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図面 (6)

課題

口径の小さなU字ベンド管の先端をフィンチューブ内に挿入して連結している給水予熱装置において、生産性を向上させることのできる給水予熱装置を提供することにある。

解決手段

フィンチューブ3の端部同士をU字ベンド管6で連結することで長い流路を形成するようにしているボイラの給水予熱装置において、前記U字ベンド管6の口径はフィンチューブ3の口径より小さくしてU字ベンド管をフィンチューブ6の端部から挿入するものであって、U字ベンド管の両端部には先端からフィンチューブへの差し込み代分だけ離れた位置にビーディング加工14をしており、前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとし、製造時には鉛直方向に設置したフィンチューブ3の上方からU字ベンド管6を差し込み、フィンチューブ先端と前記ビーディング加工部分にすみ肉溶接接合を行う。

概要

背景

ボイラでは、ボイラ給水燃焼排ガスの間で熱交換を行って給水を予熱すること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チューブ多数設置しておき、フィンチューブ内部にボイラ給水を通すことで、フィンチューブ周囲に流れる排ガスとフィンチューブ内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような給水予熱装置でのフィンチューブは、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チューブ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。

この給水予熱装置を組み立てる場合、フィンチューブとU字ベンド管は径が同じものを使用し、溶接突合わせ溶接にて行っており、フィンチューブの先端面とU字ベンド管の先端面を溶接によって接合していた。単純な溶接では溶接ロボットを用いた自動溶接が行われることもあるが、U字ベンド管の溶接ではU字ベンド管のピッチが狭く、かつ、U字ベンド管の高さが低いために自動化し難く、人による手溶接TIG溶接)が一般的であった。そして給水予熱装置は圧力部で気密性を要するため、熟練した溶接者によって長時間かけて慎重に溶接することが行われていた。

上記方法での製造では手間がかかることより、特開2017−219210号公報に記載の発明では、溶接ロボットを用いた自動溶接を可能とする構成が提案された。ここで記載の給水予熱装置では、U字ベンド管は口径がフィンチューブの口径より小さく、かつU字ベンド管の端部にはストレート部を持つものであり、U字ベンド管によるフィンチューブの連結を行う場合、U字ベンド管のストレート部をフィンチューブの端部から挿入する。U字ベンド管をフィンチューブに差し込んだ状態で仮付け溶接を行い、次に全周をすみ肉溶接で接合を行うようにしている。この場合、溶接ロボットを用いた自動溶接が可能となり、給水予熱装置製造でのリードタイムの短縮とコストダウンが可能となる。

概要

口径の小さなU字ベンド管の先端をフィンチューブ内に挿入して連結している給水予熱装置において、生産性を向上させることのできる給水予熱装置を提供することにある。フィンチューブ3の端部同士をU字ベンド管6で連結することで長い流路を形成するようにしているボイラの給水予熱装置において、前記U字ベンド管6の口径はフィンチューブ3の口径より小さくしてU字ベンド管をフィンチューブ6の端部から挿入するものであって、U字ベンド管の両端部には先端からフィンチューブへの差し込み代分だけ離れた位置にビーディング加工14をしており、前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとし、製造時には鉛直方向に設置したフィンチューブ3の上方からU字ベンド管6を差し込み、フィンチューブ先端と前記ビーディング加工部分にすみ肉溶接で接合を行う。

目的

本発明が解決しようとする課題は、フィンチューブよりも口径の小さなU字ベンド管の先端をフィンチューブ内に挿入して連結している給水予熱装置において、U字ベンド管を接合する際に仮付け溶接を省略して本溶接を直接行うことができるようにし、本溶接もフィンチューブの周囲を一度に溶接することができるようにすることで生産性を向上させた給水予熱装置を提供する

