CN111683806B - 压制设备和冷却所述设备中的制品的方法 - Google Patents

Abstract

披露了一种压制设备(100)。该压制设备(100)包括：压力容器(2)，该压力容器包括压力缸(1)、顶端封闭件(3)和底端封闭件(9)；炉腔(18)，该炉腔用于加热压力介质；多个引导通路(10，11，13)；负载隔室(19)，该负载隔室被配置为容纳要处理的至少一个制品；以及至少一个流动发生器(30，32)，该至少一个流动发生器用于使压力介质在该压力容器内流通。该压制设备进一步包括布置在该顶端封闭件或该底端封闭件中的热交换元件(170)。该热交换元件包括用于允许压力介质流过该热交换元件的至少一个通路、以及用于允许冷却介质在该至少一个回路内流通以冷却压力介质的至少一个回路。

Description

压制设备和冷却所述设备中的制品的方法

技术领域

本发明总体上涉及压力处理领域。特别地，本发明涉及一种用于通过比如热等静压(HIP)等热压来处理至少一个制品的压制设备。

背景技术

热等静压(HIP)可以例如用于减少或者甚至消除铸件(例如，涡轮机叶片)中的孔隙率，以便显著增加它们的使用寿命和强度(例如，它们的疲劳强度)。此外，HIP还可以用于通过压缩粉末来制造产品，其中，粉末装罐在金属片囊中，从而给予产品所期望的形状。HIP对于提供期望或要求完全或基本上完全致密以及具有无孔或基本上无孔的外表面等的产品具有特别的意义。

要通过HIP进行压力处理的制品可以被定位在隔热压力容器的负载隔室或腔室中。处理循环可以包括装载制品、处理制品和卸载制品。可以同时处理若干个制品。处理循环可以被分成比如压制阶段、加热阶段和冷却阶段等几个部分或阶段。在将制品装载到压力容器中之后，则可以密封该压力容器，随后将压力介质(例如，包括比如含氩气体等惰性气体)引入到压力容器及其负载隔室中。然后增加压力介质的压力和升高其温度，使得制品在选定的时间段期间经受已增加的压力和已升高的温度。通过布置在压力容器的炉腔中的加热元件或炉子来升高压力介质的温度，这进而导致制品的温度升高。压力、温度和处理时间可以例如取决于被处理制品的期望的或需要的材料特性、具体的应用领域、以及被处理制品的质量要求。HIP中的压力可以例如在从200巴至5000巴(比如从800巴至2000巴)的范围内。HIP中的温度可以例如在从300℃至3000℃(比如从600℃至2000℃)的范围内。

当制品的压力处理完成时，制品可能需要在从压力容器移除或卸载之前被冷却。制品的冷却特性(例如其冷却速率)可能影响被处理制品的冶金性能。通常期望的是能够以均匀的方式冷却制品，并且如果可能的话，能够控制冷却速率。已经作出努力来减少对已经受HIP的制品进行冷却所需的时间段。例如，在冷却阶段期间，可能要求或期望快速降低压力介质的温度(并且从而也降低制品的温度)，而不会引起负载隔室内任何大的温度变化(例如，使得负载隔室内的温度以均匀的方式降低)。此外，可能期望的是在选定的时间段期间内将温度保持处于某一温度水平或某一温度范围内，而在选定的时间段期间没有或只有小的温度波动。通过在制品冷却期间避免负载隔室内任何大的温度变化，因此在制品的冷却期间在制品本身的不同部分内可能没有温度变化或者只有非常小的温度变化。因此，可以降低被处理制品中的内部应力。

发明内容

可以设想的是，可以在制品经受相对高的压力的同时对制品进行冷却，这对于被处理制品的冶金性能可能是有利于的。

鉴于此以及前述背景技术部分中的描述，本发明的关注点是提供一种能够例如通过HIP对至少一个制品进行压力处理的压制设备，该压制设备能够在处理循环的冷却阶段期间将经受压力处理的至少一个制品相对快速地冷却到所需的或期望的温度。

本发明的另一关注点是提供一种能够例如通过HIP对至少一个制品进行压力处理的压制设备，该压制设备能够在处理循环的冷却阶段期间对经受压力处理的至少一个制品提供相对高的冷却速率，其中可能的压力介质的冷却速率超过每分钟300℃。

为了解决这些关注点和其他关注点中的至少一个，提供了根据独立权利要求的压制设备。优选的实施例由从属权利要求限定。

根据本发明的第一方面，提供了一种压制设备。该压制设备包括压力容器，该压力容器包括压力缸、顶端封闭件和底端封闭件。该压制设备进一步包括包含炉子的炉腔，其中，该炉腔被布置在该压力容器内用于加热压力介质。该压制设备进一步包括用于压力介质的多个引导通路，其中，该引导通路与该炉腔处于流体连通并被布置在该压力容器内，以在该压力容器内形成环路。另外，该压制设备包括负载隔室，该负载隔室被配置为容纳至少一个要处理的制品，其中，该负载隔室被布置在该炉腔内部并允许压力介质流过该负载隔室。该压制设备进一步包括至少一个流动发生器，该至少一个流动发生器用于经由这些引导通路中的至少一个引导通路使压力介质在该压力容器内流通，由此压力介质被布置为穿过该负载隔室。该压制设备进一步包括布置在该顶端封闭件或该底端封闭件中的热交换元件。该热交换元件包括至少一个通路，该至少一个通路包括来自多个引导通路中的至少一个的入口和进入多个引导通路中的至少一个的出口，用于允许压力介质流过该热交换元件和在该压力容器内流动。该热交换元件进一步包括至少一个回路，该至少一个回路用于允许冷却介质在该热交换元件的至少一个回路内流通，以冷却被布置为流过该热交换元件的压力介质。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于冷却压制设备中的至少一个制品的方法，其中该压制设备包括：压力容器，该压力容器包括压力缸、顶端封闭件和底端封闭件；炉腔，该炉腔布置在该压力容器内用于加热压力介质；以及负载隔室，该负载隔室用于容纳至少一个制品以进行处理，其中，该负载隔室布置在该炉腔内。该方法包括使压力介质在该压力容器内流通，由此该压力介质被布置为穿过该负载隔室。该方法进一步包括引导该压力介质通过布置在该顶端封闭件中或该底端封闭件中的热交换元件的通路，以允许压力介质流过该热交换元件。该方法进一步包括使冷却介质在该热交换元件内流通以冷却被布置为流过该热交换元件的压力介质。

