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図面 (6)

課題

フィン管支え板12とフィン管押さえ板13で挟み込んだフィン管3を所定段数重ねて上下から締め付けることによって溶接ワークを固定するようにしている給水予熱装置熱交換器の製造において、フィン管3の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる熱交換器の溶接治具を提供する。

解決手段

フィン管3を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた2本のフィン管支え板12を平行に配置し、フィン管支え板12の前記溝にフィン管3の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板12の上側にはフィン管押さえ板13を乗せ置いてフィン管支え板12とフィン管押さえ板13でフィン管3を挟み込むようにして略直方体の溶接ワーク16を構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板13はフィン管3側となる表面の近くにブリッジ部14を持ったすき間を設ける。

概要

背景

特開平10−96504号公報や特開2013−108643号公報に記載があるように、ボイラでは、ボイラ給水燃焼排ガスの間で熱交換することによる給水予熱が広く行われている。給水予熱装置は、排ガス通路内排ガス流とは交差する方向に延びるフィン管多数設置しておき、フィン管内部にボイラ給水を通すことで、フィン管周囲に流れる排ガスとフィン管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような熱交換器でのフィン管は、一般的には端部同士を180°のU字ベンド管つなぐことで長い流路を形成しており、ボイラ給水はフィン管による流路の一方の端部から他方の端部へ向けて、途中で何度も折り返しながら流れるようにしている。

この熱交換器を組み立てる場合、複数本のフィン管をベンド管で連結する際には、熱交換器の管板及び筐体ケーシング等)にフィン管を取り付けておき、フィン管先端にベンド管を溶接するようにしていた。組み立てでは、まず多数の穴を開けている管板を置き、管板の穴に全てのフィン管を差し込み、管板と上部管板および側板を組み立てて仮付けを行う。次にフィン管端部に180°のUベンド管を溶接する。フィン管にU字ベンド管を接続する場合、先にフィン管の位置を固定させておく必要があり、そのためにフィン管と管板及び側板の組み立てを先に行っている。

しかし、この製造方法では手間が掛かり、作業効率が悪いということで、特願2016−105098にて給水予熱器の製造方法の提案を行った。特願2016−105098号に記載の発明では、フィン管支え板押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段数重ね、積み重ねたフィン管支え板とフィン管押さえ板は上下から締め付けることによって溶接ワークを固定する。この上下からの締め付けは、溶接ワークを上下方向に貫通する貫通穴を8カ所程度開けておき、貫通穴に寸切りボルトを貫通させてボルト締めすることで固定することが考えられる。上下方向での固定を行っておけば、フィン管端部にベンド管を溶接する際に溶接ワークを溶接しやすい向きに回転させることができる。ただしこのボルトによる固定の場合、偏った締め付けを行うとフィン管の配置がずれることがあるため、締め付け調整を行っておく。各フィン管にベンド管を溶接し終えると、固定しておいたボルトの取り外しを行い、フィン管支え板及びフィン管押さえ板を取り外すことで溶接済みのフィン管のみが残る。このようにすることでフィン管端部へのベンド管の溶接を容易に行うことができるようになっていた。

しかしこのボルトによる固定は、間隔が広くなりすぎるとずれが生じる可能性があるため、溶接ワークの長辺側では途中にもボルトを設置する必要があり、ベンド管を溶接する際にはそのボルトが干渉することで作業性が悪くなることがあった。そして、溶接ワークでのボルトの固定と解除人手による作業が必要であって、手間が掛かることも問題であった。

そこで特願2016−179530にあるように、板バネを組み込んだ押さえ治具を前記溶接ワークの上部に乗せおき、前記押さえ治具は溶接ワーク短辺側の端部で押さえ治具に対して下向きの力を加えると、溶接ワーク長辺側の中央部には押さえ治具で分散した下向きの力が加わるようにした板バネ構造であって、前記押さえ治具の短辺側端部ではクランプで締め付けることによって押さえ治具で溶接ワークを固定することが考えられた。

このようにすることで溶接ワークの固定及び解除時の作業性を向上させることができるようになる。しかしこの場合でも、フィン管の製作公差等の影響によって充分に固定することのできないフィン管が発生することがあった。素材許容公差を厳しくするとコストが上昇することになるため、ある程度の公差は考慮しておく必要がある。フィン管を挟み込む治具がフィン管支え板とフィン管押さえ板からなる場合、フィン管支え板にはフィン管を支える溝を設け、フィン管押さえ板は平面としてフィン管を挟み込んでいる。この場合治具は、剛性の高い素材で構成しているため、フィン管の径にばらつきがあると充分に固定することのできないフィン管が発生することになっていた。つまり、複数のフィン管を並べた際に径の大きなフィン管に挟まれて径の小さなフィン管が配置された場合、フィン管支え板とフィン管押さえ板の間にできるフィン管の入る空間は径の大きなフィン管の大きさとなり、ここに径の小さなフィン管が入るとすき間ができることになる。十分な固定が行えていないフィン管やずれた位置で固定されたフィン管があると、フィン管を自動溶接装置によって連結する際、溶接品質が低下することになる。そのため、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる治具が望まれていた。

