(57)【要約】【課題】熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価可能な熱交換ユニットの検査方法及び検査装置の提供。【解決手段】熱交換ユニットの検査方法は、耐火部に衝撃を加える振動励起工程と、衝撃によって耐火部の検査対象領域で発生した振動を測定する振動測定工程と、振動測定工程の測定結果に基づいて、耐火部の検査対象領域の固有振動数を求める固有振動数解析工程と、振動測定工程の測定結果に基づいて、耐火部の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求める減衰パラメータ解析工程と、固有振動数解析工程で求められた固有振動数及び減衰パラメータ解析工程で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、耐火部の検査対象領域における熱交換部からの耐火部の剥離を判定する判定工程とを備える。【選択図】図３
2015125113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の管を含む熱交換部と、
前記熱交換部の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部と、
前記複数の突起部間に設けられ、前記熱交換部の表面を覆う耐火部とを有する熱交換ユニットの検査方法において、
前記耐火部に衝撃を加える振動励起工程と、
前記衝撃によって前記耐火部の検査対象領域で発生した振動を測定する振動測定工程と、
前記振動測定工程の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域の固有振動数を求める固有振動数解析工程と、
前記振動測定工程の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求める減衰パラメータ解析工程と、
前記固有振動数解析工程で求められた固有振動数及び前記減衰パラメータ解析工程で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、前記耐火部の検査対象領域における前記熱交換部からの前記耐火部の剥離を判定する判定工程と
を備えることを特徴とする熱交換ユニットの検査方法。
【請求項２】
前記減衰に関するパラメータは、前記振動の振幅が一定の比率まで減衰するまでにかかる減衰時間であり、
前記判定工程において、前記固有振動数解析工程で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析工程で求められた前記減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニットの検査方法。
【請求項３】
前記減衰に関するパラメータは、一定時間での前記振動の振幅の減衰率であり、
前記判定工程において、前記固有振動数解析工程で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析工程で求められた前記減衰率が減衰率閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニットの検査方法。
【請求項４】
前記減衰に関するパラメータは、前記振動のうち最初の振動の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比であり、
前記判定工程において、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた比が減衰閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニットの検査方法。
【請求項５】
複数の管を含む熱交換部と、
前記熱交換部の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部と、
前記複数の突起部間に設けられ、前記熱交換部の表面を覆う耐火部とを有する熱交換ユニットの検査装置において、
前記耐火部に加えられた衝撃によって前記耐火部の検査対象領域で発生した振動を測定するように構成された振動測定部と、
前記振動測定部の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域の固有振動数を求めるように構成された固有振動数解析部と、
前記振動測定部の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求めるように構成された減衰パラメータ解析部と、
前記固有振動数解析部で求められた固有振動数及び前記減衰パラメータ解析部で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、前記耐火部の検査対象領域における前記熱交換部からの前記耐火部の剥離を判定するように構成された判定部と
を備えることを特徴とする熱交換ユニットの検査装置。
【請求項６】
前記減衰に関するパラメータは、前記振動の振幅が一定の比率まで減衰するまでにかかる減衰時間であり、
前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた前記減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換ユニットの検査装置。
【請求項７】
前記減衰に関するパラメータは、一定時間での前記振動の振幅の減衰率であり、
前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた前記減衰率が減衰率閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換ユニットの検査装置。
【請求項８】
前記減衰に関するパラメータは、前記振動のうち最初の振動の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比であり、
