專利名稱：壓力容器和用于冷卻壓力容器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過熱壓且優(yōu)選通過熱等靜壓處理制品的裝置。具體地，本發(fā)明涉及用于通過熱壓且優(yōu)選熱等靜壓處理制品的壓制裝置，其能夠提供受控的、迅速的冷卻速率，而不需要任何用于冷卻的特制閥門。
背景技術(shù)：
熱等靜壓(HIP)是一種用途越來越普遍的技術(shù)。例如，在鑄件，例如渦輪葉片中，為了充分地增加它們的使用壽命和強度，特別是疲勞強度，將熱等靜壓用于完成消除多孔性。另一個應(yīng)用領(lǐng)域是通過壓緊粉末的方式生產(chǎn)需要完全致密且具有無孔表面的制品。在熱等靜壓中，被通過壓制處理的制品處于絕熱壓力容器的裝載隔室中。循環(huán)，或者說處理循環(huán)，包括制品的裝載、處理和卸載步驟，且在本文中，循環(huán)的總持續(xù)時間稱為循環(huán)時間。所述處理可以依序被分成若干部分，或者說是階段，如壓制階段、加熱階段和冷卻階段。在裝載之后，將容器密封，并向壓力容器及其裝載隔室中導(dǎo)入壓力介質(zhì)。隨后升高壓力介質(zhì)的壓力和溫度，使得在選定的時間段內(nèi)對制品施加增高的壓力和增高的溫度。借助安置在壓力容器的爐室中的加熱元件或爐，提供壓力介質(zhì)的升溫以及由此的制品升溫。當(dāng)然，壓力、溫度和處理時間取決于許多因素，如被處理制品的材料性能、應(yīng)用的領(lǐng)域、以及被處理制品所需的品質(zhì)。在熱等靜壓中壓力和溫度典型地可以分別在200至5000巴、優(yōu)選800至2000巴和300°C至3000°C、優(yōu)選800°C至2000°C的范圍內(nèi)。當(dāng)對制品的壓制完成時，通常需要在將制品從壓力容器移出或者說卸載之前，將其冷卻。在許多種類的冶金處理中，冷卻速度將影響冶金性能。例如，為了獲得高品質(zhì)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，需要均勻地冷卻材料，并且如果可能的話，控制冷卻速率。本領(lǐng)域已知的許多壓機具有制品緩慢冷卻的缺點，并且因此已經(jīng)做了減少制品冷卻時間的努力。盡管減少冷卻時間這一事實是需要考慮的重要因素，但是在例如穩(wěn)態(tài)階段和壓制階段期間的高的溫度均勻性也是相當(dāng)重要的。因此，除了迅速冷卻的能力，需要在例如穩(wěn)態(tài)階段期間獲得高的溫度均勻性的能力?？梢允褂糜糜趶娭茖α餮h(huán)的機械裝置，來獲得提高的冷卻速率。這是一種盡管被處理的制品被容納在良好絕熱的爐室中仍達(dá)到使這些制品迅速降溫的方式。共同未決申請PCT/EP2007/10997公開了一種具有這些特性的熱等靜壓裝置。然而，在高壓和/或高溫系統(tǒng)中用于強制對流的器件通常易遭受早期磨損或頻繁的機械故障。這對具有運動部件的機械風(fēng)扇或通風(fēng)機特別是這樣的。因此，這種壓制裝置可能需要相對頻繁的保養(yǎng)，導(dǎo)致不想要的生產(chǎn)中斷和停止。此外，在壓制裝置中，可用于裝載制品的空間通常有限，且機械裝置如風(fēng)扇或通風(fēng)機減少了這一可用空間，這一問題在較小的壓制裝置中甚至更加顯著。使用機械裝置也需要相對復(fù)雜和昂貴的壓制裝置構(gòu)造。因此，在本領(lǐng)域中，仍存在對改良的壓制裝置的需要，其能夠在冷卻階段受控地、迅速地冷卻，并能夠在例如穩(wěn)態(tài)和壓制階段有高的溫度均勻性。
發(fā)明概述本發(fā)明的一般目的在于，提供一種改良的用于熱壓且優(yōu)選熱等靜壓的壓制裝置，其能夠精確控制在壓制裝置內(nèi)的壓力介質(zhì)和被處理制品的溫度和溫度的變化速率。本發(fā)明的更具體的目的在于，提供一種改良的用于熱壓且優(yōu)選熱等靜壓的壓制裝置，其能夠在冷卻階段具有受控、迅速冷卻速率，并能夠在例如穩(wěn)態(tài)和壓制階段有高的溫度均勻性。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種改良的用于熱壓且優(yōu)選熱等靜壓的壓制裝置，其具有降低的構(gòu)造復(fù)雜度的和降低的保養(yǎng)必要性的構(gòu)造。本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的在于，提供一種改良的用于熱壓且優(yōu)選熱等靜壓的壓制裝置，其能夠達(dá)到使壓力介質(zhì)在爐室中在不冷卻的情況下循環(huán)，以在例如穩(wěn)態(tài)和壓制階段期間產(chǎn)生高的溫度均勻性。本發(fā)明的還另一個目的在于，提供一種改良的用于熱壓且優(yōu)選熱等靜壓的壓制裝置，其無需任何用于冷卻設(shè)備的特制閥門，便能夠獲得受控的和迅速的制品和/或壓力介質(zhì)冷卻速率。本發(fā)明的這些和其它目的是借助具有在獨立權(quán)利要求中限定的特征的壓力容器和用于這種容器的方法達(dá)到的。在從屬權(quán)利要求中，表達(dá)了本發(fā)明的實施方式。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“冷”、“熱”或“溫?zé)帷?例如冷和溫?zé)峄驘岬膲毫橘|(zhì)或冷和溫?zé)峄驘岬臏囟?應(yīng)當(dāng)按照在壓力容器內(nèi)的平均溫度的意義來解釋。類似地，“低的”和“高的”溫度也按照在壓力容器內(nèi)的平均溫度的意義來解釋。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于熱壓的壓制裝置，其包括壓力容器，所述壓力容器包括適于容納制品的爐室。安置絕熱外殼，以圍繞該爐室。而且，在爐室下方安置底部絕熱部。安置具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)的風(fēng)扇，以當(dāng)被操作時提供進(jìn)入爐室的壓力介質(zhì)流和壓力介質(zhì)在爐室內(nèi)的循環(huán)。