因此，本发明基于提供一种能够例如通过HIP对至少一个制品实施压力处理的压制设备的思想，该压制设备能够在处理循环的冷却阶段提供对经受压力处理的至少一个制品的相对快速的冷却。通过(多个)流动发生器的操作，压力介质被布置为穿过该负载隔室并穿过该压制设备的顶端封闭件或底端封闭件，在该顶端封闭件或底端封闭件中布置了热交换元件。该热交换元件包括一个或多个回路，该一个或多个回路用于允许冷却介质的流通，并因此冷却该压力介质。因此，在压制设备内流通的压力介质可以被有效地冷却，从而引起布置在压制设备的负载隔室中的制品相对快速或迅速的冷却。

本发明的优点在于，通过经由冷却介质在该热交换元件内流通实现的主动冷却，压力介质的冷却是高效的。因此，压力介质与冷却介质之间的有效热交换引起压力介质的显著且快速的温度降低，这进而引起负载隔室中的(多个)制品的相对快速的冷却。更具体地说，与其中冷却介质被布置为穿过顶端封闭件或底端封闭件外部的压制设备的配置相比，进入并穿过热交换元件的压力介质可以与热交换元件形成相对紧密的热接触，例如与冷却介质和/或热交换元件的散热区域形成相对紧密的热接触。因此，本实施例的优点在于，可以更有效和/或更快速地进行压力介质的冷却。

应当了解的是，本发明的创造性冷却构思可以在压制设备中的压制处理或加工之后快速降低压制设备中的温度。作为温度方面的降低的结果，由于普遍气体定律，压力也以相对较快的速率降低。因此，本发明的冷却构思可以使压制设备的压力处理循环显著更短。考虑到节省的时间，这不仅意味着改进的压制设备操作，而且还提高了压制设备的操作的成本效率。

本发明在其在压制设备的顶端封闭件中或底端封闭件中设置热交换元件的多用途构思方面是进一步有利的。更具体地，本发明的构思不限于热等静压设备，而是也可以在适于较低操作温度的压制设备中实现。在压制设备中施加的压力可以取决于制品的材料和/或对制品的工业质量要求。例如，对于要在汽车工业中使用的制品(例如包括铝合金)，可以在压制设备中施加50MPa的压力，而对于要在飞机工业中使用的制品(例如包括铝合金)，可以施加100MPa或更大的压力。

压制设备可以适用于通过压制(例如，比如HIP等热压)来处理至少一个制品。该压制设备包括压力容器，该压力容器包括压力缸、顶端封闭件和底端封闭件。压力容器因此可以包括顶端封闭件和底端封闭件、或(更一般地)第一端部封闭件和第二端部封闭件。炉腔可以例如被布置为使得压力介质可以从炉腔与底端(或第二端部)封闭件之间的空间进入炉腔。压力容器、或压力容器的压力缸可以例如被布置为使得顶端(或第一端部)封闭件的内表面和底端(或第二端部)封闭件的内表面朝向或基本上朝向彼此定向。上述端部封闭件中的任何一个可以被布置为使得可以例如根据本领域已知的任何方式打开和关闭端部封闭件。

该压制设备进一步包括包含炉子的炉腔，其中，该炉腔被布置在该压力容器内用于加热压力介质。该炉腔可以被布置成使得压力介质可以进入和离开该炉腔。

该压制设备进一步包括用于压力介质的多个引导通路或引导路径。该压制设备中使用的压力介质可以例如包括流体介质或由流体介质构成，该流体介质相对于要在该压制设备中处理的(多个)制品具有相对低的化学亲和性。压力介质可以例如包括气体，例如比如氩气等惰性气体。

引导通路与炉腔处于流体连通，并被布置为在该压力容器内形成环路。另外，该压制设备包括负载隔室，该负载隔室被配置为容纳至少一个要处理的制品，其中，该负载隔室被布置在该炉腔内部并允许压力介质流过该负载隔室。因此，该压力介质可以经由引导通路在该压力设备内流通，包括经过其中设置有(多个)制品的负载隔室。

该压制设备进一步包括至少一个流动发生器，该至少一个流动发生器用于使压力介质经由这些引导通路中的至少一个在该压力容器内流通。术语“至少一个流动发生器”在这里是指一个或多个风扇、喷射器、流通装置等。该压力介质被布置为穿过该负载隔室。

该压制设备进一步包括布置在该顶端封闭件或该底端封闭件中的热交换元件。术语“热交换元件”在这里基本上是指用于热交换和/或热传递的任何元件、设备、配置等。热交换元件包括至少一个通路，该至少一个通路用于允许压力介质从该通路的入口经由该通路流过该热交换元件，并从该通路的出口返回到该压力容器的压力缸中。因此，压制设备由此可以被配置为允许压力介质从该负载隔室流动并进入布置在顶端封闭件内部或底端封闭件中的热交换元件中。在压力介质已经穿过热交换元件之后，该压制设备被配置为允许压力介质离开热交换元件并流入用于压力介质在压力容器内流通的(多个)引导通路。热交换元件进一步包括至少一个回路，该至少一个回路用于允许冷却介质在该至少一个回路中流通。“至少一个回路”在这里基本上是指用于允许冷却介质的流通的任何元件、设备、配置等，例如包括一个或多个管、导管、管道等。“冷却介质”在这里基本上是指任何介质或冷却剂，例如水、(多种)有机化学品等。该热交换元件的冷却介质被布置为冷却被布置成流过热交换元件的压力介质。

热交换元件可以以不同的方式配置或布置，以便相对于不同的要求或期望调整或定制其热交换容量或能力。因此，可以例如在处理循环的冷却阶段期间实现经过热交换元件的压力介质的相对高的冷却速率。热交换元件的至少某部或某个部分可以由金属或具有相对高导热率的另一材料制成。