前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた比が減衰閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換ユニットの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ボイラに使用される熱交換ユニットの検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばバイオマスを燃料とする流動床ボイラ等の産業用ボイラには、耐火物で覆われた熱交換ユニットを用いるものがある。
具体的には、熱交換ユニットは、少なくとも１つの管を含む熱交換部と、熱交換部の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部と、突起部間に設けられ、熱交換部の表面を覆う耐火部とを有する。例えば突起部はＹ字アンカであり、突起部によって、耐火部が熱交換部に密着した状態で保持される。
【０００３】
この種の熱交換ユニットでは、熱応力により耐火部に割れ目が発生し、割れ目に腐食性ガスが侵入することがある。腐食性ガスにより突起部と熱交換部との間の溶接部が腐蝕すると、熱交換部から突起部及び耐火部が剥離し、最終的に脱落することがある。このため、ハンマー等で耐火部を叩いて音を聞く打音検査によって、熱交換部からの耐火部の剥離（浮き上がり）が検査されている。
【０００４】
打音検査の場合、作業者によって検査結果がばらついてしまうことがある。そこで、特許文献１に開示されている構造物検査方法を用いることが考えられる。この構造物検査方法では、衝撃を加えた際に発生する音の振動波形を定量的に測定し、当該振動波形が一定の減衰を達成するまでの時間が、欠陥が発生していない場合の基準減衰時間よりも長い場合に、欠陥が発生していると判定される。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている構造物の診断方法では、コンクリート構造物の表面に任意の波長を持つ弾性波を入力し、この波動がコンクリートの底面あるいは内部欠陥と測定表面との間で多重反射波することによって生じる特性周波数の発生時刻が周期的あるいは非周期的であることにより、コンクリートの厚さ及び内部欠陥を分離判別して測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３１２９１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された構造物検査方法のように、振動波形が一定の減衰を達成するまでの時間が、欠陥が発生していない場合の基準減衰時間よりも長い場合に、欠陥が発生していると判定するのみでは、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価することは困難である。
また、特許文献２に記載された構造物の診断方法のように、コンクリートの厚さ及び内部欠陥を分離判別して測定したとしても、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価することは困難である。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価可能な熱交換ユニットの検査方法を提供することにある。
また、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価可能な熱交換ユニットの検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数の管を含む熱交換部と、前記熱交換部の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部と、前記複数の突起部間に設けられ、前記熱交換部の表面を覆う耐火部とを有する熱交換ユニットの検査方法において、前記耐火部に衝撃を加える振動励起工程と、前記衝撃によって前記耐火部の検査対象領域で発生した振動を測定する振動測定工程と、前記振動測定工程の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域の固有振動数を求める固有振動数解析工程と、前記振動測定工程の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求める減衰パラメータ解析工程と、前記固有振動数解析工程で求められた固有振動数及び前記減衰パラメータ解析工程で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、前記耐火部の検査対象領域における前記熱交換部からの前記耐火部の剥離を判定する判定工程とを備えることを特徴とする熱交換ユニットの検査方法が提供される。
【００１０】
この構成によれば、耐火部の検査対象領域ごとに、固有振動数及び減衰に関するパラメータに基づいて剥離を判定することで、各検査対象領域における剥離の発生を的確に判定することができる。この結果として、この構成によれば、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価することができる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、前記振動の振幅が一定の比率まで減衰するまでにかかる減衰時間であり、前記判定工程において、前記固有振動数解析工程で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析工程で求められた前記減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される。
【００１２】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、一定時間での前記振動の振幅の減衰率であり、前記判定工程において、前記固有振動数解析工程で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析工程で求められた前記減衰率が減衰率閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される。