安置至少一條進(jìn)料通道，以提供比在爐室內(nèi)的區(qū)域更冷的區(qū)域與風(fēng)扇的入口之間的連接，使得壓力介質(zhì)流能夠從該冷區(qū)域到該入口，用于將冷流與進(jìn)入爐室的溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合，其中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)，能夠控制被進(jìn)料至風(fēng)扇的入口的冷壓力介質(zhì)流的量。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了壓制裝置用于熱壓的方法。該壓制裝置包括壓力容器，所述壓力容器包括:適于容納制品的爐室，該爐室被設(shè)置在壓力容器內(nèi)部；絕熱外殼，其被安置為圍繞該爐室；底部絕熱部，其被安置在爐室下方；和風(fēng)扇，其具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)數(shù)，該風(fēng)扇被安置為當(dāng)被操作時提供進(jìn)入爐室的壓力介質(zhì)流和壓力介質(zhì)在爐室內(nèi)的循環(huán)。安置至少一條進(jìn)料通道，以提供比在爐室內(nèi)的區(qū)域更冷的區(qū)域與風(fēng)扇的入口之間的連接。該方法包括調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)，以控制從冷區(qū)域到風(fēng)扇的入口處的壓力介質(zhì)流，在該入口處，冷流與溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合，且該混合流隨后被進(jìn)料至爐室。這樣，可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的用溫?zé)釅毫橘|(zhì)形成循環(huán)效果的能力或在爐室中形成冷卻效果的能力。通過調(diào)整或控制風(fēng)扇，可以控制冷壓力介質(zhì)通過進(jìn)料通道從在底部絕熱部下方的冷區(qū)域流向風(fēng)扇的入口，即，可以控制在風(fēng)扇的入口處的抽吸效果和進(jìn)入爐室的壓力介質(zhì)流。因此，可以控制冷卻階段，且如果想要的話，可以基本上阻止壓力介質(zhì)流，以達(dá)到穩(wěn)態(tài)階段，在穩(wěn)態(tài)階段中，壓力介質(zhì)的循環(huán)保持在爐室內(nèi)，以獲得在熱區(qū)的均勻溫度。因此，本發(fā)明基于以下領(lǐng)悟:可以利用在用于熱壓特別是用于熱等靜壓的壓制容器內(nèi)產(chǎn)生的大而明顯的壓力介質(zhì)密度差，來獲得對被壓制的制品的冷卻速率的精確控制。這些大的密度差是通過在這種裝置中的壓力容器的高的壓力差和溫度差形成的。通常，在范圍為200至5000巴且優(yōu)選為800至2000巴的壓力下和在范圍為300°C至3000°C且優(yōu)選為800至2000°C的溫度下，操作這種壓力裝置。而且，本發(fā)明基于以下領(lǐng)悟:為了例如通過利用該大的密度差獲得想要的冷卻速率，可以使用風(fēng)扇來精確地控制冷卻速率，本發(fā)明也用于，通過當(dāng)運行風(fēng)扇時利用密度差來控制階段，即是否施加穩(wěn)態(tài)或冷卻。這無需使用任何用于冷卻的特制閥門便可獲得。更具體地，安置至少一條進(jìn)料通道，以能夠?qū)毫橘|(zhì)從在底部絕熱部下方的冷區(qū)域向風(fēng)扇的入口進(jìn)料，該風(fēng)扇優(yōu)選安置在爐室的下端，在該處壓力介質(zhì)明顯比冷區(qū)域溫?zé)?。通常，在底部絕熱部下方的冷區(qū)域和爐室之間的溫度差可以為1000°c或更高。因此，在這兩個區(qū)域之間存在著巨大的密度差，根據(jù)本發(fā)明，這被用于獲得這樣的壓制裝置，其具有精確調(diào)整或控制冷卻狀態(tài)的能力，由此可以通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)，獲得想要的冷卻速率或保持穩(wěn)態(tài)條件。在穩(wěn)態(tài)，風(fēng)扇以某轉(zhuǎn)數(shù)工作，使得溫?zé)釅毫橘|(zhì)流在爐室中循環(huán)，而不通過進(jìn)料管道從在底部絕熱部下方的冷區(qū)域添加冷壓力介質(zhì)流。在給定的壓力室內(nèi)的溫度和壓力條件下，例如給定的在爐室中的溫?zé)釁^(qū)域和在底部絕熱部下方的冷區(qū)域之間的溫度差下和給定的壓力容器內(nèi)的壓力下，在特定的風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)下，冷壓力介質(zhì)開始從進(jìn)料通道流出，該冷壓力介質(zhì)與溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合，并通過風(fēng)扇進(jìn)料至爐室，從而可以獲得受控的和可變的冷卻。

