JP6604895B2 - 排ガス処理装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、船舶等において排出される排ガスを処理するための触媒ユニットを備える排ガス処理装置の製造方法に関する。
ここで、一般的な排ガス処理装置(例えば、特許文献1)は、排ガスが流れる容器本体と、容器本体の内部に設けられた触媒支持機構と、排ガスが通過可能な孔部を有するとともに容器本体に溶接されるキャップと、を備える。触媒支持機構は、触媒ユニットを支持可能であるとともに、排ガスが必ず触媒を通過するように、触媒を通過しない流路をシールするために容器本体の内側と溶接される。ここで、容器本体やキャップの材料は、例えばクロムモリブデン鋼である。クロムモリブデン鋼は、成形時や溶接時に発生する内部応力を除去するために焼鈍が必要となる。
特許第5295403号明細書
このような従来の排ガス処理装置は、まず、容器本体の内部で触媒支持機構を形成しながら容器本体の内側に順次溶接していき、キャップを容器本体に溶接した後に、排ガス処理装置全体を一括焼鈍することによって製造されていた。しかしながら、このような製造方法においては、焼鈍の影響によって、触媒支持機構が変形してしまい、触媒支持機構のガスシール性が低下してしまうという問題があった。
本発明は、排ガス処理装置を構成する触媒支持機構のガスシール性を向上させることを目的とする。
本発明の排ガス処理装置の製造方法は、排ガスを処理するための触媒ユニットを支持する触媒支持機構を、排ガスが流れる容器本体の外部で形成する工程と、内側に溶接部材が設けられた焼鈍済みの容器本体の内部に、前記触媒支持機構を組み込む工程と、前記溶接部材と前記触媒支持機構とを溶接する工程と、焼鈍済みのキャップと前記容器本体とを溶接し、さらに、このキャップと容器本体との溶接個所を部分焼鈍する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の排ガス処理装置の製造方法によれば、内側に溶接部材が設けられた容器本体とキャップを予め焼鈍することとし、容器本体とキャップを溶接した後は、それらの溶接個所を部分焼鈍することとした。また、触媒支持機構を溶接する際は、前記溶接部材と触媒支持機構とを溶接することとした。そのため、触媒支持機構は焼鈍による影響を受けることがなく、焼鈍に起因して触媒支持機構が変形することを防止できる。そのため、触媒支持機構を含む排ガス処理装置を一括焼鈍する従来の排ガス処理装置の製造方法と比較して、触媒支持機構のガスシール性を向上させることが可能となる。
本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の側面断面図である。 同排ガス処理装置のバタリングビードを示す側面断面図である。 同排ガス処理装置の当て板を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態に係る触媒ユニットの平面図である。 本発明の実施の形態に係る触媒ユニットの筒状ケースの分解側面図である。 本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の断面平面図であって、図1AにおけるV1矢視図である。 同排ガス処理装置の断面平面図であって、図1AにおけるV2矢視図である。 同排ガス処理装置の断面平面図であって、図1AにおけるV3矢視図である。 同排ガス処理装置のアングル材の側面拡大図である。 同排ガス処理装置の第2柱体の側面図である。 同排ガス処理装置の第2柱体の正面図である。 同排ガス処理装置の他の第2柱体の側面図である。 同排ガス処理装置の他の第2柱体の正面図である。 同排ガス処理装置の他の第2柱体の平面図である。 同排ガス処理装置の断面平面図であって、図1AにおけるV4矢視図である。 同排ガス処理装置の断面平面図であって、図1AにおけるV5矢視図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。 同排ガス処理装置の製造方法を示す図である。
