JPS6242222Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は機械的な継手に関し、特に運動および
高温を受ける機械的継手における応力を制御する
ためのカラーに関する。

スチーム−メタン・リフオーマとも称されるス
チーム・リフオーマは、メタンとスチームの混合
体を加熱された触媒を通して流通させることによ
り水素ガスを生成するのに使用される。触媒は通
常、加熱された室の中に配置する管内に収容す
る。スチーム・リフオーマおよびそれに類する装
置の構成においては、生成されたガスは、一般に
「ピツグテール」と称される複数の小さい管によ
つて触媒収容管から排出マニホルドへ移送する。
それらのピツグテールは、一つにはリフオーマの
始動時および休止時に生じる熱膨脹および熱収縮
のために、また一つには比較的長い触媒収容管
（以下単に「触媒管」という）にしばしば生じる
弓そりやその他の曲りのために相当な曲げ応力を
受ける。

ピツグテールの両端は、ウエルドレツトと称さ
れる突出部材によつてそれぞれ触媒管および排出
マニホルドに連結する。これらのウエルドレツト
をそれぞれ触媒管の表面およびマニホルドの表面
に溶接し、ピツグテールの両端をそれぞれ対応す
るウエルドレツトに溶接する。２つのウエルドレ
ツトは、それぞれ触媒管の壁に穿設した穴および
排出マニホルドの壁に穿設した穴と整合する中央
内孔を有している。

しかしながら、従来の構成では、ピツグテール
のウエルドレツトとの溶接個所にしばしば破損を
生じる。そのような破損は、ピツグテールをウエ
ルドレツトに結合する溶接部の先端のところに生
じる応力集中の結果として生じる。それらの破損
は通常、ピツグテールの壁に生じる亀裂であり、
熱疲労と、曲げ応力によつて増幅された応力集中
によつて生じる金属粒界面の酸化との組合せにつ
て伝播される。

ピツグテールとウエルドレツトに結合している
溶接部は、機械的な切欠きとそれに付随する応力
集中を惹起する上に、溶接部のうちの熱によつて
影響された帯域の素材の降伏強さを低下させ、そ
の結果冶金学的切欠きをも惹起する。

本考案の目的は、機械的継手における応力基因
損傷を減少させるための制御カラーを提供するこ
とである。

本考案の他の目的は、溶接部における熱疲労お
よび粒界面酸化によつて惹起される損傷を減少さ
せる制御カラーを提供することである。

本考案の更に他の目的は、溶接部の熱によつて
影響された帯域の素材の降伏強さを低下させない
ような制御カラーを提供することである。

本考案の他の目的は、溶接された継手の信頼性
を高めるような制御カラーを提供することであ
る。

本考案の更に他の目的は、スチーム・リフオー
マからガスを搬送するための溶接された導管に生
ずる熱応力および熱疲労を減少させる制御カラー
を提供することである。

本考案の応力制御カラーは、スチーム・リフオ
ーマに使用されるガス移送管即ちピツグテールと
同じ組成の合金で形成し、ピツグテールの外周の
スチーム・リフオーマのウエルドレツトに対して
溶接されている部分にかぶせる。この継手を形成
する場合、まず、ピツグテールをすみ肉溶接によ
つてウエルドレツトに溶接し、次いで、制御カラ
ーをピツグテールとウエルドレツトとの取付点の
ところで該ピツグテールに溶接する。この応力制
御カラーの内径は、ピツグテールの外径に密に嵌
合させ、該カラーの自由端の内側縁は、該カラー
の最大曲げ運動の部位に円滑な輪郭を呈するよう
に賦形し、それによつて、ピツグテールがリフオ
ーマ内において受ける熱応力および物理的運動に
より撓曲された際ピツグテールと該制御カラーと
が点接触する可能性を排除する。

