を若干高めること（例えば０．２５ＭＰａ）により、従来の音波発生装置と同等以上の振幅を得ることができることが、他の特性試験で確認されている。

この曲線Ｉの音波発生装置の駆動圧力は０．２ＭＰａであるから、従来の音波発生装置（０．７ＭＰａ）に較べて駆動圧力を約１／３に低減してもほぼ同じ振動板の振幅を得ることができる。従って、駆動用圧縮気体を得るための圧縮機を高圧仕様に変更したり、追設する必要がなく、また、駆動用圧縮気体の消費量も約１／３低減することが可能となる。

また、本実施形態に係る音波発生装置において、リム設定位置を（−）０．６０ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．３ＭＰａ〜０．４ＭＰａ（曲線Ｊ，Ｋ）と少し高めていくと、振動板の振幅をさらに大きくすることができる。この曲線Ｊ，Ｋの音波発生装置は従来の音波発生装置に較べると、駆動圧力は低く、しかも振動板の振幅は大きいという特長を有している。

さらに、本実施形態に係る音波発生装置において、リム設定位置を０．００ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．５ＭＰａ〜０．７ＭＰａ（曲線Ｌ〜Ｎ）と高めていくと、振動板の振幅を大きくすることができる。この曲線Ｌ〜Ｎの音波発生装置は、従来の音波発生装置の駆動圧力以下で大きい振幅を得ることができるとともに、リムの設定範囲が０．００ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍと広くとれ、許容磨耗量が大きくなり、長時間の運用が可能となり、運用寿命が長くなり、設計に大きな裕度があるという特長を有している。

駆動圧力を０．７ＭＰａに注目した場合、従来の音波発生装置では振動板の振幅は２．１ｍｍ〜２．４ｍｍ程度しか得られなかったが、本実施形態に係る曲線Ｎの音波発生装置では同じ駆動圧力で振動板の振幅を約３．２ｍｍ〜４．２ｍｍまで大きくすることができ、リムの設定位置によっては２倍近くの振幅を得ることができる。

図８は、本実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リム設定位置（停止状態で振動板に撓みが発生しない状態の振動板下面に対するリムの位置）を変えた場合の発振音圧の変化を示す特性図である。同図に示す縦軸の発振音圧は、個々の圧縮気体の圧力（駆動圧力）に対して音波発生装置からの発振音圧を騒音計で測定した。

また図９は、本実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置の駆動用圧縮気体（圧縮空気）の圧力、発振音圧ならびに駆動用圧縮気体の消費量とを比較して示す図表である。
なお図８，９において図中の符号Ｈ〜Ｎは、前記図７のそれと同じである。

これらの図から明らかなように、リム設定位置を（＋）０．８０ｍｍに設定した従来の音波発生装置（点Ｈ）では、駆動圧力を０．７ＭＰａにしても発振音圧は１４２ｄＢしか得られない。

これに対して本実施形態に係る音波発生装置では、リム設定位置を（−）０．６０ｍｍ〜（−）１．４ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．２ＭＰａにした曲線Ｉの音波発生装置でも、前記従来の音波発生装置とほぼ同じ発振音圧を得ることができる。なお、曲線Ｉの音波発生装置においてリム設定位置を（−）０．６０ｍｍに設定したものは、発振音圧が若干低い傾向にあるが、駆動圧力を若干高めることにより（例えば０．２５ＭＰａ）、従来の音波発生装置と同等以上の発振音圧を得ることができることが、他の特性試験で確認されている。

この曲線Ｉの音波発生装置の駆動圧力は０．２ＭＰａであるから、従来の音波発生装置（０．７ＭＰａ）に較べて駆動圧力を約１／３低減してもほぼ同じ発振音圧を得ることができ、駆動用圧縮気体の消費量は従来の音波発生装置に較べて約１／３低減することが可能となる。

本実施形態に係る音波発生装置において、リム設定位置を（−）０．６０ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．３ＭＰａ（曲線Ｊ）と少し高めていくと、従来の音波発生装置に較べて発振音圧を９．５ｄＢ〜１１．５ｄＢ高めることができるとともに、駆動用圧縮気体の消費量は約１／２に低減することが可能となる。

