CN108136464A - 待控温的非无尽表面的均匀非接触温度控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制热物体的温度的装置、尤其用于主要非无尽表面的均匀非接触式温度控制的装置，其中，用于控制温度的该装置包括至少一个温度控制叶片或温度控制缸，其中，该温度控制叶片或温度控制缸具有中空设计和温度控制叶片喷嘴边缘或多个连串布置的温度控制缸。在喷嘴边缘中设置指向待控温的物体的至少一个喷嘴，其中，至少7个温度控制叶片以如下方式布置：在待控温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

待控温的非无尽表面的均匀非接触温度控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及用于待调温的主要非无尽表面的均匀非接触式调温的方法及用于该方法的装置。
背景技术
在本技术领域中，在许多区域中需要调温过程，例如当需要冷却或加热平板时、而且当需要冷却或加热玻璃表面(例如在玻璃制作中)或冷却或加热处理器单元等时。
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调温时变成问题。
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)存在于待调温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。
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调温速率设定为高达最大可实现的调温速率。
如果在将被冷却到均匀温度状况的调温表面上存在不同的材料厚度，则存在特殊困难。
采用相同方式，加热也与现有技术中的问题相关联。
特别地当加热板时以及甚至更特别地当加热金属板(例如出于硬化或成型的目的)时，要么利用燃烧器、电子电阻加热器，要么利用直接板加热来作用于这些板。
所有的这些类型的加热涉及如下缺点：它们都非常复杂或特别地在具有不同厚度的情况下导致不同的加热结果。这些类型的加热不允许对加热的小的按区域的控制。
在现有技术中还已知，首先利用各种各样的方法预加热平金属板、尤其钢片坯料，然后在整个区域上或仅在一些区域中执行加热到之后允许执行硬化的温度。
即使利用加热方法，非均匀表面温度也可以导致翘曲。
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、非接触式调温到定义的表面温度。
该目的通过具有权利要求1的特征的装置来达到。
在从属于权利要求1的从属权利要求中公开了有利修改。
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、非接触式调温到定义的表面温度的方法。
该目的通过具有权利要求9的特征的方法来达到。
在从属于其的从属权利要求中公开了有利修改。
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℃温度偏差的调温，即冷却或加热。所使用的冷却介质为空气和混合气体，但是也可以为水或其它流体。所使用的加热介质优选地为热气体。
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调温的表面在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。
根据本发明的调温单元包括喷嘴，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。调温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，以便提高调温速率且因此吸收(可以这么说)从热板流走的调温介质。然而，该交叉流动应当不干扰从喷嘴流到板(即，自由流动)的调温介质。
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调温流体。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调温，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，优选地移动待调温的元件，例如待调温的板，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调温流体流动跨越板的所有区域，从而实现均匀调温。
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调温叶片的俯视图；
图2示出根据图1中的截面A-A的调温叶片的布置；
图3示出根据图2中的截面线C-C的穿过调温叶片的纵切面；
图4为来自图3的细节D的放大图，示出了喷嘴；
图5为调温叶片的布置的示意性透视图；
图6为调温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为根据本发明的调温叶片的布置的透视图，这些调温叶片被合并为一个调温块；
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调温叶片的内部的视图；
图10示出具有喷嘴的调温叶片，示出了待调温的板、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调温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；
图13示出利用根据本发明的装置在平的片材金属坯料中实现的加热曲线，示出了片材温度。
具体实施方式
下文将描述一个可能的实施方式。
根据本发明的调温装置1具有至少一个调温叶片2。该调温叶片2实现为长形翼片的形式且具有调温叶片基座3、延伸至远离调温叶片基座的两个调温叶片宽边4、连接调温叶片宽边的两个调温叶片窄边5、以及自由喷嘴边缘6。
该调温叶片2实现为具有调温叶片腔7的中空体；该腔被调温叶片宽边4、调温叶片窄边5、和喷嘴边缘6封闭；调温叶片在基座3处打开。利用调温叶片基座3，将调温叶片插入调温叶片框架8中；以及可以将调温叶片框架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。
调温叶片宽边4可以实现为从调温叶片基座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，调温叶片窄边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调温叶片2；关于喷嘴10的间隔，调温叶片2彼此偏移半个喷嘴距离。
也可以存在多于两个调温叶片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调温图案(图10)，对应地使该调温图案偏移。
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调温的主体的表面(图10和图11)，但是该流体完全流走，流入调温装置1的至少两个叶片之间，从而不中断待调温的主体的表面处的调温流。
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
两个调温叶片/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＝两个调温叶片之间沿着X、Y(可能Z)的间隔距离的一半。
例如，调温装置(图12)具有调温叶片2在调温叶片框架8中的两种布置；调温叶片框架8实现为具有对应的流体供应源14且特别地在取向为远离调温叶片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。
如果假设该调温装置用于冷却主体，则使用冷却介质，该冷却介质优选地被供应给调温叶片；在具有多个调温叶片的情况下，优选地将冷却介质集中地供应给流体供应箱且从该流体供应箱将冷却介质分布到调温叶片。
如果使用调温装置加热对应板或对应物体，则可以通过气体介质执行加热。
可以在调温装置的外部将这些气体介质对应地加热到目标温度。这类加热是可行的，例如利用传统的热风炉。
也可以在流体供应箱中执行对相应流体的加热。在该情况下，可以通过直接或间接加热、尤其通过燃烧器、辐射管、电阻加热器等加热流体。
也可以直接使用由燃烧器产生的热废气。
在这些情况下，也可以预先或随后加速相应气体或对这些气体加压以便确保来自喷嘴的充足流出量。
在第一示例性实施方式中，利用纯对流热、通过处于1100℃的温度的热气体加热片材坯料，以及利用200W/m^2/K的传热系数对该片材坯料进行调温。
在图13中示出了该纯对流加热的加热曲线(随着以s为单位的时间绘制以℃为单位的温度)。非常清楚的是，迅速加热到大于Ac3即奥氏体化温度(例如，其在锰/硼钢下为900℃)的温度，以及例如，该方法因此也非常适合于热成型。
自然而然地，出于该目的而不需要使用平的片材坯料，反而也可以加热适当预制的组件。
在第二示例性实施方式中，仅对片材坯料的子区域进行调温，即，从室温(大约20℃)加热到高于Ac3(大约900℃)的温度。
局部奥氏体化有利地硬化仅这些区域，而片材坯料的其它区域在热成形步骤(在此未更详细地描述)之后保持柔软。
可以非常准确地调整该区的设置(根据喷嘴叶片的实施方式)，且在本示例中，甚至可以将该设置用于片材坯料内的从至少60mm×60mm的面积下降到几毫米的区域的准确调温。如果影响片材坯料的边缘区域，则利用通过喷嘴区域的对应移动，甚至可以更准确地对这些边缘区域调温，条件是片材坯料的多个部分不行进穿过喷嘴区域。
第三示例性实施方式显示，也可以预加热片材坯料，例如通过辊底式炉或其它蓄热式炉。
此后，通过气体加热执行将片材坯料调温到大于Ac3的温度，该调温在全部区域上或仅一些区域中执行。
进气温度：1800℃
用于片材坯料的初始温度：500℃
片材坯料的最终温度：1200℃
从500℃到1200℃的持续时间：大约30秒
从500℃到900℃的持续时间：大约16秒
设置：双侧加热
另外，设置移动设备16；该移动设备被实现为使得待调温的主体可以以如下方式在相对的调温叶片布置之间传送：可以在待调温的主体的两侧施加冷却行为。
喷嘴边缘6距待调温的主体的距离在该情况下例如为5mm到250mm。
通过调温装置相对于待调温的主体的相对运动(反之亦然)，根据图10的调温图案移动跨越待调温的主体的表面；从热主体流走的介质在调温叶片2之间找到足够空间且因此在待调温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，从而使逆着待调温的主体流动的介质被吸入叶片之间。
利用本发明，有利地可以实现对待调温的元件的均匀的调温，该均匀调温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 调温装置
2 调温叶片
3 调温叶片基座
4 调温叶片宽边
5 调温叶片窄边
6 喷嘴边缘
7 腔
8 调温叶片框架
10 喷嘴
11 喷嘴导管
12 楔形支柱
14 流体供应源。