要約すれば、本考案のカラーは、スチーム・リ
フオーマに使用されるガス移送管即ちピツグテー
ルに生じる熱的および機械的応力を制御し、その
ような応力によつて惹起される破損の可能性を少
くするための応力制御カラーであり、短い管の形
に形成する。この制御カラーは、ピツグテールと
同じ合金組成を有するものとし、ピツグテールの
触媒管に付設した突出部材に組合させた一端と、
ガス抽出マニホルドに付設した突出部材に結合さ
せた他端にそれぞれ密に嵌合させ、上記突出部材
に溶接する。制御カラーとピツグテールの素材を
同じ合金組成としたことにより熱膨脹および熱収
縮の差による応力を排除する。本考案の制御カラ
ーは、ピツグテールの最大曲げ運動点を、溶接部
の機械的応力集中部位、即ち、熱によつて影響さ
れた帯域の冶金学的切欠きから離して変位させる
ことにより機械的応力疲れを減少させる働きをす
る。

本考案の上記およびその他の目的は、添付図面
を参照して記述した以下の好ましい実施例の説明
から一層瞭瞭になろう。

第１図を参照すると、断熱材１４で内張りした
外側壁１２によつて一部分を囲われたスチーム・
リフオーマ１０の一部分が示されている。一端を
スチーム・リフオーマ１０の外壁１２に付設した
上側壁１６ａとそれと平行に配置した下側壁１６
ｂによつて構成したマニホルド箱１６をリフオー
マの外壁から第１図でみて右方へ突設させてあ
る。図には示されていないが、上側および下側壁
１６ａ，１６ｂに前部壁、後部壁および端壁を取
付け、後述する排出マニホルド１８を囲うマニホ
ルド箱１６の構造体を完成させてある。マニホル
ド箱１６の上側壁１６ａおよび下側壁１６ｂは、
一端をスチーム・リフオーマの外壁１２に付設し
た支持部材１９ａおよび１９ｂによつて適当に支
持されている。

スチーム・リフオーマ１０の内部２０には複数
の触媒収容管２２を配設してある。第１図にはそ
れらの管の１つだけが示されている。触媒管２２
は、通常平行な複数の列として配列されており、
各列を第１図の平面に対して垂直方向に延在さ
せ、リフオーマ内に直立させてある。

触媒管２２は、上端（図示せず）において開放
した適当な耐熱材製の細長い円筒管である。触媒
管は、例えば直径４〜６インチ（10.15〜15.24
cm）とし、長さ30〜40フイート（9.1〜12.2ｍ）
とすることができる。第１図に示されるように、
触媒管２２の下方部分には外側環状フランジ２３
を付設してあり、該フランジに触媒管２２の底部
を閉鎖する円板２４を取付けてある。

触媒管の長手に沿つての弓そり現象による運動
および熱膨脹および収縮を吸収するために、各触
媒管は第１図の平面即ち管の長手に対して横断方
向にも、管の長手方向にも一定限度の移動が許さ
れるように支持する。この目的のために、フラン
ジ２３の外周に環状の支持リング２６を固定す
る。触媒管２２に対して直径方向に相対抗させて
配置した１対の上方支持部材２７と１対の下方支
持部材２８とからなる支持組立体を設け、該支持
組立体と支持リング２６との協同により触媒管の
上述の方向の移動を許すようにする。各下方支持
部材２８は、間隔を置いて設けて平行なフランジ
２８ａと２８ｂを有する断面Ｃ字形の慣用のビー
ムであつてよく、下方フランジ２８ｂをフレーム
部材２９に固定する。各上方支持部材２７も、例
えば直角バーのような慣用の構造部材であつてよ
く、該上方支持部材の垂直脚部をスペーサブロツ
ク３０を介して下方支持部材２８に連結し、上方
支持部材の水平側部２７ａを下方支持部材の上方
フランジ２８ａに平行に配置する。各側部２７ａ
とそれに対応する上方フランジ２８ａとは、それ
らの間に支持リング２６を配設し、かつ一定範囲
の垂直方向の運動を許容するのに十分なだけ離隔
させる。

常態においては、触媒管２２の重量は、支持リ
ング２６を介して支持部材２８の上方フランジ２
８ａに伝えられる。支持リング２６が上方フラン
ジ２８ａに沿つて摺動する際の摩擦を小さくする
ために、支持リング２６の上下両表面に、例えば
テフロン円板のような適当な材料の減摩部材３１
を付設する。支持リング２６に接触する支持部材
２８，２７の上方フランジ２８ａおよび側部２７
ａの表面にも減摩材３２を付設する。

