特開 2019-866 熱交換器の溶接治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-866(P2019-866A)

(43)【公開日】2019年1月10日

(54)【発明の名称】熱交換器の溶接治具

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/04 20060101AFI20181207BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20181207BHJP

   F22D 1/08 20060101ALN20181207BHJP

【ＦＩ】

   B23K37/04 M

   F28D1/047 B

   F22D1/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-116459(P2017-116459)

(22)【出願日】2017年6月14日

(71)【出願人】

【識別番号】000130651

【氏名又は名称】株式会社サムソン

(72)【発明者】

【氏名】亀山 達彦

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA01

3L103BB05

3L103CC02

3L103CC27

3L103DD06

(57)【要約】

【課題】フィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３で挟み込んだフィン管３を所定段数重ねて上下から締め付けることによって溶接ワークを固定するようにしている給水予熱装置の熱交換器の製造において、フィン管３の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる熱交換器の溶接治具を提供する。
【解決手段】 フィン管３を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた２本のフィン管支え板１２を平行に配置し、フィン管支え板１２の前記溝にフィン管３の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板１２の上側にはフィン管押さえ板１３を乗せ置いてフィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３でフィン管３を挟み込むようにして略直方体の溶接ワーク１６を構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板１３はフィン管３側となる表面の近くにブリッジ部１４を持ったすき間を設ける。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多数のフィン管を連結した構成の熱交換器を製作する場合、フィン管を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた２本のフィン管支え板を平行に配置し、フィン管支え板の前記溝にフィン管の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板の上側にはフィン管押さえ板を乗せ置いてフィン管支え板とフィン管押さえ板でフィン管を挟み込むようにしておき、前記のフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段積み重ねることで略直方体の溶接ワークを構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板はフィン管側となる表面の近くにブリッジ部を持ったすき間を設けているものとしていることを特徴とする熱交換器の溶接治具。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器の溶接治具において、前記のフィン管押さえ板はフィン管側となる面に溝を設け、溝を設けた面にブリッジ用板を被せ、ブリッジ用板によって溝をブリッジする構成としていることを特徴とする熱交換器の溶接治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多数のフィン管を連結することで構成する熱交換器の溶接治具に関するものであり、より詳しくはフィン管をフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだものを所定段数重ねた溶接ワークは上下から締め付けることによってフィン管の位置を固定しておき、フィン管端部を１８０°ベンド管で連結するようにしている熱交換器での溶接治具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特開平１０−９６５０４号公報や特開２０１３−１０８６４３号公報に記載があるように、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管を多数設置しておき、フィン管内部にボイラ給水を通すことで、フィン管周囲に流れる排ガスとフィン管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような熱交換器でのフィン管は、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管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。

【0003】

この熱交換器を組み立てる場合、複数本のフィン管をベンド管で連結する際には、熱交換器の管板及び筐体（ケーシング等）にフィン管を取り付けておき、フィン管先端にベンド管を溶接するようにしていた。組み立てでは、まず多数の穴を開けている管板を置き、管板の穴に全てのフィン管を差し込み、管板と上部管板および側板を組み立てて仮付けを行う。次にフィン管端部に１８０°のＵベンド管を溶接する。フィン管にＵ字ベンド管を接続する場合、先にフィン管の位置を固定させておく必要があり、そのためにフィン管と管板及び側板の組み立てを先に行っている。

【0004】

しかし、この製造方法では手間が掛かり、作業効率が悪いということで、特願２０１６−１０５０９８にて給水予熱器の製造方法の提案を行った。特願２０１６−１０５０９８号に記載の発明では、フィン管支え板と押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段数重ね、積み重ねたフィン管支え板とフィン管押さえ板は上下から締め付けることによって溶接ワークを固定する。この上下からの締め付けは、溶接ワークを上下方向に貫通する貫通穴を８カ所程度開けておき、貫通穴に寸切りボルトを貫通させてボルト締めすることで固定することが考えられる。上下方向での固定を行っておけば、フィン管端部にベンド管を溶接する際に溶接ワークを溶接しやすい向きに回転させることができる。ただしこのボルトによる固定の場合、偏った締め付けを行うとフィン管の配置がずれることがあるため、締め付け調整を行っておく。各フィン管にベンド管を溶接し終えると、固定しておいたボルトの取り外しを行い、フィン管支え板及びフィン管押さえ板を取り外すことで溶接済みのフィン管のみが残る。このようにすることでフィン管端部へのベンド管の溶接を容易に行うことができるようになっていた。

