JP2017223387A

JP2017223387A - 給水予熱装置

Info

Publication number: JP2017223387A
Application number: JP2016117541A
Authority: JP
Inventors: 達彦亀山; Tatsuhiko Kameyama
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-21

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、製造に要するリードタイムとコストを削減し、また溶接箇所を削減することで溶接欠陥の発生を抑えた給水予熱装置を提供する。【解決手段】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連結することで蛇行する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、前記のフィンチューブは、２本の長いストレート部と中間に設けた１８０°の湾曲部を持っている長尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３に全周の熱吸収用フィン５を挿入して設置したものであり、この長尺Ｕ字ベンド管３を多数設置して長尺Ｕ字ベンド管の端部同士を、前記長尺Ｕ字ベンド管に比べてストレート部が短い短尺Ｕ字ベンド管６で連結する。【選択図】図２

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、製造に要するリードタイムとコストを削減し、また溶接箇所を削減することで溶接欠陥の発生を抑え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連結することで蛇行する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、前記のフィンチューブは、２本の長いストレート部と中間に設けた１８０°の湾曲部を持っている長尺Ｕ字ベンド管の長尺ストレート部に全周の熱吸収用フィンを挿入して設置したものであり、この長尺Ｕ字ベンド管を多数設置して長尺Ｕ字ベンド管の端部同士を、前記長尺Ｕ字ベンド管に比べてストレート部が短い短尺Ｕ字ベンド管で連結した構成としていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の給水予熱装置において、長尺Ｕ字ベンド管に接続する短尺Ｕ字ベンド管は、長尺Ｕ字ベンド管より口径を小さくし、短尺Ｕ字ベンド管の端部を長尺Ｕ字ベンド管の端部内に挿入することが可能な構造と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、溶接箇所を削減することができ、品質低下の原因となりがちであるＵ字ベンド管の溶接を減らすことができるため、信頼性の高い熱交換器を安価にかつ短い時間で製造することができる。また、長尺Ｕ字ベンド管を連結する短尺Ｕ字ベンド管は口径を小さくして長尺Ｕ字ベンド管内に挿入する構造とすることで溶接が行いやすくなり、製造時間の短縮と品質の向上を図ることができる。

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組み立て状況説明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における長尺Ｕ字ベンド管と短尺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組み立て状況説明図、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は本発明の一実施例における長尺Ｕ字ベンド管と短尺Ｕ字ベンド管の接合部を拡大した断面図である。

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からなる熱交換器を設置する。フィンチューブは、２本の長いストレート部と中間に湾曲部を持った長尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３に全周の熱吸収用フィン５を設置したＵ字ベンド管フィンチューブであり、中間に設けた湾曲部は１８０°曲げたものとしている。長尺Ｕ字ベンド管３は、ストレートの長い素管を真ん中で折り曲げる加工をしたものであり、長尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３に多数の熱吸収用フィン５を取り付けている。長尺Ｕ字ベンド管３への熱吸収用フィン５の取り付けは、中心に穴を開けている熱吸収用フィン５を長尺ストレート部１３に差し込むことで行う。長尺Ｕ字ベンド管３では、長尺ストレート部１３の一方の端部には湾曲部を設けているが、もう一方の端部からは熱吸収用フィン５を差し込むことができる。長尺Ｕ字ベンド管３での２本の長尺ストレート部１３に、それぞれの端部から熱吸収用フィン５を差し込み、溶接又はそれ以外の方法にて熱吸収用フィン５の取り付けを行う。

長尺Ｕ字ベンド管３の折り曲げ加工は、素管の状態で折り曲げるものであるため、特開平１０−９６５０４号公報にある熱吸収用フィンを付けた直管を折り曲げ加工する場合に比べると容易に行うことができる。熱吸収用フィン５を付けた長尺Ｕ字ベンド管３は多数設置し、隣り合う長尺Ｕ字ベンド管３の端部同士を短尺Ｕ字ベンド管６で連結する。短尺Ｕ字ベンド管６も１８０°に折り返したものであり、連結することで蛇行する長い給水流路を形成する。

長尺Ｕ字ベンド管３を連結する短尺Ｕ字ベンド管６は、長尺Ｕ字ベンド管より口径を小さくし、かつ、短尺Ｕ字ベンド管の先端には長尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３に比べると短い短尺ストレート部１４を設けたものとする。短尺Ｕ字ベンド管６先端の外径を長尺Ｕ字ベンド管３先端の内径より一回り小さくし、短尺Ｕ字ベンド管６の短尺ストレート部１４を長尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３内に挿入することが可能な構造としておく。

長尺Ｕ字ベンド管３と短尺Ｕ字ベンド管６は溶接によって接合する。その場合、短尺Ｕ字ベンド管６先端の短尺ストレート部１４を、尺Ｕ字ベンド管３の長尺ストレート部１３に挿入しておき、その状態で短尺Ｕ字ベンド管６と長尺Ｕ字ベンド管３の溶接を行う。長尺Ｕ字ベンド管３内に短尺Ｕ字ベンド管６を挿入しているため、溶接箇所１２は長尺Ｕ字ベンド管３の先端と短尺Ｕ字ベンド管の短尺ストレート部１４の外表面となり、溶接は短尺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。

短尺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。溶接時には短尺Ｕ字ベンド管６の設置側が上側となる向きに置いておき、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回の溶接を行う必要があったが、下向き姿勢とすることで連続溶接が可能である。

このようにして各長尺Ｕ字ベンド管３を短尺Ｕ字ベンド管６で連結することで、一続きの長い流路とする。実施例での給水予熱装置では、この熱交換器のＵ字ベンド管の湾曲部が側面となる向きで縦長となるように排ガス通路に設置する。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より行い、フィンチューブ内に給水を通し、フィンチューブの外側に排ガスを通すことで、給水は蛇行しながら加熱される。最上段のフィンチューブまで達した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。

上記構成とすることで、直管の左右両端をＵ字ベンド管で溶接していた場合に比べて溶接箇所を半減することができ、作業時間が短縮でき、さらに溶接欠陥の削減も行うことができる。また、溶接作業自体も容易になるため、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り、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もできる。

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長尺Ｕ字ベンド管
４仕切板
５熱吸収用フィン
６短尺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長尺ストレート部
１４短尺ストレート部

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連結することで蛇行する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、前記のフィンチューブは、２本の長いストレート部と中間に設けた１８０°の湾曲部を持っている長尺Ｕ字ベンド管の長尺ストレート部に全周の熱吸収用フィンを挿入して設置したものであり、この長尺Ｕ字ベンド管を多数設置して長尺Ｕ字ベンド管の端部同士を、前記長尺Ｕ字ベンド管に比べてストレート部が短い短尺Ｕ字ベンド管で連結した構成としていることを特徴とする給水予熱装置。
請求項１に記載の給水予熱装置において、長尺Ｕ字ベンド管に接続する短尺Ｕ字ベンド管は、長尺Ｕ字ベンド管より口径を小さくし、短尺Ｕ字ベンド管の端部を長尺Ｕ字ベンド管の端部内に挿入することが可能な構造としていることを特徴とする給水予熱装置。