【００１４】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰率が減衰率閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、前記振動のうち最初の振動の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比であり、前記判定工程において、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた比が減衰閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定される。
【００１６】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ最初の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比が減衰閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００１７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数の管を含む熱交換部と、前記熱交換部の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部と、前記複数の突起部間に設けられ、前記熱交換部の表面を覆う耐火部とを有する熱交換ユニットの検査装置において、前記耐火部に加えられた衝撃によって前記耐火部の検査対象領域で発生した振動を測定するように構成された振動測定部と、前記振動測定部の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域の固有振動数を求めるように構成された固有振動数解析部と、前記振動測定部の測定結果に基づいて、前記耐火部の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求めるように構成された減衰パラメータ解析部と、前記固有振動数解析部で求められた固有振動数及び前記減衰パラメータ解析部で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、前記耐火部の検査対象領域における前記熱交換部からの前記耐火部の剥離を判定するように構成された判定部とを備えることを特徴とする熱交換ユニットの検査装置が提供される。
【００１８】
この構成によれば、耐火部の検査対象領域ごとに、固有振動数及び減衰に関するパラメータに基づいて剥離を判定することで、各検査対象領域における剥離の発生を的確に判定することができる。この結果として、この構成によれば、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価することができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、前記振動の振幅が一定の比率まで減衰するまでにかかる減衰時間であり、前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた前記減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている。
【００２０】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００２１】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、一定時間での前記振動の振幅の減衰率であり、前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた前記減衰率が減衰率閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている。
【００２２】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰率が減衰率閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００２３】
幾つかの実施形態では、前記減衰に関するパラメータは、前記振動のうち最初の振動の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比であり、前記判定部は、前記固有振動数解析部で求められた前記耐火部の検査対象領域の固有振動数が振動数閾値以下であり、且つ、前記減衰パラメータ解析部で求められた比が減衰閾値以上であるときに、前記耐火部の検査対象領域において前記熱交換部から前記耐火部が剥離していると判定するように構成されている。
【００２４】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ最初の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比が減衰閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価可能な熱交換ユニットの検査方法が提供される。
また、本発明の少なくとも一実施形態によれば、熱交換部から剥離した耐火部の剥離部分の大きさを的確に評価可能な熱交換ユニットの検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】熱交換ユニットを概略的に示す断面図である。
【図２】図１の熱交換ユニットを概略的に示す平面である。
【図３】幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図４】幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査装置の概略的な構成を示す図である。