根据本发明的实施例，入口可以被布置在热交换元件的中心部分处，并且出口可以被布置在热交换元件的外围部分处。因此，压制设备由此可以被配置为允许压力介质从负载隔室经由居中设置的入口流入到顶端封闭件或底端封闭件内部的热交换元件的中央部分，以通过热交换元件冷却压力介质，并允许压力介质从热交换元件流出并经由其周边设置的出口返回到压力容器中。应当了解的是，用于流通压力介质的压制设备的(多个)引导通路通常布置在负载隔室的外围。因此，本实施例的优点在于，可以优化从负载隔室到布置在负载隔室外围的引导通路之一的压力介质路径。本实施例的进一步的优点在于，通过允许压力介质沿着压力容器的壁在(多个)引导通路中流动，压制设备的构型即使在压力介质已经穿过热交换元件之后也提供对压力介质的方便连续的冷却。

根据本发明的实施例，通路可以具有蜿蜒形状。换句话说，用于允许压力介质在热交换元件内部流动的热交换元件的通路可以是卷绕的和/或螺旋的。本实施例的优点在于，用于压力介质的通路甚至可以更长，和/或将压力介质暴露于热交换元件的更大的热耗散面积，从而导致压力介质的有效得多和/或快速得多的冷却。

根据本发明的实施例，该热交换元件可以包括具有长环路形形式的多个回路。例如，在热交换元件的通路具有蜿蜒形状的情况下，长环路形形式的多个回路可以被布置为与通路的形状配合地对应或一致。例如，长环路形形式的多个回路可以设置在蜿蜒形状的通路的谷中。

根据本发明的实施例，该炉腔可以至少部分地由隔热外壳围成，该隔热外壳包括隔热部分和至少部分地围成该隔热部分的壳体。该隔热外壳被布置为使得该压力介质能够进入和离开该炉腔。该环路的一部分包括至少一个第一引导通路，该至少一个第一引导通路分别形成在至少部分壳体与该隔热外壳之间，并且被布置为引导已经经过该炉腔之后的压力介质。该环路的另一部分包括至少一个第二引导通路，该至少一个第二引导通路分别形成在至少部分隔热壳体与该压力容器的壁之间，并且被布置为在该压力介质重新进入该炉腔之前靠近该压力缸的壁的内表面引导已经经过该热交换元件的压力介质。该压制设备进一步包括布置在该隔热外壳内的第一流动发生器，其中，该至少一个第一引导通路与该第一流动发生器处于流体连通。该压制设备进一步包括布置在该隔热外壳下方的第二流动发生器，其中，该至少一个第二引导通路与该第二流动发生器处于流体连通。因此，在本发明的这个实施例中，该压制设备被配置为具有环路的至少两个部分，即第一部分，该第一部分包括(a)形成在该负载隔室的(外)壁与该绝热外壳之间的(多个)第一引导通路；以及第二部分，该第二部分包括(a)形成在该壳体与该压力容器的壁之间的(多个)第二引导通路。因此，在本发明的这个实施例中，该压制设备可以通过操作第二流动发生器来提供来自底部隔热部分与该底端封闭件之间的空间的相对冷的压力介质流，来提供有效的冷却阶段。另外，该压制设备可以通过操作该第一流动发生器来在该隔热外壳内提供相对温热的压力介质流，来提供有效的加热阶段。

压力缸的壁(这些壁具有内表面，在压力介质重新进入炉腔之前，可以在至少一个第二引导通路中靠近该内表面引导压力介质)可以包括压力缸的外壁。压力缸的外壁可以例如包括压力缸的侧向壁或周向壁。压力缸的外壁的外表面上(或压力缸的包络表面上)可以设置通道、导管和/或管等，在这些通道、导管和/或管等中可以提供冷却剂流以用于冷却压力缸的外壁。在压力缸的外壁的外表面上，并且可能地在用于冷却剂的任何通道、导管和/或管等上，可以设置预应力装置。可以例如以线(例如，由钢制成)的形式设置预应力装置，这些线缠绕成多圈从而围绕压力缸的外壁的外表面以及可能地还围绕其上可以设有的用于冷却剂的任何通道、导管和/或管等形成一个或多个带，并且优选地分成若干个层形成。预应力装置可以被布置用于在压力缸上施加径向压缩力。

可以从在靠近该压力缸的壁的内表面引导的压力介质传递到压力缸的壁的热能的量可以取决于以下中的至少一个：压力介质在其在靠近压力缸壁的内表面经过期间的速度、在压力介质在靠近压力缸壁的内表面经过期间与压力缸的壁的内表面(直接)接触的压力介质的量、以及压力介质与压力缸的壁之间的相对温度差。压力缸的壁可以是压力缸的外壁。

根据本发明的实施例，该压制设备可以进一步包括控制设备。该控制设备可以被配置为控制从该至少一个第一引导通路向该第一流动发生器的压力介质供应，并且控制从该至少一个第二引导通路向该第二流动发生器的压力介质供应。该控制设备因此可以被配置为分别经由第一引导通路和第二引导通路控制向相应的第一流动发生器和第二流动发生器供应该压力介质的第一(较温热)部分和该压力介质的第二(较冷)部分。术语“控制压力介质的供应”在此是指例如通过控制设备的一个或多个阀控制所供应的压力介质的量(例如每单位时间)。本实施例的优点在于，可以进一步改善压制设备内压力介质的温度的控制。例如，在期望在压制设备的处理循环中相对快速冷却的情况下，控制设备可以被配置为例如通过(完全)打开一个或多个阀来将压力介质的第二(较冷)部分的相对大部分供应到第二流动发生器。

根据本发明的实施例，该控制设备可以进一步被配置为控制第一流动发生器和第二流动发生器中的至少一个的操作。在这种上下文中，在流动发生器是风扇的情况下，术语“操作”可以是平均速度、每分钟转数等。替代性地，在喷射器作为流动发生器的情况下，术语“操作”可以指流速。本实施例的优点在于，可以以甚至进一步的程度控制压制设备内的压力介质的温度。例如，在期望压制设备的处理循环中相对快速冷却的情况下，控制设备可以被配置为以相对高的速度操作第二流动发生器。