効果

実績

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請求項1

ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路に設置した熱交換器によってボイラ給水予熱を行うようにしているボイラの給水予熱装置であって、熱交換器は多数のフィンチューブを設置し、フィンチューブの端部同士をU字ベンド管で連結することで長い流路を形成するようにしている給水予熱装置において、前記U字ベンド管は口径がフィンチューブの口径より小さく、かつU字ベンド管の端部にはストレート部を持ち、U字ベンド管によるフィンチューブの連結を行う場合、U字ベンド管のストレート部をフィンチューブの端部から挿入するものであって、U字ベンド管の両端部には先端からフィンチューブへの差し込み代分だけ離れた位置にビーディング加工をしており、製造時には前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとし、鉛直方向に設置したフィンチューブの上方からU字ベンド管を差し込み、フィンチューブ先端と前記ビーディング加工部分にすみ肉溶接接合を行うようにしていることを特徴とする給水予熱装置。

請求項2

ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路に設置した熱交換器によってボイラ給水の予熱を行うようにしているボイラの給水予熱装置であって、熱交換器は多数のフィンチューブを設置し、フィンチューブの端部同士をU字ベンド管で連結することで長い流路を形成するようにしている給水予熱装置において、前記U字ベンド管は口径がフィンチューブの口径より小さく、かつU字ベンド管の端部にはストレート部を持ち、U字ベンド管によるフィンチューブの連結を行う場合、U字ベンド管のストレート部をフィンチューブの端部から挿入するものであって、U字ベンド管の両端部には先端からフィンチューブへの差し込み代分だけ離れた位置にビーディング加工をしており、製造時には前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとし、鉛直方向に設置したフィンチューブの上方からU字ベンド管を差し込み、フィンチューブ先端と前記ビーディング加工部分にすみ肉溶接で接合を行うようにしていることを特徴とする給水予熱装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、多数のフィンチューブをU字ベンド管で連結することで蛇行した流路を構成し、フィンチューブの周囲に高温ガスを流すことでフィンチューブ内を流れる給水を加熱する給水予熱装置及びその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

ボイラでは、ボイラ給水燃焼排ガスの間で熱交換を行って給水を予熱すること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チューブを多数設置しておき、フィンチューブ内部にボイラ給水を通すことで、フィンチューブ周囲に流れる排ガスとフィンチューブ内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような給水予熱装置でのフィンチューブは、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チューブ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

この給水予熱装置を組み立てる場合、フィンチューブとU字ベンド管は径が同じものを使用し、溶接突合わせ溶接にて行っており、フィンチューブの先端面とU字ベンド管の先端面を溶接によって接合していた。単純な溶接では溶接ロボットを用いた自動溶接が行われることもあるが、U字ベンド管の溶接ではU字ベンド管のピッチが狭く、かつ、U字ベンド管の高さが低いために自動化し難く、人による手溶接TIG溶接)が一般的であった。そして給水予熱装置は圧力部で気密性を要するため、熟練した溶接者によって長時間かけて慎重に溶接することが行われていた。

0004

上記方法での製造では手間がかかることより、特開2017−219210号公報に記載の発明では、溶接ロボットを用いた自動溶接を可能とする構成が提案された。ここで記載の給水予熱装置では、U字ベンド管は口径がフィンチューブの口径より小さく、かつU字ベンド管の端部にはストレート部を持つものであり、U字ベンド管によるフィンチューブの連結を行う場合、U字ベンド管のストレート部をフィンチューブの端部から挿入する。U字ベンド管をフィンチューブに差し込んだ状態で仮付け溶接を行い、次に全周をすみ肉溶接で接合を行うようにしている。この場合、溶接ロボットを用いた自動溶接が可能となり、給水予熱装置製造でのリードタイムの短縮とコストダウンが可能となる。