如果風(fēng)扇以低于此特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)工作，進(jìn)料通道基本上對進(jìn)料而言是關(guān)閉的，因此來自在底部絕熱部下方的冷區(qū)域的冷壓力介質(zhì)流被切斷。也就是說，在底部絕熱部下方的區(qū)域和在底部絕熱部上方的通道之間的壓力差太小，不能產(chǎn)生足以通過進(jìn)料通道抽取壓力介質(zhì)的抽吸效果。在這些條件下，保持穩(wěn)態(tài)，且溫?zé)釅毫橘|(zhì)流經(jīng)過爐室循環(huán)，而不加入冷壓力介質(zhì)流。另一方面，如果風(fēng)扇以高于此特定極限轉(zhuǎn)數(shù)工作，則產(chǎn)生較高的壓力差，其隨后迫使壓力介質(zhì)流動經(jīng)過進(jìn)料通道。因此，除了溫?zé)釅毫橘|(zhì)流，也形成了冷壓力介質(zhì)流。因此，通過以在高于此特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的不同的轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇，可以控制在冷卻階段進(jìn)料至風(fēng)扇的入口的冷壓力介質(zhì)的量，并由此控制冷卻速率。而且如果想要穩(wěn)態(tài)，可以切斷或關(guān)閉壓力介質(zhì)的進(jìn)料，這通過以低于此特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的較低轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇來獲得。由穩(wěn)態(tài)階段轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s階段時的特定極限轉(zhuǎn)數(shù)是由多個參數(shù)決定的。非窮舉性的列表包括:-在底部絕熱部上方的壓力介質(zhì)與在底部絕熱部下方的區(qū)域中的壓力介質(zhì)之間的
密度差。-進(jìn)料通道及其出口徑向地或豎直地相對于以下各部分的排布:〇風(fēng)扇；〇在底部絕熱部和爐室之間的通道；〇絕熱部和絕熱外殼的外殼之間的導(dǎo)向通道的入口 ；和/或〇底部絕熱部的上表面。-進(jìn)料通道的尺寸，尤其是進(jìn)料通道的直徑。-進(jìn)料通道的數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，這樣配置風(fēng)扇，使得在低于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)的操作導(dǎo)致冷壓力介質(zhì)流被切斷。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，因此這樣配置風(fēng)扇，使得在高于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的可變轉(zhuǎn)數(shù)的操作導(dǎo)致向著風(fēng)扇的入口的冷壓力介質(zhì)的可變流。在本發(fā)明的實施方案中(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，至少一條進(jìn)料通道這樣安置為具有使得風(fēng)扇和該至少一條進(jìn)料通道協(xié)作，以獲得壓力介質(zhì)流基本上被切斷和冷壓力介質(zhì)的可變流的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，因此至少一條進(jìn)料通道被安置為具有出口，其相對于風(fēng)扇設(shè)置在某徑向和豎直距離處，使得該風(fēng)扇和該至少一條進(jìn)料通道協(xié)作，以獲得冷壓力介質(zhì)流基本上被切斷和冷壓力介質(zhì)的可變流。在本發(fā)明的實施方案中(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，至少一條進(jìn)料通道的出口設(shè)置在從絕熱外殼中的導(dǎo)向通道的入口起的某徑向和豎直距離處，使得該至少一條進(jìn)料通道和導(dǎo)向通道的入口協(xié)作，以獲得冷壓力介質(zhì)流基本上被切斷和冷壓力介質(zhì)的可變流。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，至少一條進(jìn)料通道是至少一個導(dǎo)管，其安置在底部絕熱部中從風(fēng)扇起的某徑向距離處，且其中該導(dǎo)管的出口設(shè)置成與在底部絕熱部上方的通道相連接。在本發(fā)明的實施方案中(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，至少一條導(dǎo)管被安置為延伸進(jìn)入通道，使得出口設(shè)置在從底部絕熱部起的某距離處。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，安置至少一條進(jìn)料通道，使得出口設(shè)置成與向風(fēng)扇提供壓力介質(zhì)的中央通道相連接。在本發(fā)明的實施方案中(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，在爐室內(nèi)用于將裝載隔室支撐的支撐裝置被安置為使得允許壓力介質(zhì)流動進(jìn)入在底部絕熱部上方的通道。根據(jù)本發(fā)明的實施方案(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，支撐裝置被設(shè)置為具有通孔，所述通孔被安置為允許壓力介質(zhì)流動進(jìn)入在底部絕熱部上方的通道。在本發(fā)明的實施方案中(其也可以與一種以上本文所述的其他實施方案結(jié)合)，進(jìn)料通道設(shè)置有閥門。由以下詳細(xì)描述、所附的從屬權(quán)利要求和附圖，將顯示本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。附圖簡述本發(fā)明的各種方面，包括其具體的特征和優(yōu)點，將由以下詳細(xì)描述和附圖而容易被理解。在以下圖中，相似的參數(shù)始終表示本發(fā)明的實施方案的相似元件或相似技術(shù)特征。而且，對于位置對稱的對象、要素或特征指示符的標(biāo)記，將在圖中僅標(biāo)注一次。在圖上:

