热等静压机快速冷却方法以及热等静压机
专利汇可以提供热等静压机快速冷却方法以及热等静压机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种热 等静压 机快速冷却方法，所述 热等静压 机由一个 压 力 容器 (1)构成，压力容器内部有 炉料 区(19)以及布置于其间的 隔热 体(8)，且在隔热体(8)范围内有加热元件(4)以及炉料(18)布置于炉料托板(6)上，该方法的特征在于：在压力容器(1)的炉料区(19)内部通过至少一个 喷嘴 (13)喷入 流体 形成旋流(23)，流体在旋流(23)经过隔热体(8)附近的过程中与炉料(18)附近的流体混合，且从喷嘴(13)流出的流体其 温度 低于炉料区(19)中的流体或者炉料(18)。在本发明所推荐的热等静压机中，在压力容器(1)之内至少有一个 导管 (12)与炉料区(19)内的至少一个喷嘴(13)相连，并且给导管(12)供应 低温流体 。，下面是热等静压机快速冷却方法以及热等静压机专利的具体信息内容。
1.一种热等静压机快速冷却方法，所述热等静压机由一个压力容器(1)构成，压 力容器内部有炉料区(19)以及布置于其间的隔热体(8)，且在隔热体(8)范围内 有加热元件(4)以及炉料(18)布置于炉料托板(6)上，
其特征在于：
通过至少一个喷嘴(13)在压力容器(1)的炉料区(19)内部形成旋流(23)，
流体在旋流(23)经由隔热体(8)附近的过程中与炉料(18)附近的流体混合， 并且
从喷嘴(13)流出的流体所具有的温度低于炉料区(19)以及/或者炉料(18)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)喷出的低温流体相对 于压力容器(1)的中轴线(26)沿切向喷入炉料区(19)之中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)喷出的低温流体向下 或者向上与水平线相交成轻微的角度沿切向喷入炉料区(19)之中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)喷出的低温流体以高 速喷入炉料区(19)之中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)流出的流体以较低的 温度从底层空间(22)直接喷入导管(12)之中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过入口(24)将流体输送到压力 容器(1)外侧的流体冷却器(10)，然后通过入口(25)将其送入导管(12)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在底层空间(22)之中通过由一个 喷射管(15)和一个文丘里喷嘴(16)构成的真空喷射泵，将在压力容器(1)外侧经 过冷却后的流体直接或者将其混合来自底层空间(22)的流体之后送入导管(12)之 中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用(两个彼此平行布置的环形间 隙(9，17)中的)自然对流建立一个完全布置于隔热体(8)之外的外侧循环回路(20) 进一步优化快速冷却效果。
9.根据权利要求1所述的方法，其特特征在于，从炉料区(19)的环流(23)中 流出的流体在炉料区(19)下方经由隔热体(8)中的通孔(14)进入外侧循环回路(20) 之中，并且与外侧循环回路(20)中的流体混合，接着在环流作用下流经压力容器(1) 的壁面，变成低温流体经由通孔(14)回流到炉料区(19)下方。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流体可以通过垂直通孔(7) 从炉料区(19)和/或从水平通孔(7)流入底层空间(22)之中。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)喷出的低温流 体在进入炉料区(19)之前被喷入导流装置(27)之中，导流装置(27)在靠近隔热 体(8)壁面的外侧区域内将低温流体送往炉料区(19)。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从喷嘴(13)喷出的低温流 体在进入炉料区(19)之前被喷入导流装置(27)之中，在导流装置(27)在靠近隔 热体(8)壁面的外侧区域内将低温流体送往炉料区(19)之前，导流装置(27)内产 生第一旋流。
13.一种用于实施权利要求1所述方法的热等静压机，由一个压力容器(1) 构成，压力容器内部有炉料区(19)以及布置于其间的隔热体(8)，且在隔热体(8) 范围内有加热元件(4)以及炉料(18)布置于炉料托板(6)上，其特征在于，在压 力容器(1)之内至少有一个导管(12)与炉料区(19)内部的至少一个喷嘴(13)相 连，且供应给该导管(12)的流体其温度低于炉料区(19)中的流体和/或炉料(18)。
14.根据权利要求13所述的热等静压机，其特征在于，喷嘴(13)的出流 方向布置成水平和/或与压力容器(1)的中轴线(26)相切。
15.根据权利要求13或14所述的热等静压机，其特征在于，喷嘴(13) 的出流方向与中轴线(26)相切，并且向下或者向上与水平线斜交。
