CN111699055B - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种冷却系统（2），其包括靶材料（4）和集气室或集管结构（6）。多个喷嘴结构（8）联接到集气室或集管结构（6），该集气室或集管结构提供来自每个喷嘴结构（8）的均匀的流动流。喷嘴结构（8）远离靶材料（4）的中心成角度以及沿靶材料（4）的行进方向成角度，以便通过以下步骤来改善冷却均匀性：提供从喷嘴结构（8）中的每个到靶材料（4）的边缘的独立流体路径，从而减少来自相邻喷嘴结构（8）的流体流的相互作用。

Description

冷却系统
优先权信息
本申请要求2018年2月17日提交的临时申请序列号62/631,667的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及冷却系统领域，且特别地涉及带材冷却设备。
背景技术
大多数常规冷却系统使用对流，因此必须引导冷却流体撞击在工件（work）上。每单位表面积的冷却速率是由靶材料的温度、冷却流体的温度及其公共边界处的传热系数决定的。用于引导冷却流体的常规方法包括在集气室中所切割的面向工件的孔或槽。也可使用管或箱式集管（header）代替集气室。这些设备易于制造，但是在不显著增加所供应的流体能量的情况下就无法实现更高的传热系数以及工件中的所得的不稳定性（颤动）。针对给定的流体能量，已使用管喷嘴来增加边界处的流体速度，由此改善传热系数。
现有技术为之存在的最新设计增强是，通过使管喷嘴远离工件的中心线成角度来减少工件不稳定性（颤动）。这通过提供在撞击后流体的更均匀的流动路径来降低流体流动的随机性，因此限制了工件上的气动力的时间差异。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种冷却系统。冷却系统包括靶材料和集气室或集管结构。多个喷嘴结构联接到集气室或集管结构，该集气室或集管结构提供来自每个喷嘴结构的均匀的流动流。喷嘴结构远离靶材料的中心成角度以及沿靶材料的行进方向成角度，以便通过以下来改善冷却均匀性：提供从喷嘴结构中的每个到靶材料的边缘的独立流体路径，从而减少来自相邻喷嘴结构的流体流的相互作用。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于执行冷却系统的操作的方法。该方法包括：提供靶材料和提供集气室或集管结构。而且，该方法包括：定位联接到集气室或集管结构的多个喷嘴结构，该集气室或集管结构提供来自每个喷嘴结构的均匀的流动流。喷嘴结构远离靶材料的中心成角度以及沿靶材料的行进方向成角度，以便通过以下来改善冷却均匀性：提供从喷嘴结构中的每个到靶材料的边缘的独立流体路径，从而减少来自相邻喷嘴结构的流体流的相互作用。
附图说明
图1A至图1B是图示利用具有减小的横截面的喷嘴的本发明的实施例的示意图；
图2A至图2B是图示利用成角度的喷嘴的本发明的实施例的示意图；以及
图3是图示具有锥形（tapered）且成角度的喷嘴的本发明的实施例的示意图。
具体实施方式
本发明描述了一种喷嘴设计，其用于减小在排放部处的横截面并提供来自每个喷嘴的均匀的流动流，无论与集气室或集管装置内的流体流动的动力学如何都是如此。除了远离靶材料的中心（侧向地）成角度之外，喷嘴还沿靶材料的行进方向或远离行进方向（纵向地）成角度。该特征通过以下来改善冷却均匀性：提供从每个喷嘴到工件的边缘的独立流体路径，由此减少来自相邻喷嘴的流体流的相互作用（混合）。
图1A至图1B是图示利用具有减小的横截面的喷嘴的本发明的实施例的示意图。装置2包括由集气室或集管6形成的若干个锥形喷嘴结构8，如图1A中所示。锥形喷嘴结构8在排放部处具有减小的横截面。这允许来自每个锥形喷嘴8的均匀的流动流，无论与集气室或集管6内到靶材料4的流体流动的动力学如何都是如此。图1B示出了锥形喷嘴8的详细视图，该锥形喷嘴具有被定位在筒形本体10上的第一锥形筒形部分12。筒形本体10的底部部分能够连接到集气室或集管6。锥形部分12呈锥形并具有开口14，以允许流体的均匀的流动流离开而到靶材料4上。对于该实施例，开口14在梢端处的直径约为25 mm，但是在本发明的其他实施例中，开口能够具有在10 mm和30 mm之间的直径。对于喷嘴的较大部分，这些通常基于标准管或管道尺寸。无论尺寸如何，锥角都将保持相似，其中最佳锥角为12.5度。在本发明的其他实施例中，锥角能够在7.5度和18度之间。
图2A至图2B是图示利用成角度的喷嘴的本发明的实施例的示意图。装置20包括若干个成角度的喷嘴结构24，如图2A中所示。除了远离靶材料26的中心侧向地成角度之外，喷嘴24还沿靶材料26的行进方向或远离该行进方向纵向地成角度，如图2A中所示。该特征通过以下来改善冷却均匀性：提供从每个喷嘴24到靶材料的边缘的独立流体路径28，由此减少来自相邻喷嘴的流体流的相互作用，如图2B中所示。喷嘴通常沿两个方向成角度。喷嘴24远离靶材料26的中心线成角度。对于该实施例，纵向角为相对于竖直成15度。最佳纵向角为2度，并且在本发明的其他实施例中能够使用与垂直成0.5至5度的典型范围。
图3是图示具有锥形且成角度的喷嘴的本发明的实施例的示意图。装置34包括集气室40，该集气室具有若干个锥形且成角度的喷嘴36。该装置的锥形且成角度的喷嘴36将图1A的锥形喷嘴和图2A的成角度的喷嘴组合成既为锥形又成角度的喷嘴结构34。优点包括来自每个锥形且成角度的喷嘴36的均匀的流动流，无论与集气室或集管40内到靶材料38的流体流动的动力学如何都是如此。另外，该装置34通过以下来改善冷却均匀性：提供从每个锥形且成角度的喷嘴36到靶材料38的边缘的独立流体路径，由此减少来自相邻喷嘴的流体流的相互作用。应注意的是，此处所使用的锥形角和纵向角具有针对本文中所描述的锥形喷嘴和锥形且成角度的喷嘴两者所描述的相似的角性质。在喷嘴端部处的锥度的优点是：针对给定的冷却速率而使通过喷嘴的压降减小、以及相关联的使冷却流体加压所需的功率减小。
本发明提供了一种新颖的喷嘴设计，其用于减小在排放部处的横截面，同时提供来自每个喷嘴的均匀的流动流。无论集气室或集管装置内的流体流动的动力学如何，都会发生这种情况。新颖的喷嘴设计包括远离靶材料的中心（侧向地）成角度以及沿靶材料的行进方向（纵向地）成角度的喷嘴结构。该方法通过以下来增加冷却均匀性：允许从每个喷嘴到工件的边缘的独立流体路径，由此减少来自相邻喷嘴的流体流的相互作用（混合）。
尽管已关于本发明的几个优选实施例示出并描述了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可在其中对其形式和细节进行各种改变、省略和添加。