支持リング２６をフランジ２８ａに対して支持
接触させるように偏倚させる（押圧する）１対の
偏倚手段３３を各触媒管２２に設ける。各偏倚手
段３３は、触媒管の下方部分に設けた支持耳片３
４と、支持耳片３４の上面に直径方向に相対向さ
せて取付けた１対の筒状スリーブ３５と、該スリ
ーブ内に配設したばねのような弾性部材３６とを
含む。支持耳片３４は、リングの形にしてもよ
く、あるいは触媒管２２の外面に直径方向に相対
向させて取付けた２つの別個の部材であつてもよ
い。各弾性部材３６の一端は、支持耳片３４の表
面に設けた凹部３４ａ内に座着させ、他端はスリ
ーブ３５の上縁を越えて突出させ、触媒管２２に
付設したプレート３７の下面に圧接させる。マニ
ホルド箱１６の下側壁１６ｂの一端縁をこのプレ
ート３７上に座着させる。この構成によつて壁１
６ｂをその一端縁によつて弾性的に支持し、該壁
の重量が管２２の垂直方向の動きに対抗する作用
をし、管２２の支持部材２８上に座置させようと
する。

触媒管２２内には両端の閉じた細長い触媒支持
管３８を同心的に配設する。触媒支持管３８の下
端は円板２４上に座置させ、上端は円錐状頂部３
９によつて閉鎖する。支持管３８の円錐状頂部３
９には、触媒管２２内で生成されたガスを通すた
めの多数の穿孔を設ける。触媒支持管の内部から
ガスを排出するための開口４１を該支持管の壁に
穿設する。触媒支持管３８の外径は、触媒管の内
径より小さくし、両者の間に環状の空間４２を形
成するようにする。一定量の触媒を触媒管２２内
に充填して触媒柱（コラム）を形成し、触媒支持
管３８の円錐状頂部３９によつて支持させる。ス
チームとメタンの混合体と反応して水素を生成す
る触媒であれば、任意の適当な触媒を使用するこ
とができる。例えばリングの形をした複数個のセ
ラミツク素子をニツケルで被覆したものを使用す
ることができる。

引続き第１図を参照して説明すると、触媒管２
２から排出マニホルドへガスを抽出するための構
造体は、両端を突出出口即ちウエルドレツト４６
に取付けられ、応力制御カラー４８を備えたガス
移送管即ちピツグテール４４から成る。ピツグテ
ール４４の一端と触媒管２２との間およびピツグ
テールの他端と排出マニホルド１８との間の継手
の細部は第２図に示されている。ピツグテール４
４と触媒管２２との間の継手はピツグテールと排
出マニホルド１８との間の継手と同じであるか
ら、第２図の図示は両方と継手にあてはまる。

第２図に示されるように、触媒支持管３８に形
成した開口４１と実質的に整列する高さのところ
に触媒管２２の壁に開口２２ａを穿設する。ウエ
ルドレツト４６は、触媒管２２の開口２２ａと実
質的に同じ直径の内孔４６ａを有しており、内孔
４６ａと開口２２ａとが水平方向に整合されるよ
うに、ウエルドレツトを例えば溶接４９によつて
触媒管の外壁に付設する。ウエルドレツト４６の
自由端は、例えば切頭円錐形とすることができ、
該自由端には内孔４６ａと同心の、しかしそれよ
り径の大きい端ぐり４６ｂを形成する。端ぐり４
６ｂの径は、ピツグテール４４の端部を受入れる
のに十分な大きさとする。ピツグテール４４を、
その端部と端ぐり４６ｂの端部との間に挟い間隙
５０が形成されるように該端ぐり内に位置づけす
る。ビツグテール４４は、例えばすみ肉溶接５１
によつてウエルドレツト４６の端部に取付け、該
ウエルドレツトによつて支持させる。