根据本发明的实施例，该压制设备可以包括布置在压力容器内的吸热元件，其中，该吸热元件被配置为从压力介质吸收热量。该吸热元件可以包括至少一个入口，该至少一个入口允许已经通过炉腔的压力介质进入该吸热元件的内部。该吸热元件进一步被配置为允许压力介质通过吸热元件被引导朝向该吸热元件的至少一个出口。继而，该至少一个出口允许压力介质离开该吸热元件。该至少一个入口布置在该吸热元件的第一侧，并且该至少一个出口布置在该吸热元件的第二侧。该吸热元件的第二侧面向顶端封闭件的内表面的方向，并且第二引导通路进一步布置为引导已经经过吸热元件的压力介质。吸热元件可以完全布置在压力容器内，该吸热元件替代性地可以被称为散热器单元或热交换器单元。吸热元件从以下意义上说可以是“被动”元件，即该吸热元件可能并不设有用于将冷却介质输送到吸热元件或从吸热元件输送冷却介质的任何导管、通路、通道等。吸热元件可以与压力容器的外部没有连接。特别地，吸热元件可以与压力容器的外部不处于流体连通。应当理解的是，相比之下，顶端封闭件或底端封闭件中的热交换元件是“主动”元件，因为冷却介质被输送到热交换元件、在热交换元件内输送和/或背离热交换元件输送。本发明的实施例的优点在于，例如可以被放置在负载隔室中的任何制品的相对快速的冷却可以例如在处理循环的冷却阶段期间被实现到所需或期望的温度。进一步，通过例如相对于吸热元件的吸热容量或能力适当地配置该吸热元件，可以例如在处理循环的冷却阶段期间实现相对高的制品冷却速率。应当了解的是，在压制设备中设置用于冷却目的的吸热元件和热交换元件的构思之间存在协同效应。因此，通过提供根据本文所述的实施例中的一个或多个的、包括吸热元件和热交换元件的压制设备，可以获得对压力介质更有效的冷却，这因此可以产生压制处理循环中更有效和/或更短的冷却。另外，通过本发明的实施例，冷却可以在压制设备中在相对恒定的压力下执行。因此，在压制设备中的压力处理之后，在压制设备中可以通过冷却阶段降低温度，在该冷却阶段中，压力(仍然)可以保持处于相对高的水平。这是有利的，因为在压制设备中在相对恒定的压力期间执行冷却可能有益于压制设备中处理的(多个)制品的材料的比如硬度等一种或多种性质。

根据本发明第二方面的实施例，该方法可以包括将压力介质从该热交换元件的中心部分处的入口引导到该热交换元件的外围部分处的出口。

根据本发明第二方面的实施例，该方法可以包括通过使布置在该负载隔室内的至少一个制品经受第一预定压力和第一预定温度持续所选择的时间段来对该至少一个制品进行高压处理。该方法可以进一步包括根据本发明的第二方面的前述实施例中的任何一个降低该负载隔室内温度的步骤。

根据本发明的第二方面的实施例，该方法可以包括，与根据前述实施例使该至少一个制品经受第一预定压力和第一预定温度的步骤同时，操作该第一流动发生器用于使压力介质在该压力容器内流通。因此，根据该实施例，第一流动发生器可以在处理循环的保持阶段期间操作，在该阶段中，可以在负载隔室中保持相对高的温度。由于第一流动发生器可以在保持阶段期间操作，因此可以实现负载隔室中相对一致或均匀的温度分布。这是非常有益的，因为在压制设备中经受加工或处理的(多个)制品在处理周期期间可能经受相同或基本相同的(多个)温度，产生(多个)制品的加工方面的一致性。该实施例提供均匀加热的可能性在使用相对较大的负载隔室的情况下可能特别重要，从而避免负载隔室中间隔开的制品被不同地加工。

根据本发明的第二方面的实施例，该方法可以包括在使该至少一个制品经受第一预定压力和第一预定温度的步骤之前，将负载隔室内的温度升高到第一预定温度，并且同时操作第一流动发生器用于使压力介质在该压力容器内流通。

下面通过例示性实施例来描述本发明的进一步的目的和优点。应注意的是，本发明涉及权利要求中引用的特征的所有可能组合。当研究所附权利要求和本文中的说明书时，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚。本领域技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合以创建除了本文描述的实施例之外的实施例。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明的实施例的压制设备的示意性局部截面侧视图。

图2是根据本发明的实施例的压制设备的热交换元件的示意性局部截面侧视图。

图3是根据本发明的实施例的压制设备的示意性局部截面侧视图。

图4a至图4b是根据本发明的实施例的压制设备的一部分的示意性局部截面侧视图。

图5是根据本发明的实施例的用于冷却压制设备中的至少一个制品的方法的示意流程图。

图6是根据本发明的实施例的用于通过压制设备进行高压处理的方法的示意图。

所有的图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且总体上仅示出了为了阐明本发明的实施例所必需的部分，其中其他部分可以省略或仅仅被提出。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中描述本发明，附图中示出了本发明的例示性实施例。然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的本发明的实施例；而是，这些实施例是通过示例方式提供的，使得本公开将本发明的范围传达给本领域技术人员。

图1是根据本发明的实施例的压制设备100的示意性局部截面侧视图。压制设备100旨在用于压制至少一个制品，该制品用附图标记5示意性地指示。压制设备100包括压力容器2。尽管图1中未示出，但压力容器2可以包括用于向压力容器2供应压力介质和从该压力容器排出压力介质的元件、装置、模块等，比如一个或多个端口、入口、出口、阀等。

压力容器2包括压力缸1、顶端封闭件3和底端封闭件9。压力容器2包括炉腔18。炉腔18包括炉子、或加热器或加热元件，以用于例如在处理循环的压制阶段期间加热压力容器中的压力介质。在图1中以附图标记36示意性地指示了炉子。根据图1中所展示的本发明的实施例，炉子36可以被布置在炉腔18的下部部分处。替代性地或另外，炉子36可以被布置为靠近炉腔18的内侧表面或侧向表面。应当理解，炉子36相对于炉腔18(例如在其之内)的不同配置和布置是可能的。炉子36关于其相对于炉腔18(例如在其之内)的布置的任何实施方式可以用在本文描述的本发明的任一个实施例中。在本申请的上下文中，术语“炉子”指的是用于提供加热的元件或装置，而术语“炉腔”指的是炉子以及可能地负载隔室和任何制品所在的区域或区。如图1所示的，炉腔18可以不占据压力容器2的整个内部空间，而是可以在炉腔18的周围留下压力容器2的内部的中间空间10。中间空间10形成用于压力介质的第二引导通路10。在压制设备100的操作期间，中间空间10内的温度可以低于炉腔18内的温度，但是中间空间10和炉腔18可以处于相等或基本相等的压力。