Claims (9)

1.一种用于对待调温的物体进行调温的装置、尤其用于待调温的主要非无尽表面的均匀非接触式调温的装置，其特征在于，调温装置具有至少一个调温叶片(2)或一个调温缸；所述调温叶片(2)或调温缸实现为中空的且具有调温叶片喷嘴边缘(6)或排成一行的多个调温缸；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)瞄准待调温的物体；以及至少7个调温叶片以如下方式布置：在待调温的所述表面上的流动图案形成蜂窝状结构。
2.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调温叶片(2)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述调温叶片(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。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个调温叶片(2)具有调温叶片基座(3)、调温叶片宽边(4)、调温叶片窄边(5)和喷嘴边缘(6)；所述喷嘴边缘(6)、所述调温叶片宽边(4)和所述调温叶片窄边(5)形成腔(7)的边界，且所述至少一个调温叶片(2)利用所述调温叶片基座(3)放在调温叶片框架(8)中或上；以及出于流体供应目的，能够将所述调温叶片框架(8)放在流体箱(15)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置移动设备(16)，利用所述移动设备(16)能够使所述至少一个调温叶片(2)与调温叶片框架(8)和流体供应箱(15)一起移动而跨越待调温的主体，或利用所述移动设备(16)能够使所述待调温的主体相对于所述调温叶片(2)移动，使得能够产生相对于彼此的摆动或振荡运动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述调温叶片和/或所述调温缸和/或所述调温装置具有单元，所述装置配备有所述单元，从而所述装置能够围绕X轴、Y轴或Z轴移动且尤其摆动或振荡。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，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
两个调温叶片/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＝两个调温叶片之间沿着X、Y(可能Z)的间隔距离的一半。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，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。
9.一种用于对待调温的物体进行调温的方法、尤其用于待调温的主要非无尽表面的均匀非接触式调温的方法，尤其通过使用根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，将调温装置(1)和具有热表面的物体相对于彼此移动；所述调温装置(1)具有彼此平行且间隔的至少两个调温叶片(2)；所述调温叶片(2)具有喷嘴边缘(6)，所述喷嘴边缘(6)具有瞄准待调温的物体的喷嘴(10)；通过所述喷嘴(10)将调温流体导向在所述待调温的物体的表面处，以及在接触所述热表面之后，所述调温流体在所述叶片(2)之间的空间中流走。
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