專利名稱：熱等靜壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過熱等靜壓處理物品的裝置以及涉及通過熱等靜壓對物品進 行處理。
背景技術(shù)：
熱等靜壓(HIP)是一種應(yīng)用越來越廣泛的技術(shù)。熱等靜壓例如用于實現(xiàn)消除鑄件 (比如渦輪葉片)中的孔隙，以便顯著地增加它們使用壽命和強度(特別是疲勞強度)。另 一個應(yīng)用領(lǐng)域是產(chǎn)品制造領(lǐng)域，該產(chǎn)品需要通過壓縮粉末而變得充分致密并且具有無孔表在熱等靜壓中，將要通過加壓進行處理的物品被放置在絕緣的壓力容器的負(fù)載室 中。一個循環(huán)或者處理循環(huán)包括如下步驟對物品進行裝載、處理和卸載，循環(huán)的整個持續(xù) 時間在此稱作循環(huán)時間。該處理又可分為若干部分或階段，比如加壓階段、加熱階段和冷卻 階段。在裝載之后，該容器被密封起來并且壓力介質(zhì)被引入壓力容器和壓力容器的負(fù)載 室中。壓力介質(zhì)的壓力和溫度隨后被增加，以使得物品在選定的時間段內(nèi)經(jīng)受增加的壓力 和升高的溫度。壓力介質(zhì)的溫度升高以及由此引起的物品的溫度升高通過設(shè)置在壓力容器 的爐室中的加熱元件或爐子來提供。壓力、溫度和處理時間當(dāng)然取決于很多因素比如，被處 理物品的材料性質(zhì)，應(yīng)用領(lǐng)域，和被處理物品的期望質(zhì)量。熱等靜壓中的壓力和溫度范圍典 型地分別從200巴到5000巴和從300°C到30000C0當(dāng)完成對物品的加壓時，物品在從壓力容器移出或卸載之前常常需要被冷卻。在 許多種冶金學(xué)處理中，冷卻速率會影響冶金學(xué)性質(zhì)。例如，為了得到高質(zhì)量的材料，應(yīng)當(dāng)使 熱應(yīng)力(或溫度應(yīng)力)和晶粒生長最小化。因此，需要將材料均勻冷卻并且，如果可能的話， 需要控制冷卻速率。本領(lǐng)域已知的許多壓力裝置受到物品緩慢冷卻的影響，因此已經(jīng)做出 努力來減少物品的冷卻時間。在美國專利5118289中，提供了一種適于在物品完成加壓和加熱處理之后快速冷 卻該物品的熱等靜壓器具。該熱等靜壓器具包括壓力容器，所述壓力容器具有外壁、端蓋和 被熱障環(huán)繞的熱區(qū)。壓力容器的外壁從外部被冷卻。熱區(qū)設(shè)置為接收要被處理的物品。在 熱障和具有端蓋的壓力容器之間有較冷的空間或區(qū)域。與常規(guī)的熱等靜壓器具一樣，壓力 介質(zhì)在置于如上所述的熱區(qū)中的物品的加壓過程中被加熱。進一步地，在美國專利5118289所公開的熱等靜壓器具中，在物品的冷卻過程中， 冷卻的壓力介質(zhì)被引入熱區(qū)中，由此，熱能從物品傳遞到壓力介質(zhì)中。因此，壓力介質(zhì)的溫 度在通過熱區(qū)的過程中升高而物品的溫度降低。當(dāng)離開熱區(qū)時，較熱的壓力介質(zhì)到達壓力 容器壁。在常規(guī)的熱等靜壓器具中，到達壓力容器壁的熱壓力介質(zhì)的量必須被嚴(yán)格控制以 便不會對壓力容器壁(即，與熱壓力介質(zhì)接觸的熱等靜壓器具的每個內(nèi)部表面)過度加熱。 這意味著必須以較慢的速度進行冷卻，即，不能快于壓力容器可長時間承受的冷卻速度。然而，上述提到的美國專利5118289中的熱等靜壓器具中進一步包括換熱器，該換熱器位于熱區(qū)的上方，以便能夠減少用于冷卻物品的時間。由此，壓力介質(zhì)在其與壓力容 器壁接觸之前會通過換熱器被冷卻。因此，該換熱器在沒有過度加熱壓力容器壁風(fēng)險的情 況下具有提高的冷卻能力。進一步地，與常規(guī)的熱等靜壓器具一樣，當(dāng)壓力介質(zhì)在物品的冷 卻過程中經(jīng)過壓力容器壁與熱障之間的間隙時，該壓力介質(zhì)被冷卻。當(dāng)冷卻的壓力介質(zhì)到 達壓力容器的底部時，其經(jīng)由通過該熱障的通道重新進入熱區(qū)(要被冷卻的物品位于該熱 區(qū)中)。在壓力介質(zhì)和物品的冷卻過程中，換熱器變熱，并且，為了在物品的冷卻過程中用 作輔助器(booster)，換熱器必須在該熱等靜壓器具可以被操作以處理新的一組物品之前 被冷卻。因此，這種類型的熱等靜壓器具的缺點在于后續(xù)循環(huán)之間的時間取決于換熱器的 冷卻時間。為了克服該問題，一種方法是使用兩個換熱器。通過使用兩個換熱器，在熱等靜 壓過程中使用一個換熱器的同時，另一個換熱器可以在熱等靜壓器具的外部被冷卻。但是， 這導(dǎo)致在每次加壓操作之前不得不調(diào)換這兩個換熱器的缺點。另外，使用兩個換熱器當(dāng)然 會增加加壓裝置的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的熱等靜壓器具，該熱等靜壓器具消除了或至 少減小了上述提到的問題中的至少一個。