【0005】

しかしこのボルトによる固定は、間隔が広くなりすぎるとずれが生じる可能性があるため、溶接ワークの長辺側では途中にもボルトを設置する必要があり、ベンド管を溶接する際にはそのボルトが干渉することで作業性が悪くなることがあった。そして、溶接ワークでのボルトの固定と解除は人手による作業が必要であって、手間が掛かることも問題であった。

【0006】

そこで特願２０１６−１７９５３０にあるように、板バネを組み込んだ押さえ治具を前記溶接ワークの上部に乗せおき、前記押さえ治具は溶接ワーク短辺側の端部で押さえ治具に対して下向きの力を加えると、溶接ワーク長辺側の中央部には押さえ治具で分散した下向きの力が加わるようにした板バネ構造であって、前記押さえ治具の短辺側端部ではクランプで締め付けることによって押さえ治具で溶接ワークを固定することが考えられた。

【0007】

このようにすることで溶接ワークの固定及び解除時の作業性を向上させることができるようになる。しかしこの場合でも、フィン管の製作公差等の影響によって充分に固定することのできないフィン管が発生することがあった。素材は許容公差を厳しくするとコストが上昇することになるため、ある程度の公差は考慮しておく必要がある。フィン管を挟み込む治具がフィン管支え板とフィン管押さえ板からなる場合、フィン管支え板にはフィン管を支える溝を設け、フィン管押さえ板は平面としてフィン管を挟み込んでいる。この場合治具は、剛性の高い素材で構成しているため、フィン管の径にばらつきがあると充分に固定することのできないフィン管が発生することになっていた。つまり、複数のフィン管を並べた際に径の大きなフィン管に挟まれて径の小さなフィン管が配置された場合、フィン管支え板とフィン管押さえ板の間にできるフィン管の入る空間は径の大きなフィン管の大きさとなり、ここに径の小さなフィン管が入るとすき間ができることになる。十分な固定が行えていないフィン管やずれた位置で固定されたフィン管があると、フィン管を自動溶接装置によって連結する際、溶接品質が低下することになる。そのため、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる治具が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特願２０１６−１７９５３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、フィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段数重ねて上下から締め付けることによって溶接ワークを固定するようにしている給水予熱装置の熱交換器の製造において、フィン管の径にばらつきがあっても、ずれがなく確実に固定することのできる熱交換器の溶接治具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載の発明は、多数のフィン管を連結した構成の熱交換器を製作する場合、フィン管を支えるための溝を長手方向に一定間隔で設けた２本のフィン管支え板を平行に配置し、フィン管支え板の前記溝にフィン管の両端をはめ込むとともに、フィン管支え板の上側にはフィン管押さえ板を乗せ置いてフィン管支え板とフィン管押さえ板でフィン管を挟み込むようにしておき、前記のフィン管支え板とフィン管押さえ板で挟み込んだフィン管を所定段積み重ねることで略直方体の溶接ワークを構成し、前記フィン管の端部を溶接によって連結する熱交換器の溶接治具において、前記フィン管押さえ板はフィン管側となる表面の近くにブリッジ部を持ったすき間を設けているものとしていることを特徴とする。

【0011】

請求項２に記載の発明は、前記の熱交換器の溶接治具において、前記のフィン管押さえ板はフィン管側となる面に溝を設け、溝を設けた面にブリッジ用板を被せ、ブリッジ用板によって溝をブリッジする構成としていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明を実施することによって、フィン管の径に公差内の寸法違いがあってもブリッジ部の隙間によって吸収することができるため、熱交換器でのベンド管溶接時に各フィン管を均一に押さえることができ、フィン管を確実に固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明を実施しているボイラ給水予熱装置部分の断面図