概要

フィン管支え板12とフィン管押さえ板13で挟み込んだフィン管3を所定段数重ねて上下から締め付けることによって溶接ワークを固定するようにしている給水予熱装置の熱交換器の製造において、フィン管3の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる熱交換器の溶接治具を提供する。 フィン管3を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた2本のフィン管支え板12を平行に配置し、フィン管支え板12の前記溝にフィン管3の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板12の上側にはフィン管押さえ板13を乗せ置いてフィン管支え板12とフィン管押さえ板13でフィン管3を挟み込むようにして略直方体の溶接ワーク16を構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板13はフィン管3側となる表面の近くにブリッジ部14を持ったすき間を設ける。

目的

そのため、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる治具が望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

多数のフィン管を連結した構成の熱交換器製作する場合、フィン管を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた2本のフィン管支え板を平行に配置し、フィン管支え板の前記溝にフィン管の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板の上側にはフィン管押さえ板を乗せ置いてフィン管支え板とフィン管押さえ板でフィン管を挟み込むようにしておき、前記のフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段積み重ねることで略直方体溶接ワークを構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板はフィン管側となる表面の近くにブリッジ部を持ったすき間を設けているものとしていることを特徴とする熱交換器の溶接治具。

請求項2

請求項1に記載の熱交換器の溶接治具において、前記のフィン管押さえ板はフィン管側となる面に溝を設け、溝を設けた面にブリッジ用板を被せ、ブリッジ用板によって溝をブリッジする構成としていることを特徴とする熱交換器の溶接治具。

技術分野

0001

本発明は、多数のフィン管を連結することで構成する熱交換器溶接治具に関するものであり、より詳しくはフィン管をフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだものを所定段数重ねた溶接ワークは上下から締め付けることによってフィン管の位置を固定しておき、フィン管端部を180°ベンド管で連結するようにしている熱交換器での溶接治具に関するものである。

背景技術

0002

特開平10−96504号公報や特開2013−108643号公報に記載があるように、ボイラでは、ボイラ給水燃焼排ガスの間で熱交換することによる給水予熱が広く行われている。給水予熱装置は、排ガス通路内排ガス流とは交差する方向に延びるフィン管を多数設置しておき、フィン管内部にボイラ給水を通すことで、フィン管周囲に流れる排ガスとフィン管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような熱交換器でのフィン管は、一般的には端部同士を180°のU字ベンド管でつなぐことで長い流路を形成しており、ボイラ給水はフィン管による流路の一方の端部から他方の端部へ向けて、途中で何度も折り返しながら流れるようにしている。

0003

この熱交換器を組み立てる場合、複数本のフィン管をベンド管で連結する際には、熱交換器の管板及び筐体ケーシング等)にフィン管を取り付けておき、フィン管先端にベンド管を溶接するようにしていた。組み立てでは、まず多数の穴を開けている管板を置き、管板の穴に全てのフィン管を差し込み、管板と上部管板および側板を組み立てて仮付けを行う。次にフィン管端部に180°のUベンド管を溶接する。フィン管にU字ベンド管を接続する場合、先にフィン管の位置を固定させておく必要があり、そのためにフィン管と管板及び側板の組み立てを先に行っている。

0004

しかし、この製造方法では手間が掛かり、作業効率が悪いということで、特願2016−105098にて給水予熱器の製造方法の提案を行った。特願2016−105098号に記載の発明では、フィン管支え板と押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段数重ね、積み重ねたフィン管支え板とフィン管押さえ板は上下から締め付けることによって溶接ワークを固定する。この上下からの締め付けは、溶接ワークを上下方向に貫通する貫通穴を8カ所程度開けておき、貫通穴に寸切りボルトを貫通させてボルト締めすることで固定することが考えられる。上下方向での固定を行っておけば、フィン管端部にベンド管を溶接する際に溶接ワークを溶接しやすい向きに回転させることができる。ただしこのボルトによる固定の場合、偏った締め付けを行うとフィン管の配置がずれることがあるため、締め付け調整を行っておく。各フィン管にベンド管を溶接し終えると、固定しておいたボルトの取り外しを行い、フィン管支え板及びフィン管押さえ板を取り外すことで溶接済みのフィン管のみが残る。このようにすることでフィン管端部へのベンド管の溶接を容易に行うことができるようになっていた。