該目的通過所附的獨立權(quán)利要求所述的熱等靜壓裝置來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中 限定了進一步的實施例。在本發(fā)明的第一個方面中，提供了 一種用于通過熱等靜壓來處理物品的熱等靜壓 裝置。該熱等靜壓裝置包括壓力容器，該壓力容器包括爐腔，該爐腔包括隔熱套管和用于在 加壓過程中加熱壓力介質(zhì)的爐子。該爐腔設(shè)置用于接收物品。進一步地，壓力容器包括換 熱器單元，該換熱器單元位于所述爐腔的下方并且布置用于與壓力介質(zhì)交換熱能。因此，本發(fā)明基于提供換熱器單元并使用壓力介質(zhì)冷卻換熱器單元的構(gòu)思。這通 過將換熱器單元設(shè)置在壓力容器內(nèi)部并且在爐腔的下方來實現(xiàn)，在該處換熱器單元可以與 壓力介質(zhì)交換熱能。隨后，換熱器單元可暴露于壓力介質(zhì)的較冷部分，由于較熱部分和較冷 部分之間的密度差，壓力介質(zhì)的較冷部分力求在壓力容器中向下到達壓力容器的底部。因 此，代替在壓力介質(zhì)可預(yù)期比在容器下部中更熱的情況下將換熱器單元設(shè)置在爐腔的上方 的是，在壓力介質(zhì)可預(yù)期為較冷的情況下將換熱器單元設(shè)置在爐腔的下方。由此，較冷的壓 力介質(zhì)可用于降低換熱器單元的溫度。在物品的冷卻過程中，在完成處理循環(huán)的加熱和加壓部分之后，熱(或熱能)從壓 力介質(zhì)傳遞至換熱器單元。在隨后的處理循環(huán)中再次操作加壓裝置以用于冷卻物品之前， 熱能必須從熱交換單元消散掉。這通過將較冷的壓力介質(zhì)流引導(dǎo)經(jīng)過較熱的換熱器單元來 完成。因此，熱在熱等靜壓循環(huán)或處理循環(huán)的不同部分被傳遞至換熱器單元或從換熱器單 元中傳遞出。通過這種方式，由于交換器不需要在循環(huán)之間被移動或替換，本發(fā)明提供了明顯 便于操作加壓裝置的優(yōu)點。此外，由于一個加壓裝置僅需使用一個換熱器的事實，可降低加壓裝置的成本。在加壓裝置的底部處設(shè)置換熱器單元的另一個優(yōu)點是通過在壓力容器頂部處的
5用于裝載和卸載物品的開口易于進入爐腔和負(fù)載室。為了使壓力容器的壁能承受熱等靜壓過程的高溫度和壓力，熱等靜壓器具優(yōu)選設(shè) 有用于冷卻壓力容器的機構(gòu)。例如，用于冷卻的機構(gòu)可以是冷卻劑，比如水。該冷卻劑可以 被設(shè)置成在管道系統(tǒng)或冷卻管道中沿著壓力容器的外壁流動，以便將壁的溫度保持在合適 的水平。進一步，爐腔的隔熱套管包括下部隔熱部分，而換熱器單元位于套管的下部隔熱 部分的下方。因此，該換熱器與爐腔內(nèi)的物品分隔開并且熱隔離。由此，爐腔內(nèi)的熱區(qū)與位 于熱等靜壓裝置下部部分的冷區(qū)有效地隔離開。根據(jù)本發(fā)明的實施例的熱等靜壓裝置包括第一和第二導(dǎo)向通道或通路。第一導(dǎo)向 通道形成在爐腔套管和壓力容器的外壁之間。套管包括隔熱部分和罩，該罩設(shè)置成環(huán)繞該 隔熱部分。第二導(dǎo)向通道因此形成在隔熱部分和罩之間。第一導(dǎo)向通道主要設(shè)置用于沿著 壓力容器壁的環(huán)繞壁或外壁的內(nèi)部沿向下方向引導(dǎo)壓力介質(zhì)。第二引導(dǎo)通道主要設(shè)置用于 沿著爐腔的外壁(即爐腔的罩)沿向上方向引導(dǎo)壓力介質(zhì)。當(dāng)壓力介質(zhì)與壓力容器壁接觸時，如上所述，在壓力介質(zhì)與壁之間進行熱能交換， 壁可以通過來自壓力容器外部的冷卻劑而被冷卻。通過這種方式，該加壓裝置有利地設(shè)置 用于使壓力介質(zhì)在壓力容器內(nèi)循環(huán)，由此形成一個外部的、被動的對流回路。該外部對流回 路的目的是在物品的冷卻過程中能夠冷卻壓力介質(zhì)并且在物品的加熱過程中能夠冷卻換 熱器單元。有利的是，該實施例使得在物品的加壓和加熱過程中冷卻熱交換單元成為可能， 也就是說，熱能在物品的冷卻過程中從壓力介質(zhì)傳遞至換熱器單元，而在物品的加壓和加 熱過程中從換熱器單元傳遞到壓力介質(zhì)。通過這種方式，由于在物品冷卻之后可立即操作 加壓裝置來對新的一組物品進行加壓和加熱，可縮短循環(huán)周期。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，熱等靜壓裝置還包括流動發(fā)生器，該流動發(fā)生器在換 熱器單元附近位于爐腔的下面。該流動發(fā)生器加強了壓力介質(zhì)在壓力容器內(nèi)的循環(huán)，即壓 力介質(zhì)在外部對流回路中的循環(huán)。該流動發(fā)生器可以是例如風(fēng)扇、泵、噴射器或類似物的形 式。