压力容器2的外壁的外表面可以设有通道、导管或管等(未示出)，这些通道、导管或管例如可以被布置为与压力容器2的外壁的外表面连接、并且可以被布置为平行于压力容器2的轴向方向延伸。用于冷却压力容器2的壁的冷却剂可以设置在通道、导管或管中，由此压力容器2的壁可以被冷却，以便在压力容器2的操作期间保护壁免受有害的热量累积。通道、导管或管中的冷却剂可以例如包括水，但是另一类型或其他类型的冷却剂是可能的。在图1中用压力容器2的外侧的箭头指示了在压力容器2的外壁的外表面上设置的通道、导管或管中的冷却剂的示例性流动。

即使在任何附图中没有明确指明，压力容器2也可以被布置为使得其可以被打开和关闭，从而使得任何制品5可以插入压力容器2内或被移除。压力容器2的使其可以被打开和关闭的布置可以以本领域已知的多种不同方式实现。尽管在图1中没有明确指明，但是顶端封闭件3和底端封闭件9中的一个或两个可以被布置为使得其可以被打开和关闭。

炉腔18由隔热外壳6、7、8围成，并且被布置为使得压力介质可以进入和离开炉腔18。根据图1中所示的本发明的实施例，隔热外壳6、7、8包括隔热部分7、部分地包围隔热部分7的壳体6、以及底部隔热部分8。尽管隔热外壳由附图标记6、7、8共同指代，但不是隔热外壳6、7、8的所有元件都可以被布置为是被隔热的或具有隔热性。例如，壳体6可以不被布置为是被隔热的或具有隔热性。

第一引导通路13形成在隔热部分7的内侧、在隔热部分7与负载隔室19的壁之间，并且被布置为向下引导已经穿过负载隔室19的压力介质。引导通路11形成在隔热部分7与壳体6之间。如图1所示，引导通路10、11、13布置在压力容器2内、与炉腔18处于流体连通，并且被布置为在压力容器2内形成环路的至少一部分。在处理周期的冷却阶段期间压力介质的流动由图1中示出的压力容器2内的箭头展示。环路的一部分包括分别形成在壳体6的部分与隔热部分7之间的引导通路11。引导通路11被布置为在压力介质离开炉腔18之后将压力介质引导朝向顶端封闭件3。应当了解的是，在图4a至图4b中更详细地示出了在冷却(和加热)操作期间压力介质在压制设备100的底部部分中的流动的更详细描述。

热交换元件170被布置在压制设备100的顶端封闭件3中。应该注意的是，压制设备100可以以组合的方式或替代地包括底端封闭件9中的热交换元件170。在以下描述中，压制设备100将被描述为在顶端封闭件3中具有热交换元件170，但是应当注意的是，所描述的压制设备100的功能可以类似于布置在底端封闭件9中的热交换元件170的情况。

热交换元件170包括回路180，该回路用于允许冷却介质在热交换元件170的回路180内流通，以冷却被布置为穿过顶端封闭件3中的热交换元件170的压力介质。压力介质可以从壳体6的开口穿过布置在顶端封闭件3中的热交换元件170的通路200。更具体地，压力介质可以经由热交换元件170的中心部分处的通路200的入口205进入通路200，并且经由热交换元件170的外围部分处的出口210离开通路200。此后，压力介质可以进入到第二引导通路10中。应当理解的是，进入热交换元件170的压力介质可以与热交换元件170形成相对紧密的热接触，该热交换元件被穿过其回路180的冷却介质冷却。因此，压力介质可以被热交换元件170有效地和/或快速地冷却。

热交换元件170的回路180包括入口管185，该入口管经由通道197流体地连接到回路180，以便于向回路180供应冷却介质。类似地，回路180包括出口管195，该出口管与回路180流体地连接，以从回路180排出冷却介质。在热交换元件170的操作期间，冷却介质由此被布置为在热交换元件170的回路180内流通，以进行经过顶端封闭件3的压力介质的热传递或冷却。因为冷却介质的温度显著低于压力介质的温度，所以存在从冷却介质到压力介质的冷传递，或者类似地，存在从压力介质到冷却介质的热传递。

应当了解的是，图1中描述的热交换元件170是示意性的，并且其他配置也是可能的。例如，热交换元件170可以替代性地布置在底端封闭件9中、具有与顶端封闭件3中相同或相似的回路180。图2中提供了热交换元件170的更详细的描述。

图1中的压制设备进一步包括布置在隔热外壳6、7、8内的第一流动发生器30。在此，第一流动发生器30被例示为用于炉腔18内压力介质的流通的风扇等。第一引导通路13与第一流动发生器30处于流体连通，使得来自第一引导通路13的压力介质可以经由第一流动发生器30重新进入负载隔室19。压制设备100进一步包括布置在隔热外壳8下方的第二流动发生器32。类似于第一流动发生器30，第二流动发生器32也被例示为用于压力介质的流通的风扇等。第二流动发生器32与第一流动发生器30处于流体连通，使得通过第二流动发生器32流通的压力介质可以被送到第一流动发生器30，以进一步送到压制设备100的负载隔室19中。在图4a至图4b中提供了第一流动发生器30和第二流动发生器32的操作的更详细的描述。

压制设备100的第二引导通路10被布置为在压力介质重新进入炉腔18之前，靠近压力容器2的壁(例如，分别为压力缸1的壁，如图1所示)的内表面29引导已经经过和/或离开热交换元件170的压力介质。在压力介质在靠近压力缸1的壁的内表面29处经过期间，从压力介质可以传递的热能的量可以取决于以下中的至少一个：压力介质的速度、与压力缸1的壁的内表面29(直接)接触的压力介质的量、压力介质与压力缸1的壁的内表面29之间的相对温度差、压力缸1的厚度、以及设置在压力缸1的壁的外表面上的通道、导管或管中的任何冷却剂流(在图1中由压力缸1的外侧的箭头指示)的温度。