【図５】図３中の固有振動数解析工程におけるスペクトル解析の結果の一例を示す図である。
【図６】図４中の減衰パラメータ解析工程にて解析される、熱交換部から耐火部が剥離していない場合の振動スペクトルの一例を示す図である。
【図７】図４中の減衰パラメータ解析工程にて解析される、熱交換部から耐火部が剥離している場合の振動スペクトルの一例を示す図である。
【図８】熱交換部から耐火部が剥離している面積（剥離面積）の大きさと固有振動数との関係を示すグラフである。
【図９】幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法により検査した試験体の構成を概略的に示す平面図である。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ線に沿う概略的な断面図である。
【図１１】図９中のＸＩ−ＸＩ線に沿う概略的な断面図である。
【図１２】図９の試験体における検査対象領域を説明するための図である。
【図１３】図９の試験体についての固有振動数解析工程の解析結果を示すデータである。
【図１４】図９の試験体についての判定工程の判定結果を示す図である。
【図１５】減衰に関するパラメータとして、ピークツーピーク比を説明するための図である。
【図１６】減衰に関するパラメータとして、ピークツーピーク比を用いた場合の実施例を説明するための図である。
【図１７】図１３及び図１６に基づいた剥離の判定結果を示す図である。
【図１８】他の熱交換ユニットを概略的に示す断面図である。
【図１９】図１８の熱交換ユニットを概略的に示す平面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２８】
図１は、本発明の少なくとも一つの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法が適用される熱交換ユニット１０を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の熱交換ユニット１０を概略的に示す平面図である。
熱交換ユニット１０は、循環型流動床ボイラやバブリング型流動床ボイラ等の産業用ボイラに適用される。具体的には、熱交換ユニット１０は、少なくとも１つの管１２を含む熱交換部１４と、熱交換部１４の表面に溶接によりそれぞれ固定された複数の突起部１６と、複数の突起部１６間に設けられ、熱交換部１４の表面を覆う耐火部１８とを有する。
【００２９】
管１２は金属からなり、水や蒸気等の流体を流すことができるように構成されている。幾つかの実施形態では、熱交換部１４は、相互に平行に配列された複数の管１２と、複数の管１２を相互に連結する複数の金属製の板２０とを有する。板２０と管１２は相互に溶接されている。幾つかの実施形態では、熱交換ユニット１０は火炉壁を構成しており、管１２は蒸発管であり、板２０はフィン板である。
【００３０】
複数の突起部１６の各々は金属からなり、例えばＹ字形状を有するＹ型アンカからなる。各突起部１６は、熱交換部１４の表面に対し略垂直に溶接されている。幾つかの実施形態では、複数の突起部１６は、熱交換部１４の一方の表面に千鳥状或いは格子状に配置されている。
【００３１】
耐火部１８は耐火物からなり、例えば、熱交換部１４の周囲に型枠を設けたうえで不定形耐火物を流し込んだり、不定形耐火物を吹き付けることによって形成される。幾つかの実施形態では、耐火部１８は、突起部１６及び熱交換部１４の一方の表面を覆っており、耐火部１８の平坦な外面によって、熱交換ユニット１０の一方の外面が形成されている。従って、突起部１６は耐火部１８の内部に埋設されている。
【００３２】
図３は、本発明の少なくとも一実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法の概略的な手順を示すフローチャートであり、図４は、検査方法に用いられる熱交換ユニットの検査装置を概略的に示す図である。
図３に示したように、検査方法は、振動励起工程Ｓ１０と、振動測定工程Ｓ１２と、固有振動数解析工程Ｓ１４と、減衰パラメータ解析工程Ｓ１６と、判定工程Ｓ１８と、出力工程Ｓ２０とを有する。
振動励起工程Ｓ１０では、耐火部１８に衝撃が加えられる。例えば図４に示したように、ハンマーを用いて耐火部１８の検査対象領域近傍に衝撃が加えられる。
【００３３】
振動測定工程Ｓ１２では、衝撃によって耐火部１８の検査対象領域で発生した振動が測定される。振動は、例えば、検査対象領域の表面に接触させられた振動センサを用いて測定される。検査対象領域の大きさは、例えば数１０ｍｍ四方の大きさに設定されるが、振動センサは、検査対象領域の表面の一部に接触していればよい。
【００３４】
固有振動数解析工程Ｓ１４では、振動測定工程Ｓ１２の測定結果に基づいて、耐火部１８の検査対象領域の固有振動数が求められる。例えば、振動測定工程Ｓ１２で求められた振動スペクトルに対し、ＭＥＭ（最大エントロピー法）によりスペクトル解析を行うことにより、固有振動数が求められる。図５は、スペクトル解析の結果の一例を示しており、衝撃により、特定の振動数、即ち固有振動数の振動が励起されていることがわかる。
【００３５】
減衰パラメータ解析工程Ｓ１６では、振動測定工程Ｓ１２の測定結果に基づいて、耐火部１８の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータ（減衰パラメータ）が求められる。減衰パラメータは、例えば、衝撃が加えられた直後の振動の振幅に対し、振動の振幅が一定の比率、例えば半分まで減少するのに要する時間（減衰時間）である。
【００３６】
ここで、図６は、検査対象領域において、熱交換部１４から耐火部１８が剥離していない場合の振動スペクトルの一例を示しており、図７は、熱交換部１４から耐火部１８が剥離している場合の振動スペクトルの一例を示している。振動パラメータとしての減衰時間は、例えば図６及び図７に示すように、振幅の頂点を通る包絡線を求め、包絡線の振幅が一定の比率まで減衰するのに要する時間として求めることができる。