爐腔可進一步地包括形成在爐腔的隔熱套管與負(fù)載室之間的另外的導(dǎo)向通道。另外地，另外的流動發(fā)生器可位于爐腔內(nèi)，以用于使壓力介質(zhì)在爐腔內(nèi)循環(huán)，由此 形成均勻的溫度分布。流動發(fā)生器迫使壓力介質(zhì)向上經(jīng)過負(fù)載室并向下經(jīng)過所述另外的導(dǎo) 向通道。結(jié)果是，形成了內(nèi)部的、主動對流回路。所述另外的流動發(fā)生器(比如風(fēng)扇、泵、噴 射器或類似物)可用于控制內(nèi)部的、主動對流回路。在外部的對流回路中，壓力介質(zhì)在壓力容器的外壁處(即，壓力容器的內(nèi)表面處) 被冷卻，在該處，壓力介質(zhì)流向加壓裝置的底部。在加壓裝置的底部處，壓力介質(zhì)的一部分 可被迫返回到爐腔中，在爐腔中其在快速冷卻過程中被物品(或負(fù)載)加熱。然后，由于流 動發(fā)生器，該壓力介質(zhì)會朝著爐腔的頂部向上流動，如上描述，用于內(nèi)部對流回路。另外地，壓力容器可包括用于引導(dǎo)和導(dǎo)向壓力介質(zhì)流旁經(jīng)或者通過換熱器單元的 導(dǎo)向裝置。當(dāng)流被引導(dǎo)旁經(jīng)換熱器單元時，旨在基本上避免壓力介質(zhì)與換熱器單元之間的 熱能交換。另一方面，當(dāng)流被導(dǎo)向或引導(dǎo)通過換熱器單元，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力介質(zhì)與換熱器單元 之間的熱能交換。因此，導(dǎo)向裝置提供了一種控制何時應(yīng)用換熱器單元的冷卻作用的能力，也就是說，換熱器單元的輔助作用可以在處理循環(huán)的冷卻部分的選定時間段內(nèi)應(yīng)用。但是， 在所述第一導(dǎo)向通道中，還可通過例如可調(diào)節(jié)的節(jié)流部件(例如呈閥門形式的節(jié)流部件) 來控制換熱器單元的冷卻作用。而且，導(dǎo)向裝置可包括第一閥門裝置，所述第一閥門裝置設(shè)置在換熱器單元的外 周，由此，使得可能改進對壓力介質(zhì)流體從第一導(dǎo)向通道流動旁經(jīng)或者通過換熱器單元的 流動控制。在本文中，術(shù)語“沿外周”是指沿?fù)Q熱器單元徑向由第一閥門裝置覆蓋的位置， 該位置與沿著優(yōu)選是圓柱狀的壓力容器的縱向軸線的位置無關(guān)。進一步，第一閥門裝置可 部分地或全部地覆蓋壓力容器的外周，也就是說，其不取決于沿著換熱器單元的外周的角 度位置。而且，導(dǎo)向裝置可包括第二閥門裝置，其中換熱器單元沿第二閥門裝置的外周設(shè) 置。由此，可以實現(xiàn)對來自第一導(dǎo)向通道的流動旁經(jīng)或通過換熱器單元的壓力介質(zhì)的流動 控制的改進。類似地，根據(jù)上述內(nèi)容，本文中使用的術(shù)語“沿外周”是指沿第二閥門裝置徑 向由換熱器覆蓋的位置，該位置與沿著壓力容器的縱向軸線的位置無關(guān)。另外，與第一閥門 裝置相類地，換熱器單元可部分地或全部地覆蓋第二閥門裝置的外周，也就是說，換熱器單 元的位置與沿著第二閥門裝置的外周的角度位置無關(guān)。還可以將第一閥門裝置和第二閥門裝置結(jié)合，以便例如得到對壓力介質(zhì)的流動控 制甚至更大的改進。這些將在下面詳細(xì)描述中僅通過舉例的方式進行更詳細(xì)的描述。


通過下面的詳細(xì)描述和附圖容易理解本發(fā)明的包括其具體特征和優(yōu)點的各個方 面。在下面的附圖中，在本發(fā)明的所有實施例中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件或結(jié)構(gòu)特 征。此外，用于對稱定位的部件、元件或特征指示的附圖標(biāo)記在圖中僅指明一次。在附圖 中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的加壓裝置在超快速冷卻階段中的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的加壓裝置在超快速冷卻階段中的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的加壓裝置在快速冷卻階段中的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的加壓裝置在超快速冷卻階段中的側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的加壓裝置在加熱和/或加壓階段中的側(cè)視 圖；圖6是根據(jù)圖5的加壓裝置在利用冷的、不運轉(zhuǎn)(inactive)的換熱器單元進行快 速冷卻階段中的側(cè)視圖；圖7是根據(jù)圖5的加壓裝置在利用熱的、不運轉(zhuǎn)的換熱器單元進行快速冷卻階段 中的側(cè)視圖；和圖8是根據(jù)圖5的加壓裝置在超快速冷卻階段中的側(cè)視圖。