图2是根据本发明的实施例并且如图1中示意性指示的压制设备100的热交换元件170的示意性局部截面侧视图。热交换元件170的回路180包括用于向回路180供应冷却介质的入口管185、以及用于从回路180排出冷却介质的出口管195。

热交换元件170的回路180包括多个子回路180a-h，冷却介质被布置为流过这些子回路。应当了解的是，可以具有长环路形形式的子回路180a-h可以被布置或分布在热交换元件170的同心圆中。子回路180a-h的数量可以是任意的，但是可以优选地为100至200。此外，可以有多于一个入口管185和/或多于一个出口管195，例如取决于热交换元件170中所需的冷却介质的量。另外，子回路180a-h的竖直长度也可以是任意的或者根据压制设备100的大小进行调整，但是优选地可以是0.2m至0.4m。对于子回路180e，更详细地示出了在热交换元件170中的回路180中流动的冷却介质流。在此，来自入口185的冷却介质流在子回路180e的中心部分中被向下引导，并在子回路180e的外围部分中被向上引导并进入出口管195中。子回路180e中的冷却介质流由附图标记202指示。

根据图2的热交换元件170的示意性示例，用于压力介质的热交换元件170的通路200具有蜿蜒形状。更具体地，从通路200中心布置的入口，通路200在径向传播方向上如波浪一样发展，并且在垂直于径向传播方向的方向上以正弦的方式发展。通路200由此沿着多个同心布置的子回路180a-h，由此长环路形形式的多个回路180a-h向下延伸到蜿蜒形状或波浪形状通路200的“谷”中。在通过热交换元件170的通路200中流动的压力介质流由附图标记201表示。

在热交换元件170的操作期间，冷却介质由此被布置为在热交换元件170的回路180内流通，以对通过热交换元件170的通路200的压力介质进行热传递或冷却。

图3是根据本发明的一个或多个实施例的热交换压制设备100的示意性局部截面侧视图。应当了解的是，图3中的压制设备的许多特征、元件等对应于图1中的压制设备，并且由此为了增加理解，参考图1。如图3所示，压力介质可以离开负载隔室19，随后在负载隔室19的壁与隔热部分7之间的第一引导通路13中被引导。此后，压力介质可以通过隔热部分7与壳体6之间的开口进入到引导通路11中。可能地，隔热部分7与壳体6之间的开口可以设有阀或任何其他类型的可调节流器或压力介质限流装置。图3中的压制设备100与图1中的压制设备100的不同之处在于，图3中的压制设备100进一步包括吸热元件20。吸热元件20被布置在压力容器2内，并且被配置为从压力介质吸收热量。吸热元件20的至少某部或某个部分可以例如由金属或具有相对高导热率的另一材料制成。

吸热元件20包括多个入口21，该多个入口允许已经离开炉腔18的压力介质进入到吸热元件20的内部22中。吸热元件20被配置为允许压力介质通过吸热元件20被引导朝向吸热元件20的多个出口23。该多个出口23允许压力介质离开吸热元件20。入口21被布置在吸热元件20的第一侧24，并且出口23布置在吸热元件20的第二侧25。应当理解，不必具有多个入口21和多个出口23。可能地，在吸热元件20的第一侧24上可以仅有一个入口21，并且在吸热元件20的第二侧25上可能仅有一个出口23。

吸热元件20的第二侧25面向朝向顶端封闭件3的内表面的方向，比如如图3所展示的。如图3中进一步所展示的，吸热元件20可以被布置为使得吸热元件20的第一侧24与吸热元件20的第二侧25相反。

在压力介质已经被引导通过吸热元件20之后，压力介质穿过布置在顶端封闭件3中的热交换元件170的引导通路200，如在图1和图2以及与其相关联的正文中更具体地描述的那样。因此，可以存在通过“被动”吸热元件20和“主动”热交换元件170两者进行的压力介质的冷却。此外，在压制设备100包括设置在压力缸1的壁的外表面上的通道、导管或管中的任何冷却剂流(如图1所示)的情况下，可以存在对压力介质的更有效的冷却。

图4a至图4b是根据本发明实施例的(例如如图1和图3中所描述和披露的)压制设备100的底部部分的示意性局部截面侧视图。

图4a描述了压制设备的处理循环的冷却段或冷却阶段期间的压力介质的流动，并且图4b描述了压制设备的处理循环的加热段或加热阶段期间的压力介质的流动。在图4a至图4b中，压制设备包括布置在隔热外壳内的第一流动发生器30。在此，第一流动发生器30被例示为用于炉腔18内压力介质的流通的风扇等。根据图1中展示的本发明的实施例，风扇30可以例如被布置在底部隔热部分中的上述开口处。第一引导通路13与第一流动发生器30处于流体连通，使得来自引导通路13的压力介质可以经由第一流动发生器30重新进入负载隔室19。压制设备100进一步包括布置在隔热外壳下方的第二流动发生器32。类似于第一流动发生器30，第二流动发生器32也被例示为用于压力介质的流通的风扇等。第二流动发生器32经由管31与第一流动发生器30处于流体连通，使得通过第二流动发生器30流通的压力介质被送到第一流动发生器30，以便于进一步送到压制设备的负载隔室中。

在图4a(该图描述了压制设备的处理循环的冷却段或冷却阶段期间的流动)中，在第二引导通路10中被朝向炉腔18往回引导的压力介质可以进入炉腔18—或底部隔热部分—与底端封闭件之间的空间。应当了解的是，已经经过热交换元件170并通过第二引导通路10的压力介质可以具有相对较低的温度，其中压力介质可以通过靠近压力缸1的壁的内表面被引导而被进一步冷却。因此，具有相对较低的温度的压力介质可以经由第二流体发生器32朝向第一流体发生器30被输送，以便进一步输送到负载隔室19中。压制设备100进一步可以包括控制设备(未示出)，该控制设备被配置为控制从第一引导通路13向第一流动发生器30的压力介质的供应，并控制从第二引导通路10向第二流动发生器32的压力介质的供应。控制设备可以进一步被配置为控制第一流动发生器30和/或第二流动发生器32的操作(例如，每分钟转数，rpm)。例如，在期望在压制设备的处理循环中相对快速冷却的情况下，控制设备可以被配置为例如通过(完全)打开一个或多个阀，经由第二流动发生器32将相对较大部分的相对较冷的压力介质中从引导通路10供应朝向负载隔室。