また本実施形態に係る音波発生装置において、リム設定位置を（−）０．６０ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．４ＭＰａ（曲線Ｋ）とさらに少し高めると、従来の音波発生装置に較べて発振音圧を１４．５ｄＢ〜１６．５ｄＢ高めることができるとともに、駆動用圧縮気体の消費量は約２／３低減することが可能となる（共に図９参照）。

なお、図９では本実施形態に係る音波発生装置の代表例として曲線Ｉ〜Ｋを示したが、図８に示しているように、リム設定位置を０．００ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定して、駆動圧力を０．５ＭＰａ〜０．７ＭＰａ（曲線Ｌ〜Ｎ）と高めていくと、さらに発振音圧を高くすることができる。

図８において、リム設定位置を（−）１．００ｍｍに設定して、駆動圧力を０．７ＭＰａした音波発生装置の発振音圧は１６７．５ｄＢであり、従来の音波発生装置と同じ駆動圧力、すなわち駆動用圧縮気体の消費量が同じで、発振音圧を２５．５ｄＢ高めることができる。

前述のようにリム設定位置を０．００ｍｍ〜（−）１．４０ｍｍの範囲に設定したものは、マウスピース４のリム１７と、これに接触する振動板３の正面の位置関係が、振動板３をリム１７へ押し当てない状態において、リム１７と、これと対向する振動板３の正面の間に、圧縮気体２が流れ得る程度の隙間が形成されるような位置関係になっている。

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る音波発生装置の全体の断面図である。
本実施形態において前記第１実施形態と相違する主な点は、振動板カバー５を省略して、ハウジング６を音波発生装置本体１に直接取り付けた点である。従って本実施形態の場合、ハウジング６の蓄圧気室２１が振動板３の振動を許容する背面空洞部２０を兼ねることになり、十分な大きさの背面空洞部となる。

このように振動板カバー５を省略することにより、部品点数の削減、装置のコンパクト化と軽量化、コスト低減が図れると共に、密閉系内での接合面が少なくなり、そのために高い密閉度が得られ、音波発生装置として好都合である。

また、本実施形態の場合、音波発生装置本体１とハウジング６がボルトとナットによる接合手段２７で接合されている。

前記第１、２実施形態において、圧縮気体２５の加圧圧力は、図１、１０に示す調節弁（Ｂ）１３により適宜調整できる。なお、前記第１、２実施形態で用いられるハウジング６は、図示していないが音波発生装置のケーシングで兼用することもできる。

前記第１、２実施形態では振動板３の背面を加圧する背面加圧手段として、圧縮気体２５を用いて振動板３の背面全体を均等に加圧した例を示した。

（第３実施形態）
図１１は第３実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図、図１２は本実施形態において、振動板上のバネ部材の配置例を示す平面図である。なお、本実施形態では、振動板３の背面は大気圧状態となる。

本実施形態では背面加圧手段として、弾性体の１種であるコイルバネなどのバネ部材２８を使用している。

このバネ部材２８は図１１に示すように、振動板３と振動板カバー５の間に若干圧縮された状態で介在される。また複数個のバネ部材２８は図１１、１２に示すように、マウスピース４に設けられているリム１７と対向する位置に、そのリム１７の周方向に沿って等間隔に配置されている。

各バネ部材２８の位置を設置確実に確保するため図１１に示すように、振動板カバー５の下面には筒状のバネホルダ２９が設けられている。

（第４実施形態）
図１３は第４実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図である。
本実施形態では背面加圧手段として、弾性体の１種であるゴムや合成樹脂などの弾性材料からなる弾性Ｏリング３０を使用している。

この弾性Ｏリング３０は図１３に示すように、振動板３と振動板カバー５の間に若干圧縮された状態で介在される。弾性Ｏリング３０はマウスピース４に設けられているリム１７と対向する位置に、そのリム１７の周方向に沿って配置されている。

弾性Ｏリング３０の設置位置を確実に確保するため図１３に示すように、弾性Ｏリング３０は接着剤３１によって振動板カバー５の下面に固定か、またはＯリング取付溝を形成してそのＯリング取付溝にＯリング３０を固定する。