制御カラー４８は、ピツグテール４４の、ウエ
ルドレツト４６に近接する部分に同心的に嵌合さ
せる。第２図に示されるように、制御カラー４８
は、取付ける際ピツグテール４４上へ滑り嵌合さ
せることができるようにピツグテールの外径より
僅かに小さい内径を有する一定長の管の形にする
ことができる。カラー４８のウエルドレツト４６
に近接する側の端部は、追加の溶接５２によつて
すみ肉溶接５１およびピツグテール４４に固着す
る。制御カラー４８の自由端の、ピツグテールの
表面に近接する内周縁４８ａに円滑な輪郭を付与
し、ピツグテールが触媒管２２と排出マニホルド
１８の間の熱膨脹および熱収縮の差によつて撓曲
したとき、制御カラーにはピツグテールの表面を
損傷させるような鋭い縁が存在しないようにす
る。

制御カラー４８の素材は、ピツグテール４４の
素材と同じとすることによつてそれらの２つの部
材の熱膨脹係数が同じになるようにし、２つの素
材の違いによる熱膨脹率の差によつて熱応力が誘
起される可能性を排除する。１例として挙げれば
ピツグテール４４および制御カラー４８は、一般
にインコロイ800と称されている合金、即ち、高
温での使用に適した材料で形成することができ
る。

排出マニホルド１８は、適当な寸法および素材
の管とし、その長手軸線を第１図の平面に対して
垂直に延在させて位置づけする。触媒管２２から
ピツグテール４４を介して排出マニホルド１８へ
伝えられる運動を吸収するために、排出マニホル
ド１８は、第１図にみられるようにその長手軸線
に対して横断方向並びに長手方向に移動しうるよ
うに支持されている。即ち、排出マニホルド１８
の長手方向の移動を可能にするために、該排出マ
ニホルドの外表面に直径方向に相対置して該マニ
ホルドのほぼ全長に亘つて延在する１対のランナ
ー５４を付設する。これらのランナー５４は、そ
れぞれ上側壁１６ａと下側壁１６ｂの内表面に取
付けた上方案内溝形部材５５および下方案内溝形
部材５６に沿つて移動するようにする。排出マニ
ホルド１８にはまた、その長手に沿つて所定の間
隔を置いて弾性の支持手段（図示せず）を設ける
ことができる。この弾性支持手段は、例えば、触
媒管２２と協同する偏倚手段３３と似たような構
造のものとすることができる。これらの弾性支持
手段は、排出マニホルド１８およびそれに付設し
たピツグテール４４の一定限度の垂直方向の運動
を可能にする。第１図に示されるようにマニホル
ド箱１６の壁１６ａ，１６ｂおよび案内溝形部材
５５，５６には、それらを保護するために適当な
断熱材の内張りを施す。

作動において、スチーム・リフオーマ１０の内
部２０は、周知の態様で、例えば天然ガスまたは
燃料油によつてほぼ1000〓〜1100〓（537.8〜593
℃）にまで加熱される。スチーム・リフオーマ１
０内の各触媒管２２内には触媒が適当な高さにま
で装填されている。スチームとメタンの混合体
は、適当な手段（図示せず）によつて各触媒管２
２の上方開口端を通して導入され、触媒柱を通し
て下方に流下する。触媒と高温の存在下において
スチームとメタンとの反応によつて生成された水
素ガスは、触媒管２２と触媒支持管３８との間の
環状空間４２内に収集され、また、触媒支持管３
８の円錐状頂部３９の穿孔４０を通つて該触媒支
持管の内部空間内にも収集される。また、スチー
ム／メタン混合体の一部分は、触媒支持管の底部
に堆積し、慣用の手段（図示せず）によつて抽出
される。

触媒支持管３８内にたまつた水素ガスは、開口
４１を通り、空間４２内にたまつた水素ガスと共
に触媒管２２の壁に設けた開口２２ａを通つて流
出し、次いで、ウエルドレツト４６の中央内孔４
６ａおよびピツグテール４４の内部通路を通り、
排出マニホルド１８の壁に穿設した、触媒管２２
の壁の開口２２ａと実質的に同様な開口（図示せ
ず）を通つて該排出マニホルド内に流入する。