0005

しかしこのボルトによる固定は、間隔が広くなりすぎるとずれが生じる可能性があるため、溶接ワークの長辺側では途中にもボルトを設置する必要があり、ベンド管を溶接する際にはそのボルトが干渉することで作業性が悪くなることがあった。そして、溶接ワークでのボルトの固定と解除人手による作業が必要であって、手間が掛かることも問題であった。

0006

そこで特願2016−179530にあるように、板バネを組み込んだ押さえ治具を前記溶接ワークの上部に乗せおき、前記押さえ治具は溶接ワーク短辺側の端部で押さえ治具に対して下向きの力を加えると、溶接ワーク長辺側の中央部には押さえ治具で分散した下向きの力が加わるようにした板バネ構造であって、前記押さえ治具の短辺側端部ではクランプで締め付けることによって押さえ治具で溶接ワークを固定することが考えられた。

0007

このようにすることで溶接ワークの固定及び解除時の作業性を向上させることができるようになる。しかしこの場合でも、フィン管の製作公差等の影響によって充分に固定することのできないフィン管が発生することがあった。素材許容公差を厳しくするとコストが上昇することになるため、ある程度の公差は考慮しておく必要がある。フィン管を挟み込む治具がフィン管支え板とフィン管押さえ板からなる場合、フィン管支え板にはフィン管を支える溝を設け、フィン管押さえ板は平面としてフィン管を挟み込んでいる。この場合治具は、剛性の高い素材で構成しているため、フィン管の径にばらつきがあると充分に固定することのできないフィン管が発生することになっていた。つまり、複数のフィン管を並べた際に径の大きなフィン管に挟まれて径の小さなフィン管が配置された場合、フィン管支え板とフィン管押さえ板の間にできるフィン管の入る空間は径の大きなフィン管の大きさとなり、ここに径の小さなフィン管が入るとすき間ができることになる。十分な固定が行えていないフィン管やずれた位置で固定されたフィン管があると、フィン管を自動溶接装置によって連結する際、溶接品質が低下することになる。そのため、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる治具が望まれていた。

先行技術

0008

特願2016−179530号

発明が解決しようとする課題

0009

本発明が解決しようとする課題は、フィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段数重ねて上下から締め付けることによって溶接ワークを固定するようにしている給水予熱装置の熱交換器の製造において、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる熱交換器の溶接治具を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

請求項1に記載の発明は、多数のフィン管を連結した構成の熱交換器を製作する場合、フィン管を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた2本のフィン管支え板を平行に配置し、フィン管支え板の前記溝にフィン管の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板の上側にはフィン管押さえ板を乗せ置いてフィン管支え板とフィン管押さえ板でフィン管を挟み込むようにしておき、前記のフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段積み重ねることで略直方体の溶接ワークを構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板はフィン管側となる表面の近くにブリッジ部を持ったすき間を設けているものとしていることを特徴とする。

0011

請求項2に記載の発明は、前記の熱交換器の溶接治具において、前記のフィン管押さえ板はフィン管側となる面に溝を設け、溝を設けた面にブリッジ用板を被せ、ブリッジ用板によって溝をブリッジする構成としていることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明を実施することによって、フィン管の径に公差内寸法違いがあってもブリッジ部の隙間によって吸収することができるため、熱交換器でのベンド管溶接時に各フィン管を均一に押さえることができ、フィン管を確実に固定することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明を実施しているボイラ給水予熱装置部分の断面図
本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での正面図
本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での平面図
本発明の一実施例での治具へのフィン管積み重ね状況説明図
組み立てた熱交換器の一部を抜き出した斜視図

実施例

0014

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明を実施しているボイラ給水予熱装置部分の断面図、図2は本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での正面図、図3は本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での平面図、図4は本発明の一実施例での治具へのフィン管積み重ね状況説明図、図5は組み立てた熱交換器の一部を抜き出した斜視図である。

0015

ボイラ1で発生した燃焼排ガスは、排ガス通路2を通して戸外へ排出するものであるが、排ガス通路2途中に給水予熱装置7を設けており、排ガスは給水予熱装置7を通した後に戸外へ排出する。給水予熱装置7は略直方体の形状をしており、給水予熱装置7は側面に排ガス入口8、上面に排ガス出口9を設けている。排ガス入口8は、給水予熱装置7の側面であるが上面に近い位置に設けており、排ガスは給水予熱装置内の上部に入る。