なお、本実施形態では中実状の弾性Ｏリング３０を用いたが、弾性Ｏリング３０が比較的硬質の場合は中空状の弾性Ｏリング３０を用いることも可能である。

（第５実施形態）
図１４は第５実施形態に係る音波発生装置の要部の拡大断面図である。
本実施形態では背面加圧手段として、エアピストン３２を使用している。複数本のエアピストン３２は環状のヘッダ３３により同じ方向に配置、接続され、マウスピース４に設けられているリム１７と対向する位置に、そのリム１７の周方向に沿って等間隔に配置されている。

前記ヘッダ３３には圧縮気体（圧縮空気）２５が供給され、それにより各エアピストン３２のピストンロッド３４で振動板３をマウスピース４のリム１７に密着させている。各ピストンロッド３４の先端部には、振動板３への押圧を良好にするため円板状の押圧板３５が取り付けられている。

前記第３〜５実施形態では、振動板カバー５がバネ部材２８、弾性Ｏリング３０ならびにエアピストン３２の保持部材を兼ねている。なお、第３、４実施形態では、弾性体（バネ部材２８、弾性Ｏリング３０）の圧縮状態を維持するために振動板カバー５は必要であるが、第５実施形態の場合は圧縮気体（圧縮空気）２５の供給でリム１７に対する振動板３の密着が図れるため、必ずしも振動板カバー５は必要ではない。

（第６実施形態）
図１５は、前記第１実施形態に係る音波発生装置を備えた第６実施形態に係る音波式スートブロワの断面図である。

この音波式スートブロワ４１は前記実施形態に係る音波発生装置から主に構成されており、例えばボイラ火炉４２の炉壁４３などに取り付けられる。炉壁４３に形成された開口部４４からボイラ火炉４２内に臨むようにホーン８が配置されている。ホーン８から発振される音圧がボイラ建屋４０側に洩れるのを防止するために、遮熱（断熱）を兼ねた防音ケース４５内にホーン８が配置されている。

音波発生装置本体１、振動板３、マウスピース４、振動板カバー５、ハウジング６、共鳴筒７などで構成される音波発生部は、前記防音ケース４５のボイラ火炉４２と反対側に設置されている音波発生部ケース４６内に収納されている。

前記防音ケース４５ならびに音波発生部ケース４６の外周には、遮熱（断熱）を兼ねた防音用のラギング４７が設置されている。図に示すように供給系統（Ａ）（配管）１０ならびに供給系統（Ｂ）（配管）１２は、音波発生部ケース４６ならびにラギング４７を貫通して、それぞれ音波発生装置本体１ならびにハウジング６に接続されている。

この音波式スートブロワから増幅された音波をボイラ火炉４２内に向けて発振させて、その高い音圧をもつ音波によって、伝熱管表面に付着、堆積した燃焼灰の除去および伝熱管への燃焼灰の付着を抑制するものである。

発振周波数が炉内の気柱共振と同一の場合は、ボイラ火炉４２内に気柱共振を励起し、定在波を形成させ、その定在波によってボイラ火炉４２内の音圧はさらに高まるため、灰除去および灰の付着抑制力が強化される。

（第７実施形態）
図１５に示す音波式スートブロワの場合、共鳴筒７の長さが一定であるため発振される音波の発振周波数は一定である。そのため、ボイラ火炉４２内のガス温度条件が前記発振周波数に合致したときは、炉内気柱共振が確立して炉内の音圧が高くなり、灰の除去能力あるいは付着抑制能力が高まる。
ところがボイラ火炉４２内のガス温度条件が変化して炉内気柱共振が確立しない場合には、音圧が下がり、灰の除去能力あるいは付着抑制能力が減退する。このため、広範囲のボイラ運用条件において音波式スートブロワが有効に機能しないという難点がある。

この第７実施形態は、広範囲のボイラ運用条件において有効に機能する音波式スートブロワを示すものである。図１６および図１７は本実施形態に係る音波式スートブロワを説明するためのもので、図１６は共鳴筒の長さを長くした状態での音波式スートブロワの断面図、図１７は共鳴筒の長さを短くした状態での音波式スートブロワの断面図である。

