(57)【要約】 【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で接合を行う。【選択図】図２
2019219106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【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、ボイラ給水と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、排ガス通路内に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、溶接は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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２１９２１０号公報
【発明の概要】
【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に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】
【図１】本発明の一実施例における給水予熱装置の断面図
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【発明を実施するための形態】
【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と図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とつながり、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、パイプを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°の全周溶接を一気に行う。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。 
【符号の説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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