まず、本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の構成について、図1A〜11を参照しながら説明する。排ガス処理装置1は、図1Aに示すように、排ガスが流れる容器本体10と、容器本体10の内側に取り付けられる溶接部材20と、溶接部材20によって容器本体10の内部で保持される触媒支持機構30と、触媒支持機構30によって支持される触媒ユニット40と、触媒ユニット40上に設けられる第2グリッド60と、第2グリッド60を固定するグリッド押え70とを備える。なお、図1AにおけるRは、排ガスが流れるガス流路を示す。
容器本体10は、図1A及び図4に示すように、例えば円筒形状であって、その内側には溶接部材20が設けられている。容器本体10は、成形時や溶接時に発生する内部応力を除去するために焼鈍が必要な材料であって、例えば、クロムモリブデン鋼にて構成される。容器本体10は、ハーフモリブデンでも良い。ハーフモリブデンの場合は板厚が16mm以上の場合に焼鈍が必要となる。溶接部材20は、リング21や、バタリングビード22、23(図1B参照)で構成されており、いずれも全周に渡って容器本体10の内側に溶接されている。これらリング21、バタリングビード22、23は、成形後や溶接後においても焼鈍不要な材料である。リング21としては金属材料が用いられ、バタリングビード22、23としては一般的な溶接材料が用いられる。なお、バタリングビード22、23の代わりに、焼鈍不要な溶接部材として、図1Cに示す当て板22a、23aが設けられてもよい。当て板22a、23aは、例えば厚さが6mm程度の炭素鋼である。炭素鋼は、その厚さが30mm以下の場合、焼鈍不要である。また、容器本体10の上方には、その下端部が容器本体10の径と同じ径であって、上流側にいくほど径が小さくなるキャップ10aが設けられている。キャップ10aの材料は、容器本体10の材料と同様に、例えばクロムモリブデン鋼である。また、キャップ10aには、開閉可能なマンホール10bが設けられている。
触媒ユニット40は、図2及び3に示すように、四角柱形状の複数の筒状ケース41と、筒状ケース41の内部に充填される触媒42とを有する。触媒42は、例えばアンモニアを還元剤として、船舶等から排出されるNOxと反応させて脱硝するものである。触媒42は、水平方向の断面が、互いに平行な複数の平板と、その平板の間に設けられた波板とで構成されている、いわば、段ボールのような構造である。筒状ケース41は、突出部41aを有しており、図3に示すように、突出部41aは第1グリッド31又は第2グリッド60に嵌め込まれる。複数の筒状ケース41が第1グリッド31と第2グリッド60との間で並べられ、筒状ケース41がアタッチメント43を介して上下に積み重ねられることによって2段構成になっている。
アタッチメント43は、図3に示すように、筒状ケース41と同じ外寸の本体部43aと、その外寸よりも小さい2個の突出部43b、43cとを有する。突出部43bは、本体部43aから上方に突出して形成され、突出部43cは、本体部43aから下方に突出して形成される。これらの突出部43b、43cは、筒状ケース41の内側と嵌合するように構成されている。これにより、筒状ケース41は、アタッチメント43を介して2段構成となる。なお、アタッチメント43の内部には、触媒42は充填されていない。筒状ケース41の筒の厚さT1は、アタッチメント43の本体部43aの筒の厚さT2よりも小さい。これは、筒状ケース41を触媒支持機構30に載置するときに、人手で筒状ケース41を運びやすいように、内部に触媒42が充填される筒状ケース41の重量を抑制してハンドリングを容易にするためである。
触媒支持機構30は、図1Aに示すように、触媒ユニット40を容器本体10の内部で支持するとともに、排ガスが必ず触媒を通過するように、触媒を通過しない流路をシールするものである。触媒支持機構30の材料は、例えば、炭素鋼である。触媒支持機構30は、上述の第1グリッド31と、第1シールプレート32と、複数の第1柱体33と、第2シールプレート34と、複数の第2柱体35と、アングル材36とを備える。
