CN107922984B - 用于热的非无尽表面的均匀非接触式冷却的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却热物体的装置、尤其用于热的主要非无尽表面的均匀非接触式冷却的装置，其中，用于冷却的装置包括至少一个冷却叶片或冷却缸，该冷却叶片或冷却缸具有中空设计和冷却叶片喷嘴边缘或多个连串布置的冷却缸。在喷嘴边缘中设置指向待冷却的物体的至少一个喷嘴，其中，至少7个冷却叶片以如下方式布置：在待冷却的表面上的流动图像形成蜂窝状结构。本发明还涉及用于该装置的方法。

Description

用于热的非无尽表面的均匀非接触式冷却的方法及其装置
技术领域
本发明涉及用于热的主要非无尽表面的均匀非接触式冷却的方法及用于该方法的装置。
背景技术
在本技术领域中，在许多区域中需要冷却处理，例如当需要冷却平板时、而且当需要冷却玻璃表面(例如在玻璃制作中)或冷却处理器单元等时。
现有的冷却系统要么非常昂贵、要么保持很简单，例如通过吹气或其它流体，诸如水或油；这具有如下缺点：不适宜的、不受控的流动状况总是发生在表面上，然后这在需要特殊限定的冷却时变成问题。
在现有技术中，必须主要假设不利的流动状况(所谓的交叉流动)存在于待冷却的平整表面上且这导致不均匀的表面温度。如果为了实现均匀的材料性质而在表面区域中需要均匀温度，则这是特别不利的。特别地，非均匀表面温度也导致翘曲。
US 5,871,686公开了一种用于冷却移动钢条的装置，该装置具有横向于钢条的行进方向而延伸的多个冷却片，且冷却片具有冷却喷嘴，这些冷却喷嘴瞄准钢条且可以将冷却液吹向移动钢条。
US 2011/0018178 A1公开了一种可比拟的装置，但是代替具有喷嘴的冷却片，该装置具有瞄准条状物的多个冷却缸，这些冷却缸的自由端具有用于将供应给移动钢条的流体的排出口。
DE 69833424 T2公开了一种装置，该装置具有多个冷却片，这些冷却片同样也瞄准移动钢条且以可比拟上述现有技术的方式、利用冷却流体的射流作用于钢条，其中通过滚轴拉紧移动钢条以便防止偏离条状物的单向行进运动的运动。
传统的冷却方法不允许预定目标温度的受控实现，这些方法也使得几乎不可能系统地将任何冷却速率设定为高达最大可实现的冷却速率。
如果在将被冷却到均匀温度状况的冷却表面上存在不同的材料厚度，则存在特殊困难。
发明内容
本发明的目的是在几秒内实现将主要非无尽的热表面可再现地、系统地、均匀地、非接触式冷却到定义的表面温度。
该目的通过根据本发明的装置来达到。
本发明的另一目的是产生一种用于在几秒内将主要非无尽的热表面可再现地、系统地、均匀地、非接触式冷却到定义的表面温度的方法。
该目的通过根据本发明的方法来达到。
根据本发明，应当可能的是在20℃到900℃的温度下确保在1平方米内允许最大30℃温度偏差的冷却。所使用的冷却介质优选地为常见气体，诸如空气、混合气体、惰性气体等，但是也可以为水或其它流体。
为了低投资成本和低操作成本，本发明应当使得可以实现高系统可用性、高灵活性、和简单集成到现有的制作过程中。
根据本发明，成功地实现了这点，原因是可以通过机器人或线性驱动件使待冷却的表面在X、Y或Z平面上移动，可以预设待冷却的表面的任何移动轨迹或速度。在该情况下，振荡优选地围绕X平面和Y平面上的静止位置。可选地，可以在Z平面(即在竖直方向上)存在振荡。
也可以很容易地在一侧或两侧存在冷却。
根据本发明的冷却单元包括喷嘴，这些喷嘴彼此间隔一定距离。喷嘴的(即排出口的)几何结构从简单的圆柱几何结构到复杂的几何限定的实施方式。冷却单元在该情况下被实现为使得从热板流走的介质找到足够空间且因此在待冷却的表面上不产生交叉流动。可以将附加的交叉流动施于喷嘴和/或喷嘴行之间的空间，以便提高冷却速率且因此吸收(可以这么说)从热板流走的冷却剂。然而，该交叉流动应当不干扰从喷嘴流到板(即，自由流动)的冷却剂。
根据本发明，在待冷却的表面上的优选的流动图案应当具有蜂窝状结构。
在该情况下，冷却优选地通过至少一个冷却叶片而发生；该冷却叶片为板状或圆柱形元件，该冷却叶片也可以从基座朝向出口带而成锥形；以及至少一个喷嘴被安装在出口带中。在该情况下，叶片被实现为中空的，从而喷嘴可以被供给来自中空叶片的冷却流体。一个或多个喷嘴可以利用楔形元件而彼此分隔；该楔形元件也可以使用于流动流体的空间沿着朝向喷嘴的方向变窄。
特别地，这产生形成的流体射流的扭转。
优选地，设置彼此挨着定位的多个叶片，其中，这些叶片彼此偏移。