具體實施例方式下面是對根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例進行的描述。該描述旨在僅僅為了解釋的目 的而并不具有限制性含義。應(yīng)該注意，附圖是示意性的，并且出于簡化的目的，所述實施例 中的加壓裝置可包括許多未在附圖中提到的結(jié)構(gòu)特征和元件。
根據(jù)本發(fā)明的加壓裝置的實施例可用于通過熱等靜壓處理由許多不同材料制成 的物品。參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的加壓裝置。加壓裝置旨在用于為物品 加壓，該加壓裝置包括壓力容器1，所述壓力容器1具有比如是一個或多個端口(入口和出 口)的用于供給和排放壓力介質(zhì)的裝置(未顯示)。壓力容器1包括爐腔18，所述爐腔包 括爐子(或加熱器)36或加熱元件，以用于在處理循環(huán)的加壓部分期間加熱壓力介質(zhì)。例 如如圖1所示，爐子36可位于爐腔18的下部部分處，或者如圖2所示，爐子36位于爐腔18 的側(cè)部處。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識到，還可以將側(cè)部處的加熱元件和底部處的加熱元件 結(jié)合以獲得位于爐腔的側(cè)壁和底部處的爐子。理所當(dāng)然的是，本領(lǐng)域已知的對于爐子的對 加熱元件進行放置的任何實施方式可應(yīng)用于在此所示的實施例。應(yīng)注意的是術(shù)語“爐子”是指用于加熱的裝置，而術(shù)語“爐腔”是指負(fù)載和爐子所 位于的體積。爐腔18還包括用于接收和保持要被處理的物品5的負(fù)載室19。在爐腔18中，還 設(shè)有風(fēng)扇30，該風(fēng)扇30用于使壓力介質(zhì)在爐腔18內(nèi)循環(huán)，并且增加了內(nèi)部對流回路，在該 內(nèi)部對流回路中，壓力介質(zhì)具有通過負(fù)載室的向上流動和沿著爐腔的外周部分12的向下 流動。爐腔18被隔熱套管3環(huán)繞。套管3的底部包括下部隔熱部分6，該下部隔熱部分設(shè) 有通道37，以用于將壓力介質(zhì)供給至爐腔18。進一步，壓力容器1包括位于爐腔18以及下部隔熱部分6的下方處、在壓力容器 1底部的換熱器單元33。換熱器部分33設(shè)置用于與壓力介質(zhì)進行熱能的交換、消散和/或 吸收。壓力容器1還包括位于爐腔18下方的風(fēng)扇31，以用于將壓力介質(zhì)引導(dǎo)至爐腔中。而且，壓力容器1的外壁可設(shè)有管路或管子(未顯示)，在該管路或管子中可提供 有用于冷卻的冷卻劑。以這種方式中，容器壁可被冷卻以保護其免受有害的加熱。冷卻劑 優(yōu)選為水，但是也可想到其它冷卻劑。冷卻劑的流動在圖1中由壓力容器外部的箭頭表示。盡管在圖中沒有顯示，壓力容器1可被打開以使得壓力容器1內(nèi)的物品可被移出。 這可以以許多對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的不同方式來實現(xiàn)?，F(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性加壓裝置的操作。在下面的描述中，處理循 環(huán)可以包括若干個階段，比如裝載階段、加壓和/或加熱階段、冷卻階段、快速冷卻階段、超 快速冷卻階段和卸載階段。首先，壓力容器1被打開以使得可進入爐腔18和爐腔的負(fù)載室19。這可以通過本 領(lǐng)域已知的許多不同方式來實現(xiàn)，并且對于理解本發(fā)明的原理來說，不需要對這些方式進 行進一步描述。隨后，將要被加壓的物品放置在負(fù)載室19中，并且關(guān)閉壓力容器1。當(dāng)物品已經(jīng)放置在壓力容器1的負(fù)載室19時，壓力介質(zhì)例如通過壓縮機、加壓儲 存罐(壓力供給源)、低溫泵或類似物被供應(yīng)到壓力容器1中。壓力介質(zhì)到壓力容器1中的 供應(yīng)持續(xù)進行直到壓力容器1內(nèi)部獲得期望的壓力。在壓力介質(zhì)供應(yīng)到壓力容器1中的同時或者之后，激活爐腔18的爐子(加熱元 件)36并且升高負(fù)載室內(nèi)的溫度。如果需要，持續(xù)進行壓力介質(zhì)的供應(yīng)并且使壓力增大，直 到已經(jīng)得到低于用于加壓過程的期望壓力并且在低于期望的加壓溫度的溫度下的壓力水