16.根据上述权利要求13～15中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 导管(12)通入并且/或者穿过底层空间(22)。
17.根据上述权利要求13～16中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在底层空间(22)中安装有用来从底层空间(22)将流体供应给导管(12)的循环装 置(5)。
18.根据上述权利要求13～17中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在底层空间(22)中有一个用来输送冷却流体的入口(25)。
19.根据上述权利要求13～18中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在底层空间(22)中有一个出口(24)，该出口与压力容器(1)之外的一个流体冷却 器(10)以及/或者与一个压缩机(11)相连，且最终与入口(25)相连。
20.根据上述权利要求13～19中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在底层空间(22)中安装有一个由喷射管(15)和文丘里喷嘴(16)构成的真空喷射 泵，且喷射管与入口(25)相连。
21.根据上述权利要求13～20中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 隔热体(8)外侧具有一个上、下均有通孔的导流板(21)形成一个环状间隙(9)。
22.根据上述权利要求13～21中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在炉料区(19)和底层空间(22)之间的隔热体(8)之中布置有若干通孔(14)。
23.根据上述权利要求13～22中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在炉料区(19)和/或者环形腔(17)与底层空间(22)之间布置有若干通孔(7)。
24.根据上述权利要求13～23中任一项所述的热等静压机，其特征在于， 在炉料区(19)和喷嘴(13)之间安装有至少由一个水平板构成的导流装置(27)。
技术领域
本发明涉及一种热等静压机的快速冷却方法，以及一种热等静压机。
背景技术
HIP周期通常要持续非常长的时间，从几小时到几天不等。周期成本的主要部分 是占压资金的机器小时率所引起的。尤其是从工作温度降低到能够安全打开压机的允 许温度所需的冷却时间相当长，通常占到周期时间的三分之一以上，且在工艺过程中 无法加以利用。现在已经知道：冷却过程对于生产零件的材料特性有着至关重要的作 用。许多材料均需要严格遵守一定的最大冷却速度，以便保证材料质量。此外，在 冷却过程中还要注意：应当使工件整体均匀冷却，不得不均匀地有不同的温度区。在 制造大型构件时，温度差异所引起的内应力可能会导致翘曲、切口应力集中开裂或者 导致彻底毁坏。即使是通常放在加热炉内的支架上的小型构件，也有可能出现此类问 题。
已知现有技术水准下的高压釜均采用热气体循环方式，配有或者没有机械式辅助 设备，例如风机。在没有机械式辅助设备的应用中，通过现有的或者强制的温度差(加 热或冷却外壁)在高压釜中实现气体的自然对流和重新分布。较冷的流体下降，较热 的流体则上升。可以使用导流机构以有控制的方式对这种流体的流动加以利用，从而 在高压釜内实现均匀的加热或者冷却循环。现有技术所使用的就是由一根上、下开口 的管子构成的导流套或对流套。在加热过程中，加热炉中的热源提供驱动力，并且根 据热源的布置情况开始流动。在冷却模式下，低温流体在对流套和起冷却作用的外壁 之间下降，并且推动套管内部较热的流体向上流过工件。在HIP设备的顶盖上，从 下而上的流动推动流体朝向外侧部分运动，使得流体在外壁和套管之间又重新下降。 这时又重新形成相应的冷却作用，从而维持连续的冷却过程。
例如，编号为DE 38 33 337 A1的公开说明书就公开了一种使HIP设备快速冷 却的实施型式。根据这种解决方案所述，通过底层空间内的阀门打开循环回路，在隔 热罩内的高温区与隔热罩外的低温区之间形成气体循环，从而形成快速冷却作用。在 隔热罩的上盖中有一些始终常开的孔，高温流体可以通过这些孔流出。这种实施型式 的缺点在于：温度非常低的流体会从下方回流到高温区之中，并且与加热炉中的工件 发生直接接触，这样就会使低温气体从下而上充满高温区。其不足之处在于：可能会 出现参数过于不确定的骤然冷却，无法使得整个炉料区实现均匀的冷却速度。对于大 型构件而言，这种不均匀冷却可能会引起上述问题，如翘曲、开裂或毁坏。
编号为WO 2003/070 402 A1的申请说明书公开了一种热等静压机冷却方法以 及一种热等静压机。根据该方法所述，从装料区放出高温流体，将其与装料区外下降 的低温流体混合，然后将混合流体重新送入装料区。该方法所要求的条件复杂，因此 也需要使用构造复杂、具有若干管道的热等静压机。如果炉料的侧凹部分或者炉料的 支撑结构妨碍炉料区的正常流通，则重新送入的混合流体可能会以无法控制的方式回 流到炉料区之中，且有时会导致不同的冷却速度，这也是一个缺点。此外，将冷却到 混合温度的气体从下方送入炉料区，必然会导致炉料区的下端与上端之间出现温度梯 度，因此不可能实现均匀的冷却速度。