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施 方案的壓制裝置的示意性側(cè)視圖。圖2示出了圖1的壓制裝置在穩(wěn)態(tài)期間的示意性側(cè)視圖。圖3示出了圖1的壓制裝置在冷卻階段期間的示意性側(cè)視圖。
圖4示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的壓制裝置的細(xì)節(jié)視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的壓制裝置的示意性側(cè)視圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的再另一個實施方案的壓制裝置的示意性側(cè)視圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的還另一個實施方案的壓制裝置的示意性側(cè)視圖。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方案的壓制裝置的示意性側(cè)視圖。實施方案以下是本發(fā)明的示例性實施方案的描述。此描述的目的僅僅意在用于說明的目的，而沒有限制的意義。應(yīng)當(dāng)注意到，附圖是示意性的，且所述實施方案的壓制裝置可以包括為了簡單這一理由而未在圖中表明的特征和要素。根據(jù)本發(fā)明的壓制裝置的實施方案可以用于通過壓制特別是熱等靜壓處理由多種不同的可能的材料制成的制品。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓制裝置100。意在用于對制品壓制的壓制裝置100包括壓力容器1，其具有用于供給和排放壓力介質(zhì)的裝置(未示出)，如一個以上的端口、入口和出口。壓力介質(zhì)可以是對于待處理的制品具有低化學(xué)親和性的液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)。壓力容器I包括爐室18,其包括爐(或加熱器)36或加熱兀件,用于在處理循環(huán)的壓制階段期間加熱壓力介質(zhì)。爐36可以例如圖1所示設(shè)置在爐室18的下部，或者可以設(shè)置在爐室18的側(cè)面。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，也可以將在側(cè)面的加熱元件與在底部的加熱元件組合，以得到設(shè)置在爐室側(cè)面和底部的爐。顯然，任何本領(lǐng)域已知的關(guān)于安置加熱元件的爐的實施方式均可以用于本文所示的實施方案。注意，術(shù)語“爐”是指加熱裝置，而術(shù)語“爐室”是指其中設(shè)有負(fù)載和爐的容積。爐室18不占據(jù)整個壓力容器1，而是在其周圍留有導(dǎo)向通道10。在壓制裝置100的正常操作過程中，導(dǎo)向通道10通常比爐室18更冷，但處于相同的壓力下。爐室18還包括用于接受和容納待處理的制品5的裝載隔室19。裝載隔室19設(shè)置在支撐裝置44上，該支撐裝置可以是例如多個柱狀元件或環(huán)狀元件，其配置有通孔45，用于允許用于溫?zé)釅毫橘|(zhì)通過循環(huán)進(jìn)入爐室18。爐室18被絕熱外殼3所圍繞。絕熱外殼3包括絕熱部7和圍繞絕熱部7安置的外殼2，其將壓力容器I的內(nèi)部熱密封以減少熱損失。在壓力容器I的外壁的內(nèi)部和所述外殼2之間形成第一導(dǎo)向通道10。第一導(dǎo)向通道10用于將壓力介質(zhì)從壓力容器I的頂部導(dǎo)向其底部。此外，在爐室18的外殼2和爐室18的絕熱部7之間形成第二導(dǎo)向通道11。第二導(dǎo)向通道11用于將壓力介質(zhì)導(dǎo)向壓力容器的頂部。第二導(dǎo)向通道11被設(shè)置為具有一個以上用于向其提供壓力介質(zhì)的入口 14，以及在壓力容器頂部的用于允許壓力介質(zhì)流入第一通道10的開口 13。入口 14優(yōu)選設(shè)置在在較低的絕熱部6的上邊緣之下。由此，外對流循環(huán)通過第一和第二導(dǎo)向通道10、11，且在壓力容器I的低于底部絕熱部6的下部中而形成。具有可控的轉(zhuǎn)數(shù)的風(fēng)扇30被安置在爐室18的下端，用于提供壓力介質(zhì)在爐室18內(nèi)的循環(huán)。通過操作風(fēng)扇30，可以增強內(nèi)對流循環(huán)，其中，內(nèi)對流循環(huán)壓力介質(zhì)具有通過通道16的流、通過裝 隔室19的向上流和沿著爐室18的外周部分12的向下流。正如將在下文詳細(xì)說明的，可以通過在高于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇30，獲得從低于外殼3底部的區(qū)域到爐室18的額外的冷壓力介質(zhì)流。外殼3的底部包括底部絕熱部6。底部絕熱部6可以被設(shè)置為具有中央通道37，用于向風(fēng)扇30并進(jìn)一步向爐室18內(nèi)提供壓力介質(zhì)。此外，壓力容器I的外壁可以被設(shè)置為具有通道或管(未示出)，其中可以提供用于冷卻的冷卻劑。以這種方式，可以冷卻容器壁，以保護(hù)其不受到有害的熱的影響。冷卻劑優(yōu)選為水，但也可以考慮其它冷卻劑。在圖1中，通過在壓力容器外側(cè)的箭頭表示冷卻劑流。盡管在圖中未示出，但壓力容器I可以被打開，使得在壓力容器I內(nèi)的制品可以被移出。這可以通過多種不同方式實現(xiàn)，它們對于本領(lǐng)域技術(shù)人員全都是顯然的。此外，安置至少一條進(jìn)料導(dǎo)管或通道40，用于利用在冷區(qū)域42中的壓力介質(zhì)和通道16的壓力介質(zhì)之間的密度差，允許冷壓力介質(zhì)從底部絕熱部6下方的冷區(qū)域42流到風(fēng)扇30的入口或進(jìn)口 39。