(57)【要約】  水冷壁パネル溶接装置（１０）が提供される。装置は、入口組立体（１２）と、溶接組立体（１４）と、出口組立体（１６）と、加熱システム（１８、２０）とを備える。入口組立体（１２）は、複数の管を受けるためのものである。溶接組立体（１４）は、入口組立体（１２）から管を受けて、水冷壁パネル（２４）を形成するために、管を互いに溶接できるようにするものである。出口組立体（１６）は、溶接組立体（１４）から水冷壁パネル（２４）を受けるためのものである。加熱システム（１８、２０）は、管を加熱し、磁気誘導によって動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の管（２２）を受けるための入口組立体（１２）と、
前記入口組立体（１２）から前記管（２２）を受けて、水冷壁パネル（２４）を形成するために、前記管（２２）を互いに溶接できるようにするための溶接組立体（１４）と、
前記溶接組立体（１４）から前記水冷壁パネル（２４）を受けるための出口組立体（１６）と、
前記管（２２）を加熱するための加熱システム（１８、２０、３２）と
を備え、
前記加熱システム（１８、２０、３２）が磁気誘導によって動作する、
水冷壁パネル溶接装置（１０）。
【請求項２】
前記加熱システム（１８、２０、３２）が、前記管（２２）の形状に適合された、少なくとも１つの成形された誘導ヒータ（７０）を備える、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記管（２２）が、１つ以上のフィン（５０）を備え、前記フィン（５０）は、前記管（２２）が互いに隣接して長手方向に位置合わせされると１つ以上の谷部（５８）を画定し、
前記形状は前記谷部（５８）によって画定され、
前記成形された誘導ヒータ（７０）が、前記谷部（５８）と合致するように位置合わせされた１つ以上の隆起部（７２）を有する、
請求項２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
１つ以上の前記隆起部（７２）が、磁性合金セラミック材料からなる、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記加熱システム（１８、２０、３２）が、前記入口組立体（１２）に配置されて、前記管（２２）が前記水冷壁パネル（２４）を形成するために互いに溶接される前に、前記管（２２）を予熱する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記加熱システム（１８、２０、３２）が、前記出口組立体（１６）に配置されて、前記管（２２）の溶接後熱処理を行う、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記水冷壁パネル溶接装置（１０）が、１２トーチ、４トーチ、またはガントリー設計である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項８】
水冷壁パネル（２４）を形成するために、複数の管（２２）を互いに溶接する方法（８０）であって、
前記管（２２）を長手方向に位置合わせするステップ（８２）と、
前記水冷壁パネル（２４）を形成するために、前記管（２２）を互いに溶接するステップ（８４）と、
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱するステップ（８６、８８）と
を含む、方法（８０）。
【請求項９】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８６、８８）が、
成形された誘導ヒータ（７０）の１つ以上の隆起部（７２）を位置合わせすること（９０）を含み、その結果、前記各隆起部（７２）が、前記管（２２）の１つ以上のフィン（５０）によって画定された、対応する谷部（５８）と適合する、
請求項８に記載の方法（８０）。
【請求項１０】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８６）が、前記水冷壁パネル（２４）を形成するために前記管（２２）が互いに溶接される前に、前記管を予熱する、請求項８または９に記載の方法（８０）。
【請求項１１】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８８）が、前記管（２２）の溶接後熱処理を行う、請求項８または９に記載の方法（８０）。
【請求項１２】
前記管（２２）の溶接後熱処理を行うために、磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８８）が、溶接装置（１０）上で実行される、請求項１１に記載の方法（８０）。
【請求項１３】
前記方法（８０）が、前記管（２２）を冷却するステップ（９２）をさらに含む、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の方法（８０）。
【請求項１４】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８６、８８）が、
前記管（２２）に静磁場を長時間印加すること（９４）
を含む、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の方法（８０）。
【請求項１５】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８６、８８）が、
前記管（２２）に一連の磁気パルスを印加すること（９６）
を含む、請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の方法（８０）。
【請求項１６】
磁気誘導によって１本以上の前記管（２２）を加熱する前記ステップ（８６、８８）が、前記管（２２）の１つ以上の表面近くの領域を加熱する高周波、および前記管（２２）の１つ以上の深部領域を加熱する低周波のうちの少なくとも１つを含む、交流を使用することを含む、請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の方法（８０）。
【請求項１７】
水冷壁パネル（２４）の形成に用いる、複数の管（２２）の１つ以上のフィン（５０）を加熱する、成形された誘導ヒータ（７０）であって、