第1グリッド31は、図1Aに示すように、容器本体10の下部において横向きに設けられ、上向きの主面S1を有する。主面S1の中央部には、触媒ユニット40を載置可能な載置領域31aが形成されている。具体的には、第1グリッド31は、図4に示すように、複数のバー31bが縦横斜めに組み合わされて、格子状に形成されている。これらのバー31bは、載置領域31aを形成するとともに、バー31bのうちのいくつかは、載置領域31aからはみ出すように形成されている。載置領域31aからはみ出したバー31bの先端は、容器本体10の内側に設けられたリング21に載せられた状態でこのリング21と溶接されている。
第1シールプレート32は、図1A及び5に示すように、10の内周部分において第1グリッド31に載せられた状態で設けられており、載置領域31aと同じ平面形状にくり抜かれた円形の板状部材であって、その外径は容器本体10の内径と略等しく、第1グリッド31の主面S1からはみ出した位置に設けられている。そして、第1シールプレート32の外周は、バタリングビード22と溶接されている。図1Bにおける符号22bは、その溶接部である。バタリングビード22の代わりに当て板22aが用いられる図1Cの場合においても、溶接部22bが示されている。また、第1シールプレート32は、上述のように、第1グリッド31の載置領域31aを除く主面S1上に寝かされた状態で配置され、その状態で第1グリッド31と溶接されている。
複数の第1柱体33は、図1Aに示すように、第1シールプレート32上に起立させられた状態で配置され、その状態で底部が第1シールプレート32に溶接されている。第1柱体33は、例えば、図1A及び図5に示すように、断面が円形状の棒状部材であり、容器本体10の内周に沿って分散した状態で配置されている。第1柱体33の上端には、図1Aに示すように、第2シールプレート34が寝かされた状態で載置されており、第2シールプレート34はその状態で第1柱体33と溶接されている。ここで、第1柱体33が倒れないように、第1シールプレート32及び第2シールプレート34に第1柱体33の断面と同じ形状の窪みを設けて、この窪みに第1柱体33をはめ込むようにしても良い。
第2シールプレート34は、図1A及び6に示すように、第1シールプレート32と同一形状である。第2シールプレート34の外周もバタリングビード23と溶接されている。第2シールプレート34上には、図6及び7に示すように、複数のアングル材36が固定されている。複数のアングル材36は、底板36aと側板36bとで構成されている。底板36aは、第2シールプレート34に溶接されている。側板36bは、底板36aと垂直に形成される部分であって、水平方向のボルトB1を通すための貫通孔が設けられる。ボルトB1でアタッチメント43を外周側から押圧するように、ボルトB1とナットN1とを締めることによって、アングル材36を介して触媒ユニット40のアタッチメント43を触媒ユニット40の外周側から押えることができる。これにより、触媒ユニット40は、横方向に固定される。ここで、横方向とは、触媒支持機構30の各構成が積み重ねられてゆく縦方向に垂直な方向を意味するものとする。
複数の第2柱体35は、図1Aに示すように、第2シールプレート34上に起立した状態で配置され、その状態で底部が第2シールプレート34と溶接されている。第2柱体35は、図6に示すように、第2柱体35aと、第2柱体35bの2種類が使用されている。第2柱体35aは、図8A及び8Bに示すように、板状の本体部35aaと、板状のサポート35abとで構成されている。本体部35aaが倒れないようにするために、サポート35abは、本体部35aaに垂直に取り付けられる。同様に、第2柱体35bは、図9A、9B及び9Cに示すように、板状のサポート35bbが、板状の本体部35baに垂直に取り付けられている。また、第2柱体35bの本体部35baの上端には、プレート35bcが本体部35baの上端に対して垂直な水平方向に取り付けられる。
また、図1Aに示すように、第2グリッド60が触媒ユニット40上に設けられる。第2グリッド60は、図10に示すように、複数のバー60aが縦横斜めに組み合わされることによって形成される。また、第2グリッド60は、複数の水平方向のプレート61を有しており、各プレート61は、バー60a上、又はバー60aが交差する部分上に設けられる。