Claims (8)

1.一种冷却系统，所述冷却系统包括：
靶材料；
集气室或集管结构；以及
多个喷嘴结构，所述多个喷嘴结构联接到所述集气室或集管结构，所述集气室或集管结构提供来自每个喷嘴结构的均匀的流动流，其中，所述喷嘴结构中的每个包括锥形且成角度的喷嘴结构，其中，所述喷嘴结构远离所述靶材料的中心成角度以及沿所述靶材料的行进方向或远离所述行进方向成角度，以便通过以下来改善冷却均匀性：提供从所述喷嘴结构中的每个到所述靶材料的边缘的独立流体路径，从而减少来自相邻喷嘴结构的流体流的相互作用，其中，沿所述行进方向或远离所述行进方向的所述角度由在0.5和5度之间的靶材料的纵向角限定，其中，所述喷嘴结构包括在7.5度和18度之间的锥形角，并且其中，所述喷嘴结构包括在0.5度和5度之间的纵向角。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述锥形喷嘴结构包括联接到筒形部分的锥形部分。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述成角度的喷嘴结构以两个不同方向成角度。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述喷嘴结构被定位成远离所述靶材料的中心线。
5.一种用于执行冷却系统的操作的方法，所述方法包括：
提供靶材料；
提供集气室或集管结构；以及
定位多个喷嘴结构，所述多个喷嘴结构联接到所述集气室或集管结构，所述集气室或集管结构提供来自每个喷嘴结构的均匀的流动流，其中，所述喷嘴结构中的每个包括锥形且成角度的喷嘴结构，其中，所述喷嘴结构远离所述靶材料的中心成角度以及沿所述靶材料的行进方向或远离所述行进方向成角度，以便通过以下来改善冷却均匀性：提供从所述喷嘴结构中的每个到所述靶材料的边缘的独立流体路径，从而减少来自相邻喷嘴结构的流体流的相互作用，其中，沿所述行进方向或远离所述行进方向的所述角度由在0.5和5度之间的靶材料的纵向角限定，其中，所述喷嘴结构包括在7.5度和18度之间的锥形角，并且其中，所述喷嘴结构包括在0.5度和5度之间的纵向角。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述锥形喷嘴结构包括联接到筒形部分的锥形部分。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述成角度的喷嘴结构沿两个不同方向成角度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述喷嘴结构被定位成远离所述靶材料的中心线。
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