前記管（２２）の１つ以上の谷部（５８）と、１つ以上の山部（５６）とに合致するようにそれぞれ位置合わせされた、１つ以上の隆起部（７２）と、１つ以上のウェル（７４）とを備え、前記谷部（５８）は、前記フィン（５０）によって画定され、前記山部（５６）は、前記管（２２）の１つ以上の外径（４６）によって画定され、
前記水冷壁パネル（２４）を形成するために、前記管（２２）が前記フィン（５０）を介して互いに溶接され、前記成形された誘導ヒータ（７０）が、磁気誘導によって前記フィン（５０）を加熱する、
成形された誘導ヒータ（７０）。
【請求項１８】
前記隆起部（７２）が、磁性合金セラミック材料からなる、請求項１７に記載の成形された誘導ヒータ（７０）。
【請求項１９】
１つ以上の前記隆起部（７２）、および１つ以上の前記ウェル（７４）が、前記管（２２）の１つ以上の前記谷部（５８）、および１つ以上の前記山部（５６）とそれぞれ合致するように位置合わせされたときに、前記隆起部（７２）が、前記谷部（５８）の中に延伸する、請求項１７または１８に記載の成形された誘導ヒータ（７０）。
【請求項２０】
前記成形された誘導ヒータ（７０）が、前記管（２２）から前記水冷壁パネル（２４）を形成するために、前記フィン（５０）が互いに溶接される前の前記フィン（５０）の予熱、および前記フィン（５０）の溶接後熱処理のうちの少なくとも１つを行う、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の成形された誘導ヒータ（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に発電に関し、より具体的には、水冷壁パネルを溶接する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの発電プラントは、タービンの動力供給に蒸気発生装置を使用して、電力を生成している。このようなプラントは通常、燃焼室で燃料を燃焼させて生じた熱エネルギーを捕捉する、水冷壁を介して蒸気を生成するために、ボイラを使用する。そのようなものとして、多くの水冷壁は、金属管で形成され、本明細書では「水冷壁管」、および／または単に「管」とも呼ばれ、互いに溶接されてパネルを形成し、その後は、本明細書において「水冷壁パネル」、および／または単に「パネル」とも呼ばれ、燃焼室の内壁に並べられることが多い。蒸気発生動作中に、パネルの管は水で満たされて、燃料の燃焼によって放射された熱を捕捉／吸収して、捕捉した熱を水に伝達することによって、水冷壁が熱交換器として機能できるようにする。
【０００３】
多くの水冷壁パネルは、Ｔ−９１およびＴ−９２などの合金で製造され、これらは溶接プロセス中および／または溶接プロセス後に非常に割れやすく、したがってこのようなパネルの製作／製造は極めて困難になっている。特に、このような合金で作られた管の温度は、溶接プロセス中は厳密に制御しなければならないことが多い。したがって、多くの水冷壁の管は、溶接される前に予熱されて、管を互いに保持する溶接部を焼き戻すために、通常、溶接後熱処理（「ＰＷＨＴ」）と呼ばれるプロセスにおいて、溶接後に熱処理される
現在、多くの水冷壁製造プロセスで、電気抵抗ヒータなどの接触ヒータ、および／またはガストーチなどの火炎によるヒータで、水冷壁管を予熱し、焼成オーブンによってＰＷＨＴを行っている。しかしながら接触ヒータは、表面から内側に向かって金属管を加熱する。したがって、このようなヒータは、不均一に水冷壁管を加熱し、かつ／または管の内部温度を必要とされる溶接温度まで上昇させるのに長時間かかることが多い。また、ほとんどの水冷壁製造プロセスにおいて、ＰＷＨＴを完了させるためには、溶接されたばかりの水冷壁パネルを焼成オーブンに送らなければならない。しかしながらパネルを焼成オーブンに送るには、ＰＷＨＴの前にパネルを処理することが本質的に必要となり、例えば、多くの水冷壁製造プロセスで、溶接されたばかりの水冷壁パネルを焼き戻す前に焼成オーブンに運ぶ／移送することが必要になり、これは通常、まだ焼き戻ししていない溶接部が割れないように、注意深く、かつ慎重に行われる。したがって、多くの水冷壁製造プロセスにおいて、パネルを焼成オーブンに送る動作は、ゆっくりと時間をかけて行われることが多い。また、多くの水冷壁パネル製造プロセスで、パネルを数回に分けてオーブンで焼成することが必要になり、これによって製作／サイクル生産の平均時間が遅くなり、すなわち１枚のパネルの製造／製作に要する平均時間に遅延が生じる。
【０００４】
したがって、水冷壁パネルを溶接する装置、および方法を改善して、ＰＷＨＴにかける前のパネルの取扱量、および／または水冷壁パネルのサイクル生産時間を削減することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８７１３７９４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態において、水冷壁パネル溶接装置が提供される。装置は、入口組立体と、溶接組立体と、出口組立体と、加熱システムとを備える。入口組立体は、複数の管を受けるためのものである。溶接組立体は、入口組立体から管を受けて、水冷壁パネルを形成するために、管を互いに溶接できるようにするものである。出口組立体は、溶接組立体から水冷壁パネルを受けるためのものである。加熱システムは、管を加熱し、磁気誘導によって動作する。
【０００７】
別の実施形態では、水冷壁パネルを形成するために、複数の管を互いに溶接する方法を提供する。本方法は、管を長手方向に位置合わせするステップと、水冷壁パネルを形成するために、管を互いに溶接するステップと、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、水冷壁パネルの形成に用いられる複数の管の１つ以上のフィンを加熱するための、成形された誘導ヒータを提供する。成形された誘導ヒータは、管の１つ以上の谷部、および１つ以上の山部とそれぞれ合致するように位置合わせされる、１つ以上の隆起部と、１つ以上のウェルとを備える。谷部は、フィンによって画定され、山部は、管の１つ以上の外径によって画定される。管は、水冷壁パネルを形成するために、フィンを介して互いに溶接され、成形された誘導ヒータが、磁気誘導によってフィンを加熱する。
【０００９】