【図2】本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での正面図

【図3】本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での平面図

【図4】本発明の一実施例での治具へのフィン管積み重ね状況説明図

【図5】組み立てた熱交換器の一部を抜き出した斜視図

【発明を実施するための形態】

【0014】

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ボイラ給水予熱装置部分の断面図、図２は本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での正面図、図３は本発明の一実施例での熱交換器の溶接治具にフィン管を重ねた状態での平面図、図４は本発明の一実施例での治具へのフィン管積み重ね状況説明図、図５は組み立てた熱交換器の一部を抜き出した斜視図である。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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管３からなる熱交換器を設置する。フィン管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内の各フィン管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、フィン管群の最下段のフィン管３より行う。給水予熱装置内での給水は、最下段のフィン管３から順次蛇行しながら流れ、加熱されながら最上段のフィン管まで達する。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管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内にはフィン管３による熱交換器を設置しており、フィン管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、フィン管３を加熱するにつれて温度を低下させていく。替わりにフィン管３内を流れる給水は温度を上昇させていく。

【0018】

フィン管３による熱交換器を組み立てる際、熱交換器が縦長形状となる場合、つまりフィン管３の配置が列数より段数の方が大きくなる場合は、９０°回転させて寝かした状態で組み立てる。図１での熱交換器は、フィン管の列数より段数の方が多く、縦長形状になるため、横に寝かした状態で組み立てるものである。

【0019】

フィン管３による熱交換器の製造では、フィン管３を等間隔に配置するためのフィン管支え板１２を下段に並べる。このフィン管支え板１２は、フィンチュー３を支えるためのＶ字状や半円状などの溝を掘った２本１対の支持金具であって、溝は長手方向に一定間隔で配置している。使用するフィン管３の長さに対応する位置に２本のフィン管支え板１２を平行に置き、フィン管支え板の溝は上向きとしてこの溝にフィン管３の端部に近い素管部分をはめ込む。このとき、フィン管３の長さにあわせて２本のフィン管支え板１２の間隔を調節するものであるため、機種によるフィン管長さの違いに対応することができる。
そしてフィン管支え板１２の溝にはめ込むフィン管数を調節することでフィン管３の段数を増減することができる。

【0020】

フィン管支え板１２の溝に必要数のフィン管３を並べると、次にフィン管押さえ板１３を重ねる。フィン管押さえ板１３も、フィン管３を挟み込むための２本１対の支持具であるが、前記のフィン管支え板１２とは違って上下の面は平らとしている。フィン管支え板、フィン管、フィン管押さえ板を一組とし、その積み重ねる段数を調節することで、熱交換器のフィン管３の列数を増減することができる。

【0021】

フィン管押さえ板１３は、フィン管側となる表面の近くに横方向に貫通する穴をあけ、フィン管側の穴表面をふさぐブリッジ部１４を設けたものとしている。ブリッジ部１４は、フィン管支え板１２に設ける前記の溝と対応する位置に設ける。ブリッジ部を持ったすき間はフィン管押さえ板１３を貫通するスリットを設けるものであってもよいが、スリット加工は加工費が高額となるため、表面に溝を設けているフィン管押さえ板の基部と、基部の溝をブリッジするブリッジ用板を組み合わせたものとしてもよい。

【0022】

図４のフィン管押さえ板１３は表面に薄い溝を設けた基部にブリッジ用板１５を張り付けた構造としている。ブリッジ用板１５は皿ビスでフィン管押さえ板の基部に着脱可能な構成としておくと、長期間の使用によってブリッジ用板１５が変形した場合にはブリッジ用板１５を容易に取り替えることができる。

【0023】

ブリッジ用板１５によるブリッジ部は、フィン管３に接触してフィン管３を押さえつけるものであるため、ある程度の強度が必要であるが、フィン管３を強く押さえつけた場合にはフィン管３よりも先にブリッジ部が変形するものとする。ブリッジ用板１５の素材はフィン管３を構成する鋼板よりは薄い鋼板としておき、ブリッジ部の長さはフィン管３の径よりも大きくすることでブリッジ部は板バネの働きを持った弾力性のあるものとする。