因為可以借助于調(diào)節(jié)風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)，控制從冷區(qū)域42進(jìn)料到風(fēng)扇30的冷壓力介質(zhì)的量。在低于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的低轉(zhuǎn)數(shù)，通過進(jìn)料通道40的冷壓力介質(zhì)流被切斷，且因此將沒有冷壓力介質(zhì)被從冷區(qū)域42經(jīng)由通道40被進(jìn)料至風(fēng)扇30。這是因為在導(dǎo)管40的出口 41處相對低的低壓。也就是說，低壓過低，不能產(chǎn)生充足的抽吸效果來驅(qū)動或吸取壓力介質(zhì)從冷區(qū)域42向上通過導(dǎo)管40并進(jìn)而到風(fēng)扇30。在風(fēng)扇30的特定轉(zhuǎn)數(shù)，來自冷區(qū)域42的壓力介質(zhì)開始從導(dǎo)管流出，流向風(fēng)扇30的入口 39。這個特定轉(zhuǎn)數(shù)尤其取決于:在通道16中流動的壓力介質(zhì)和在區(qū)域42中的壓力介質(zhì)之間的密度差；當(dāng)導(dǎo)管40被安置在底部絕熱部6中時，導(dǎo)管40相對于風(fēng)扇30 (該風(fēng)扇30優(yōu)選設(shè)置在壓力容器I的中心軸CA處)的具體徑向位置；以及導(dǎo)管40的設(shè)計，其包括例如導(dǎo)管直徑和導(dǎo)管40的出口 41相對于底部絕熱部6以及相對于出口 14的位置。這一特定轉(zhuǎn)數(shù)定義為風(fēng)扇30的極限轉(zhuǎn)數(shù)。因此，如果在特定極限轉(zhuǎn)數(shù)以上操作風(fēng)扇30，可以借助額外的冷壓力介質(zhì)流獲得冷卻，所述冷壓力介質(zhì)流從冷區(qū)域42通過導(dǎo)管40進(jìn)料或吸入，并進(jìn)一步到達(dá)風(fēng)扇30，這隨后獲得冷壓力介質(zhì)和溫?zé)釅毫橘|(zhì)流的混合?；旌狭鞅贿M(jìn)料至爐室18中(這在下文通過參照圖3描述)并提供冷卻效果。在圖1中示出的實施方案中，進(jìn)料導(dǎo)管40被安置在底部絕熱部6中，以使冷壓力介質(zhì)從冷區(qū)域42被進(jìn)料或弓I導(dǎo)至風(fēng)扇30的入口或進(jìn)口，在冷區(qū)域處，壓力介質(zhì)可以具有大約60-180°C的溫度，而風(fēng)扇安置在爐室18內(nèi)，在爐室中壓力介質(zhì)可以具有大約1200°C的溫度。在圖5-8中，圖示了本發(fā)明的其他實施方案，所述實施方案具有不同的進(jìn)料導(dǎo)管的位置和排布，并且參照這些圖，將在下文討論這些實施方案。現(xiàn)在，將一般地參照圖2和3，描述按照本發(fā)明的示例性壓制裝置的操作。正如將在下文描述的，處理循環(huán)可以包括若干階段，如裝載階段；壓制和/或加熱階段；冷卻階段，其中，根據(jù)本發(fā)明，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)來控制冷卻速率，以改變進(jìn)入爐室18的冷壓力介質(zhì)流；以及卸載階段。首先，打開壓力容器1，使得可以進(jìn)入爐室18以及其裝載隔室19。這可以通過本領(lǐng)域已知的多種不同方式完成，并且對于理解本發(fā)明的原理而言，無需對其進(jìn)一步說明。隨后，將待壓制的制品置于裝載隔室19中，并關(guān)閉壓力容器I。當(dāng)已將制品置于壓力容器I的裝載隔室19中時，例如，借助壓縮機、加壓儲罐(壓力供應(yīng))、深冷泵等，將壓力 介質(zhì)進(jìn)料至壓力容器I。持續(xù)將壓力介質(zhì)進(jìn)料至壓力容器1，直至在壓力容器I內(nèi)部獲得所需的壓力。當(dāng)將壓力介質(zhì)進(jìn)料至壓力容器I中之時或之后，激活爐室18的爐(加熱元件)36，并升高裝載隔室中的溫度。如果需要，繼續(xù)將壓力介質(zhì)進(jìn)料并增加壓力，直至已經(jīng)獲得了低于壓制過程所需的壓力的壓力水平，且處于低于所需的壓制溫度的溫度。隨后，通過提高爐室18中的溫度，將壓力增加至最終量，使得達(dá)到所需的壓力水平。備選地，同時達(dá)到所需的溫度和壓力水平，或者在達(dá)到所需的溫度之后達(dá)到所需的壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，可以使用本領(lǐng)域已知的任何適宜方法，來達(dá)到所需的壓制壓力和溫度。例如，可以使壓力容器中的壓力與高壓力供應(yīng)相等，然后借助壓縮機，進(jìn)一步對壓力容器加壓，并同時進(jìn)一步加熱壓力介質(zhì)?？梢酝ㄟ^爐室18中所包括的風(fēng)扇30，激活內(nèi)對流循環(huán)，以獲得均勻的溫度分布。按照本文所述的實施方案，所需的壓力為高于約200巴，且所需的溫度為高于約400°C，例如，約 1200°C。在選定的時間段保持溫度和壓力之后，即實際壓制階段之后，將降低壓力介質(zhì)的溫度，即開始冷卻，如將在下文中描述的。在壓制階段期間所用的壓力介質(zhì)可以在當(dāng)溫度已在冷卻階段中充分降低的情況下被從壓力容器I中排出。對于某些壓力介質(zhì)，將壓力介質(zhì)排放進(jìn)槽等用于再循環(huán)可以是便利的。減壓之后，打開壓力容器1，使得被壓制的制品5可以從裝載隔室19中被卸載。現(xiàn)在參照圖2和3，將更詳細(xì)地說明穩(wěn)態(tài)階段和冷卻階段。下文的討論涉及在圖1中圖示的本發(fā)明的實施方案。再一次地，術(shù)語“熱”或“溫?zé)帷焙汀袄洹睂⒈唤忉尀殛P(guān)于壓力容器中的壓力介質(zhì)的平均溫度。而且，箭頭表示壓力介質(zhì)的流動方向。首先，轉(zhuǎn)到圖2，通過箭頭的方式圖示了在穩(wěn)態(tài)期間壓力介質(zhì)的流動方向。正如可見的，向下通過了爐室18的外周部分12的和通過了通道10的壓力介質(zhì)進(jìn)入在底部絕熱部6上方的通道16，并借助風(fēng)扇30進(jìn)一步循環(huán)進(jìn)入爐室18，或者流動通過入口 14進(jìn)入通道