发明内容
针对该方法提出的任务可根据本发明加以解决，即在压力容器的炉料区内部通过 至少一个喷嘴喷入流体形成旋流，在旋流经过隔热体附近的过程中，流体与来自炉料 附近的流体相互混合，且从喷嘴流出的流体具有比炉料区内流体和/或炉料更低的温 度。
针对用于实施该方法的热等静压机提出的任务可根据权利要求13加以解决，即 在压力容器内至少有一个管路与炉料区内部的至少一个喷嘴相连，且供应给该管路的 流体其温度低于炉料区中的流体或者炉料。
本发明的原理在于：通过在压力容器上部定向喷入低温流体的方式，在炉料区范 围内形成旋流。在炉料区上端以高速喷入的方式，在炉料区内产生旋流效应，也就是 说，从喷嘴喷出的低温流体沿着隔热体作圆周运动，并且由于流体密度较大而下降。因 为与炉料区之间并无隔离物，从而在炉料区附近的高温流体与旋转运动的低温流体之 间发生混合。下降的流体夹带着来自炉料区内部的高温流体，从而产生混合温度。由 于混匀效果理想，且可根据物理作用可靠防止炉料接触温度过低的流体，因此能确保 各个炉料部分均具有理想、均匀的冷却梯度。通过流体在炉料区内部的旋转运动，也 可保证上升、下降流体不会因为炉料侧凹部分或者炉料支架的妨碍而在炉料区内形成 温度小环境。由于流体在旋转运动，因此就会在(例如)侧凹部分处产生涡流，即使 存在内有静止流体的小环境，也能将其充分混匀，从而十分有效地平衡温度差。
利用本发明所述的特征，可以在进行快速冷却时，使得整个炉料区内在冷却过程 中实现均匀的温度分布。
本发明的其它有益措施和实施型式均在从属权利要求以及下列以附图为参考的描 述中加以阐述。
附图说明
附图2 沿着附图1所示压力容器的炉料区上部喷入平面水平剖开的剖面图，
附图3 沿着压力容器隔热体外侧与内侧区域之间的混合平面水平剖开的另一个 剖面图，
附图4a、b所示为炉料区上部流体导流装置的两种实施例，以及
附图5 一种利用循环装置进行快速内冷却的压力容器，沿其中轴线垂直剖开的 剖面图。
具体实施方式
在一种特别优选的实施型式中，通过由一个喷射管15和一个文丘里喷嘴16构 成的真空喷射泵，将经由入口25回送到压力容器1之中的冷却流体与来自底层空间 22的流体混合之后送入导管12之中(附图1)。在旋流23的所有驱动方法中，流 体可以直接从炉料区19以及/或者从第二环状间隙17经由通孔7进入底层空间22 之中。这是一种结构性设计，取决于所要实现的冷却速度，因为从炉料区19流出的 流体其温度明显高于从第二环状间隙17流出的流体。
为了进一步优化整个压力容器的快速冷却效果，在两个彼此平行的环状间隙9、 17中利用自然对流建立外侧循环回路20，所述循环回路20完全位于隔热体8之外。 外侧循环回路20中的流体以及来自炉料区19的旋转流体可以在炉料区下方利用隔 热体8内的通孔14相互交换并且混合。旋流23中的高温气体可以经由通孔14进 入外侧循环回路20之中，在这里首先与外侧环流混合，并且通过压力容器壁1上的 循环作用继续冷却，冷却后的气体经由通孔14流回到炉料区19下方。
将经由入口25送入的外部冷却流体和/或者在外侧环形腔17内经过压力容器1 的壁面冷却后的流体混合之后，就能按照附图1、4或5所示的快速冷却方法，达到 极充分和快的炉料区19冷却效果。当然，对于专业人士而言，本发明所公开的方法 有多种变化型式可供使用。
在附图4所示的另一种优选实施型式中，通过喷嘴13在导流装置27之中或者 在其上方将流体喷入炉料区19之中。该导流装置27可以设计成水平布置的单片或 双片圆盘(附图4a)或者环(附图4b)，从而保证从喷嘴13流出的冷却流体在进 入旋流23之前到达炉料区19的外边缘，这里就是隔热体8构成的外边缘。这样就 可避免不可控制的冷却流体进入炉料区19的中部。
导流装置27还可设计成水平布置的双板或双环，如同附图4a、b所示的实施型 式一样，通过从喷嘴13流入的冷却流体，在两个板片之间实现极佳的并且受到严格 限制的气体导向作用，可以不受隔热体8的上部区域的结构与高度(顶盖)的影响。
可想而知，也可将导流装置27设计成一种扩宽的喷嘴13，使得经由喷嘴13进 入导流装置27的流体在双板之内产生初级旋流，然后才在隔热体8的壁面附近进入 炉料区19之中。这时的至少一个入口具有喷嘴13的定向特征。
为了强制使得从喷嘴13流出的冷却流体与上隔热体8附近的热流体立即混合， 可以使从喷嘴13流出的流体喷入一个真空喷嘴之中(图中没有绘出)。
在另一种实施型式中，在外侧环形间隙17与底层空间22之间还可以附加布置 一些通孔7，使得经过压力容器壁冷却后的流体能够直接回流到底层空间22之中(附 图5)。
附图标记清单：
1. 压力容器
2. 上封闭盖
3. 下封闭盖
4. 加热元件
5. 循环装置
6. 炉料托板
7. 通孔
8. 隔热体
9. 环状间隙1
10. 流体冷却器
11. 压缩机
12. 导管
13. 喷嘴
14. 通孔
15. 喷射管
16. 文丘里喷嘴
17. 环状间隙2
18. 炉料
19. 炉料区
20. 外侧循环回路
21. 用于20的导流板
22. 底层空间
23. 旋流
24. 出口
25. 入口
26. 中心线
27. 导流装置
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