JP2017219210A

JP2017219210A - 給水予熱装置

Info

Publication number: JP2017219210A
Application number: JP2016111694A
Authority: JP
Inventors: 達彦亀山; Tatsuhiko Kameyama
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】フィンチューブをＵ字ベンド管によって連結している給水予熱装置において、フィンチューブとＵ字ベンド管の自動溶接を可能とすることのできる構成とした給水予熱装置を提供する。【解決手段】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給水予熱装置を持ったボイラであって、熱交換器は多数のフィンチューブ３を設置し、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給水予熱装置において、前記Ｕ字ベンド管６は口径がフィンチューブ３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６によるフィンチューブの連結を行う場合、Ｕ字ベンド管６のストレート部をフィンチューブ３の端部から挿入して、Ｕ字ベンド管とフィンチューブの接合部は、すみ肉溶接で接合を行う。【選択図】図３

Description

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に関するものである。

ボイラでは、ボイラ給水と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。

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字ベンド管の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する。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、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。

また、特開平１０−９６５０４号に記載の発明では、直管形状のフィンチューブを曲げ加工によって蛇行形状のフィンチューブにする製造方法が記載されている。この場合、直管状のフィンチューブに、フィン状部材を複数の群に分けて、各フィン状部材群間に所定の間隔をおいて固定しておき、フィン状部材の無い箇所を交互に逆方向に曲げ加工して、平面的に蛇行した形状のフィンチューブとしている。この場合は、ベント管を溶接する必要はなくなるが、フィン状部材を設置しているフィンチューブの曲げ加工を精度良く行わなければならず、容易に製造することができるものではなかった。

特開平１０−９６５０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、フィンチューブをＵ字ベンド管によって連結している給水予熱装置において、フィンチューブとＵ字ベンド管の自動溶接を可能とすることのできる構成とした給水予熱装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、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給水予熱装置を持ったボイラであって、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して、Ｕ字ベンド管とフィンチューブの接合部は、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。

本発明を実施することにより、Ｕ字ベンド管はすみ肉溶接によってフィンチューブと溶接することができ、溶接ロボットを用いた自動溶接が可能となる。このことにより、給水予熱装置製造でのリードタイムの大幅な短縮とコストダウンが可能となる。

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拡大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

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である。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。

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。

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。

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。

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１２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。

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。そしてＵ字ベンド管６をフィンチューブ３に挿入した状態でＵ字ベンド管６とフィンチューブ３の溶接を行う。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の外表面となり、溶接はＵ字ベンド管の側、つまり熱交換器の外側から行うことになる。

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。フィンチューブ３はＵ字ベンド管６が上側となる向きにしておき、溶接姿勢を下向きとして溶接を行う。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。横向き姿勢での溶接を行っていた場合には、天地に分けて２回の溶接を行っていたが、下向き姿勢とすることで連続溶接が可能となる。また、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るうえに、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。そして溶接ロボットによる自動溶接とすることで、生産性を格段に向上させることができる。

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。

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
６Ｕ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

Claims

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給水予熱装置を持ったボイラであって、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して、Ｕ字ベンド管とフィンチューブの接合部は、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。