0016

給水予熱装置内には、内部を排ガス入口8側と排ガス出口9側に分割する仕切板4を設置しておく。仕切板4は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面つながり下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとしており、給水予熱装置内は仕切板4の下方以外で分断している。給水予熱装置内部は、仕切板によって2つの排ガス流路に分割した構成で、排ガス入口8側の流路は排ガス流下降流路10、排ガス出口9側の流路は排ガス流上昇流路11となる。排ガス流は排ガス流下降流路10で下降し、仕切板4の下方でターンした後、排ガス流上昇流路11で上昇流となる。

0017

排ガス流下降流路10内には水平方向に伸びる多数のフィン管3からなる熱交換器を設置する。フィン管3は、素管表面に全周の熱吸収用フィン5を設置したものであり、熱吸収用フィン5を設置することで伝熱面積が大きくなるため、熱吸収量を大きくすることができる。給水予熱装置7内の各フィン管3は、端部を連結することで蛇行する長い給水流路を形成するようにしており、給水予熱装置内への給水は、フィン管群最下段のフィン管3より行う。給水予熱装置内での給水は、最下段のフィン管3から順次蛇行しながら流れ、加熱されながら最上段のフィン管まで達する。予熱を行った給水は、給水予熱装置より取り出して、ボイラ1内へ供給する。伝熱面積を大きくしたフィン管3では、燃焼排ガスが熱吸収用フィンの表面に沿って流れる際に燃焼排ガスから熱を吸収する。排ガス流下降流路10内にはフィン管3による熱交換器を設置しており、フィン管3内には温度の低いボイラ給水が流れるため、最初高温であった排ガスは、フィン管3を加熱するにつれて温度を低下させていく。替わりにフィン管3内を流れる給水は温度を上昇させていく。

0018

フィン管3による熱交換器を組み立てる際、熱交換器が縦長形状となる場合、つまりフィン管3の配置が列数より段数の方が大きくなる場合は、90°回転させて寝かした状態で組み立てる。図1での熱交換器は、フィン管の列数より段数の方が多く、縦長形状になるため、横に寝かした状態で組み立てるものである。

0019

フィン管3による熱交換器の製造では、フィン管3を等間隔に配置するためのフィン管支え板12を下段に並べる。このフィン管支え板12は、フィンチュー3を支えるためのV字状や半円状などの溝を掘った2本1対の支持金具であって、溝は長手方向に一定間隔で配置している。使用するフィン管3の長さに対応する位置に2本のフィン管支え板12を平行に置き、フィン管支え板の溝は上向きとしてこの溝にフィン管3の端部に近い素管部分をはめ込む。このとき、フィン管3の長さにあわせて2本のフィン管支え板12の間隔を調節するものであるため、機種によるフィン管長さの違いに対応することができる。
そしてフィン管支え板12の溝にはめ込むフィン管数を調節することでフィン管3の段数を増減することができる。

0020

フィン管支え板12の溝に必要数のフィン管3を並べると、次にフィン管押さえ板13を重ねる。フィン管押さえ板13も、フィン管3を挟み込むための2本1対の支持具であるが、前記のフィン管支え板12とは違って上下の面は平らとしている。フィン管支え板、フィン管、フィン管押さえ板を一組とし、その積み重ねる段数を調節することで、熱交換器のフィン管3の列数を増減することができる。

0021

フィン管押さえ板13は、フィン管側となる表面の近くに横方向に貫通する穴をあけ、フィン管側の穴表面をふさぐブリッジ部14を設けたものとしている。ブリッジ部14は、フィン管支え板12に設ける前記の溝と対応する位置に設ける。ブリッジ部を持ったすき間はフィン管押さえ板13を貫通するスリットを設けるものであってもよいが、スリット加工加工費が高額となるため、表面に溝を設けているフィン管押さえ板の基部と、基部の溝をブリッジするブリッジ用板を組み合わせたものとしてもよい。

0022

図4のフィン管押さえ板13は表面に薄い溝を設けた基部にブリッジ用板15を張り付けた構造としている。ブリッジ用板15は皿ビスでフィン管押さえ板の基部に着脱可能な構成としておくと、長期間の使用によってブリッジ用板15が変形した場合にはブリッジ用板15を容易に取り替えることができる。

0023

ブリッジ用板15によるブリッジ部は、フィン管3に接触してフィン管3を押さえつけるものであるため、ある程度の強度が必要であるが、フィン管3を強く押さえつけた場合にはフィン管3よりも先にブリッジ部が変形するものとする。ブリッジ用板15の素材はフィン管3を構成する鋼板よりは薄い鋼板としておき、ブリッジ部の長さはフィン管3の径よりも大きくすることでブリッジ部は板バネの働きを持った弾力性のあるものとする。