スチーム・リフオーマ１０の始動および停止時
および通常運転時に触媒管２２の熱膨脹および熱
収縮並びに弓そりによつて触媒管の摺動および垂
直運動が生じるが、そのような運動は、支持リン
グ２６と、支持部材２７，２８を含む支持組立体
によつて上述した態様で効果的に吸収される。同
様にして、排出マニホルド１８の垂直方向および
長手方向の運動は、上述した態様で効果的に吸収
される。制御カラー４８とピツグテール４４とは
同じ素材で形成されているから、両者の熱膨脹お
よび熱収縮の差によつて誘起される熱応力は存在
しない。触媒管２２と排出マニホルド１８との間
の差動は、両者の上述した懸架および支持態様に
よつて効果的に吸収され、運動変位差がピツグテ
ール４４の構造的保全性または機能を損うことが
なく、ピツグテールとウエルドレツト４６との結
合部、または触媒管２２やマニホルド１８の構造
的保全性や機能を損うことがない。

ピツグテール４４の最大曲げ運動点は、制御カ
ラー４８が設けられていないとすれば、すみ肉溶
接５１の近傍に位置する。制御カラーの長さはピ
ツグテール４４の最大曲げ運動点をすみ肉溶接５
１の近傍から該制御カラーの自由端の近傍にまで
変位させるのに十分な長さとする。かくして、最
大曲げ運動点が、機械的な応力集中が起りそうな
帯域および冶金学的な弱体部分から、溶接部に近
接していない制御カラーの端部にまで引離され、
溶接加工を受ける組立体の部分からも離される。

図には特に示されていないが、複数の触媒管２
２の各々を排出マニホルド１８の壁に形成した対
応する適当な開口に接続するピツグテールを第１
図に示されたピツグテール４４に平行に設ける。
もちろん、各ピツグテールの両端に第２図に示さ
れた制御カラー４８を設ける。また、図を簡明に
するために特に示されてはいないが、スチーム・
リフオーマ１０、触媒管２２の組立体、排出マニ
ホルドおよびそれらに付随する構造体は、上述し
たような態様で作動し、互いに協同するように適
当に支持する。

以上に説明したスチーム・リフオーマおよび制
御カラーの構造は、本考案の範囲から逸脱するこ
となく、いろいろに変更しうることは当業者には
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はスチーム・リフオーマの一部分の断面
図であり、ガス移送管の両端に装着した本発明の
応力制御カラーを示す。第２図は第１図の応力制
御カラーの１つの拡大図である。 図中、１８は排出マニホルド、２２は触媒管、
２２ａは開口、４４はガス移送管（ピツグテー
ル）、４６は突出部材（ウエルドレツト）、４６ｂ
は端ぐり、４８は制御カラー、４８ａは内周縁、
４９は溶接部、５１はすみ肉溶接、５２は溶接
部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 円筒状の第１部材４４を第２部材２２の側壁
   の開口２２ａに整合させて連結させるためのも
   のであつて、該両部材間の高温に基因する相対
   的な曲げ作用を受ける溶接継手において、一端
   では前記第２部材の外表面に溶接されており、
   前記開口に整合した貫通孔４６ａを有し、他端
   に前記第１部材４４の端部を第２部材の外表面
   から離隔したところで受容するための端ぐり４
   ６ｂを有する筒状突出部４６と、該筒状突出部
   の前記他端を該第１部材４４の、前記端部から
   離隔した部位の外表面の一部分に結合する第１
   溶接部５１と、前記曲げ作用によつて惹起され
   る機械的応力を該第１溶接部５１から変位させ
   るために、該第１溶接部に近接する内端位置か
   ら第１部材４４の両端の間の一部分を囲繞して
   延び該第１部材と同じ素材のカラー４８と、該
   カラーの前記第１溶接部５１側の内端を、前記
   第１溶接部５１並びに第１部材４４の円周方向
   外表面部分に結合する第２溶接部５２とから成
   る溶接継手。 ２ 前記カラー４８の外端の内周縁４８ａは円滑
   な輪郭を有している実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の溶接継手。 ３ 前記カラー４８は、前記第１部材４４の外径
   より僅かに大きい内径を有している実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の溶接継手。