本実施例において前記第６実施形態に係る音波式スートブロワと相違する主な点は、例えば図１６に示すように共鳴筒７が内筒７ａと外筒７ｂからなり、内筒７ａが外筒７ｂ内でスライド可能になっている点である。

図１６は共鳴筒７の実質的な長さが長くなった状態、図１７は短くなった状態を示している。このように共鳴筒７の長さを変えることにより、共鳴筒７で発振周波数の波長を調整し、ホーン８により所望の音圧に増幅でき、ボイラ火炉４２内に複数の気柱共振周波数を連続的に変化させた音波を発生できる。

本実施形態の場合、共鳴筒７の長さの変化に伴い音波発生装置本体１ならびにハウジング６も移動するため、音波発生装置本体１ならびにハウジング６に接続されている供給系統（Ａ）１０ならびに供給系統（Ｂ）１２はフレキシブルなホースで構成されている。

図１８は、振動板の背面加圧設定値を種々変えた音波発生装置において、共鳴筒の長さを変化させたときのストローク（共鳴筒の長さの変化量）に対する周波数特性を示す図である。同図に示すように振動板の背面加圧設定値が１０ＫＰａ〜８０ＫＰａの８種類に分けて実験を行なった。

この図から明らかなように、振動板の背面加圧設定値が特に５０ＫＰａ以上にすることで、ストロークに対する周波数特性は１つの直線となるため、ストロークに対する周波数制御はより精度に行なうことができる。

本実施形態では共鳴筒７の全体の形状が直管状になった場合を示したが、全体の形状がＵ字状の共鳴筒を用い、それの直管部分を内筒と外筒で構成するスライド構造にしたり、あるいは全体の形状が渦巻き状の共鳴筒を用い、その共鳴筒の端部に直管部分を設け、その直管部分を内筒と外筒で構成するスライド構造することも可能である。
このようにＵ字状あるいは渦巻き状の共鳴筒を用いることにより、音波式スートブロワの小型化が可能となる。

（第８実施形態）
図１９ならびに図２０はボイラ装置における後部伝熱部での音波式スートブロワの配置例を示す図で、図１９は本発明の第８実施形態に係る音波式スートブロワの配置例を示す図、図２０は従来の音波式スートブロワの配置例を示す図である。

これらの図において５３はバーナ、５４は一次再熱器、５５は一次過熱器、５６は煙道蒸発器、５７は節炭器、５８は蒸気式スートブロワ、５９は実施形態に係る音波式スートブロワ、６０は従来の音波式スートブロワ、６１は燃焼排ガスである。これらの図に示すように蒸気式スートブロワ５８ならびに音波式スートブロワ５９（６０）は、各熱交換器（一次再熱器５４、一次過熱器５５、煙道蒸発器５６、節炭器５７）と対応して配置されている。そして蒸気式スートブロワ５８と音波式スートブロワ５９（６０）を併用することにより、蒸気式スートブロワ５８の運用頻度を１／４〜１／１０程度に低減することができる。

ところが従来の音波式スートブロワ６０を使用する場合には、図２０に示すようにボイラ装置の片側に１６台、ボイラ装置の両側では３２台設置する必要があった。これに対して本発明に係る音波式スートブロワ５９を使用する場合には、図１９に示すようにボイラ装置の片側に８台、ボイラ装置の両側では１６台設置すれば十分であり、音波式スートブロワの設置台数ならびにそれに使用する駆動用圧縮気体の使用量を従来のものに対して半分に減らすことができる。

従来の音波式スートブロワの発振音圧には限りがあったため、例えば伝熱部の寸法が大きいボイラ装置あるいは伝熱管への付着力、堆積力の強い炭種を使用する場合などでは、音波式スートブロワからの音圧をさらに高める必要があり、そのためにボイラ装置の対向する両側の壁にそれぞれ音波式スートブロワを設置して、多くの音波式スートブロワを同一周波数にて同時に発振することにより、合成音圧を高め運用方法が採用されている。