本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による、加熱システムを備える水冷壁パネル溶接装置の斜視図である。
【図２】図１の水冷壁パネル溶接装置、および加熱システムの上面図である。
【図３】本発明の実施形態による、図１の加熱システム、および水冷壁パネルの図である。
【図４】本発明の実施形態による、図１の加熱システムの成形された誘導ヒータの図である。
【図５】図４の成形された誘導ヒータの、別の図である。
【図６】本発明の実施形態による、図４の成形された誘導ヒータを介して、水冷壁パネル内に誘導された磁束の図である。
【図７】本発明の実施形態による、図４の成形された誘導ヒータで加熱されることによって生じる、水冷壁パネルの管、および管のフィンの経時的な温度変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態による、図１の加熱システムを使用して水冷壁パネルを形成するために、複数の管を互いに溶接する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照しており、それらの例を添付図面に例示している。可能である場合には、図面全体を通して用いる同一の参照文字によって、説明を繰り返さずに同一または同様の部品を参照している。
【００１２】
本明細書において、用語「実質的に」、「略」および「約」は、構成要素または組立体の機能的目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、無理なく実現できる製造および組立公差内の条件を示している。本明細書で用いる「電気的に結合された」、「電気的に接続された」、および「電気的な通信」とは、電流が一方からもう一方へ流れられるように、参照される要素が、直接的に、または間接的に接続されることを意味する。接続には、直接的な導電性の接続、すなわち容量性素子、誘導性素子または能動素子が介在しない接続、誘導接続、容量接続、および／または他の任意の適切な電気的接続が含まれてもよい。介在する構成部品が存在してもよい。これも本明細書で用いられる、「上流」および「下流」という用語は、組立ライン／コンベヤシステムを通って移動する物体が、要素および／または段に出会う順序を規定する方向に対する、要素、および／または段、組立ライン／コンベヤシステムの位置および／または順序を示す。
【００１３】
また、本明細書で用いられる「満たす」という用語は、収容対象物を充填物で完全に満たすこと、および部分的に満たすことの両方を含む。これも本明細書で用いられる「加熱接触」という用語は、参照される物体が、これらの物体間で熱エネルギーを伝達できるように、互いに近接していることを意味する。また、「リアルタイム」という用語は、十分に即時性があると使用者が感じる、またはプロセッサが外部プロセスに追いつくことが可能な、処理の応答性の水準を意味する。
【００１４】
また、本明細書で開示される実施形態は、蒸気発生装置およびボイラに関して説明しているが、本発明の実施形態は、金属管、および／または他の物体を予熱する必要がある、かつ／あるいは互いに溶接された結果、焼き戻しなどのＰＷＨＴのプロセスを経る必要がある、任意の装置、および／またはプロセスにも等しく適用できることを理解されたい。
【００１５】
したがって、図１および図２を参照すると、水冷壁パネル溶接装置１０は、本発明の実施形態によれば、入口組立体１２と、溶接組立体１４と、出口組立体１６と、予熱段１８、およびＰＷＨＴ段２０を含み得る加熱システム１８、２０とを備える。入口組立体１２は、複数の管２２を受けるように構成される。溶接組立体１４は、入口組立体１２から管２２を受けるように構成され、さらに水冷壁パネル２４を形成するために、管２２を互いに溶接できるように構成される。水冷壁パネル２４は、溶接された構成部品で作られた、高合金パネル、低合金パネル、および／または他の適切なパネル／構造であってもよい。出口組立体１６は、溶接組立体１４から水冷壁パネル２４を受けるように構成される。加熱システム１８、２０は、磁気誘導によって動作／予熱することが理解されよう。
【００１６】
図１および図２にさらに示すように、水冷壁パネル溶接装置１０は、入口組立体１２と、溶接組立体１４と、出口組立体１６とによって形成された、コンベヤ／組立ラインシステムを実装してもよく、これは、入口組立体１２から出口組立体１６に向かう方向に、（概して矢印２６で表す）流れ経路を有する。言い換えれば、複数の実施形態において、入口組立体１２は、溶接組立体１４の上流にあり、出口組立体１６は、溶接組立体１４の下流にある。
【００１７】
水冷壁溶接装置１０は、１２トーチ、４トーチ、またはガントリー設計であってもよい。本明細書で用いられる「１２トーチ設計」という用語は、溶接組立体１４が、個別の管２２を結合するために、複数の部位を同時に溶接する能力を付与する、水冷壁パネル溶接装置の設計を指し、すなわちまだ既存のパネル２４またはサブパネルの一部を形成していない管２２で、１枚のパネル２４を製造する、例えば、溶接装置は、１枚のパネル２４、および／またはサブパネルを形成するために、１２箇所の溶接部位を介して１３本の管を溶接でき、「４トーチ設計」は、複数のサブパネルを溶接して大きいパネル２４にする能力を付与する、水冷壁パネル溶接装置の設計を指し、「ガントリー設計」という用語は、コンベヤ／組立ライン２６に沿って移動するのとは対照的に、ガントリーが管２２の上を移動する一方で、溶接中に管２２が静止している、水冷壁パネル溶接装置の設計を指す。溶接装置１０がガントリー設計の実施形態では、加熱システム１８、２０は、静止した管２２に対してガントリーと共に移動するように、ガントリー上に配置されてもよいことが理解されよう。また、溶接装置１０の実施形態は、１２トーチ、４トーチ、ガントリー、および／または他の一般的に用いられる水冷壁パネル溶接装置設計の様々な特徴を組み合わせてもよい。
【００１８】
入口組立体１２は、流れ経路／組立ライン２６の始点／出発点を形成してもよい。このようなものとして、入口組立体１２は、溶接組立体１４内で溶接される前に、管２２を長手方向に、パネル２４の形状に位置合わせできるように、１つ以上の支持構造２８によって支持される１つ以上のローラ３０を備えてもよい。複数の実施形態において、加熱システム１８の構成部品は、溶接組立体１４内で溶接される前に管２２を予熱するように、入口組立体１２上／入口組立体１２内に配置されてもよい。