8平。而后，壓力通過升高爐腔18的溫度而增加最終量以便達到期望的加壓壓力。替代地， 同時達到期望的溫度和壓力，或者在達到期望的溫度之后達到期望的壓力。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)意識到，本領(lǐng)域已知的任何適合的方法可用于達到期望的加壓壓力和溫度。例如，可 平衡壓力容器和高壓力供給源中的壓力，然后通過壓縮機進一步加壓壓力容器，以及同時 進一步加熱壓力介質(zhì)。內(nèi)部對流回路可由包括在爐腔18中的風(fēng)扇30被激活以便獲得均勻 的溫度分布。根據(jù)在此所述的實施例，期望的壓力在約200巴(bar)以上，期望的溫度在約 400°C以上。在保持溫度和壓力的選定時間段之后，即在實際的加壓階段之后，壓力介質(zhì)的溫 度將被降低，即冷卻階段開始。對于加壓裝置的實施例來說，如下描述，冷卻階段可包括例 如一個或多個快速冷卻階段和/或超快速冷卻階段。當(dāng)溫度已經(jīng)降得足夠低時，用于加壓階段的壓力介質(zhì)可從壓力容器1中排放出。 對于一些壓力介質(zhì)來說，將壓力介質(zhì)排放到罐或類似部件中以用于再循環(huán)可以是很方便 的。在減壓之后，壓力容器1被打開以使得加壓的物品5可以從負(fù)載室19中卸載。在圖2中，描述了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的熱等靜壓裝置。在該實施例中，第一 導(dǎo)向通道10形成在壓力容器外壁的內(nèi)側(cè)和套管3之間。該第一導(dǎo)向通道10用于將壓力介 質(zhì)從壓力容器1的頂部引導(dǎo)至壓力容器的底部。進一步地，隔熱套管3包括隔熱部分7和設(shè)置用于環(huán)繞隔熱部分7的罩2，該罩熱 密封壓力容器1的內(nèi)部以降低熱損失。而且，第二導(dǎo)向通道11形成在爐腔18的罩2和爐腔18的隔熱部分7之間。第二 導(dǎo)向通道11用于朝向壓力容器的頂部引導(dǎo)壓力介質(zhì)。第二導(dǎo)向通道11設(shè)有用于向該第二 導(dǎo)向通道供給壓力介質(zhì)的入口 14，以及設(shè)有位于壓力容器頂部處的、用于允許壓力介質(zhì)的 流入所述第一導(dǎo)向通道10的開口 13。隔熱部分7設(shè)有用于將壓力介質(zhì)經(jīng)由入口 14供給至第二導(dǎo)向通道的開口(或間 隙)15。入口 14優(yōu)選位于下部隔熱部分6的上邊沿的下方。外部對流回路由此由第一導(dǎo)向 通道10和第二導(dǎo)向通道11以及壓力容器1的在下部隔熱部分6的下方的下部部分形成。如上所述在根據(jù)圖2的加壓裝置中充分地進行物品5的加壓。但是，當(dāng)在該加壓裝 置中對物品加壓時，換熱器單元33通過從第一導(dǎo)向通道10流來的壓力介質(zhì)被冷卻，在第一 導(dǎo)向通道10中，壓力介質(zhì)通過與壓力容器1的外壁接觸而被冷卻。外壁又被來自于其外部 的冷卻劑(比如水)冷卻。壓力介質(zhì)從換熱器單元33吸收熱，該換熱器單元33因此將熱 消散掉，并且壓力介質(zhì)繼續(xù)傳送通過開口 15而進入第二導(dǎo)向通道11。然后關(guān)閉閥門32(未 顯示)。在本實施例中，換熱器單元有利地在物品的加壓和加熱過程中被冷卻以使換熱器單 元33準(zhǔn)備用于另一個超快速冷卻階段。如圖2所示，當(dāng)在示例性的加壓裝置中進行物品的冷卻時，換熱器單元33吸收來 自壓力介質(zhì)的熱，該壓力介質(zhì)又被物品5加熱，導(dǎo)致物品5冷卻。對于圖2所示的實施例， 冷卻階段僅包括一個階段，該階段在此稱作超快速冷卻或超快速冷卻階段。超快速冷卻表 明換熱器單元33用于在壓力介質(zhì)通過通道37 (閥門32現(xiàn)在是開放的)進入爐腔18之前 冷卻壓力介質(zhì)。因此，換熱器單元33于是經(jīng)由壓力介質(zhì)從物品5中吸收熱能。
參考圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的加壓裝置的又一個實施例。此處，壓力容器1還包 括固定的導(dǎo)向裝置45，該導(dǎo)向裝置比如是一個或多個壁或隔板，以用于將第一導(dǎo)向通道10 中的壓力介質(zhì)引導(dǎo)至換熱器單元33的下部部分。由此，在加熱階段中，與圖2中的加壓裝 置的換熱器相比，換熱器單元33可以以不同方式消散熱。圖3的示例性實施例中的加壓、加熱和冷卻階段以與圖2所示的實施例相似的方 式進行。為了高效率地利用本實施例中的換熱器單元33，可設(shè)置有至少一個另外的進入通 道37的進口(未顯示)，該進口可在下部隔熱部分6附近位于閥門32的上方。通過這種方 式，壓力介質(zhì)的流動可被控制以便在超快速冷卻階段中流經(jīng)熱交換器單元。如圖4所示，在根據(jù)本發(fā)明的加壓裝置的又一個實施例中，壓力容器1包括一個可 動的外部導(dǎo)向裝置35。