【００３７】
判定工程Ｓ１８では、固有振動数解析工程Ｓ１４で求められた固有振動数及び減衰パラメータ解析工程Ｓ１６で求められた減衰パラメータに基づいて、耐火部１８の検査対象領域における熱交換部１４からの耐火部１８の剥離が判定される。
【００３８】
以上の振動励起工程Ｓ１０、振動測定工程Ｓ１２、固有振動数解析工程Ｓ１４、減衰パラメータ解析工程Ｓ１６及び判定工程Ｓ１８を全ての検査対象領域について繰り返すことで、全ての検査対象領域について剥離の判定結果が得られる。
出力工程Ｓ２０では、得られた判定結果が、検査担当者が認識できるような態様で出力される。
【００３９】
上述した検査方法に用いられる熱交換ユニットの検査装置は、図４に示したように、振動を検知可能な圧電素子等からなる振動センサ３０と、例えばコンピュータ等によって構成される検査器３２とを有する。
検査器３２は、振動測定部３４と、固有振動数解析部３６と、減衰パラメータ解析部３８と、判定部４０と、出力部４２とを有する。
【００４０】
振動測定部３４は、振動センサ３０を介して、耐火部１８に加えられた衝撃によって耐火部１８の検査対象領域で発生した振動を測定するように構成されている。
固有振動数解析部３６は、振動測定部３４の測定結果に基づいて、耐火部１８の検査対象領域の固有振動数を求めるように構成されている。
【００４１】
減衰パラメータ解析部３８は、振動測定部３４の測定結果に基づいて、耐火部１８の検査対象領域で発生した振動の減衰に関するパラメータを求めるように構成されている。
判定部４０は、固有振動数解析部３６で求められた固有振動数及び減衰パラメータ解析部３８で求められた減衰に関するパラメータに基づいて、耐火部１８の検査対象領域における熱交換部１４からの耐火部１８の剥離を判定するように構成されている。
出力部４２は、例えばモニタによって構成されている。
【００４２】
上述した熱交換ユニットの検査方法あるいは検査装置の構成によれば、耐火部１８の検査対象領域ごとに、固有振動数及び減衰に関するパラメータに基づいて剥離を判定することで、各検査対象領域における剥離の発生を的確に判定することができる。この結果として、この構成によれば、熱交換部１４から剥離した耐火部１８の剥離部分の大きさを的確に評価することができる。
【００４３】
幾つかの実施形態では、減衰に関するパラメータは、振動の振幅が一定の比率まで減衰するまでにかかる減衰時間であり、判定工程Ｓ１８において、固有振動数解析工程Ｓ１４で求められた耐火部１８の検査対象領域の固有振動数が所定の振動数閾値以下であり、且つ、減衰パラメータ解析工程Ｓ１６で求められた減衰時間が所定の減衰時間閾値以上であるときに、耐火部１８の検査対象領域において熱交換部１４から耐火部１８が剥離していると判定される。例えば、振動数閾値は、耐火部１８の材質や厚さにもよるが、２．３ｋＨｚ以上２．７ｋＨｚ以下の範囲に設定される。また例えば、減衰時間閾値は、耐火部１８の材質や厚さにもよるが、１ｍｓ以上２ｍｓ以下の範囲に設定される。
【００４４】
この構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰時間が減衰時間閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。以下、その理由について説明する。
【００４５】
図８は、熱交換部１４から耐火部１８が剥離している面積（剥離面積）の大きさと固有振動数との関係を示すグラフであり、プロットは後述の試験体の実験値を示し、曲線は理論値を示している。
理論値は、剥離している部分が円板形状であって、且つ、剥離している部分の周囲が拘束されているとの仮定のもとで、次式（１）及び（２）により求められる。
【００４６】
【数１】
2015125113.tif 000003
【００４７】
ただし、ｆは固有振動数、Ｐａｒは所定のパラメータ（例えば１０．２１）、Ｒは円板（剥離している部分）の半径、Ｄは円板の曲げ剛性、ρａは円板の単位面積当たりの質量、ｔは円板の厚さ、Ｅは縦弾性係数を表している。
【００４８】
図８及び式（１）から、固有振動数は、剥離している部分の面積に反比例する傾向があることがわかる。例えば、固有振動数が２．５ｋＨｚの場合、剥離部分の面積は約０．１１ｍ２であると推定される。従って、振動数閾値を例えば２．５ｋＨｚに設定すれば、０．１１ｍ２以上の大きさで剥離していると推定される検査対象領域を抽出することができる。
【００４９】
一方、減衰時間については、図６及び図７からわかるように、剥離している部分での振動の減衰時間は、剥離していない部分での振動の減衰時間よりも長くなる傾向がある。そこで、適当な減衰時間閾値を設定すれば、検査対象領域において剥離が発生しているか否かを判断することができる。
【００５０】
かくして、固有振動数が振動数閾値以下であるという抽出条件にて、剥離が発生していると推定される検査対象領域を抽出し、そこから更に、抽出された検査対象領域から、減衰時間が減衰時間閾値以上であるという別の抽出条件にて、剥離が発生していると推定される検査対象領域を抽出することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００５１】
以下、実施例について説明する。
図９は、上述の熱交換ユニットの検査方法により検査した試験体５０の構成を概略的に示す平面図であり、図１０は、図９中のＸ−Ｘ線に沿う概略的な断面図であり、図１１は、ＸＩ−ＸＩ線に沿う概略的な断面図である。
【００５２】
図９、図１０及び図１１に示したように、試験体５０は、鉄板５２と、鉄板５２の一方の面に溶接により固定された複数の突起５４と、鉄板５２の一方の面を覆う耐火部５６とからなる。複数の突起５４は、それぞれＹ型アンカからなり、千鳥状に配置されている。複数の突起５４は、耐火部５６の内部に埋設されている。
ただし、試験体５０において、図９中の円５８で囲まれた領域では、図１０に示したように鉄板５２から突起５４及び耐火部５６が剥がれている。
【００５３】