偏移布置同样也产生多个点彼此偏移的冷却，其中，这些点彼此混配以产生均匀冷却，以及将形成的流体吸收在两个叶片之间的区域中并运走。
在该情况下，优选地移动待冷却的元件，例如待冷却的板，从而一方面是板的移动且另一方面是喷嘴的偏移布置确保了冷却流体流动跨越板的所有区域，从而实现均匀冷却。
附图说明
将基于附图、通过示例阐述本发明。附图中：
图1示出彼此平行布置的多个喷嘴叶片的俯视图；
图2示出根据图1中的截面A-A的喷嘴叶片的布置；
图3示出根据图2中的截面线C-C的穿过喷嘴叶片的纵切面；
图4为来自图3的细节D的放大图，示出了喷嘴；
图5为喷嘴叶片的布置的示意性透视图；
图6为喷嘴叶片的边缘区域的放大细节，具有在叶片的布置内的偏移；
图7为根据本发明的冷却叶片的布置的透视图，这些冷却叶片被合并为一个冷却块；
图8为根据图7的布置的后面透视图；
图9为根据本发明的进入冷却叶片的内部的视图；
图10示出具有喷嘴的冷却叶片，示出了待冷却的平板、温度分布、和流体温度分布；
图11为根据图10的布置的示例，示出了速度分布；
图12示意性地示出由根据本发明的彼此偏移布置的多个冷却叶片组成的两个相对冷却箱以及用于拿取待冷却的物体并运输该物体的移动支架的布置。
具体实施方式
下文将描述一个可能的实施方式。
根据本发明的冷却装置1具有至少一个冷却叶片2。该冷却叶片2实现为长形翼片的形式且具有冷却叶片基座3、延伸至远离冷却叶片基座的两个冷却叶片宽边4、连接冷却叶片宽边的两个冷却叶片窄边5、以及自由喷嘴边缘6。
该冷却叶片2实现为具有冷却叶片腔7的中空体；该腔被冷却叶片宽边4、冷却叶片窄边5、和喷嘴边缘6封闭；冷却叶片在基座3处打开。利用冷却叶片基座3，将冷却叶片插入冷却叶片框架8中；以及可以将冷却叶片框架8放在中空流体供应箱上。
喷嘴边缘6的区域设有多个喷嘴或开口，这些喷嘴或开口到达腔7内且因此允许流体通过喷嘴10从腔流出到外部。
喷嘴导管11从喷嘴延伸到腔7中，至少在喷嘴边缘6的区域中在空间上使喷嘴彼此分离。喷嘴导管在该情况下优选地实现为楔形的，从而通过楔形支柱12使喷嘴导管或喷嘴彼此分离。优选地，喷嘴导管被实现为使得其沿着朝向腔7的方向加宽，从而通过喷嘴导管的变窄来加速进入的流体。
冷却叶片宽边4可以实现为从冷却叶片基座3朝向喷嘴边缘6会聚，从而腔沿着朝向喷嘴边缘6的方向变窄。
另外，冷却叶片窄边5可以实现为会聚或发散。
优选地，设置相对于宽边而彼此平行布置的至少两个冷却叶片2；关于喷嘴10的间隔，冷却叶片2彼此偏移半个喷嘴距离。
也可以存在多于两个冷却叶片2。
关于喷嘴边缘的跨度，喷嘴10同样也可以被实现为纵向地与喷嘴边缘齐平；然而，喷嘴也可以被实现为圆形、椭圆形且与喷嘴边缘对齐或椭圆形且横向于喷嘴边缘、六边形、八边形、或多边形。
特别地，如果喷嘴关于喷嘴边缘的纵向跨度而同样也实现为长方形、特别地为长椭圆形或长多边形的形式，则这导致形成的流体射流的扭转(图10和图11)；按照一半喷嘴间隔距离的偏移布置在板状主体上产生冷却图案(图10)，对应地使该冷却图案偏移。
对应的速度轮廓也产生对应分布(图11)。
根据本发明，已证实从喷嘴10流出的流体实际上撞击待冷却的主体的表面(图10和图11)，但是该流体完全流走，流入冷却装置1的至少两个叶片之间，从而不中断待冷却的主体的表面处的冷却流。
优选地，存在如下条件：
喷嘴的水力直径＝DH，其中，DH＝4×A/U
喷嘴距主体的距离＝H
两个冷却叶片/冷却缸之间的距离＝S
喷嘴的长度＝L
L>＝6×DH
H<＝6×DH，尤其4×DH到6×DH
S<＝6×DH，尤其4×DH到6×DH(错位阵列)
振荡＝两个冷却叶片之间沿着X、Y(可能Z)的间隔距离的一半。
例如，冷却装置(图12)具有冷却叶片2在冷却叶片框架8中的两种布置；冷却叶片框架8实现为具有对应的流体供应箱14且特别地在取向为远离冷却叶片2的那侧设有包含加压流体(特别地通过加压流体的供应)的流体箱。
另外，设置移动设备15；该移动设备被实现为使得待冷却的主体可以以如下方式在相对的冷却叶片布置之间传送：可以在待冷却的主体的两侧施加冷却行为。
喷嘴边缘6距待冷却的主体的距离在该情况下例如为5mm到250mm。
通过冷却装置相对于待冷却的主体的相对运动(反之亦然)、尤其摆动或振荡运动，根据图10的冷却图案移动跨越待冷却的主体的表面；从热主体流走的介质在冷却叶片2之间找到足够空间且因此在待冷却的表面上不产生交叉流动。
根据本发明，对应的流动介质通过附加的交叉流动作用于之间的空间，从而使逆着热主体流动的介质被吸入叶片之间。