【００１９】
溶接組立体１４は、パネル２４を形成するための管２２の溶接を容易にするのに必要な支持、環境、および／または他の装置を提供する。溶接組立体１４もまた、管２２を入口組立体１２から溶接組立体１４に挿入できるように、支持構造およびローラ（図示せず）を備えてもよい。
【００２０】
出口組立体１６は、溶接されたばかりのパネル２４を溶接組立体１４から出せるように、入口組立体１２と同様に、支持構造２８およびローラ３０を備えてもよい。複数の実施形態において、加熱システム２０の構成部品は、管にＰＷＨＴを行うために、出口組立体１６上／出口組立体１６内に配置されてもよい。
【００２１】
入口組立体１２、溶接組立体１４、および出口組立体１６の実施形態は、支持構造２８とローラ３０とを使用するものとして本明細書では説明されるが、入口組立体１２、溶接組立体１４、および／または出口組立体１６は、管２２の流れ経路／組立ライン２６に沿った移動を容易にすることが可能な他の構造を使用してもよいことを理解されたい。
【００２２】
次に図３を参照すると、図１および図２の予熱段１８、および／またはＰＷＨＴ段２０を表す加熱システム３２が、複数の管２２との関連で示されている。複数の実施形態において、加熱システム３２は、加熱用誘導子３４と、電源３６と、コントローラ３８と、１つ以上のセンサ３９とを備え、磁気誘導によって管２２を加熱するように構成されてもよい。
【００２３】
電源３６は、電流を供給するために、加熱用誘導子３４と電気的に接続されてもよく、これは複数の実施形態において、加熱用誘導子３４を通過して磁場を生成する交流（「ＡＣ」）であってもよい。
【００２４】
コントローラ３８は、溶接アプリケーションを記憶し得る、少なくとも１つのプロセッサ４０と、メモリ装置４２を含んでもよい。コントローラ３８は、電源３６、および１つ以上の電力調節装置（図示せず）と電気的に接続されてもよく、その結果、コントローラ３８は、加熱用誘導子３４を通る電流の流れを制御／操作することによって、加熱用誘導子３４で生成された磁場を操作／制御することができる。複数の実施形態において、コントローラ３８は、加熱用誘導子３４に供給された電力（電流）をアナログ的に調整してもよい。したがって、コントローラ３８のいくつかの実施形態は、管２２内で特定の温度プロファイルを維持するだけの電力を加熱用誘導子３４に過不足なく供給することが理解されよう。
【００２５】
１つ以上の温度センサ３９は、コントローラ３８と電気的に接続されて、リアルタイム、および／または略リアルタイムの制御／フィードバックループを形成するために、管２２の温度を感知／検知するように構成されてもよい。温度センサ３９は、赤外線（「ＩＲ」）カメラ、レーザー、熱電対、および／または他の種類の温度感知装置などの光学センサの形態をとってもよいことは理解されよう。
【００２６】
図３にさらに示すように、管２２はそれぞれ、長手方向中心軸線４４と、外径４６と、内径４８とを有してもよい。１つ以上のフィン５０が、外側接合部５２、および内側接合部５４で外径４６に取り付けられてもよい。複数の実施形態において、管２２は、パネル２４を形成するために、フィン５０を介して互いに溶接されてもよいことが理解されよう。管２２は円形で示されているが、管２２は、正方形、三角形、および／またはパネル２４などの大きい物体を形成するために互いに溶接できる他の形状などの、他の形態を取ってもよいことを理解されたい。
【００２７】
互いに溶接される前に、管２２は、長手方向に位置合わせされてもよく、すなわち長手方向中心軸線４４が位置合わせされ、その結果、管２２は、実際に溶接される前にパネル２４の形状を形成する。このようにして、管２２が長手方向に位置合わせされると、フィン５０および外径４６が、溶接前のパネル２４の第１の側６０、および第２の側６２の両方で、山部５６と谷部５８とをそれぞれ画定／形成する。管２２／パネル２４の第１の側６０と、第２の側６２とは、対称になるものとして図３に示されているが、他の実施形態では、第１の側６０と第２の側６２とは、非対称であってもよいことは理解されよう。
【００２８】
加熱用誘導子３４は、管２２内に電流を誘導するために、管２２に磁場を印加するように構成される。複数の実施形態において、加熱用誘導子３４は、図３に示すような真っ直ぐな棒状の誘導子、または図１に示すような、入口組立体１２、および／または出口組立体１６に巻き付けたコイル誘導子であってもよい。したがって、加熱用誘導子３４は、１つ以上のギャップ６４および６６を画定するように、管２２の外径４６／山部５６、およびフィン５０／谷部５８から離間されてもよい。本明細書で用いられるように、加熱用誘導子３４と山部５６との間のギャップ６４は、ここでは「管ギャップ」と呼ばれ、加熱用誘導子３４と谷部５８との間のギャップ６６は、ここでは「エアギャップ」と呼ばれる。複数の実施形態において、管ギャップ６４は０．２５〜１．５インチ、エアギャップ６６は０．２５〜１インチである。
【００２９】
磁気誘導は、印加された磁場から生じた電流を常磁性体内に生成／誘導することによって、常磁性体の非接触加熱を提供することが理解されよう。したがって、加熱用誘導子３４によって生成された磁場が管２２内に渦電流を誘導し、これにより、次に管２２が表面下加熱される。表面下加熱（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ  ｈｅａｔｉｎｇ）は、管２２から逃げる熱が少ないため、ガストーチなどの表面接触加熱よりも効率的であることは理解されよう。
【００３０】
加熱用誘導子３４によって印加された磁場から生じる、管２２内の加熱部位の深さ、および／または強度は、加熱用誘導子３４を通過する電流の周波数を変動させることによって、変化させることができる。例えば、複数の実施形態において、表面／外径４６に近い管２２内の領域を加熱するために５０ｋＨｚなどの高周波を使用し、かつ／あるいは管２２内の深い領域、例えば、表面／外径４６から最大３ｍｍ（１／８インチ）の領域を加熱するために、６０ｋＨｚなどの低周波を使用してもよい。また、加熱用誘導子３４は管２２に、５秒などの長時間にわたって静磁場を印加する、かつ／または一連の磁気パルスを印加してもよく、例えば、１０秒の時間にわたって一連の磁気パルスを印加し、各パルスが１秒の持続時間を有し、後続のパルスは、１秒未満の間隔を空けられる。しかしながら、時間、各パルスの持続時間、および後続パルスとの間隔は、複数の実施形態において、所望の温度プロファイルを達成するために変化させてもよいことは理解されよう。したがって、複数の実施形態において、加熱用誘導子３４は、予熱段１８で使用されるときは、３０２°Ｆ（１５０℃）〜４００°Ｆ（２００℃）、かつ／あるいはＰＷＨＴ段２０で使用されるときは、１，２９２°Ｆ（７００℃）〜１，４４５°Ｆ（７８５℃）の、これらの値を含む最大温度まで管２２を加熱してもよい。