11。在區(qū)域42中的壓力介質(zhì)是冷的，且可以具有約60-180°C的溫度，而在通道16中流動的壓力介質(zhì)是溫?zé)岬牟⒖梢跃哂屑s1200°C的溫度，因此，在這兩個區(qū)域的壓力介質(zhì)之間必然有巨大的密度差。在穩(wěn)態(tài)階段，在低于上文討論的極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇30，且因此沒有額外的冷壓力介質(zhì)流通過進(jìn)料通道40從冷區(qū)域42進(jìn)料至風(fēng)扇30。從而在爐18內(nèi)可以獲得高的溫度均勻性。在圖3中，圖示了冷卻階段，其中冷壓力介質(zhì)被從冷區(qū)域42進(jìn)料，以與溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合，以獲得冷卻。通過控制風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)，或者說高于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)，可以以精確的方式控制冷壓力介質(zhì)的進(jìn)料。因此，可以獲得例如制品5的所需冷卻速率。假如給定了某一組如上文所述影響特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的參數(shù)，則可以通過改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)和由此轉(zhuǎn)而改變被進(jìn)料至爐室18的冷壓力介質(zhì)的量，來精確地控制冷卻速率。如圖3中所示，向下通過了爐室18的外周部分12的和通過了通道10的壓力介質(zhì)進(jìn)入在底部絕熱部6上方的通道16，并借助風(fēng)扇30進(jìn)一步循環(huán)進(jìn)入爐室18，或者流動通過入口 14進(jìn)入通道11。在區(qū)域42中的壓力介質(zhì)具有低溫，例如約60-180°C的溫度，而在通道16中流動的壓力介質(zhì)是溫?zé)岬?，例如約1200°C的溫度。在底部絕熱部6下方的區(qū)域42中的壓力介質(zhì)具有明顯高于在底部絕熱部6上方的通道16中的壓力介質(zhì)的密度，例如，量值約為3倍。為了形成通過導(dǎo)管40 、進(jìn)入通道16并進(jìn)一步到風(fēng)扇30的壓力介質(zhì)流，需要在區(qū)域42和在出口 41處的通道16之間有足夠的壓力差。在下文中，將參照在圖1-3中所示的壓制裝置100的細(xì)節(jié)視4，討論所需的在出口 41處的低壓的實例。如果在爐室內(nèi)的靜壓力為約lOOObar，且通道16的壓力介質(zhì)具有約1100°C的溫度，則在通道16中流動的壓力介質(zhì)將具有約282kg/m3的密度。而且，如果在冷區(qū)域42中的壓力介質(zhì)具有約150°的溫度，密度將約為742kg/m3。在此實例性實施方案中，在導(dǎo)管40的出口 41和入口 14之間的距離X為250mm。因此，產(chǎn)生通過導(dǎo)管40的壓力介質(zhì)流所需的壓力差將為約Ilmbar或1128Pa。可以通過增加導(dǎo)管40的出口 41和入口 16之間的距離，即通過增大距離X，來影響該壓力差。也就是說，特定極限轉(zhuǎn)數(shù)將更高，這使得可以以更高的轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇30，而不會引起由通過導(dǎo)管40流動的并與在通道16中流動的溫?zé)釅毫橘|(zhì)混合的冷壓力介質(zhì)所提供的增強的冷卻效果。參照圖5-8，將討論本發(fā)明更多的實施方案。對于在圖1中所示的壓力容器的相應(yīng)特征或部分，在圖5-8中使用相同的標(biāo)記。而且，在下文中將忽略對這些特征或部分的描述。首先，參照圖5，將討論壓制裝置110的實施方案，其中進(jìn)料導(dǎo)管50被安置在中央通道37’的壁中，而非底部絕熱部116中。進(jìn)料導(dǎo)管50被安置在中央通道37’中的在底部絕熱部116下方的區(qū)段中，使得進(jìn)料導(dǎo)管50的出口 51設(shè)置在中央通道37’中。由此，通過以與上文所述方式相符的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)，冷壓力介質(zhì)可以從冷區(qū)域42進(jìn)料至風(fēng)扇30，用于與來自通道16經(jīng)由中央通道37’的壓力介質(zhì)流混合。類似地，如上文所述，對于此在給定溫度和壓力條件下的特別實施方案，通過低于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇30，可以保持穩(wěn)態(tài)階段。現(xiàn)在參照圖6，將討論本發(fā)明的再另一個實施方案。在此壓制裝置120的實施方案中，壓力容器I包括被設(shè)置為具有兩條進(jìn)料導(dǎo)管60a和60b的底部絕熱部。進(jìn)料導(dǎo)管60a和60b被安置在底部絕熱部126中，使得它們的相應(yīng)出口 61a和61b設(shè)置在通道16中。通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)，可以以與如上文所述的方式相符的方式，控制冷壓力介質(zhì)流，其從冷區(qū)域42經(jīng)由導(dǎo)管60a和60b進(jìn)入通道16，并進(jìn)而到風(fēng)扇30，用于與來自通道16的溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合。