図1Aに示すように、第2グリッド60上には、さらにグリッド押え70が設けられる。グリッド押え70は、図11に示すように、容器本体10の中央で垂直に交差する2本のメインバー71と、2本のメインバー71から枝分かれしたブランチ72とで構成される。メインバー71は、その一方及び他方の端部が一対の第2柱体35aによって挟み込まれた状態で支持されている。具体的には、図8A及び8Bに示すように、メインバー71の端部と、一対の第2柱体35aの本体部35aaとが、ボルトB4及びナットN4で締結されている。一方、ブランチ72は、その端部が第2柱体35bによって支持される。具体的には、図9A、9B及び9Cに示すように、ブランチ72の端部付近が、第2柱体35bにおける水平方向のプレート35bc上に載置され、ブランチ72とプレート35bcとがボルトB5及びナットN5で締結される。これにより、グリッド押え70は、複数の第2柱体35a、35bによって固定されることとなる。
また、グリッド押え70のメインバー71には、それぞれ上下方向の複数の内ネジが設けられており、ボルトB2は、これらの内ネジを通って、図8B及び図10に示す第2グリッド60のプレート61を上方から押える。さらに、第2柱体35bのプレート35bcにも上下方向の内ネジが設けられており、ボルトB3は、この内ネジを通って、図9A及び図10に示す第2グリッド60のプレート61を上方から押さえる。これにより、触媒ユニット40は、縦方向に固定されることとなる。なお、第2グリッド60及びグリッド押え70は容器本体10や触媒支持機構30と溶接されていない。これは、使用済みの触媒ユニット40を新しい触媒ユニット40と交換するために、触媒支持機構30から取り外し可能とするためである。
次に、本実施の形態に係る排ガス処理装置1の製造方法について図12A〜12Lを参照しながら説明する。本実施の形態に係る排ガス処理装置1の製造方法は、容器本体10の外部で触媒支持機構30を形成する工程と、焼鈍済みの容器本体10の内部に触媒支持機構30を組み込む工程と、リング21、バタリングビード22、23と触媒支持機構30とを溶接する工程と、焼鈍済みのキャップ10aと容器本体10とを溶接し、さらに、このキャップ10aと容器本体10との溶接個所を部分焼鈍する工程と、を備える。
(触媒支持機構の形成工程)
触媒支持機構30を容器本体10の外部で形成する工程について説明する。まず、図12Aに示すように、第1グリッド31の載置領域31a上に、ダミー触媒80を載置する。ダミー触媒80は、第1グリッド31に対する第1シールプレート32、第1柱体33、第2シールプレート34及び第2柱体35の位置決めを行うものである。ダミー触媒80は、図2に示す触媒ユニット40と同じ形状であって、アタッチメント43を介して、複数の筒状ケース41がそれぞれ上下2段構成になっているが、筒状ケース41の内部に触媒が充填されていない点で触媒ユニット40と異なる。
ダミー触媒80を第1グリッド31の載置領域31aに載置した後は、図12Bに示すように、第1グリッド31の主面S1上に、第1シールプレート32を寝かせた状態で配置する。なお、ダミー触媒80を載置領域31aに載置させる前に第1シールプレート32を配置してもよい。第1シールプレート32を第1グリッド31の主面S1上に配置した後は、第1グリッド31と第1シールプレート32とを溶接する。
次に、図12Cに示すように、第1シールプレート32上に第1柱体33を起立させた状態で配置し、第1シールプレート32と第1柱体33とを溶接する。この時、第1柱体33は、ダミー触媒80の周囲を囲むように配置される。
その後、図12Dに示すように、第1柱体33上に第2シールプレート34を寝かせた状態で配置し、第1柱体33と第2シールプレート34とを溶接する。そして、図12Eに示すように、アングル材36を第2シールプレート34に取り付ける。なお、アングル材36は、第2シールプレート34を第1柱体33上に配置するときに、予め第2シールプレート34に取り付けられていてもよい。