【００３１】
加熱用誘導子３４によって印加された磁場から生じる、管２２内の加熱部位の深さ、および／または強度は、管ギャップ６４、および／またはエアギャップ６６を変動させることによっても変化させることができる。例えば、複数の実施形態において、ギャップ６４、６６が大きくなるほど、または小さくなるほど、それぞれ、管２２と加熱用誘導子３４との間の磁気結合が弱くなる、または強くなり、かつ管２２内で生成される熱が少なくなる、または多くなる。
【００３２】
これにしたがって、かつ図４および図５に示すように、磁気誘導によって管２２内で生成される熱の均一性、効率性、制御性、および／または精度を向上させるために、複数の実施形態において、加熱用誘導子（図３の符号３４）は、成形された誘導ヒータ（図４および図５の符号７０）としてもよい。このような実施形態では、真っ直ぐな棒状の誘導子に比べて管ギャップ６４および／またはエアギャップ６６が小さくなるように、成形された誘導ヒータ７０は、管２２の形状に適合する。例えば、成形された誘導ヒータ７０は、１つ以上の隆起部７２と、１つ以上のウェル７４とを備えてもよい。図４に最もよく示されているように、複数の実施形態において、ウェル７４は、正方形、円形その他の形状の輪郭を有してもよく、最大弦７６、すなわち隆起部７２から次の隆起部７２までウェル７４の輪郭を横切る最長弦、および／または半径７８をさらに有してもよい。
【００３３】
図４および図５にさらに示すように、複数の実施形態において、隆起部７２、および／またはウェル７４は、谷部５８、および／または山部５６と合致するように位置合わせして配置されてもよい。本明細書で用いられる「合致するように位置合わせする」、「合致するように位置合わせされた」、および「整合」という用語は、隆起部７２とウェル７４とが、図４に破線７９で示されているように、それぞれ谷部５８、および／または山部５６の略上方に配置されていることを指し、その結果、成形された誘導ヒータ７０によって形成された輪郭は、図５に示すように、管２２の上方／周囲に適合する。複数の実施形態において、隆起部７２は、谷部５８の中へ侵入／延伸するように構成されてもよく、例えば、隆起部７２の先端が、山部５６の先端の下方にくることが理解されよう。管２２と、成形された磁気誘導子７０との間の磁気結合を強めるために、隆起部は、磁性合金セラミック材料を含んでもよく、および／または磁性合金セラミック材料で形成されてもよい。
【００３４】
複数の実施形態において、隆起部７２、および／またはウェル７４は、隆起部７２、および／またはウェル７４の間隔が、様々なサイズ、および／または様々な間隔、すなわち後続の山部５６と谷部５８との間隔が様々な、管２２に適合するように機械的に操作されてもよいことも理解されよう。例えば、複数の実施形態において、隆起部７２および／またはウェル７４は、最大弦７６および／または半径７８を変化させるように、機械的に操作／調整されてもよい。
【００３５】
ここで図６および図７を参照すると、成形された誘導ヒータ７０によって管２２／水冷壁パネル２４内に導入される磁束と、その結果生じる管２２内の温度とが、フィン５０の温度を含めて示されている。特に、図６は、成形された誘導ヒータ７０によって生成された磁束から生じた、管２２とフィン５０との温度の割合として表された、温度勾配を示す。成形されていない誘導ヒータなどの真っ直ぐな棒状の誘導子は、通常は均一／平坦な磁場を生成して、管２２の加熱が不均一になる、すなわち管２２の山部５６が、谷部５８／フィン５０よりも大きい強度で加熱されることは理解されよう。しかしながら、図６および図７に示すように、成形された誘導ヒータ７０は、成形された磁場（図６）を生成し、これはその後、（図７に示すように、例えば、内径４８と外径４６との間の領域で、谷部５８の温度などの「フィン温度」が、管２２の温度などの「管温度」に追随して接近することによって）管２２をより均一に加熱する結果となる。したがって、図７に見られるように、複数の実施形態において、成形された誘導ヒータ７０は、真っ直ぐな棒状の誘導子に比べて、山部５６と、谷部５８との間の加熱強度の相違を小さくする。言い換えれば、成形された誘導ヒータ７０の実施形態は、管２２とフィン５０とによって画定された形状を有する、パネル２４などの物体に電磁束を集中させ、その結果、導入された磁束／磁場の形状が、加熱される物体の形状によりよく適合する。
【００３６】
次に図８を参照すると、装置１０を使用して、水冷壁パネル２４を形成するために、複数の管２２を互いに溶接する方法８０が示されている。複数の実施形態において、メモリ装置４２に記憶された溶接アプリケーションが、少なくとも１つのプロセッサ／ＣＰＵ４０に読み込まれてもよく、その結果、コントローラ３８が、加熱アプリケーションによって、方法８０の全て、または一部を実行するようにさらに適合／構成されることを理解されたい。図８に示すように、方法８０は、管２２を長手方向に位置合わせするステップ８２と、水冷壁パネル２４を形成するために、管２２を互いに溶接するステップ８４と、磁気誘導によって管２２を加熱するステップ８６および／または８８とを含む。複数の実施形態において、管を溶接するステップ８４は、組立ライン／コンベヤ２６の速度と同期されてもよい。
【００３７】
複数の実施形態において、磁気誘導によって管２２を加熱するステップ８６／８８は、水冷壁パネル２４を形成するために管２２が互いに溶接される前に、管２２を予熱するステップ８６、および／または管２２にＰＷＨＴを行うステップ８８であってもよいことは理解されよう。複数の実施形態において、管を加熱するステップ８６／８８は、それぞれ隆起部７２、および／またはウェル７４を対応する谷部５８、および／または山部５６と位置合わせすること９０を含んでもよい。
【００３８】