·
現(xiàn)在參照圖7，將討論本發(fā)明的另一個實施方案。在此壓制裝置130的實施方案中，壓力容器I包括被設(shè)置為具有一條進(jìn)料導(dǎo)管70的底部絕熱部136。進(jìn)料導(dǎo)管70被安置在底部絕熱部136中，使得出口 71設(shè)置在通道16內(nèi)。然而，在此實施方案中，導(dǎo)管70延伸進(jìn)入通道16，且出口 71將因此設(shè)置在從底部絕熱部136起某距離處。通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇30的轉(zhuǎn)數(shù)，可以以與如上文所述的方式相符的方式，控制冷壓力介質(zhì)流，其從冷區(qū)域42經(jīng)由導(dǎo)管60a和60b進(jìn)入通道16,并進(jìn)而到風(fēng)扇30,用于與來自通道16的溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合?，F(xiàn)在參照圖8，將討論本發(fā)明的還另一個實施方案。在此壓制裝置140的實施方案中，壓力容器I包括底部絕熱部146，其被設(shè)置為具有一條進(jìn)料導(dǎo)管80，其安置在底部絕熱部146中，使得出口 81設(shè)置在通道16中。進(jìn)料導(dǎo)管80被設(shè)置為在入口 84處具有閥門85。當(dāng)閥門85打開時，本發(fā)明的此實施方案將如參照圖1所述的實施方案運行。然而，在冷卻階段期間，即以高于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)操作風(fēng)扇30使得冷壓力介質(zhì)流過進(jìn)料導(dǎo)管80并與通過在底部絕熱部146上方的通道16的壓力介質(zhì)相混合的階段期間，閥門85使得進(jìn)料導(dǎo)管80瞬間節(jié)流。因此，可以例如通過打開/關(guān)閉閥門85非常精確地控制冷和溫?zé)釅毫橘|(zhì)的混合配比。即使本說明書和附圖公開了包括部件、材料、溫度范圍、壓力范圍等的選擇的實施方案和實施例，本發(fā)明卻并不限于這些具體實例。在不脫離通過所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況 下，可以進(jìn)行多種更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于熱壓的壓制裝置(100 ；110 ；120 ；130 ; 140)，所述壓制裝置包括: 壓力容器(I)，其包括適于容納制品的爐室(18)，所述爐室(18)被設(shè)置在所述壓力容器⑴內(nèi)部； 絕熱外殼(3)，其被安置為圍繞所述爐室(18)； 底部絕熱部(6 ；116 ；126 ；136 ;146)，其被安置在所述爐室(18)下方； 風(fēng)扇(30)，其具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)數(shù)rpm，所述風(fēng)扇(30)被安置為當(dāng)被操作時提供進(jìn)入所述爐室(18)的壓力介質(zhì)流和所述壓力介質(zhì)在所述爐室(18)內(nèi)的循環(huán)；和 至少一條進(jìn)料通道(40 ；50 ;60a、60b ；70 ;80)，其被安置為提供比在所述爐室(18)內(nèi)的區(qū)域更冷的區(qū)域(42)與所述風(fēng)扇(30)的入口(39)之間的連接，以使壓力介質(zhì)流能夠從所述冷區(qū)域(42)到所述入口(39)，用于將所述冷流與進(jìn)入所述爐室(18)的溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合，其中，通過調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇(30)的所述轉(zhuǎn)數(shù)，能夠控制被進(jìn)料至所述風(fēng)扇(30)的所述入口(39)的所述冷壓力介質(zhì)流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓制裝置，其中，配置所述風(fēng)扇(30)，使得在低于特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)下的操作導(dǎo)致所述冷壓力介質(zhì)流基本上被阻止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓制裝置，其中，配置所述風(fēng)扇(30)，使得在高于所述特定極限轉(zhuǎn)數(shù)的可變轉(zhuǎn)數(shù)下的操作導(dǎo)致通過所述至少一條進(jìn)料通道(40 ；50 ;60a、60b ；70 ；80)朝向所述風(fēng)扇(30)的所述入口(39)的冷壓力介質(zhì)的可變流，其中，進(jìn)料至所述爐室(18)中的冷壓力介質(zhì)的量能夠被改變。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，其中，所述至少一條進(jìn)料通道(40;50 ;60a、60b ；70 ；80)被安置為具有使得所述風(fēng)扇(30)與所述至少一條進(jìn)料通道(40 ；50 ；60a、60b ；70 ；80)協(xié)作以分別獲得所述基本上被阻止的冷壓力介質(zhì)流和所述冷壓力介質(zhì)的可變流的尺寸。