図２１ならびに図２２は音波式スートブロワの同時発振の運用例を示す図で、図２１は本発明に係る音波式スートブロワの運用例を示す図、図２２は従来の音波式スートブロワの運用例を示す図である。図２１において○印は運用中の音波式スートブロワ５９、黒丸印は停止中の音波式スートブロワ５９、図２２において□印は運用中の音波式スートブロワ６０、黒四角印は停止中の音波式スートブロワ６０をそれぞれ示している。なお、図２１ならびに図２２において音波式スートブロワ５９（６０）の配置は図１９ならびに図２０と同じである。
また、図２３は本発明に係る音波式スートブロワ５９（白の菱形印）と従来の音波式スートブロワ６０（黒の菱形印）の同時運用台数と合成音圧の関係を示す特性図である。

なお、このテストに使用した本発明に係る音波式スートブロワ５９は、リム設定位置を−１．２０ｍｍ、駆動用圧縮空気圧を０．３ＭＰａに設定しており、音波式スートブロワ１台の発振音圧は１５３ｄＢである。また、従来の音波式スートブロワ６０は、リム設定位置を＋０．６５ｍｍ、駆動用圧縮空気圧を０．７ＭＰａに設定しており、音波式スートブロワ１台の発振音圧は１４５ｄＢである。

図２２は従来の音波式スートブロワ６０をボイラ装置の片側で８台（ボイラ装置の両側で１６台）同時に運用した例を示しているが、そのときの合成音圧は図２３から明らかなように１５４ｄＢである。

これに対して本発明に係る音波式スートブロワ５９を使用して前述とほぼ同じ合成音圧（１５６ｄＢ 図２３参照）を得るためには、図２１に示すようボイラ装置の片側で２台（ボイラ装置の両側で４台）同時運用すれば十分であり、音波式スートブロワの設置台数ならびにそれに使用する駆動用圧縮気体の使用量を極端に減らすことができる。

なお、図２３中に付した斜線領域Ｘ，Ｙ，Ｚは、本発明に係る音波式スートブロワの１台運用での発振音圧の範囲を駆動用圧縮空気圧別に示したものである。前記斜線領域Ｘはリム設定位置が−０．６０ｍｍ〜−１．４０ｍｍで駆動用圧縮空気圧が０．２ＭＰａのものの発振音圧、前記斜線領域Ｙはリム設定位置が−０．６０ｍｍ〜−１．４０ｍｍで駆動用圧縮空気圧が０．３ＭＰａのものの発振音圧、前記斜線領域Ｚはリム設定位置が−０．６０ｍｍ〜−１．４０ｍｍで駆動用圧縮空気圧が０．４ＭＰａのものの発振音圧を示す。

この斜線領域Ｘ，Ｙ，Ｚからも明らかなように、本発明に係る音波式スートブロワ１台でも従来の音波式スートブロワの複数台同時運用で得られる合成音圧に匹敵する音圧が得られ、音波式スートブロワの設置数を極端に減らすことが可能である。

（第９実施形態）
図２４ならびに図２５は脱硝装置での音波式スートブロワの配置例を示す図で、図２４は本発明の第９実施形態に係る音波式スートブロワの配置例を示す図、図２５は従来の音波式スートブロワの配置例を示す図である。これらの図において（ａ）は脱硝装置の概略平面図、（ｂ）は脱硝装置の概略縦断面図である。

ボイラ装置に付設される脱硝装置６４には燃焼排ガス６１の流れ方向に沿って複数段の触媒ブロック６５が設置されているが、煤塵などを多く含んだ燃焼排ガス６１が通過するため、触媒ブロック６５上に多量の煤塵などが付着堆積して、脱硝機能が経時的に減退する。

そのため従来は、図２５に示すように各触媒ブロック６５毎に音波式スートブロワ６０を配置していた。これに対して本発明に係る音波式スートブロワ５９は個々に高い発振音圧を得ることができるから、音波式スートブロワ５９の設置個数を極端に減らすことができ、例えば図２４に示すように２段の触媒ブロック６５を設置した脱硝装置６４の場合、４台の音波式スートブロワ５９を設置すれば十分である。

（第１０実施形態）
図２６は発電プラントにおける排ガス処理システムの系統図、図２７はその排ガス処理システムに用いる本発明の第１０実施形態に係るガス−ガスヒータの概略構成図である。