複数の実施形態において、方法８６は、ＰＷＨＴを行うステップ８８の前に、管２２を冷却するステップ９２をさらに含んでもよい。例えば、溶接装置１０は、ＰＷＨＴを行うステップ８８を経る前に、マルテンサイト変態終了温度まで管２２を冷却するように構成された、ファン、送風機、および／または他の適切な冷却装置などの、１つ以上の冷却装置を含んでもよい。
【００３９】
図８にさらに示すように、磁気誘導によって管２２を加熱するステップ８６／８８は、管２２に長時間静磁場を印加すること９４、および／または管２２に一連の磁気パルスを印加すること９６を含んでもよい。
【００４０】
装置１０は、本明細書で説明する機能を実行するために、かつ／あるいは本明細書で説明する結果を達成するために、必要な電子機器、ソフトウェア、メモリ、記憶装置、データベース、ファームウェア、論理／状態マシン、マイクロプロセッサ、通信リンク、表示装置その他の視覚的または聴覚的ユーザインターフェース、印刷装置、その他任意の入力／出力インターフェースを含んでもよいことをさらに理解されたい。例えば、前述したように、装置１０は、少なくとも１つのプロセッサ４０と、システムメモリ４２とを備えてもよく、これらは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。装置１０は、入力／出力コントローラと、１つ以上のデータ記憶構造とをさらに備えてもよい。これらの要素は全て、上述したように装置１０の動作を容易にするために、少なくとも１つのプロセッサ４０と通信してもよい。本明細書で開示した装置１０、および方法８０に関して前述したものを含む、多くの機能を実行するために、適切なコンピュータプログラムコードが提供されてもよい。コンピュータプログラムコードは、装置１０が、センサ、動画表示装置、キーボード、コンピュータマウスなどのコンピュータ周辺機器と相互作用できるようにする、オペレーティングシステム、データベース管理システム、および「デバイスドライバ」などのプログラム要素を含んでもよい。
【００４１】
装置１０の少なくとも１つのプロセッサ４０は、１つ以上の従来のマイクロプロセッサと、数値演算コプロセッサなどの、１つ以上の補助的なコプロセッサとを含んでもよい。互いに通信している素子は、互いに信号を発し続けたり、送信し続けたりする必要はない。それよりもむしろこのような素子は、必要に応じて互いに送信を行ってもよく、所定の時間にデータを交換しなくてもよく、かつこれらの間に通信リンクを確立するために、実行すべきいくつかのステップが発生してもよい。
【００４２】
本明細書で述べるメモリなどのデータ記憶構造は、磁気、光学、および／または半導体メモリの適切な組み合わせを含んでもよく、かつ例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュドライブ、コンパクトディスク、および／あるいはハードディスクまたはハードドライブなどの光学ディスクを含んでもよい。データ記憶構造は、例えば、装置１０が必要とする情報、および／または１つ以上のプログラム、例えば、メモリ装置４２に記憶された溶接アプリケーションなどのコンピュータプログラムコード、および／または装置１０に命令するように適合された、他のコンピュータプログラム製品を記憶してもよい。プログラムは、例えば、圧縮された、未コンパイルの、および／または暗号化された形式で記憶されてもよく、コンピュータプログラムコードを含んでもよい。コンピュータプログラムコードの命令は、コンピュータ可読媒体から、プロセッサのメインメモリに読み込まれてもよい。プログラムの一連の命令を実行すると、プロセッサが本明細書で説明したプロセスのステップを実行するが、本発明のプロセスを実施するソフトウェア命令の代わりに、またはこれと組み合わせて、ハードワイヤード回路が使用されてもよい。したがって、本発明の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。
【００４３】
また、プログラムは、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＡＬ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ａｒｒａｙ  ｌｏｇｉｃ）、ＰＬＤ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）などのプログラム可能ハードウェア装置で実施されてもよい。プログラムは、各種のコンピュータプロセッサによって実行される、ソフトウェアで実施されてもよい。実行可能コードのプログラムは、例えば、コンピュータ命令の１つ以上の物理ブロック、または論理ブロックを含んでもよく、これは例えば、オブジェクト、プロシージャ、プロセス、または関数として編成されてもよい。そうではあっても、識別されたプログラムの実行可能コードは物理的に一緒に配置されずに、別の場所に記憶された別の命令を含んでもよく、これらは論理的に互いに結合するとプログラムを形成し、複数のランダムな操作を実行することによるプライバシー保護などの、プログラムに定められた目的を達成する。一実施形態において、実行可能コードの用途は、多くの命令をコンパイルすることであってもよく、異なるプログラムの中で、かついくつかの装置にわたって、いくつかの異なるコードパーティション、またはコードセグメントに分布していてもよい。
【００４４】
本明細書で用いる「コンピュータ可読媒体」という用語は、装置１０の少なくとも１つのプロセッサ４０（または本明細書で説明する装置の他の任意のプロセッサ）に、実行するための命令を出す、または命令を出すことに関与する、任意の媒体を指す。このような媒体は、多くの形態をとってもよく、これに限定されないが、不揮発性媒体、および揮発性媒体を含む。不揮発性媒体には、例えば、メモリなどの光学、磁気、または光磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）が含まれ、これが通常、メインメモリを構成する。コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、他の任意の光学媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが読み出すことのできる他の任意の媒体が含まれる。
【００４５】