通過該外部導(dǎo)向裝置，壓力介質(zhì)通過換熱器單元33的流動可被控制 成具有向下或向上的方向。另外，壓力介質(zhì)的流動可被控制成從換熱器單元33旁路流過而 不流經(jīng)換熱器單元33，由此不能通過換熱器單元33交換熱能。該外部導(dǎo)向裝置可以處于上 部位置、下部位置或位于上部位置與下部位置之間的某一位置。對于根據(jù)圖4的加壓裝置的示例性實施例，冷卻階段包括三個階段，在此是指利 用冷的換熱器單元33的快速冷卻、利用熱的換熱器單元33的快速冷卻、和超快速冷卻。在根據(jù)圖4的加壓裝置中的物品的超快速冷卻的過程中，外部導(dǎo)向裝置35位于其 下部位置。由此，壓力介質(zhì)的流動具有通過換熱器單元33向下的方向。如果風(fēng)扇31產(chǎn)生 通過通道37的充分流動，則會有壓力介質(zhì)從開口 15向下流動，而在開口 15處的壓力介質(zhì) 的流動具有向上方向，用于使經(jīng)過通道37的流動更為緩和。因此，當(dāng)風(fēng)扇31具有較高的速 度時，該外部對流回路將會飽和，流量將停止增長。如果期望在超快速冷卻中的選定時間段中不使用換熱器單元33，可將進行快速冷 卻的加壓裝置與熱或冷的換熱器單元33—起操作。這里，給出的術(shù)語“熱”和“冷”與環(huán)繞 換熱器單元的壓力介質(zhì)的溫度相關(guān)。以這種方式中，如果換熱器單元33比壓力介質(zhì)冷，該 換熱器單元33的輔助作用可例如應(yīng)用于處理循環(huán)的不同階段。如果換熱器單元33是熱的，也就是說，換熱器單元33的溫度比它周圍的壓力介質(zhì) 的溫度高，則外部導(dǎo)向裝置35位于其上部位置，由此，允許較冷壓力介質(zhì)流經(jīng)換熱器單元 33的下方進入通道37。在風(fēng)扇31以較低速度操作的情況下，壓力介質(zhì)的一部分將流經(jīng)換 熱器單元33，進入開口 15并且進一步進入第二導(dǎo)向通道11。然而，優(yōu)選的是操作該風(fēng)扇以 使得壓力介質(zhì)的大部分將流經(jīng)換熱器單元33的下方并經(jīng)由閥門32進入通道37，該閥門32 是開放的。 如果換熱器單元33是冷的，也就是說，換熱器單元33的溫度比它周圍的壓力介質(zhì) 的溫度低，則外部導(dǎo)向裝置35位于其下部位置，由此，允許較熱的壓力介質(zhì)流經(jīng)換熱器單 元33上方并且經(jīng)由開放的閥門32進入通道37。另外，壓力介質(zhì)的一部分進入開口 15并且 進入第二導(dǎo)向通道11。當(dāng)加熱物品時，外部導(dǎo)向裝置位在其上部位置。由此，壓力介質(zhì)的流動具有通過換 熱器單元33的向上方向。閥門32是關(guān)閉的。被壓力容器1的外壁冷卻的壓力介質(zhì)冷卻換 熱器單元33并經(jīng)過開口 15進入第二導(dǎo)向通道11。通過這種方式，換熱器單元33準(zhǔn)備用于 另一個冷卻階段。根據(jù)圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明加壓裝置的再一個實施例。此處，該壓力容器1還包
10括一個可動的內(nèi)部導(dǎo)向裝置34，以用于控制壓力介質(zhì)的流動。因此，該壓力容器包括可動的 內(nèi)部導(dǎo)向裝置34和可動的外部導(dǎo)向裝置35。與僅包括外部導(dǎo)向裝置35的實施例相比，內(nèi) 部導(dǎo)向裝置34和外部導(dǎo)向裝置35允許對通過或旁經(jīng)換熱器單元33的壓力介質(zhì)的流動控 制進行改進。參考圖5，示出了對物品5進行加壓和加熱。壓力介質(zhì)的流動經(jīng)過換熱器單元33 經(jīng)由開口 15進入第一導(dǎo)向通道11。閥門32現(xiàn)在是關(guān)閉的。通過這種方式，換熱器單元33 在對物品5進行加熱和加壓的過程中被冷卻，由此，可在已經(jīng)完成冷卻物品5(如下描述) 的階段之后開始另一個加壓階段。對于根據(jù)圖5的加壓裝置，冷卻階段包括不同的階段超快速冷卻、利用熱的換熱 器單元33的快速冷卻和利用冷的換熱器單元33的快速冷卻。同樣，術(shù)語“熱”和“冷”應(yīng) 解釋為與環(huán)繞換熱器單元33的壓力介質(zhì)的溫度相關(guān)。參考圖6至圖8，對根據(jù)圖5的加壓裝置的冷卻階段進行更加詳細(xì)的說明。在利用冷的換熱器單元33的快速冷卻階段中，如圖6所示，壓力介質(zhì)的流動經(jīng)過 換熱器單元33的上方，進一步經(jīng)由開放的閥門32進入通道37，經(jīng)過下部隔熱部分6，并且 進入爐腔18。從圖6可以看出，內(nèi)部導(dǎo)向裝置34和外部導(dǎo)向裝置35位于在它們下部位置。 通過這種方式，如果需要的話，換熱器單元33的輔助作用可在不同場合進行分配和用于不 同場合。