先行技術

0005

特開2017−219210号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明が解決しようとする課題は、フィンチューブよりも口径の小さなU字ベンド管の先端をフィンチューブ内に挿入して連結している給水予熱装置において、U字ベンド管を接合する際に仮付け溶接を省略して本溶接を直接行うことができるようにし、本溶接もフィンチューブの周囲を一度に溶接することができるようにすることで生産性を向上させた給水予熱装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路に設置した熱交換器によってボイラ給水の予熱を行うようにしているボイラの給水予熱装置であって、熱交換器は多数のフィンチューブを設置し、フィンチューブの端部同士をU字ベンド管で連結することで長い流路を形成するようにしている給水予熱装置において、前記U字ベンド管は口径がフィンチューブの口径より小さく、かつU字ベンド管の端部にはストレート部を持ち、U字ベンド管によるフィンチューブの連結を行う場合、U字ベンド管のストレート部をフィンチューブの端部から挿入するものであって、U字ベンド管の両端部には先端からフィンチューブへの差し込み代分だけ離れた位置にビーディング加工をしており、前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとし、製造時には鉛直方向に設置したフィンチューブの上方からU字ベンド管を差し込み、フィンチューブ先端と前記ビーディング加工部分にすみ肉溶接で接合を行うようにしていることを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明を実施することにより、仮付け溶接が不要となり、仮付け溶接が無くなることで仮付け溶接時のビードができることで本溶接時溶接欠陥が発生することも回避でき、本溶接もフィンチューブの周囲を一度に溶接することができるため、溶接品質の向上と製造時間を短縮することができるようになる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施例における給水予熱装置の断面図
本発明の一実施例におけるフィンチューブとU字ベンド管の接合部を抜き出した断面図
本発明の一実施例における給水予熱装置の熱交換器部分正面図
本発明の一実施例における給水予熱装置の熱交換器部分側面図
ビーディング加工の外径がフィンチューブの外径より小さい場合と大きい場合の比較図

実施例

0010

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給水予熱装置の断面図、図2は本発明の一実施例におけるフィンチューブとU字ベンド管の接合部を拡大した断面図、図3図4は本発明の一実施例における給水予熱装置の熱交換器部分の正面図と側面図、図5はビーディング加工14の外径を、フィンチューブ3の外径より小さくしている場合とフィンチューブ3より大きくしている場合の比較図である。図5の場合、図左側は図2の○部を拡大したものであって、ビーディング加工14の外径はフィンチューブ3の外径より小さい場合、図右側は同じ部分であってビーディング加工14の外径はフィンチューブ3の外径より大きい場合のものである。

0011

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、排ガスは排ガス入口8を通って給水予熱装置内の上部に入る。

0012

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。

0013

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チューブ3からなる熱交換器を設置する。フィンチューブ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内の各フィンチューブ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、フィンチューブ群の最下段のフィンチューブ3より行う。給水予熱装置内での給水は、最下段のフィンチューブ3から順次通り、加熱されながら最上段のフィンチューブ3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チューブ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内にはフィンチューブ3による熱交換器を設置しており、フィンチューブ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、フィンチューブ3を加熱するにつれて温度を低下させていく。替わりにフィンチューブ3内を流れる給水は温度を上昇させていく。

0014

ここに設置しているフィンチューブは、素管の表面に多数の熱吸収用フィン5を取り付けたものであり、熱吸収用フィン5は薄い円盤であって熱吸収用フィン5の中心部には、熱吸収用フィン5を素管3に差し込んで接合するために素管外径にあわせた穴を開口している。熱吸収用フィン5の素管への接合は、熱吸収用フィン5の中心に開口している穴を素管に差し込むことで行う。

0015

フィンチューブ3を連結するU字ベンド管6は、フィンチューブ3より口径を小さくし、かつ、U字ベンド管6の先端にはストレート部12を設けたものとする。U字ベンド管6先端の外径をフィンチューブ3の内径より僅かに小さくし、U字ベンド管6のストレート部13をフィンチューブ3に挿入することが可能な構造とする。

0016

U字ベンド管6のストレート部13の周面には、パイプひも状に隆起させるビーディング加工14を行っておく。ビーディング加工14は、U字ベンド管6をフィンチューブ3に差し込んだ際に所定に長さだけ挿入される位置に設置する。前記ビーディング加工部分の外径は、フィンチューブの内径より大きく、かつフィンチューブの外径よりは小さなものとしておく。U字ベンド管6のストレート部13の外径は、フィンチューブ3の内径に合わせたものとしているため、U字ベンド管6にビーディング加工14を行っていると、ビーディング加工14の突出部分がフィンチューブ3に当たることでU字ベンド管6の差し込み代が定まることになる。