様々な形態のコンピュータ可読媒体は、実行するために、少なくとも１つのプロセッサに対して、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを伝送することに関わってもよい。例えば、命令は最初に、遠隔コンピュータ（図示せず）の磁気ディスクで生じてもよい。遠隔コンピュータは、その動的メモリの中に命令を読み込んで、イーサネット（登録商標）接続、ケーブル線、またはモデムを使用する電話線経由で、命令を送信することができる。サーバなどコンピュータ装置固有の通信装置は、各通信線でデータを受信して、少なくとも１つのプロセッサ用に、システムバスにデータを配置することができる。システムバスは、メインメモリにデータを伝送し、少なくとも１つのプロセッサが、そこから命令を読み出して実行する。メインメモリが受信した命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行される前、あるいは実行された後に、任意にメモリに記憶されてもよい。また、命令は、電気信号、電磁信号、または光学信号として、通信ポートを介して受信されてもよく、これらは様々な種類の情報を伝送する無線通信、またはデータ列の例示的な形態である。
【００４６】
上記の説明が制限ではなく例示を意図していることをさらに理解されたい。例えば、上で説明した実施形態（および／またはそれらの態様）を互いに組み合わせて用いてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、それらの教示に特定の状況または材料を適応させる多くの修正を施してもよい。
【００４７】
例えば、一実施形態では、水冷壁パネル溶接装置が提供される。装置は、入口組立体と、溶接組立体と、出口組立体と、加熱システムとを備える。入口組立体は、複数の管を受けるためのものである。溶接組立体は、入口組立体から管を受けて、水冷壁パネルを形成するために、管を互いに溶接できるようにするものである。出口組立体は、溶接組立体から水冷壁パネルを受けるためのものである。加熱システムは、管を加熱し、磁気誘導によって動作する。いくつかの実施形態では、加熱システムは、管の形状に適合された、少なくとも１つの成形された誘導ヒータを備える。いくつかの実施形態では、管は、１つ以上のフィンを備え、フィンは、管が互いに隣接して長手方向に位置合わせされると１つ以上の谷部を画定し、形状は谷部によって画定され、成形された誘導ヒータは、谷部と合致するように位置合わせされた１つ以上の隆起部を有する。いくつかの実施形態では、１つ以上の隆起部は、磁性合金セラミック材料からなる。いくつかの実施形態では、加熱システムは、入口組立体に配置されて、管が水冷壁パネルを形成するために互いに溶接される前に、管を予熱する。いくつかの実施形態では、加熱システムは出口組立体に配置され、管に溶接後熱処理を行う。いくつかの実施形態では、水冷壁パネル溶接装置は、１２トーチ、４トーチ、またはガントリー設計である。
【００４８】
他の実施形態は、水冷壁パネルを形成するために、複数の管を互いに溶接する方法を提供する。本方法は、管を長手方向に位置合わせするステップと、水冷壁パネルを形成するために、管を互いに溶接するステップと、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップとを含む。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、成形された誘導ヒータの１つ以上の隆起部を位置合わせすることを含み、その結果、各隆起部は、管の１つ以上のフィンによって画定された、対応する谷部と適合する。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、水冷壁パネルを形成するために管が互いに溶接される前に、管を予熱する。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、管の溶接後熱処理を行う。いくつかの実施形態では、管の溶接後熱処理を行うために、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、溶接装置上で実行される。いくつかの実施形態では、本方法は、管を冷却するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、管に静磁場を長時間印加することを含む。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、管に一連の磁気パルスを印加することを含む。いくつかの実施形態では、磁気誘導によって１本以上の管を加熱するステップは、管の１つ以上の表面近くの領域を加熱する高周波、および管の１つ以上の深部領域を加熱する低周波のうちの少なくとも１つを含む、交流を使用することを含む。
【００４９】
さらに他の実施形態は、水冷壁の形成に用いられる複数の管の１つ以上のフィンを加熱するための、成形された誘導ヒータを提供する。成形された誘導ヒータは、管の１つ以上の谷部、および１つ以上の山部とそれぞれ合致するように位置合わせされる、１つ以上の隆起部と、１つ以上のウェルとを備える。谷部は、フィンによって画定され、山部は、管の１つ以上の外径によって画定される。管は、水冷壁パネルを形成するために、フィンを介して互いに溶接され、成形された誘導ヒータが、磁気誘導によってフィンを加熱する。いくつかの実施形態では、隆起部は、磁性合金セラミック材料からなる。いくつかの実施形態では、１つ以上の隆起部、および１つ以上のウェルが、管の１つ以上の谷部、および１つ以上の山部と合致するようにそれぞれ位置合わせされたときに、隆起部が谷部の中に延伸する。いくつかの実施形態では、成形された誘導ヒータは、管から水冷壁パネルを形成するためにフィンが互いに溶接される前のフィンの予熱、およびフィンの溶接後熱処理のうちの少なくとも１つを行う。
【００５０】
したがって、加熱に磁気誘導を用いることによって、本発明のいくつかの実施形態は、水冷壁パネルの管を内部から、すなわち内側から外側に向けて加熱し、これは外部から、すなわち外側から内側に向けて加熱する抵抗ヒータ、および／またはガストーチなどの表面接触ヒータとは逆であることを理解されたい。したがって本発明のいくつかの実施形態は、管および／または他の類似した形状の構成部品をより均一に加熱する。さらに、内側から外側へ加熱することにより、いくつかの実施形態は、出口組立体において溶接されたばかりの水冷壁パネルにＰＷＨＴを行う能力を付与し、したがってパネルを焼成オーブンに送る必要がなくなる。したがって、このような実施形態によって取扱量が減少し、水冷壁パネルが割れる危険性が少なくなるだけでなく、個別の水冷壁パネルの生産サイクル時間が減少する。さらに、いくつかの実施形態の誘導ヒータに給電するのに必要な配線が、ガストーチなどの他の種類のヒータに必要な配管および管路よりも著しく少なくなる。