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，至少一條進(jìn)料通道(40；50 ;60a、60b ；70 ；80)被安置為具有相應(yīng)出口(41 ;51 ;61a、61b ;71 ;81)，所述出口設(shè)置在相對于所述風(fēng)扇(30)的某徑向和豎直距離處，使得所述風(fēng)扇(30)和所述至少一條進(jìn)料通道(40;50;60a、60b ；70 ；80)協(xié)作以獲得所述基本上被阻止的冷壓力介質(zhì)流和所述冷壓力介質(zhì)的可變流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓制裝置，其中，所述至少一條進(jìn)料通道(40；50 ;60a、60b ；70 ；80)的所述相應(yīng)出口(41 ；51 ;61a、61b ；71 ；81)設(shè)置在從所述絕熱外殼(3)中的導(dǎo)向通道(11)的入口(14)起的某徑向和豎直距離處，使得所述至少一條進(jìn)料通道(40 ；50 ;60a、60b ；70 ；80)和所述導(dǎo)向通道的所述入口(14)協(xié)作以獲得所述基本上被阻止的冷壓力介質(zhì)流和所述冷壓力介質(zhì)的可變流。
7.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，其中，所述至少一條進(jìn)料通道(40;60a、60b ；70 ；80)為至少一條導(dǎo)管(40 ;60a、60b ；70 ;80)，所述導(dǎo)管在從所述風(fēng)扇(30)的中心軸起的某徑向距離處安置在所述底部絕熱部出；126;136;146)中，且其中所述導(dǎo)管(40 ;60a、60b ；70 ；80)的相應(yīng)出口 (41 ;61a、61b ；71 ；81)設(shè)置成與在所述底部絕熱部(6 ；126 ；136 ；146)上方的通道(16)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓制裝置，其中，所述至少一條導(dǎo)管(70)被安置為延伸至所述通道(16)中，使得所述相應(yīng)出口(71)設(shè)置在從所述底部絕熱部(136)起的某距離處。
9.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，其中，所述至少一條進(jìn)料通道(50)被安置為使得所述進(jìn)料通道的相應(yīng)出口(51)設(shè)置成與所述中央通道(37’ )相連接。
10.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，其中，在所述爐室(18)中用于支撐裝載隔室(19)的支撐裝置(44)被安置為使得允許壓力介質(zhì)流入在所述底部絕熱部(6 ；11 ; 126 ；136 ；146)上方的所述通道(16)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓制裝置，其中，所述支撐裝置(44)設(shè)置有通孔，所述通孔被安置為允許壓力介質(zhì)流入在所述底部絕熱部出;11 ;126 ；136 ；146)上方的所述通道(16)。
12.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的壓制裝置，其中，所述進(jìn)料通道(80)設(shè)置有閥門(85)。
13.一種壓制裝置(100 ；110 ；120 ；130 ；140 ；150)用于熱壓的方法，所述壓制裝置包括: 壓力容器(I)，其包括適于容納制品的爐室(18)，所述爐室被設(shè)置在所述壓力容器內(nèi) 部; 絕熱外殼(3)，其被安置為圍繞所述爐室(18)； 底部絕熱部(6 ；116 ；126 ；136 ; 146)，其被安置在所述爐室(18)下方； 風(fēng)扇(30)，其具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)數(shù)，所述風(fēng)扇被安置為當(dāng)被操作時提供進(jìn)入所述爐室(18)的壓力介質(zhì)流和所述壓力介質(zhì)在所述爐室(18)內(nèi)的循環(huán)；和 至少一條進(jìn)料通道(40 ；50 ;60a、60b ；70 ；80 ;90)，其被安置為提供比在所述爐室(18)內(nèi)的區(qū)域更冷的區(qū)域(42)與所述風(fēng)扇(30)的入口(39)之間的連接，所述方法包括:調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇(30)的所述轉(zhuǎn)數(shù)，以控制從所述冷區(qū)到所述入口(39)的壓力介質(zhì)流，用于將所述冷流與進(jìn)入所述爐室(18)的溫?zé)釅毫橘|(zhì)流混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通過熱壓且優(yōu)選通過熱等靜壓處理制品的裝置。尤其是，本發(fā)明涉及那種對冷卻而言能夠獲得快速的速率卻無需特制閥門的裝置。在裝置的壓力容器中設(shè)置爐室，且圍繞爐室安置絕熱外殼。在爐室下方安置底部絕熱部。而且，在壓力容器中，優(yōu)選在爐室中，安置具有可控的轉(zhuǎn)數(shù)的風(fēng)扇，用于將壓力介質(zhì)在爐室內(nèi)循環(huán)。安置至少一條進(jìn)料通道，以允許壓力介質(zhì)從比在爐室中的區(qū)域更冷的區(qū)域向風(fēng)扇的入口進(jìn)料，其中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的操作參數(shù)，能夠控制向風(fēng)扇的入口進(jìn)料的壓力介質(zhì)的量。
文檔編號F27B17/00GK103249549SQ201080070193
公開日2013年8月14日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者馬茨·加德恩 申請人:艾維爾技術(shù)公司