そして、図12Fに示すように、第2シールプレート34上に第2柱体35を起立させた状態で配置し、第2シールプレート34と第2柱体35とを溶接する。これにより、触媒支持機構30が完成する。その後は、図12Gに示すように、ダミー触媒80上に第2グリッド60を載置する。最後に、図12Hに示すように、ボルトB4及びB5(図8A及び9B参照)でグリッド押え70を第2柱体35に取り付けた後、ボルトB1でダミー触媒80を外周側から押えて横方向に固定し、ボルトB2及びB3(図11参照)でダミー触媒80を上方から押さえて縦方向に固定する。ただし、図12G及び図12Hに示す工程は、触媒ユニットの代わりにダミー触媒80を固定することによって、触媒ユニットが適切に固定されるか否かを点検するものであって、必ずしも必要な工程ではない。触媒支持機構30が完成した後は、第2グリッド60及びグリッド押え70を取り外し、ダミー触媒80を上方から取り除く。
(触媒支持機構の組み込み工程)
次に、焼鈍済みであるが未だキャップ10aが取り付けられていない状態の容器本体10の内部に触媒支持機構30を組み込む工程について説明する。具体的には、図12Iに示すように、上端が開口した容器本体10の内側に設けられるリング21上に、触媒支持機構30を設置する。ここで、容器本体10は、その内側にリング21及びバタリングビード22、23が溶接された状態で、既に焼鈍が完了したものが用いられる。
(触媒支持機構の溶接工程)
その後、触媒支持機構30を容器本体10の中へ入れて、その第1グリッド31とリング21とを溶接するとともに、触媒支持機構30の第1シールプレート32及び第2シールプレート34と、バタリングビード22、23とをそれぞれ溶接する。触媒支持機構30、リング21及びバタリングビード22、23は、前述したように焼鈍不要な材料であるため、この溶接工程の後に焼鈍を行う必要はない。
(容器本体及びキャップの溶接及び部分焼鈍工程)
そして、図12Jに示すように、キャップ10aを容器本体10に溶接する。キャップ10aとしては、予め焼鈍が完了したものが用いられる。そのため、キャップ10a全体を焼鈍する必要はない。一方で、キャップ10aと容器本体10との溶接個所については焼鈍する必要があるため、この溶接個所を局所的に部分焼鈍する。部分焼鈍の具体的な方法としては、例えば、溶接個所に電熱ヒータを巻いて局所的に加熱することが挙げられる。焼鈍の温度は、クロムモリブデン鋼の場合、500℃程度である。
その後、図12Kに示すように、第1グリッド31の載置領域31a上に触媒ユニット40を載置する。触媒ユニット40を載置するときは、触媒ユニット40を構成する筒状ケース41の一つ一つを、マンホール10bから容器本体10の内部に運び、図3に示すように第1グリッド31に嵌め込んでいって1段目を完成させ、その後アタッチメント43を筒状ケース41上に積み重ね、さらにアタッチメント43上に2段目の筒状ケース41を積み重ねる。
最後に、図12Lに示すように、第2グリッド60を触媒ユニット40上に配置し、グリッド押え70を第2柱体35に取り付けた後、触媒ユニット40を縦方向に固定するとともに、横方向にも固定する。グリッド押え70を第2柱体35に取り付ける具体的な方法、及び触媒ユニット40を縦方向及び横方向に固定する具体的な方法は、図12G及び12Hを用いて述べた方法と同様であるため省略する。
本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置1の製造方法によれば、内側に溶接部材(リング21、バタリングビード22、23)が設けられた容器本体10とキャップ10aを予め焼鈍することとし、容器本体10とキャップ10aを溶接した後は、それらの溶接個所を部分焼鈍することとした。また、触媒支持機構30を溶接する際は、前記溶接部材と触媒支持機構30とを溶接することとした。そのため、触媒支持機構30は焼鈍による影響を受けることがなく、焼鈍に起因して触媒支持機構30が変形することを防止できる。そのため、触媒支持機構30を含む排ガス処理装置1を一括焼鈍する従来の排ガス処理装置の製造方法と比較して、触媒支持機構30のガスシール性を向上させることが可能となる。
さらに、本実施の形態に係る製造方法では、第1グリッド31、第1シールプレート32、第1柱体33、第2シールプレート34、及び第2柱体35を、容器本体10の外部で溶接することによって、触媒支持機構30を完成させることとした。そのため、容器本体10の内部で触媒支持機構30を完成させる従来技術と比較して、作業環境が良くなり、触媒支持機構30の製造精度を向上させることができる。これにより、触媒支持機構30は隙間なく触媒ユニット40を支持することが可能となり、排ガス処理装置1のガスシール性を向上させることができる。