在图4b(该图描述了压制设备的处理循环的加热段或加热阶段期间的流动)中，控制设备可以被配置为通过关闭一个或多个阀来停止向第二流动发生器32的任何压力介质的供应，使得没有或最少的(相对较冷的)压力介质通过管被输送朝向第二流动发生器32。与此相结合，控制设备可以可选地被配置为打开一个或多个阀，用于向第一流动发生器30供应压力介质，以(相对温热的)使压力介质流通。因此，只有来自引导通路13的压力介质可以被吸入到第一流动发生器30中，并被进一步输送到压制设备的负载隔室中。

图5是根据本发明的实施例的用于冷却压制设备中的至少一个制品的方法500的示意流程图。压制设备包括：压力容器，该压力容器包括压力缸、顶端封闭件和底端封闭件；炉腔，该炉腔布置在该压力容器内用于加热压力介质；以及负载隔室，该负载隔室用于容纳至少一个制品以进行处理，其中，该负载隔室布置在该炉腔内。该方法可以包括在压力容器内流通压力介质的步骤510，由此压力介质被布置为穿过负载隔室。方法500可以进一步包括引导压力介质通过布置在顶端封闭件中或底端封闭件中的热交换元件的通路以允许压力介质流过热交换元件520。方法500可以进一步包括在布置在顶端封闭件或底端封闭件中的热交换元件内流通冷却介质以冷却被布置为流过热交换元件的压力介质的步骤530。

图6是根据本发明的实施例的用于通过压制设备进行高压处理的方法600的示意图。该方法可以包括通过使布置在负载隔室内的至少一个制品经受第一预定压力P₁和第一预定温度T₁持续所选择的时间段t₁来对至少一个制品执行高压处理的步骤610。第一预定压力P₁可以是20MPa至500MPa，优选地为50MPa至300MPa，更优选地为80MPa至250MPa。第一预定温度T₁可以是800℃至3000℃，优选地为1000℃至1400℃，更优选为约1200℃。所选择的时间段t₁可以是0.1至6小时，优选地为0.5至4小时，并且更优选地为1至2小时。方法600可以进一步包括根据前述实施例中的任何一个在时间t₂期间在负载隔室内降低温度的步骤620。温度降低的速率(即冷却速率)可以是至少200℃/min，优选地至少为250℃/min，更优选至少为300℃/min。在使用根据一个或多个前述实施例的吸热元件的情况下，温度降低的速率甚至可以高达500℃/min。方法600可以进一步包括与在所选择的时间段t₁期间使至少一个制品经受第一预定压力P₁和第一预定温度T₁的步骤610的同时操作第一流动发生器用于使压力介质在压力容器内流通的步骤630。

应当了解的是，在通过在所选择的时间段t₁期间使布置在负载隔室内的至少一个制品经受第一预定压力P1和第一预定温度T1来执行至少一个制品的高压处理610之前，方法600可以进一步包括在时间t₀期间升高压制设备中的温度的步骤640。方法600可以进一步包括与升高压制设备中的温度的步骤640同时的操作第一流动发生器用于使压力介质在压力容器内流通的步骤650。应当了解的是，如果在压制设备中存在主导压力，则可以执行所提及的操作第一流动发生器的步骤650。

总之，披露了一种压制设备。该压制设备包括：压力容器，该压力容器包括压力缸和顶端封闭件；炉腔，该炉腔用于加热压力介质；多个引导通路，该多个引导通路用于压力介质并且被布置为在压力容器内形成环路；负载隔室，该负载隔室被配置为容纳要处理的至少一个制品；以及至少一个流动发生器，该至少一个流动发生器用于使压力介质在压力容器内流通。该压制设备进一步包括布置在顶端封闭件或底端封闭件中的热交换元件，该热交换元件包括至少一个回路，该至少一个回路用于允许冷却介质在热交换元件的至少一个回路中流通，以冷却被布置为穿过顶端封闭件或底端封闭件的压力介质。

虽然已经在附图和前面的描述中对本发明进行了说明，但是这种说明应被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所披露的实施例。从对附图、本披露和所附权利要求的研究中，本领域技术人员在实施所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露的实施例的其他变化。在所附权利要求中，词语“包括”不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种压制设备（100），包括：

压力容器（2），该压力容器包括压力缸（1）、顶端封闭件（3）和底端封闭件（9），

炉腔（18），该炉腔包括炉子，其中，该炉腔布置在该压力容器内用于加热压力介质，

用于压力介质的多个引导通路，其中，这些引导通路与该炉腔处于流体连通并被布置在该压力容器内，以在该压力容器内形成环路；

负载隔室（19），该负载隔室被配置为容纳至少一个要处理的制品，其中，该负载隔室被布置在该炉腔内部并允许压力介质流过该负载隔室，

至少一个流动发生器，该至少一个流动发生器用于经由这些引导通路中的至少一个引导通路使压力介质在该压力容器内流通，由此压力介质被布置为穿过该负载隔室，以及

热交换元件（170），该热交换元件布置在该顶端封闭件或该底端封闭件中，该热交换元件包括：布置在该顶端封闭件中或该底端封闭件中的至少一个通路（200），该至少一个通路包括来自这些引导通路中的至少一个引导通路的入口（205）和进入这些引导通路中的至少一个引导通路的出口（210），用于允许压力介质通过该热交换元件流入该顶端封闭件或该底端封闭件中并在该压力容器内流动；以及至少一个回路，该至少一个回路用于允许冷却介质在该至少一个回路（180）内流通，以冷却被布置为流过该热交换元件的压力介质。