利用本发明，有利地可以实现热元件的均匀冷却，该均匀冷却不昂贵且相对于目标温度和可能的产出时间具有高度的可变性。
附图标记
1 冷却装置
2 冷却叶片
3 冷却叶片基座
4 冷却叶片宽边
5 冷却叶片窄边
6 喷嘴边缘
7 腔
8 冷却叶片框架
10 喷嘴
11 喷嘴导管
12 楔形支柱
14 流体供应箱
15 移动设备。

Claims (11)

1.一种用于冷却热物体的装置，冷却装置具有至少一个冷却叶片(2)或一个冷却缸；所述冷却叶片(2)或冷却缸实现为中空的且具有冷却叶片喷嘴边缘(6)或排成一行的多个冷却缸；在所述喷嘴边缘(6)中设置至少一个喷嘴(10)，所述至少一个喷嘴(10)瞄准待冷却的物体；以及至少7个冷却叶片以如下方式布置：在待冷却的表面上的流动图案形成蜂窝状结构,
其特征在于，设置移动设备(15)，利用所述移动设备(15)能够使所述至少一个冷却叶片(2)与冷却叶片框架(8)和流体供应箱(14)一起移动而以摆动或振荡方式跨越待冷却的主体，或利用所述移动设备(15)能够使所述待冷却的主体以摆动或振荡方式而相对于所述冷却叶片(2)移动；所述冷却叶片和/或所述冷却缸和/或所述冷却装置具有单元，所述装置配备有所述单元使得所述装置围绕X轴、Y轴或Z轴振荡，或所述装置具有移动设备，利用所述移动设备能够使待冷却的物体以围绕所述X轴、Y轴或Z轴的振荡方式而相对于所述冷却叶片或冷却装置移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于冷却热物体的装置是用于热的主要非无尽表面的均匀非接触式冷却的装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置彼此平行且间隔布置的多个冷却叶片(2)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却叶片(2)在所述喷嘴边缘(6)处分别彼此偏移所述喷嘴(10)之间的距离的一半。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个冷却叶片(2)具有冷却叶片基座(3)、冷却叶片宽边(4)、冷却叶片窄边(5)和喷嘴边缘(6)；所述喷嘴边缘(6)、所述冷却叶片宽边(4)和所述冷却叶片窄边(5)形成腔(7)的边界，且所述至少一个冷却叶片(2)利用所述冷却叶片基座(3)放在所述冷却叶片框架(8)中或上；以及出于流体供应目的，能够将所述冷却叶片框架(8)放在流体供应箱(14)上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，存在如下条件：
喷嘴的水力直径＝DH，其中，DH＝4×A/U
喷嘴距主体的距离＝H
两个冷却叶片/冷却缸之间的距离＝S
喷嘴的长度＝L
L>＝6×DH
H<＝6×DH，
S<＝6×DH，
振荡距离＝两个冷却叶片之间沿着X、Y或Z的间隔距离的一半。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述H为4×DH到6×DH。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，针对错位阵列，所述S为4×DH到6×DH。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于移动所述装置的设备产生0.25秒/周期的振荡速度。
10.一种用于冷却热物体的方法，通过使用根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，将冷却装置(1)和具有热表面的物体相对于彼此移动；所述冷却装置(1)具有彼此平行且间隔的至少两个冷却叶片(2)；所述冷却叶片(2)具有喷嘴边缘(6)，所述喷嘴边缘(6)具有瞄准待冷却的物体的喷嘴(10)；通过所述喷嘴(10)将冷却流体导向在所述待冷却的物体的表面处，以及在接触所述热表面之后，所述冷却流体在所述叶片(2)之间的空间中流走；使所述冷却装置围绕X轴、Y轴或Z轴振荡，或使待冷却的物体相对于所述冷却装置而围绕所述X轴、Y轴或Z轴振荡。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法是用于热的主要非无尽表面的均匀非接触式冷却的方法。
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