図１２は、検査対象領域を説明するための図である。図１２中の黒丸６０は、振動センサ３０を当接させる振動測定箇所を示しており、衝撃を加える箇所は、各振動測定箇所から例えば２０ｍｍの位置である。従って、複数の検査対象領域の各々は、直線状の１点鎖線で囲まれた領域である。
【００５４】
図１３は、固有振動数解析工程Ｓ１４の解析結果を示している。図１３では、各検査対象領域に、求められた固有振動数が示されている。なお、図８中の実験値は、剥離面積の異なる複数の試験体５０で求められた固有振動数である。
【００５５】
図１４は、判定工程Ｓ１８の判定結果を示す図である。図１４では、剥離が発生していると判定された検査対象領域が白抜きで示され、剥離が発生していないと判定された領域がハッチングで示されている。また、図１４の判定に用いられた振動数閾値は２．５ｋＨｚであり、減衰時間閾値は２ｍｓである。
図１４によれば、剥離が発生していると判定された検査対象領域は、円５８内に多く分布している一方、円５８の外側にはほとんど分布しておらず、検査方法の精度が高いことがわかる。
【００５６】
なお、図１３及び図１４には、目視にて見つかった耐火部５６の割れ目６２も概略的に示されている。割れ目６２が近傍に存在する検査対象領域では、剥離が発生していても、固有振動数が高くなる傾向がある。この傾向を考慮して、図１４の判定結果では、割れ目６２が近傍に存在する検査対象領域では、固有振動数が振動数閾値を超えていても、減衰時間が減衰時間閾値以上であれば、剥離が発生していると判定されている。
【００５７】
幾つかの実施形態では、減衰に関連するパラメータは、振動の最初の振幅に対する一定時間経過後の振動の振幅のピークツーピーク値の比（以下、ピークツーピーク比ともいう）である。
図１５は、ピークツーピーク比を説明するための図である。図１５の場合、最初の下向きの振動の振幅（ピーク値）はａであり、一定時間経過後の振動のピークツーピーク値はｂである。従って、ピークツーピーク比は、ｂ／ａである。なお、本実施形態では、最初の下向きの振動が開始する時間を基準時として、基準時から１．２ｍｓ（ミリ秒）以上１．７ｍｓ以下の範囲でのピークツーピーク値ｂが測定されている。
【００５８】
図１６は、減衰に関するパラメータとして、ピークツーピーク比ｂ／ａを用いた場合の実施例を説明するための図である。図１６では、ピークツーピーク比ｂ／ａが減衰閾値未満である検査対象領域にハッチングが付されている。減衰閾値は、例えば０．３５に設定されている。
【００５９】
図１７は、図１３及び図１６に基づいた剥離の判定結果を示す図である。すなわち、図１７では、図１３において固有周波数が振動閾値以下であり、且つ、図１６においてピークツーピーク比が減衰閾値以上である検査対象領域が、剥離が発生している領域であると判定されている。
【００６０】
図１５に示すように、剥離が発生している領域では、剥離が発生していない領域に比べ、一定時間経過後であっても、周期的な波（余韻）が残っている傾向にある。このため、上述した構成によれば、固有振動数が振動数閾値以下であり且つピークツーピーク比が減衰閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００６１】
本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した幾つかの実施形態に変形を加えた形態も含む。
【００６２】
例えば、上述した幾つかの実施形態では、減衰に関するパラメータとして減衰時間が用いられていたが、減衰率を用いてもよい。減衰率は、振動の振幅が、衝撃を加えた直後の振動の振幅に対する、一定時間経過後の振幅の比率である。この場合、固有振動数が振動数閾値以下であり且つ減衰率が所定の減衰率閾値以上であるときに、検査対象領域で剥離が発生していると判定することで、剥離の判定を的確に行うことができる。
【００６３】
また、上述した幾つかの実施形態では、検査対象の熱交換ユニット１０において、突起部１６はＹ型アンカであったが、突起部１６の形状は特に限定されることはなく、Ｖ字形状のＶ型アンカであってもよい。
【００６４】
ここで、図１８は、幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法を適用可能な熱交換ユニット１０の断面を概略的に示し、図１９は、図１８の熱交換ユニットを概略的に示す平面図である。上述した幾つかの実施形態では、突起部１６が耐火部１８の内部に埋設されていたが、図１８及び図１９に示したように、円柱形状の突起部１６の外端面が耐火部１８の表面と面一をなし、露出していてもよい。また、耐火部１８の外表面は波形に湾曲していてもよい。図１８及び図１９の熱交換ユニット１０の場合、突起部１６を介して管１２に熱を効率的に伝えることができる。
【００６５】
また、幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法は、振動励起工程Ｓ１０の前に、熱交換ユニット１０の表面から付着物等を除去する前処理工程を更に有していてもよい。或いは、幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法は、振動励起工程Ｓ１０の前に、打音検査等により剥離が発生していそうな領域を発見する予備検査工程を更に有していてもよい。
更に、幾つかの実施形態に係る熱交換ユニットの検査方法は、固有振動数及び減衰パラメータの外に、更に他のパラメータを用いて、剥離を判定してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０    熱交換ユニット
１２    管
１４    熱交換部
１６    突起部
１８    耐火部
２０    板
３０    振動センサ
３２    検査器
３４    振動測定部
３６    固有振動数解析部
３８    減衰パラメータ解析部
４０    判定部
４２    出力部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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