0024

2本のフィン管押さえ板13は、フィン管支え板12に重ねるようにして、フィン管端部の上側に乗せ置き、さらにその上に2段目のフィン管支え板12を乗せ置く。2段目のフィン管支え板12にも1段目と同様にフィン管3をセットして、その上に2段目のフィン管押さえ板13を乗せ置く。このフィン管3とフィン管支え板12及びフィン管押さえ板13による段は、熱交換器でのフィン管の列数分繰り返す。熱交換器でのフィン管の列数は機種毎に異なることがあるが、フィン管3を積み重ねる段数を調節することで多種類の熱交換器に対応することができる。実施例の図2及び図3では、4列のフィン管を12段とする縦長な熱交換器を90°回転させた状態で製造する場合のものであり、積み重ねたフィン管3とフィン管支え板12及びフィン管押さえ板13からなる溶接ワーク16をクランプ装置17に乗せ置いている。

0025

クランプ装置17は、溶接ワーク16を乗せ置いた場合に短辺となる端部両側に油圧のクランプ18を設けている。クランプ装置17でのクランプ18は、溶接ワーク16左右端部の上方から下方へ押さえ込むようにしており、クランプ装置17のクランプ18で溶接ワーク16を固定する。

0026

この時、フィン管3の径にばらつきがある場合、径の大きなフィン管3ではフィン管支え板12とフィン管押さえ板13の両方からしっかりと押さえつけられるが、径の小さなフィン管3ではフィン管支え板12とフィン管押さえ板13の間ですき間ができることがある。すき間ができるとフィン管3は、フィン管支え板12とフィン管押さえ板13の間で動き、位置がずれることになる。

0027

フィン管3の径にばらつきがある状態でブリッジ付きのすき間を持ったフィン管押さえ板13によってフィン管3を強く押さえつけると、径の大きなフィン管3と接する部分ではブリッジ板の部分がより大きく湾曲し、そのことによってフィン管押さえ板13はフィン管3により近づくため、径の小さなフィン管3もフィン管押さえ板13によって押さえつけられ、径の違いを吸収することができる。そのため、径にばらつきのあるフィン管3であっても、治具はフィン管全体を固定することができる。このようにすることで、フィン管3のズレを起こすことが無く、フィン管3へのベンド管6の溶接時にズレ無く行うことができる。

0028

フィン管3の端部同士をU字ベンド管6によって連結のは、溶接ワーク16によってフィン管3を固定して行う。溶接する際にはフィン管端部が上になっている方が作業し易いため、クランプ装置17には回転機構を設けておき、溶接する側のフィン管端部が上側に来るように溶接ワーク16ごと90°回転させる。フィン管支え板12はクランプ18で固定しているものであるため、回転させてもフィン管3のピッチは固定されている。

0029

その後、フィン管端部にU字ベンド管6を順次溶接していく。一方の面でU字ベンド管6の溶接が終了すると、溶接ワーク16を上下で回転して上下を入れ替え、反対側のフィン管端部でもU字ベンド管6を溶接する。

0030

溶接終了後、クランプを外して溶接ワーク16を分解する。クランプ18を上方に移動させてクランプ18を開き、押さえ治具16とフィン管押さえ板13を取り外す。クランプ18を外すと押さえつける力がなくなるため、ブリッジ用板15は平らに戻り、フィン管押さえ板13は上下面が平らであるため、横方向にスライドさせて抜き出すことができる。フィン管押さえ板13を取り外すことでフィン管3やフィン管支え板12も取り外すことができるようになり、フィン管支え板12とフィン管押さえ板13を取り外すことで図6に記載しているような熱交換器部分のみが残る。

0031

クランプ装置17による溶接ワーク16の固定は、板バネとしての作用を持つフィン管押さえ板13で行っているため、クランプ18による締め付けは矩形の溶接ワークでの短辺側2カ所で行うものであっても、長辺側の長い範囲で押さえつけることができる。そのため、セットするフィン管3の本数が少ない場合にも、治具が両端で押さえつけられることによって変形することを防止できる。

0032

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

0033

1ボイラ
2排ガス通路
3フィン管
4仕切板
5熱吸収用フィン
6 U字ベンド管
7給水予熱装置
8排ガス入口
9排ガス出口
10排ガス流下降流路
11 排ガス流上昇流路
12 フィン管支え板
13 フィン管押さえ板
14ブリッジ部
15 ブリッジ用板
16溶接ワーク
17クランプ装置
18 クランプ

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