0017

U字ベンド管6とフィンチューブ3の溶接を行う場合、まずU字ベンド管6の先端のストレート部12をフィンチューブ3の先端に挿入する。フィンチューブ3へのU字ベンド管6の差し込みは、フィンチューブ3を鉛直方向に向けておき 、フィンチューブ3の上方からU字ベンド管6を差し込む。U字ベンド管6はビーディング加工14を行っているため、所定の差し込み代分入ったとことで止まり、上向きにしたフィンチューブ3にU字ベンド管6を差し込むものであるため、フィンチューブ3に差し込んだU字ベンド管6は支えていなくても動くことはない。ビーディング加工14を所定の位置に設置しておくことで、U字ベンド管6の差し込み代は一定となり、その後に位置がずれることもないため、本溶接の前に仮付け溶接を行う必要はなく、直接本溶接を行うことができる。この工程は、フィンチューブ3の水管群を自動で回転して固定する装置を用い、フィンチューブ3を所定の位置に設置し、ハンドリングロボットでU字ベンド管6を位置決めしながら挿入することで自動化を図ることもできる。

0018

その後、U字ベンド管6とフィンチューブ3を固定する溶接を行う。U字ベンド管6とフィンチューブ3の接合は、U字ベンド管6を挿入しているため、溶接箇所12はフィンチューブ3の先端とU字ベンド管のストレート部13の外表面となる。溶接はU字ベンド管の側、つまり上方から行うことになり、溶接姿勢を下向きとして溶接を行う。

0019

U字ベンド管6の溶接は前記の溶接箇所12にすみ肉溶接で行うものとし、溶接ロボットを用いた自動溶接とすることができる。溶接線はベンド管内側からスタートし、約370°の全周溶接一気に行う。溶接はビーディング加工14に被せるように行うことで、U字ベンド管の周面とフィンチューブ3の先端面の2面に面しているすみ肉溶接とする。ビーディング加工部分の外径はフィンチューブの外径よりは小さなものとしているため、フィンチューブ3の先側面とU字ベンド管6の周面に接するすみ肉溶接を、U字ベンド管6側から(鉛直方向から)行うことができる。

0020

もしもビーディング加工14の外径がフィンチューブ3の外径より大きなものであると、図5の右側に記載しているように溶接はU字ベンド管6側から見るとビーディング加工14の裏側の死角となる部分に行うことになる。図5はビーディング加工14の外径を、フィンチューブ3の外径より小さくしている場合とフィンチューブ3より大きくしている場合を比較したものである。図左側のビーディング加工14の外径がフィンチューブ3の外径より小さい場合は、上方から溶接を行うことができる。これに対して図右側のビーディング加工14の外径がフィンチューブ3の外径より大きい場合は、U字ベンド管6の側からの溶接は行えないため横方向から溶接することになる。しかし横方向から溶接する場合にはU字ベンド管6が障害となってU字ベンド管6の裏側部分を溶接できないため、溶接は2回に分割して行わなければならず、生産性が低下することになってしまう。溶接の姿勢を下向きとすることで連続溶接が可能となり、溶接作業が容易になることで、熟練溶接者以外でも溶接が可能であって、溶接時間の短縮が可能となり、さらにはバックシール等が不要であって、溶接品質の向上も図ることができるようになる。そしてまた、溶接ロボットによる自動溶接とすることもできるため、溶接ロボットによる溶接とすることで生産性を格段に向上させることができる。

0021

また、仮付け溶接を省略しているため、仮付け溶接時の溶接ビードが残っているということはなく、本溶接時に溶接ビードによる溶接欠陥が発生することは防止することができる。熱交換器はフィンチューブ3の両側にU字ベンド管6を接続するものであるため、一方のU字ベンド管6の溶接が終わると、熱交換器の上下を反転させ、もう一方の側を上向きにして同様にU字ベンド管6の溶接を行う。これらの工程は自動化することも可能であり、溶接ロボットによる自動溶接などを行うことで、生産性を格段に向上させることができ、組立・溶接・搬出までの自動運転を行うことで製造時間と製造コストの大幅な削減が可能となる。

0022

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。

0023

1ボイラ
2排ガス通路
3フィンチューブ
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溶接箇所
13ストレート部
14 ビーディング加工

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