なお、本実施の形態に係る排ガス処理装置1の製造方法では、触媒支持機構30を形成する工程において、ダミー触媒80を使用する態様を述べたが、本発明はこれに限られず、ダミー触媒80の代わりに触媒ユニット40を用いて位置決めしてもよく、若しくは位置決めせずに触媒支持機構30を形成してもよい。ただし、ダミー触媒80又は触媒ユニット40を用いて位置決めしながら触媒支持機構30を形成することによって、触媒支持機構30の製造精度をより向上させることが可能となる。
また、本実施の形態に係る排ガス処理装置1では、触媒ユニット40が2段構成の筒状ケース41で形成される態様を述べたが、これに限られない。例えば、触媒ユニット40が1段構成であってもよく、3段以上の構成であってもよい。触媒ユニット40が複数段の構成である場合は、触媒ユニット40の段数と同じ数だけシールプレート及び柱体を互い違いに配置し、筒状ケース41同士の間にアタッチメント43を設け、アタッチメント43を外周側から押えることが好ましいが、シールプレートの数は必ずしも触媒ユニット40の段数に合わせる必要はなく、少なくとも1つのシールプレートがあればよい。
また、本実施の形態に係る排ガス処理装置1では、ボルトB1、B2、B3によって触媒ユニット40を押えて固定する態様を述べたが、これに限られない。例えば、アングル材36とアタッチメント43との間にバネ等の付勢部材を介在させることによっても触媒ユニット40を横方向に固定することが可能である。同様に、グリッド押え70と第2グリッド60との間に付勢部材を介在させることによって、触媒ユニット40を縦方向に固定することが可能となる。
なお、図1A等においては、排ガスが流れるガス流路Rが鉛直方向である、いわゆる縦置きの排ガス処理装置の態様が描かれているが、勿論本発明は、この態様に限られるものではない。すなわち、本発明は、排ガス処理装置1を寝かせて使用し、ガス流路Rを水平方向とした、いわゆる横置きの排ガス処理装置の態様を含む。
さらに、本実施の形態に係る排ガス処理装置1は、船舶における排ガス処理に使用されることを述べたがこれに限られない。船舶に限られず、排ガスの処理が必要な輸送機器や施設全般に使用され得る。
1 排ガス処理装置
10 容器本体
20 溶接部材
30 触媒支持機構
31 第1グリッド
31a 載置領域
32 第1シールプレート
33 第1柱体
34 第2シールプレート
35 第2柱体
36 アングル材
40 触媒ユニット
41 筒状ケース
42 触媒
43 アタッチメント
60 第2グリッド
70 グリッド押え
80 ダミー触媒

Claims (3)

  1. 排ガスを処理するための触媒ユニットを支持する触媒支持機構を、排ガスが流れる容器本体の外部で形成する工程と、
    内側に溶接部材が設けられた焼鈍済みの容器本体の内部に、前記触媒支持機構を組み込む工程と、
    前記溶接部材と前記触媒支持機構とを溶接する工程と、
    焼鈍済みのキャップと前記容器本体とを溶接し、さらに、このキャップと容器本体との溶接個所を部分焼鈍する工程と、を備える
    ことを特徴とする排ガス処理装置の製造方法。
  2. 前記触媒支持機構は、
    前記触媒ユニットを載置可能な載置領域が主面に設けられた第1グリッドと、
    前記載置領域を除いた前記主面に、前記主面からはみ出すように溶接される少なくとも1つのシールプレートと、
    前記シールプレート上に起立させた状態で溶接される複数の柱体と、を含み、
    前記溶接部材と前記触媒支持機構とを溶接する工程において、前記第1グリッド及び前記シールプレートを前記溶接部材と溶接する
    ことを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理装置の製造方法。
  3. 前記触媒支持機構の形成を、前記触媒ユニット、又は前記触媒ユニットと同じ形状のダミー触媒を用いて位置合わせしながら行う
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス処理装置の製造方法。


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