図２６に示すように、ボイラ装置７１から排出された燃焼排ガスは脱硝装置７２に導入され、燃焼排ガス中のＮＯｘが除去された後、空気予熱器７３においてボイラ装置７１に供給される燃焼用空気と熱交換される。その後ガス−ガスヒータ熱回収器７４に導入されて熱回収され、電気集塵器７５で燃焼排ガス中の煤塵の大半が除去される。

そして、燃焼排ガスは誘引ファン７６により昇圧され、湿式脱硫装置７７に導入されて燃焼排ガス中のＳＯｘが除去される。この湿式脱硫装置７７において飽和温度まで冷却された燃焼排ガスはガス−ガスヒータ再加熱器７８により昇温され、誘引ファン７９により昇圧されて煙突８０から排出される。

本発明の第１０実施形態に係るガス−ガスヒータ８１は図２７に示すように、前記ガス−ガスヒータ熱回収器７４のフィン付き伝熱管８２と、前記ガス−ガスヒータ再加熱器７８のフィン無しの伝熱管８３ならびにフィン付き伝熱管８４を連絡管８５で連結し、熱媒体循環ポンプ８６で熱媒体を循環させて、熱媒体の顕熱により前記空気予熱器７３（図２６参照）の出口燃焼排ガス６１を冷却し（熱回収）、前記湿式脱硫装置７７（図２６参照）の出口燃焼排ガス６１を昇温（再加熱）する熱交換装置である。

このガス−ガスヒータ８１では、低負荷時などに媒体温度が低くなり過ぎないように、またはボイラ起動時あるいはボイラ運転停止時の暖気目的で蒸気を加熱源とする熱媒体ヒータ８７が、再加熱器７８の上流側の連絡管８５内に設置されている。

また、前記連絡管８５の内部には熱媒体としての水を満水状態で充填しており、運転中は熱媒体温度の上昇により熱媒体（水）８８が膨張するため、それを吸収する目的で熱媒体タンク８９が付設されている。

さらに、熱回収器７４の出口排ガス温度を制御するため、その熱回収器７４をバイパスして再加熱器７８の熱媒体出口から入口に戻る熱媒体バイパスライン９０が設けられ、電気集塵器７５の出口排ガス温度を計測する排ガス温度計８１の検出信号により、電気集塵器７５の出口排ガス温度が設定範囲内となるように、前記熱媒体バイパスライン９０に設けられた流量調整弁９２の開度を調整して、熱媒体による熱回収器７４での熱回収量を制御している。

図２７に示すように、前記熱回収器７４の排ガス流れ方向上流側には、本実施形態に係る音波式スートブロワ９３が対向するように設置され、定期的あるいは随時に稼動されるようになっている。

図２８は、前記第１実施形態に係る音波発生装置と従来の音波発生装置において、リムに対する振動板の衝突速度を説明するための概略図で、横軸に時間（ｔ）、縦軸に振動板の振幅範囲を示しており、０位置を中心にしてニュートラルから（＋）側とニュートラルから（−）側に分かれている。

図中の実線Ｏはリムが無い場合の当該部位における振動板の変位を表す曲線、点線Ｐはその実線Ｏの傾き角度、すなわち振動板の衝突速度を示す直線である。また範囲Ｑはリムに対する振動板の衝突速度が低下する範囲、範囲Ｒはリムに対する振動板の衝突速度が最大になる範囲（衝突速度が一定になる範囲）を示している。

さらに範囲Ｓ１は本発明の音波発生装置においてリムの設定位置をニュートラルから（−）側に少しずらしたときの振動板の振幅範囲、範囲Ｓ２は本発明の音波発生装置においてリムの設定位置をニュートラルから（−）側に更にずらしたときの振動板の振幅範囲、範囲Ｔはリムの設定位置をニュートラルから（＋）側に設定した従来の音波発生装置の振動板の振幅範囲を示している。また、範囲Ｕは本発明の音波発生装置において振動板の振幅が大きくて、音波発生装置の耐用寿命が長い、好ましい範囲を示している。