根據(jù)圖7，示出了利用熱的換熱器單元33的快速冷卻階段?，F(xiàn)在，內(nèi)部導(dǎo)向裝置 34和外部導(dǎo)向裝置35位于它們上部位置。通過這種方式，壓力介質(zhì)的流動被引導(dǎo)至換熱器 33的下面并經(jīng)由開放的閥門32進入通道37。這在當(dāng)壓力介質(zhì)的溫度低于換熱器單元33 的溫度時是適合的。在該階段，只有來自壓力容器壁的冷卻效果用于冷卻壓力介質(zhì)，該壓力 介質(zhì)又冷卻物品5。因此，不存在輔助作用。對于如圖7所示的實施例，當(dāng)利用熱的換熱器 單元進行快速冷卻的過程中風(fēng)扇31的速度較低時，會有如箭頭101所示的沿向上方向通過 換熱器單元33的流動。如圖8所示，在超快速冷卻階段中，內(nèi)部閥門裝置34位于其上部位置并且外部閥 門裝置35位于其下部位置，由此，壓力介質(zhì)的流動被引導(dǎo)向下通過換熱器33。閥門32是開 放的以允許壓力介質(zhì)進入通道37并通過風(fēng)扇31被迫使進入爐腔18。進一步，根據(jù)上述實施例的熱等靜壓裝置可包括在入口 14處的可控節(jié)流部件，以 用于通過換熱器單元實現(xiàn)輔助作用得到進一步改進。該節(jié)流部件可以是閥門或類似部件。 優(yōu)選地，該節(jié)流部件被調(diào)節(jié)以允許在超快速冷卻階段中通過入口 14的壓力介質(zhì)的流量很在熱等靜壓裝置的再一個實施例中，開口 15可設(shè)有可控的節(jié)流部件，以用于通過 換熱器單元實現(xiàn)的輔助作用得到更進一步的改進。同樣，該節(jié)流部件可以是閥門或類似部 件。例如，在不使用換熱器單元的快速冷卻中，通過節(jié)流部件來完全關(guān)閉開口 15可以是有 利的。而且，在熱等靜壓裝置的實施例中，孔16可設(shè)有可控的節(jié)流部件，以用于進一步 改進輔助作用。在另外的實施例中，內(nèi)部導(dǎo)向裝置和/或外部導(dǎo)向裝置可以用具有上部閥門和下 部閥門的固定壁部分替代，比如用于控制上面詳細(xì)描述的壓力介質(zhì)的流動。例如，關(guān)閉上部閥門并打開下部閥門將對應(yīng)于將導(dǎo)向裝置設(shè)置在上部位置。在閱讀過上面描述之后，本發(fā)明的其它實施例對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而 易見的。例如，可以通過將固定的外部閥門與可動的內(nèi)部閥門相結(jié)合或者替代地通過將固 定的內(nèi)部閥門與可動的外部閥門相結(jié)合的方式來提供另一個實施例。而且，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員將會意識到可構(gòu)建一種僅具有可動的內(nèi)部閥門的加壓裝置。盡管本說明書和附圖公開了包括對部件、材料、溫度范圍、壓力范圍等進行選擇的 實施例和示例，但是本發(fā)明不限于這些具體示例。在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明 的范圍的情況下，可作出大量的修改和改變。
權(quán)利要求
一種用于通過熱等靜壓來處理物品的熱等靜壓裝置，該熱等靜壓裝置包括壓力容器(1)，該壓力容器包括爐腔(18)，該爐腔包括隔熱套管(3)和爐子(36)，所述爐子用于在加壓過程中加熱壓力介質(zhì)，所述爐腔(18)設(shè)置用于接收和保持所述物品(5)，和換熱器單元(33)，所述換熱器單元位于所述爐腔(18)的下方并且布置用于與所述壓力介質(zhì)交換熱能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱等靜壓裝置，其中所述爐腔(18)具有封閉的頂部。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中所述隔熱套管(3)包括下部隔熱部分(6)，所述換熱器單元位于所述下部隔熱部 分(6)的下方。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中第一導(dǎo)向通道(10)形成在壓力容器(1)的外壁與所述隔熱套管(3)之間，所述第 一導(dǎo)向通道(10)設(shè)置用于沿著所述外壁的內(nèi)側(cè)沿向下方向引導(dǎo)壓力介質(zhì)，由此熱能能夠 在壓力介質(zhì)與所述外壁之間進行交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱等靜壓裝置，還包括用于冷卻的機構(gòu)，所述用于冷卻的機 構(gòu)設(shè)置用于提供沿著壓力容器(1)外壁的冷卻劑流。