【0024】

２本のフィン管押さえ板１３は、フィン管支え板１２に重ねるようにして、フィン管端部の上側に乗せ置き、さらにその上に２段目のフィン管支え板１２を乗せ置く。２段目のフィン管支え板１２にも１段目と同様にフィン管３をセットして、その上に２段目のフィン管押さえ板１３を乗せ置く。このフィン管３とフィン管支え板１２及びフィン管押さえ板１３による段は、熱交換器でのフィン管の列数分繰り返す。熱交換器でのフィン管の列数は機種毎に異なることがあるが、フィン管３を積み重ねる段数を調節することで多種類の熱交換器に対応することができる。実施例の図２及び図３では、４列のフィン管を１２段とする縦長な熱交換器を９０°回転させた状態で製造する場合のものであり、積み重ねたフィン管３とフィン管支え板１２及びフィン管押さえ板１３からなる溶接ワーク１６をクランプ装置１７に乗せ置いている。

【0025】

クランプ装置１７は、溶接ワーク１６を乗せ置いた場合に短辺となる端部両側に油圧のクランプ１８を設けている。クランプ装置１７でのクランプ１８は、溶接ワーク１６左右端部の上方から下方へ押さえ込むようにしており、クランプ装置１７のクランプ１８で溶接ワーク１６を固定する。

【0026】

この時、フィン管３の径にばらつきがある場合、径の大きなフィン管３ではフィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３の両方からしっかりと押さえつけられるが、径の小さなフィン管３ではフィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３の間ですき間ができることがある。すき間ができるとフィン管３は、フィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３の間で動き、位置がずれることになる。

【0027】

フィン管３の径にばらつきがある状態でブリッジ付きのすき間を持ったフィン管押さえ板１３によってフィン管３を強く押さえつけると、径の大きなフィン管３と接する部分ではブリッジ板の部分がより大きく湾曲し、そのことによってフィン管押さえ板１３はフィン管３により近づくため、径の小さなフィン管３もフィン管押さえ板１３によって押さえつけられ、径の違いを吸収することができる。そのため、径にばらつきのあるフィン管３であっても、治具はフィン管全体を固定することができる。このようにすることで、フィン管３のズレを起こすことが無く、フィン管３へのベンド管６の溶接時にズレ無く行うことができる。

【0028】

フィン管３の端部同士をＵ字ベンド管６によって連結のは、溶接ワーク１６によってフィン管３を固定して行う。溶接する際にはフィン管端部が上になっている方が作業し易いため、クランプ装置１７には回転機構を設けておき、溶接する側のフィン管端部が上側に来るように溶接ワーク１６ごと９０°回転させる。フィン管支え板１２はクランプ１８で固定しているものであるため、回転させてもフィン管３のピッチは固定されている。

【0029】

その後、フィン管端部にＵ字ベンド管６を順次溶接していく。一方の面でＵ字ベンド管６の溶接が終了すると、溶接ワーク１６を上下で回転して上下を入れ替え、反対側のフィン管端部でもＵ字ベンド管６を溶接する。

【0030】

溶接終了後、クランプを外して溶接ワーク１６を分解する。クランプ１８を上方に移動させてクランプ１８を開き、押さえ治具１６とフィン管押さえ板１３を取り外す。クランプ１８を外すと押さえつける力がなくなるため、ブリッジ用板１５は平らに戻り、フィン管押さえ板１３は上下面が平らであるため、横方向にスライドさせて抜き出すことができる。フィン管押さえ板１３を取り外すことでフィン管３やフィン管支え板１２も取り外すことができるようになり、フィン管支え板１２とフィン管押さえ板１３を取り外すことで図６に記載しているような熱交換器部分のみが残る。

【0031】

クランプ装置１７による溶接ワーク１６の固定は、板バネとしての作用を持つフィン管押さえ板１３で行っているため、クランプ１８による締め付けは矩形の溶接ワークでの短辺側２カ所で行うものであっても、長辺側の長い範囲で押さえつけることができる。そのため、セットするフィン管３の本数が少ない場合にも、治具が両端で押さえつけられることによって変形することを防止できる。

【0032】

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。

【符号の説明】

【0033】

１ ボイラ
２ 排ガス通路
３ フィン管
４ 仕切板
５ 熱吸収用フィン
６ 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 フィン管支え板
１３ フィン管押さえ板
１４ ブリッジ部
１５ ブリッジ用板
１６ 溶接ワーク
１７ クランプ装置
１８ クランプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】