範囲Ｓ１ならびに範囲Ｓ２と範囲Ｔを比較すると明らかなように、本発明の音波発生装置はリムの設定位置をニュートラルから（−）側に設定しているため、リムの設定位置をニュートラルから（＋）側に設定した従来の音波発生装置よりもかなり振動板の振幅範囲が広くなっている。

振動板の振幅の広い、狭いが発振音圧の大小に直接影響し、本発明の音波発生装置では発振音圧を従来のものよりも高くすることが可能である。そして振動板の静止時にシール性が保持できる限度内で、リムの設定位置をニュートラルから（−）側に設定する方が、有利である。それに加えて、リムの設定位置を範囲Ｕに示すようにリムに対する振動板の衝突速度が低下する範囲に設定すれば、振動板の振幅が大きくて、リムの磨耗も少なく、音波発生装置の耐用寿命が長くなり有利である。

前記実施形態では石炭焚きボイラ装置の場合を説明したが、石炭の替わりにバイオマスなど他の燃料を使用するボイラ装置にも本発明は適用可能である。

本発明に係る音波発生装置ならびに音波式スートブロワは、ボイラ装置の他に粉塵の堆積や液滴の滞留等による問題が生じ得るあらゆる産業機器類に適用することが可能である。

また、圧縮気体の供給源としては、設置されるプラントによって、高圧空気や余剰窒素（例えば製鉄所など）が挙げられる。

１：音波発生装置本体、２：駆動用圧縮気体、２Ａ：排気気体、３：振動板、４：マウスピース、５：振動板カバー、６：ハウジング、７：共鳴筒、７ａ：共鳴筒の内筒、７ｂ：共鳴筒の外筒、８：ホーン、９：圧縮気体供給源、１０：供給系統（Ａ）、１１：調節弁（Ａ）、１２：供給系統（Ｂ）、１３：調節弁（Ｂ）、１４：導入口、１５：周壁、１６：保持部、１７：リム、１８：音波発生装置本体の軸方向、１９：蓄圧器、２０：背面空洞部、２１：蓄圧気室、２２：貫通孔、２３：押圧部、２４ａ，２４ｂ：Ｏリング、２５：背面加圧用圧縮気体、２６：底面、２７：接合部、２８：バネ部材、２９：バネホルダ、３０：弾性Ｏリング、３１：接着剤、３２：エアピストン、３３：ヘッダ、３４：ピストンロッド、３５：押圧板、４０：ボイラ建屋、４１：音波式スートブロワ、４２：ボイラ火炉、４３：炉壁、４４：開口部、４５：防音ケース、４６：発波発振ケース、４７：ラギング、５４：一次再熱器、５５：一次過熱器、５６：煙道蒸発器、５７：節炭器、５８：蒸気式スートブロワ、６１：燃焼排ガス、６２：ガス温度センサ、６３：制御部、６４：脱硝装置、６５：触媒ブロック、７１：ボイラ装置、７２：脱硝装置、７４：ガス−ガスヒータ熱回収器、７８：ガス−ガスヒータ再加熱器、８１：ガス−ガスヒータ、８２〜８４：伝熱管、８５：連絡管、８６：熱媒体循環ポンプ、８７：熱媒体ヒータ、８８：熱媒体、８９：熱媒体タンク、９０：熱媒体バイパスライン、９１：排ガス温度計、９２：流量調整弁、９３：音波式スートブロワ。

Claims (20)