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中壓力容器(1)還包括用于迫 使壓力介質(zhì)進入爐腔(18)中的流動發(fā)生器(31)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱等靜壓裝置，其中所述流動發(fā)生器(31)是風(fēng)扇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱等靜壓裝置，其中所述流動發(fā)生器(31)是噴射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱等靜壓裝置，其中所述流動發(fā)生器(31)是泵。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中壓力容器還包括可動的導(dǎo) 向裝置(34，35)，所述可動的導(dǎo)向裝置(34，35)設(shè)置用于引導(dǎo)壓力介質(zhì)流動旁經(jīng)換熱器單 元(33)以用于避免壓力介質(zhì)與換熱器單元(33)之間的熱能交換，或者所述可動的導(dǎo)向裝 置(34，35)設(shè)置用于引導(dǎo)壓力介質(zhì)流動通過所述換熱器單元(33)以允許在壓力介質(zhì)與換 熱器單元(33)之間進行熱能交換。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱等靜壓裝置，其中導(dǎo)向裝置(34，35)包括沿?fù)Q熱器單元 (33)外周設(shè)置的第一閥門裝置(35)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的熱等靜壓裝置，其中導(dǎo)向裝置(34，35)包括第二閥門 裝置(34)，換熱器單元(33)是沿所述第二閥門裝置(34)外周設(shè)置的。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中隔熱套管(3)包括隔熱部 分(7)和設(shè)置在所述隔熱部分(7)周圍的罩(2)，由此，第二導(dǎo)向通道(11)形成在所述隔熱 部分(7)和罩(2)之間并且設(shè)置用于在所述第二導(dǎo)向通道(11)中沿向上方向引導(dǎo)壓力介 質(zhì)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中入口(14)設(shè)有可控的節(jié)流 部件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱等靜壓裝置，其中所述可控的節(jié)流部件是閥門。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱等靜壓裝置，其中開口(15)設(shè)有可控的節(jié)流 部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱等靜壓裝置，其中所述可控的節(jié)流部件是閥門。
18.一種在熱等靜壓器具中通過熱等靜壓處理物品的方法，該熱等靜壓器具包括壓力 容器，所述壓力容器包封爐腔和換熱器單元，所述方法包括下述步驟將物品裝載到爐腔中， 對物品進行加壓和加熱處理， 冷卻物品， 卸載物品，特征在于，在換熱器單元保持位于壓力容器內(nèi)部時，執(zhí)行所有所述步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括下述步驟在所述物品的處理過程中，在換熱器單元位于壓力容器內(nèi)部時，冷卻該換熱器單元。
全文摘要
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于通過熱等靜壓處理物品的熱等靜壓裝置。該熱等靜壓裝置包括具有爐腔(18)和位于所述爐腔(18)之下的“換熱器單元”(33)或熱吸收材料的壓力容器(1)，該爐腔包括隔熱套管(3)和用于在加壓過程中加熱壓力介質(zhì)的爐子(36)。在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種在熱等靜壓裝置中處理物品的方法。該熱等靜壓裝置還包括壓力容器，該壓力容器包封爐腔和“換熱器單元”。該方法包括將物品裝載到爐腔中、對物品進行加壓和加熱處理、冷卻物品和卸載物品的步驟。在“換熱器單元”保持位于壓力容器內(nèi)部時，執(zhí)行所有所述述步驟。熱在熱等靜壓循環(huán)的不同部分處被遞至“換熱器單元”中或者從“換熱器單元”傳出。
文檔編號B22F3/15GK101909789SQ200780102201
公開日2010年12月8日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者M·加爾丁 申請人:阿吾爾技術(shù)股份公司