2.根据权利要求1所述的压制设备，其中，该入口（205）被布置在该热交换元件的中心部分处，并且该出口（210）被布置在该热交换元件的外围部分处。

3.根据权利要求2所述的压制设备，其中，该至少一个通路具有蜿蜒形状。

4.根据权利要求1所述的压制设备，其中，该热交换元件包括具有长环路形形式的多个回路。

5.根据权利要求1所述的压制设备，

其中，该炉腔至少部分地被隔热外壳围成，该隔热外壳包括隔热部分（7）和至少部分地围成该隔热部分的壳体（6），其中，该隔热外壳被布置成使得压力介质能够进入和离开该炉腔，

其中，该环路的一部分包括至少一个第一引导通路（13），该至少一个第一引导通路形成在该负载隔室的壁与该隔热部分之间并且被布置为在已经经过该炉腔之后引导压力介质，

其中，该环路的另一部分包括至少一个第二引导通路（10），该至少一个第二引导通路分别形成在至少部分隔热外壳与该压力容器的壁之间，并且被布置为在该压力介质重新进入该炉腔之前靠近该压力缸的壁的内表面（29）引导已经经过该热交换元件的压力介质，

其中，该压制设备进一步包括

布置在该隔热外壳内的第一流动发生器（30），其中，该至少一个第一引导通路（13）与该第一流动发生器处于流体连通，以及

布置在该隔热外壳下方的第二流动发生器（32），其中，该至少一个第二引导通路（10）与该第二流动发生器处于流体连通。

6.根据权利要求5所述的压制设备，进一步包括控制设备，该控制设备被配置为控制从该至少一个第一引导通路向该第一流动发生器的压力介质供应并且控制从该至少一个第二引导通路向该第二流动发生器的压力介质供应。

7. 根据权利要求6所述的压制设备，其中，该控制设备进一步被配置为控制该第一流动发生器和该第二流动发生器中的至少一个的操作。

8.根据权利要求5所述的压制设备，进一步包括

吸热元件（20），该吸热元件布置在该压力容器内并被配置为从该压力介质吸收热量，该吸热元件包括至少一个入口（21），该至少一个入口允许已经经过该炉腔的压力介质进入到该吸热元件的内部（22），该吸热元件被配置为允许压力介质通过该吸热元件被引导朝向该吸热元件的至少一个出口（23），该至少一个出口允许压力介质离开该吸热元件，其中，该至少一个入口被布置在该吸热元件的第一侧（24）上，并且该至少一个出口被布置在该吸热元件的第二侧（25）上，其中，该吸热元件的第二侧面向该顶端封闭件的内表面的方向，

其中，该第二引导通路进一步被布置为引导已经经过该吸热元件的压力介质。

9.一种用于冷却根据权利要求1所述的压制设备中的至少一个制品的方法，该方法包括

使压力介质在该压力容器内流通，由此该压力介质被布置为穿过该负载隔室，

引导该压力介质通过布置在该顶端封闭件中或该底端封闭件中的热交换元件的通路以允许压力介质通过该热交换元件流入该顶端封闭件或该底端封闭件中，该通路布置在该顶端封闭件中或该底端封闭件中，以及

使冷却介质在该热交换元件内流通以冷却被布置为流过该热交换元件的压力介质。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括

将该压力介质从该热交换元件的中心部分处的入口引导到该热交换元件的外围部分处的出口。

11. 一种用于通过根据权利要求1所述的压制设备进行高压处理的方法，包括

通过使布置在该负载隔室内的至少一个制品经受第一预定压力P₁和第一预定温度T₁持续所选择的时间段t₁来对该至少一个制品执行高压处理，以及

通过根据权利要求9所述的方法来降低该负载隔室内的温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，该炉腔至少部分地被隔热外壳围成，该隔热外壳包括隔热部分（7）和至少部分地围成该隔热部分的壳体（6），其中，该隔热外壳被布置成使得压力介质能够进入和离开该炉腔，

其中，该环路的一部分包括至少一个第一引导通路（13），该至少一个第一引导通路形成在该负载隔室的壁与该隔热部分之间并且被布置为在已经经过该炉腔之后引导压力介质，

其中，该环路的另一部分包括至少一个第二引导通路（10），该至少一个第二引导通路分别形成在至少部分隔热外壳与该压力容器的壁之间，并且被布置为在该压力介质重新进入该炉腔之前靠近该压力缸的壁的内表面（29）引导已经经过该热交换元件的压力介质，

其中，该压制设备进一步包括

布置在该隔热外壳内的第一流动发生器（30），其中，该至少一个第一引导通路（13）与该第一流动发生器处于流体连通，以及

布置在该隔热外壳下方的第二流动发生器（32），其中，该至少一个第二引导通路（10）与该第二流动发生器处于流体连通

其中，该方法进一步包括

与使该至少一个制品经受第一预定压力和第一预定温度的步骤同时操作该第一流动发生器用于使压力介质在该压力容器内流通。

13.根据权利要求11所述的方法，该炉腔至少部分地被隔热外壳围成，该隔热外壳包括隔热部分（7）和至少部分地围成该隔热部分的壳体（6），其中，该隔热外壳被布置成使得压力介质能够进入和离开该炉腔，

其中，该环路的一部分包括至少一个第一引导通路（13），该至少一个第一引导通路形成在该负载隔室的壁与该隔热部分之间并且被布置为在已经经过该炉腔之后引导压力介质，

其中，该环路的另一部分包括至少一个第二引导通路（10），该至少一个第二引导通路分别形成在至少部分隔热外壳与该压力容器的壁之间，并且被布置为在该压力介质重新进入该炉腔之前靠近该压力缸的壁的内表面（29）引导已经经过该热交换元件的压力介质，

其中，该压制设备进一步包括

布置在该隔热外壳内的第一流动发生器（30），其中，该至少一个第一引导通路（13）与该第一流动发生器处于流体连通，以及

布置在该隔热外壳下方的第二流动发生器（32），其中，该至少一个第二引导通路（10）与该第二流动发生器处于流体连通

其中，该方法进一步包括

在使该至少一个制品经受第一预定压力和第一预定温度的步骤之前，将该负载隔室内的温度升高到该第一预定温度，并且同时操作该第一流动发生器用于使压力介质在该压力容器内流通。

Images