1. 振動板と、
   その振動板の周縁部を保持する保持部と、
   前記保持部の径方向内側において前記振動板を押し当てるリムを有するマウスピースと、
   前記振動板の前記リムに接触する正面側でかつ前記マウスピースの径方向外側に設けられた蓄圧器と、
   その蓄圧器に圧縮気体を供給する圧縮気体供給系統と、
   前記マウスピースと共鳴筒とホーンによって形成される一連の音響導管を備え、
   前記振動板はその周縁部が前記保持部に保持されており、
   前記振動板を前記リムへ押し当てる力に抗して前記蓄圧器から圧縮気体がマウスピースの内側に流入することで振動板の動作が開始され、その振動板の駆動により発生した疎密波を前記音響導管を通じて増幅し、前記ホーンの開口部から音波として放射する音波発生装置において、
   前記振動板の背面側から外力により当該振動板を前記マウスピースのリムへ押し当てる手段を設け、
   前記押し当て手段により前記振動板を前記マウスピースのリムへ押し当てない状態において、前記マウスピースのリムと、これと対向する前記振動板の正面の間に、前記圧縮気体が流れ得る程度の隙間が形成されていることを特徴とする音波発生装置。
2. 請求項１に記載の音波発生装置において、
   前記押し当て手段により前記振動板をマウスピースのリムへ押し当てた状態での、前記振動板の正面と前記保持部との前記マウスピース軸方向沿いの距離で表される振動板の撓み量が、振動板の正面側０．０ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする音波発生装置。
3. 請求項２に記載の音波発生装置において、
   前記振動板の撓み量が、振動板の正面側０．６ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする音波発生装置。
4. 請求項２または３に記載の音波発生装置において、
   前記駆動用圧縮気体の圧力が０．２ＭＰａ〜０．７ＭＰａの範囲内に設定されていることを特徴とする音波発生装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の音波発生装置において、
   前記押し当て手段が、前記振動板の背面のほぼ全体を背面加圧用圧縮気体で押し付ける構成になっていることを特徴とする音波発生装置。
6. 請求項５に記載の音波発生装置において、
   前記押し当て手段が、前記振動板の背面に形成された空洞部と通じる背面加圧用の蓄圧気室と、その蓄圧気室に背面加圧用圧縮気体を供給する供給系統を有することを特徴とする音波発生装置。
7. 請求項６に記載の音波発生装置において、
   前記空洞部と蓄圧気室の間に、空洞部と蓄圧気室を連通する貫通部が形成された振動板カバーが介在されていることを特徴とする音波発生装置。
8. 請求項６に記載の音波発生装置において、
   前記背面加圧用圧縮気体の供給源が、前記駆動用圧縮気体と同じの供給源であって、
   前記駆動用の蓄圧器と前記背面加圧用の蓄圧気室の圧力を調整する圧力調整手段が圧縮気体の供給系統に設けられていることを特徴とする音波発生装置。
9. 請求項１に記載の音波発生装置において、
   前記共鳴筒の長さが変更可能になっていることを特徴とする音波発生装置。
10. 請求項９に記載の音波発生装置において、
    前記押し当て手段が、前記振動板の背面のほぼ全体を圧縮気体で加圧する圧縮気体供給手段を有し、その圧縮気体の圧力が５０ＫＰａ〜８０ＫＰａの範囲内に設定されていることを特徴とする音波発生装置。
11. 請求項１に記載の音波発生装置において、
    前記マウスピースが音波発生装置本体に対して交換可能に取り付けられていることを特徴とする音波発生装置。
12. 前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置の前記ホーンが、表面に付着物が付き易い被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とする音波式付着物除去・抑制装置。
13. 前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置の前記ホーンが、表面に付着物が付き易い被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とする音波式スートブロワ装置。
14. 前記請求項１３に記載の音波式スートブロワ装置を設置したことを特徴とする熱交換装置。
15. 前記請求項１３に記載の音波式スートブロワ装置と、前記被処理対象物に対して高圧水蒸気を噴出して付着物を除去する水蒸気式スートブロワ装置を併設したことを特徴とする熱交換装置。
16. 前記請求項１４または１５に記載の熱交換装置がボイラ装置であることを特徴とする熱交換装置。
17. ガス処理用の触媒を備えた排ガス処理装置において、
    前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置の前記ホーンが、前記触媒を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
18. 表面に付着物が付き易い被処理対象物を備えた産業機器において、
    前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置の前記ホーンが、前記被処理対象物を配置している空間部側に向くように配置したことを特徴とする産業機器。
19. 前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置を複数台設置して、その複数台の音波発生装置から同時に音波を発生することを特徴とする音波発生装置の運用方法。
20. 前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音波発生装置を音波式スートブロワ装置として複数台設置して、その複数台の音波式スートブロワ装置から同時に音波を発生することを特徴とする熱交換装置の運用方法。

Images