【００５１】
また、いくつかの実施形態では、電源は、９２％効率的になり、加熱用誘導子は、８０％以上効率的になり得る。したがって、いくつかの実施形態では、２５ｋＷの電力を作り出すのに、４０アンペア線しか必要としない場合がある。
【００５２】
さらに、いくつかの実施形態では、加熱用誘導子自体が過度に加熱されることはない。したがって、このような実施形態により、従来の接触ヒータよりも動作時の安全性が向上し、このような接触ヒータの原子が溶接された材料に接着することによって生じる、溶接された構成部品の汚染を回避し、かつ／あるいは断熱ブランケット、および／または他の材料が蒸発したために生成される、塵の量を低減し得る。
【００５３】
さらに、いくつかの実施形態の誘導ヒータは、従来の接触ヒータよりも、管を４倍速く加熱することができ、したがって個々のパネルのサイクル生産時間がさらに減少する。
【００５４】
本明細書で説明した材料の寸法および種類は、本発明のパラメータを規定することを意図しており、決して限定ではなく、単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討することにより当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与える十分な均等物の範囲と共に決定されるべきである。添付の請求項において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」を用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」それぞれの平易な英語の同義語として用いている。また、以下の請求項では、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」等は、単なる目印として用いられており、それらの対象に数値的または位置的な要件を課すことを意図してはいない。さらに、以下の請求項の限定事項は、そのような請求項の限定事項が「…のための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という語句の後にさらなる構造への言及を欠く機能の記述が続いて明示的に使用していない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではなく、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づく解釈を意図していない。
【００５５】
本明細書では、本発明のいくつかの実施形態を、ベストモードを含めて開示するために、ならびに、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、および組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明の実施形態を実践することも可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることを意図されている。
【００５６】
本明細書で使用する場合、単数形の表現は、これに関する要素またはステップが複数であることを除外することが明示的に記載されている場合を除き、要素またはステップが複数であることを除外するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴を組み込む、さらなる実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。さらに、そうではないと明示的に述べられない限り、特定の特性を有する１以上の要素を「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有さない、そのような追加の要素を含んでもよい。
【００５７】
本明細書に込められた本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、上で説明した発明にいくらかの変更を施し得るので、上記の説明の主題または添付図面に示す主題の全ては、本明細書における本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するものとみなされるべきではないことを意図している。
【符号の説明】
【００５８】
１０  水冷壁パネル溶接装置
１２  入口組立体
１４  溶接組立体
１６  出口組立体
１８  予熱段、加熱システム
２０  ＰＷＨＴ段、加熱システム
２２  管
２４  水冷壁パネル
２６  コンベヤ／組み立てライン、流れ経路
２８  支持構造
３０  ローラ
３２  加熱システム
３４  加熱用誘導子
３６  電源
３８  コントローラ
３９  温度センサ
４０  プロセッサ／ＣＰＵ
４２  メモリ装置、システムメモリ
４４  長手方向中心軸線
４６  外径
４８  内径
５０  フィン
５２  外側接合部
５４  内側接合部
５６  山部
５８  谷部
６０  第１の側
６２  第２の側
６４  管ギャップ
６６  エアギャップ
７０  成形された誘導ヒータ、成形された磁気誘導子
７２  隆起部
７４  ウェル
７６  最大弦
７８  半径
７９  破線
８０  方法
【図１】
2019534161.tif 000003
【図２】
2019534161.tif 000004
【図３】
2019534161.tif 000005
【図４】
2019534161.tif 000006
【図５】
2019534161.tif 000007
【図６】
2019534161.tif 000008
【図７】
2019534161.tif 000009
【図８】
2019534161.tif 000010
【国際調査報告】
2019534161.tif 000011
2019534161.tif 000012